JP2002525213A - 閉鎖されたダイヤフラム開口を有するマイクロメカニズムの構成部材 - Google Patents

閉鎖されたダイヤフラム開口を有するマイクロメカニズムの構成部材

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Abstract

(57)【要約】 マイクロメカニズムの構成部材の製造法は次のステップを有しており：半完成のマイクロメカニズムの構成部材をそれ自体公知の形式で形成し、開口（４）を形成し、中空室（３）を形成し、開口（４）を閉鎖カバー（７）によって閉鎖し、第１のダイヤフラム層の上側の材料を除去し、この場合、第１のダイヤフラム層の表面を露出させかつ平面化する。さらに、本発明は前記方法によって製造されたマイクロメカニズムの構成部材並びに、センサー、例えば圧力センサー、マイクロホン若しくは加速センサー内への使用に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、ウエハー、ウエハーの上側に位置する中空室、中空室の上に位置す
るダイヤフラム、ダイヤフラムのための支持面として役立つ少なくとも１つの犠
牲層及び、中空室の領域に位置していて閉鎖カバーによって閉鎖された少なくと
も１つの開口を含むマイクロメカニズムの構成部材、特にマイクロメカニズムの
センサーの製造法に関し、かつ該マイクロメカニズムの構成部材に関し、かつセ
ンサ、例えばマイクロホン内の圧力センサー若しくは加速センサーへの該マイク
ロメカニズムの構成部材の使用に関する。
【０００２】 ダイヤフラム層内に開口を備えて圧力を測定するためのマイクロメカニズムの
センサーが、ヨーロッパ特許Ａ０７８３１０８号明細書により公知である。該圧
力センサーは中空室を有しており、中空室が中空室の上側で導電性の層から成る
ダイヤフラムによって制限されている。例えばドーピングされた多結晶の珪素若
しくは金属から成っていてよい該ダイヤフラム層が、中空室の下面に配置された
対向電極と一緒に電気容量(elektrische Kapazitaet)を形成し、電気容量が中空
室の時間的な容積変化の測定に関与させられる。ダイヤフラム材料内に、ダイヤ
フラム面の運動に反応する圧電抵抗部材を組み込むことも可能である。
【０００３】 公知のマイクロメカニズムのセンサーは、一般的に半導体製造に際して用いら
れる材料からほぼ成っている。これによって、センサーを該センサー内に組み込
まれた制御電子装置若しくは評価電子装置と一緒にセンサーのチップに配置する
ことが可能である。ヨーロッパ特許Ａ０７８３１０８号明細書においては、マイ
クロメカニズムのセンサーの製造のためにまず犠牲層が適当なウエハー材料上に
施される。次いでダイヤフラム材料による被覆がマスクを用いて行われる。マス
クに基づきダイヤフラム面に開口が生じ、該開口を介してサブストレート材料若
しくはダイヤフラム材料に対して選択的に後続のプロセスで中空室がエッチング
成形される。上側からのエッチング成形によるこのようは処置は、側方の通路を
介して中空室をエッチング成形することに比べて、短いエッチング時間によって
有利である。中空室の成形の後に、ダイヤフラムの開口は再び閉じられねばなら
ない。このために、硼素燐珪酸塩ガラス(BPSG[Borphosphorsilikatglas])から成
る層が施されるようになっており、該層の厚さは堆積の後にダイヤフラムの開口
上にせいぜい狭い間隙しか残らないように選ばれている。次いで熱処理がほぼ１
０００℃で実施され、この場合、BPSG-層が流動化して開口を閉鎖する。ダイヤ
フラムの上面及び下面に、閉鎖材料から成る層が被膜の形で残る。これによって
、異なる２つの材料から成るダイヤフラム複合体が生じる。このような異なるダ
イヤフラム材料に基づき異なる材料特性の結果として、マイクロメカニズムのセ
ンサーの機械的な負荷並びに再現不能な特性が生じることになる。さらなる欠点
として、ダイヤフラム開口の閉鎖のために使用された酸化物材料が外部の環境の
影響、例えば空気内湿気に対して傷みやすい。
【０００４】 本発明の課題は、ダイヤフラム内に閉鎖された開口を有する公知のマイクロメ
