JP2002541473A - 薄膜圧電抵抗センサ製作の方法 - Google Patents
薄膜圧電抵抗センサ製作の方法Info
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Abstract
(57)【要約】
半導体圧電抵抗センサは不純物注入された半導体表面の選択的なレーザーによる活性を使用した処理によって形成される。基板はダイアフラムやふいご等の、可撓性の薄膜である。絶縁性の誘電材料の層が最初に基板に適用される。高抵抗の、不純物注入された半導体材料の層が次に、誘電層の上部に付着される。アライメント用のデバイスを介して、１つ以上の圧電抵抗センサが半導体材料の選択された領域をアニールするレーザーの使用により形成される。アニールはアニールされた領域がセンサとして使用するのに適した抵抗を持つようになされる。次に、金属接点がセンサの一部の端に適用され、センサへの電気的な接続部を形成する。不純物注入半導体層のアニールされない部分は形成された圧電抵抗センサの間の絶縁体として振舞う。
Description
【０００１】 本発明は半導体圧電抵抗ゲージに関し、特に、絶縁された可撓性の基板上に配
置された、ドープされた（または、不純物注入された）半導体材料の薄膜の選択
された部分がレーザーアニーリング処理により活性化される方法により組み立て
られた圧電抵抗センサに関する。
置された、ドープされた（または、不純物注入された）半導体材料の薄膜の選択
された部分がレーザーアニーリング処理により活性化される方法により組み立て
られた圧電抵抗センサに関する。
【０００２】 （本発明の背景） 半導体材料（例えば、ドープされたシリコン）が圧電抵抗特性を有することは
、当該技術分野で既知である。これは、材料が歪み（例えば、曲げ）にさらされ
るときに半導体材料の電気抵抗が変化することを単に意味する。従って、抵抗に
おける変化、及び半導体材料に加えられる歪みは精密に測定できる。この材料、
及びその特性が圧電抵抗センサとして使用できる。
、当該技術分野で既知である。これは、材料が歪み（例えば、曲げ）にさらされ
るときに半導体材料の電気抵抗が変化することを単に意味する。従って、抵抗に
おける変化、及び半導体材料に加えられる歪みは精密に測定できる。この材料、
及びその特性が圧電抵抗センサとして使用できる。
【０００３】 その種のデバイスを製作するための１つの方法は、一片のドープされた（また
は、不純物注入された）シリコンを単に取り上げ、それを歪みを受ける部材へ接
着剤によって接着することである。一般に、歪みを受ける部材は可撓金属シート
、ベロー（または、ふいご）、又はダイアフラムである。歪みを受ける部材の反
対側は測定中の媒体にさらされる。膜を曲げることは歪みを引き起こし、従って
、抵抗がゲージ上で変化する。この接着センサ技術に対する主な欠点は、出力ド
リフトに対する感受性である。センサが古くなるにつれて、半導体材料と歪みを
受ける部材の間の接着も変化する。
は、不純物注入された）シリコンを単に取り上げ、それを歪みを受ける部材へ接
着剤によって接着することである。一般に、歪みを受ける部材は可撓金属シート
、ベロー（または、ふいご）、又はダイアフラムである。歪みを受ける部材の反
対側は測定中の媒体にさらされる。膜を曲げることは歪みを引き起こし、従って
、抵抗がゲージ上で変化する。この接着センサ技術に対する主な欠点は、出力ド
リフトに対する感受性である。センサが古くなるにつれて、半導体材料と歪みを
受ける部材の間の接着も変化する。
【０００４】 米国特許第5,518,951号は、２つ又は３つ以上の絶縁シリコン層を直接的に歪
みを受ける部材（例えば、金属シート、ベロー、又はダイアフラム）に付けるこ
とにより形成されたセンサを記載する。ドープされたシリコンの層が絶縁層に付
けられる。次に、抵抗測定デバイスとこれから形成される圧電抵抗センサの間の
接続のための金属接点が、選択された予め定められた位置に形成される。次に、
非導電性のドープされた層が、金属接点の間の特定の位置で選択的に活性化され
て抵抗センサを形成する。適切な波長のレーザーが、層の中のドープ剤を活性化
して活性及び導電性を有するように使用される。これは、金属接点の間の層を加