カニズムの構成部材、特にマイクロメカニズムのセンサーの欠点を避けることで
ある。本発明の別の課題が、マイクロメカニズムの構成部材、特にマイクロメカ
ニズムのセンサーの、外部の環境の影響に対する耐久性を改善することである。
【０００５】 前記課題が本発明に基づきマイクロメカニズムの構成部材の、請求項１に記載
の製造法によって解決される。
【０００６】 第１のダイヤフラムの表面上の材料の除去において、有利には、閉鎖カバーの
形成に用いられた材料が除去される。
【０００７】 開口の形成が有利には、ダイヤフラム成形中に開口領域のマスキングによって
行われる。この場合、開口の形状が任意に、かつマイクロメカニズムの構成部材
の使用に応じて規定される。開口は例えば円形、多角形若しくはストリップ状で
あってよい。さらに、開口はリング状に閉じたストリップの形を有していてよい
。
【０００８】 犠牲層の材料の除去が有利には、ダイヤフラム及びウエハーに対して選択的で
あるそれ自体公知のエッチング法によって行われる。
【０００９】 第１のダイヤフラム上への第２のダイヤフラム層の被着が、閉鎖された第１の
ダイヤフラム層を外部の影響に対して保護するために行われる。特に第２のダイ
ヤフラム層によって、第１のダイヤフラム層内に配置された閉鎖カバーが外部の
影響に対して保護される。
【００１０】 本発明の有利な実施態様が従属項に記載してある。
【００１１】 さらに本発明の課題が、請求項４に記載のマイクロメカニズムの構成部材、有
利にはマイクロメカニズムのセンサーによって解決される。
【００１２】 本発明の有利な１つの実施態様では、閉鎖カバーが、ａ）第１のダイヤフラム
層上に酸化物材料を施しかつｂ）温度を上昇させ、その結果、施された酸化物材
料を流動化させて開口を閉じるステップからなる方法によって閉鎖される。開口
の閉鎖のために使用された材料に応じて、該材料が該材料と接触するダイヤフラ
ム層の表面を熱処理中に表面作用に基づき濡らすことになる。このような濡らし
によって、酸化物材料による被膜が形成される。このような酸化物被膜が本発明
においては第１のダイヤフラム層の表面に存在しない。
【００１３】 さらに本発明は、本発明に基づく前述のマイクロメカニズムの構成部材をセン
サー、特に圧力センサー、マイクロホン若しくは加速センサーに使用することに
関する。
【００１４】 有利には、閉鎖されたダイヤフラムの成形が、ヨーロッパ特許Ａ７８３１０８
号明細書に記載の手段に基づきドーピングされたガラスから成るカバー層を施す
こと、若しくは適当な材料を蒸着若しくはスパッタリングすることによって行わ
れる。閉鎖されたダイヤフラムの成形のための層の蒸着成形若しくはスパッタリ
ング成形の方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開Ａ４３３２８４３号明細書に
記載してある。
【００１５】 本発明に基づくマイクロメカニズムの構成部材は、ダイヤフラム内に構造化さ
れて加速時に信号を受け取る運動可能な装置を有していてよい。このような構造
化は従来技術として知られている。
【００１６】 本発明の別の有利な実施態様では、第２のダイヤフラム層が第１のダイヤフラ
ム層よりも著しく薄く構成されている。第２のダイヤフラム層の厚さは特にほぼ
３ｎｍ乃至ほぼ１μｍの範囲にある。
【００１７】 次に、本発明に基づく方法及び、本発明に基づくマイクロメカニズムの構成部
材の構造を図１及び図２に示した実施例を用いて詳細に説明する。
【００１８】 図１に示すマイクロメカニズムの半完成（未完成）のセンサーは、ヨーロッパ
特許公開Ａ０７８３１０８号明細書に記載の方法で製造され、若しくはマイクロ
メカニズムのセンサーの公知の通常の別の製造方法で製造されてよく、ダイヤフ
ラム面に配置された開口４を備えている。まず、ウエハー１に例えば酸化珪素か
ら成る犠牲層２が施される。次いで多結晶の珪素によって犠牲層の被覆が行われ
、この場合、開口４の領域にエッチングマスクが施されている。これによって、
ダイヤフラム内にいわゆる貫通エッチング孔が生じる。第１のダイヤフラム層５
の厚さは１μｍである。第１のダイヤフラム層は選択的に単結晶の珪素から成っ