熱し、アニールし、再結晶させる原因となり、それによりドーピング原子が導電
性を有するようにし、圧電抵抗センサを金属接点の間に形成する原因となる。
みを受ける部材（例えば、金属シート、ベロー、又はダイアフラム）に付けるこ
とにより形成されたセンサを記載する。ドープされたシリコンの層が絶縁層に付
けられる。次に、抵抗測定デバイスとこれから形成される圧電抵抗センサの間の
接続のための金属接点が、選択された予め定められた位置に形成される。次に、
非導電性のドープされた層が、金属接点の間の特定の位置で選択的に活性化され
て抵抗センサを形成する。適切な波長のレーザーが、層の中のドープ剤を活性化
して活性及び導電性を有するように使用される。これは、金属接点の間の層を加
熱し、アニールし、再結晶させる原因となり、それによりドーピング原子が導電
性を有するようにし、圧電抵抗センサを金属接点の間に形成する原因となる。
【０００５】 米国特許第5,518,951号のセンサ組立技術は、大きな改良の余地を残している
。金属接点の配置の後に抵抗器が形成されるとき、抵抗器はパッドの隣接するエ
ッジの間にだけ形成できる。活性化がレーザーが到達できる所にだけ起こるので
、抵抗器と金属パッドの間の接点の領域は、パッドのエッジと抵抗器の間に形成
される薄い接触線より小さいことが多い。ドープされた層の表面に対して９０度
より小さい角度でレーザーを配置することさえ、パッドと抵抗器の間の接点の増
加する領域を提供することに失敗した。如何なる熱的変形も、抵抗器を故障させ
る原因となるこの薄い接続を破綻させることが出来る。
。金属接点の配置の後に抵抗器が形成されるとき、抵抗器はパッドの隣接するエ
ッジの間にだけ形成できる。活性化がレーザーが到達できる所にだけ起こるので
、抵抗器と金属パッドの間の接点の領域は、パッドのエッジと抵抗器の間に形成
される薄い接触線より小さいことが多い。ドープされた層の表面に対して９０度
より小さい角度でレーザーを配置することさえ、パッドと抵抗器の間の接点の増
加する領域を提供することに失敗した。如何なる熱的変形も、抵抗器を故障させ
る原因となるこの薄い接続を破綻させることが出来る。
【０００６】 従って、熱的変形に耐えることができ、大量生産のための方法で実施できる更
に強固な設計に対する必要性が存在する。
に強固な設計に対する必要性が存在する。
【０００７】 （発明の要約） 圧電抵抗センサを組み立てるための従来技術の方法の困難及び問題に、薄膜半
導体圧電抵抗センサを形成する本発明の方法により取り組む。選択された材料の
基板の形態の歪みを受ける部材は、測定される媒体における変化に応答してたわ
むダイアフラムとして機能する。一般に、たわみは媒体の圧力又は温度の変化に
より起こる。本発明の好ましい実施例では、基板は可撓性ダイアフラムであり、
可撓性ダイアフラムの変位はダイアフラム上の圧電抵抗センサを通して測定され
、圧力変化、力の変化、温度変化、重さの変化、等の表示を提供する。
導体圧電抵抗センサを形成する本発明の方法により取り組む。選択された材料の
基板の形態の歪みを受ける部材は、測定される媒体における変化に応答してたわ
むダイアフラムとして機能する。一般に、たわみは媒体の圧力又は温度の変化に
より起こる。本発明の好ましい実施例では、基板は可撓性ダイアフラムであり、
可撓性ダイアフラムの変位はダイアフラム上の圧電抵抗センサを通して測定され
、圧力変化、力の変化、温度変化、重さの変化、等の表示を提供する。
【０００８】 付着処理を使用して、非導電性の半導体層がダイアフラムの洗浄された表面に
付着される。正確でムラのない付着技術の使用は全ての付着層の所望する厚さを
制御し、それによりムラのない設計耐性を示すセンサの大量生産を可能にする。
第１に、薄い誘電体絶縁層（窒化ケイ素、又は酸化ケイ素の何れか）がダイアフ
ラム表面に付着される。（圧電抵抗センサを形成する）ドープされたアモルファ
ス／多結晶シリコン（または、非結晶／多結晶シリコン）の層が誘電体層の上で
蒸着される。蒸着されたとき、層は高い抵抗を持ち低い圧電抵抗特性を有するよ
うになる。
付着される。正確でムラのない付着技術の使用は全ての付着層の所望する厚さを