ていてもよい。今、等方性のエッチングプロセスによって犠牲層２がウエハー１
までエッチングされ、その結果、第１のダイヤフラム層５の下側に中空室３が生
じる。
【００１９】 次いで通常の方法によってBPSG-層(BPSG-Schicht)が第１のダイヤフラム面に
施される。BPSGの他に別の適当なあらゆる材料が用いられてよいものの、酸化物
材料、例えばドーピングされたガラス、二酸化珪素若しくは、硼素及び／又は燐
でドーピングされたガラスが有利に用いられる。ほぼ８００°乃至１１００°で
の熱的な流動化プロセス(thermischer Verfliessprozess)が行われ、該流動化プ
ロセスによって被膜が第１のダイヤフラム層５上に施される。前記流動化プロセ
スの後に、開口４はBPSGから成る閉鎖カバー７で閉鎖されている。開口が小さい
か若しくは層が十分に厚い場合には、開口を流動化プロセスなしに十分に閉鎖す
ることも可能である。開口４の大きさは、該開口の閉鎖がBPSG-材料(BPSG-Mater
ial)によって行われるように選ばれる。流動化プロセスを行う場合には、開口の
最大の大きさが、用いられる流動化温度における被覆材料の表面張力及び第１の
ダイヤフラム面（ダイヤフラム層）の厚さに左右される。第１のダイヤフラム面
上に表面作用に基づき、閉鎖材料から成る被膜がほぼ０．１μｍ乃至ほぼ１μｍ
の範囲の厚さで残る。図２に示してあるように、今やバックエッチングプロセス
が行われて、第１のダイヤフラム層上に存在する被膜が完全に除去される。面の
平らな第１のダイヤフラム層５が生じる。閉鎖材料が開口４内にのみ残されてい
る。バックエッチングプロセスは湿化学的(nasschemisch)若しくは乾式(trocken
)に行われ、エッチング時間は閉鎖のために施された層の厚さに関連している。
エッチング時間が過度に大きく選ばれた場合には、第１のダイヤフラム層の平面
性が得られないことになる。これに対してエッチング時間が過度に小さく選ばれ
た場合には、閉鎖のために用いられた材料の残留物がダイヤフラム上に不都合に
残ることになる。バックエッチングプロセスに続いて、第１のダイヤフラム層上
に第２のダイヤフラム層６が堆積される。この場合に第２のダイヤフラム層のた
めの材料は有利には、機械的な特性が第１のダイヤフラム層の機械的な特性とほ
ぼ一致するように選ばれる。第２のダイヤフラム層のための材料としては、多結
晶の珪素が特に有利に用いられる。しかしながら、第２のダイヤフラム層を金属
によって形成することも考えられる。
【００２０】 本発明に基づくマイクロメカニズムの構成部材は、外部の影響、例えば空気内
湿気に対して中性であり、即ち該構成部材の特性、例えばセンサー特性が長い使
用時間の経過の後にも実質的に変化しない。
【００２１】 本発明に基づくマイクロメカニズムの構成部材のさらなる利点として、第１及
び第２のダイヤフラム層から成るダイヤフラム構造の表面が平らに形成される。
このことは特に、マイクロメカニズムの構成部材をセンサーのケーシング内に組
み込む場合に有利である。
【００２２】 本発明に基づく方法は、第２のダイヤフラム層の自由な選択を可能にする。従
って、第１のダイヤフラム層と関連してダイヤフラム構造の材料特性が意図的に
設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 センサーのための、第１のダイヤフラム層内に未閉鎖の開口を備えた半完成の
構成部材を示す図。
【図２】 センサーのための、閉鎖されたダイヤフラム構造体を備える本発明に基づくマ
イクロメカニズムの構成部材を示す図。
【符号の説明】
１ ウエハー、 ２ 犠牲層、 ３ 中空室、 ５，６ ダイヤフラム
層、 ７ 閉鎖カバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/84 Ｈ０１Ｌ 29/84 Ｂ Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE13 EE25 FF38 GG01 GG15 4M112 AA01 AA02 BA01 CA03 CA08 DA03 DA04 EA02 EA03 EA04 EA10 EA11 EA13

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マイクロメカニズムの構成部材の製造法であって、次のステ
    ップを有しており： −ウエハー（１）、第１のダイヤフラム層（５）、中空室（３）、第１のダイヤ
    フラム層の支持のために役立つ１つ若しくは複数の犠牲層（２）を含むマイクロ
    メカニズムの半完成の構成部材をそれ自体公知の形式で形成し、 −第１のダイヤフラム層の成形中に、若しくは成形の後に開口（４）を形成し、
    −中空室（３）の形成のために開口（４）を介して犠牲層（２）の材料を除去し
    、 −開口（４）を閉鎖カバー（７）によって閉鎖し、かつ −第１のダイヤフラム層の上側の材料を除去し、第１のダイヤフラム層の表面を
    露出させかつ平面化し、この場合、 第１のダイヤフラム層の露出及び平面化の後に第２のダイヤフラム層（６）を第
    １のダイヤフラム層上に施すことを特徴とする、マイクロメカニズムの構成部材
    の製造法。
  2. 【請求項２】 閉鎖材料の除去をバックエッチングによって行い、この場合
    、湿化学的若しくは乾式でエッチングする請求項１記載の製造法。
  3. 【請求項３】 閉鎖カバーの形成が、酸化物材料を第１のダイヤフラム層上
    に堆積させ、堆積された酸化物材料が流動化して開口を閉鎖する温度に加熱し、
    かつ酸化物材料が硬化する温度に冷却することによって行われる請求項１又は２
    記載の製造法。
  4. 【請求項４】 マイクロメカニズムの構成部材であって、ウエハー（１）、
    ウエハーの上側に位置する中空室（３）、中空室の上側に配置された第１のダイ
    ヤフラム層（５）、第１のダイヤフラム層のための支持面として役立つ少なくと
    も１つの犠牲層（２）、中空室（３）の領域に位置する少なくとも１つの開口（
    ４）を有しており、該開口が閉鎖カバー（７）によって閉鎖されており、この場
    合、閉鎖カバーの材料が第１のダイヤフラム層の材料と一致していない形式のも
    のにおいて、 第１のダイヤフラム層の上側に閉鎖カバー（７）の材料と一致する材料から成る
    被膜がほぼ設けられておらず、第１のダイヤフラム層（５）上に直接に第２のダ
    イヤフラム層（６）が配置されていることを特徴とする、マイクロメカニズムの
    構成部材。
  5. 【請求項５】 閉鎖カバーが酸化物から成っている請求項４記載のマイクロ
    メカニズムの構成部材。
  6. 【請求項６】 第１のダイヤフラム層が閉鎖カバーと一緒に第１のダイヤフ
    ラム層の少なくとも上面でほぼ平らな平面を形成している請求項４又は５記載の
    マイクロメカニズムの構成部材。
  7. 【請求項７】 構成部材のチップ上に制御及び／又は評価回路が設けられて
    いる請求項５から６のいずれか１項記載のマイクロメカニズムの構成部材。
  8. 【請求項８】 第１のダイヤフラム層の厚さがほぼ０．２乃至ほぼ２０μｍ
    の範囲にある請求項５から７のいずれか１項記載のマイクロメカニズムの構成部
    材。
  9. 【請求項９】 第１のダイヤフラム層と第２のダイヤフラム層６とが同じ材
    料から成っている請求項４から８のいずれか１項記載のマイクロメカニズムの構
    成部材。
  10. 【請求項１０】 第２のダイヤフラム層の厚さがほぼ０．０１μｍ乃至１０
    μｍの範囲にある請求項４から９のいずれか１項記載のマイクロメカニズムの構
    成部材。
  11. 【請求項１１】 請求項４に記載のマイクロメカニズムの構成部材の使用法
    において、該マイクロメカニズムの構成部材をセンサーのために使用することを
    特徴とするマイクロメカニズムの構成部材の使用法。
JP2000571044A 1998-08-27 1999-08-20 閉鎖されたダイヤフラム開口を有するマイクロメカニズムの構成部材 Pending JP2002525213A (ja)

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