制御し、それによりムラのない設計耐性を示すセンサの大量生産を可能にする。
第１に、薄い誘電体絶縁層（窒化ケイ素、又は酸化ケイ素の何れか）がダイアフ
ラム表面に付着される。（圧電抵抗センサを形成する）ドープされたアモルファ
ス／多結晶シリコン（または、非結晶／多結晶シリコン）の層が誘電体層の上で
蒸着される。蒸着されたとき、層は高い抵抗を持ち低い圧電抵抗特性を有するよ
うになる。
【０００９】 次に、非導電性のドープされたシリコン層が１つ又は複数の選択された位置で
活性化され、１つ又は複数の圧電抵抗センサが形成される。レーザーは、層の中
に存在するドーピング原子を活性化するために使用される。次に、圧電抵抗セン
サの間の接続のための金属接点が、スパッタリング又は蒸着法の何れかを使用し
て圧電抵抗センサの上部のドープされた膜上の選択された位置に配置される。接
点位置のためのシャドーマスクパターンがドープされた層の上部に配置され、金
属が適切な接点位置で付着されることを可能にする。マスクは、基板上に形成さ
れた位置合わせデバイスの使用により圧電抵抗センサと位置合わせされる。位置
合わせデバイスは機械的デバイス（例えば、ノッチ、ラグ、マークセンサ及び金
属パッドがそれに対して形成されるマーク）でもよい。これは、基板上の種々の
層及び構成要素の正確でムラのない配置を保証する。
活性化され、１つ又は複数の圧電抵抗センサが形成される。レーザーは、層の中
に存在するドーピング原子を活性化するために使用される。次に、圧電抵抗セン
サの間の接続のための金属接点が、スパッタリング又は蒸着法の何れかを使用し
て圧電抵抗センサの上部のドープされた膜上の選択された位置に配置される。接
点位置のためのシャドーマスクパターンがドープされた層の上部に配置され、金
属が適切な接点位置で付着されることを可能にする。マスクは、基板上に形成さ
れた位置合わせデバイスの使用により圧電抵抗センサと位置合わせされる。位置
合わせデバイスは機械的デバイス（例えば、ノッチ、ラグ、マークセンサ及び金
属パッドがそれに対して形成されるマーク）でもよい。これは、基板上の種々の
層及び構成要素の正確でムラのない配置を保証する。
【００１０】 任意に、パッシベーション層も適用できる。このパッシベーション層は、セン
サを汚染し性能に影響する如何なる不純物も閉め出す。
サを汚染し性能に影響する如何なる不純物も閉め出す。
【００１１】 （発明の詳細な説明） 説明を明確にするために、本発明の薄膜圧電抵抗センサの製造方法は、ただ１
つのセンサの作製に関して説明される。しかしながら、本発明の方法が本発明の
方法と組み合わせた、従来の半導体ウェハー技術の使用により、多数のセンサの
製造にも使用できることは理解されなければならない。さらに、本発明の好まれ
る実施例はシリコンベースの材料を使用したセンサ製造を開示しているが、例え
ば同様な特性を示すゲルマニウム等を含む、他の半導体から形成されることも理
解されなければならない。
つのセンサの作製に関して説明される。しかしながら、本発明の方法が本発明の
方法と組み合わせた、従来の半導体ウェハー技術の使用により、多数のセンサの
製造にも使用できることは理解されなければならない。さらに、本発明の好まれ
る実施例はシリコンベースの材料を使用したセンサ製造を開示しているが、例え
ば同様な特性を示すゲルマニウム等を含む、他の半導体から形成されることも理
解されなければならない。
【００１２】 ここで薄膜圧電抵抗センサを製造するために利用される製造方法の説明のため
に図１Ａから１Ｆ及び図４を参照する。図１Ａから１Ｆにおいて、本発明の処理
の異なった処理における、薄膜圧電抵抗センサが一連の概略的な断面図で示され
ている。図４は図１Ａ−１Ｆの製造ステップに対応する流れ図を示している。
に図１Ａから１Ｆ及び図４を参照する。図１Ａから１Ｆにおいて、本発明の処理
の異なった処理における、薄膜圧電抵抗センサが一連の概略的な断面図で示され
ている。図４は図１Ａ−１Ｆの製造ステップに対応する流れ図を示している。
【００１３】 選択された材料の基板１の形状の、歪み受信部材は本発明のセンサのための支
持体を与える。図１Ａに示されているように、基板１は好まれるものとして、ス
テンレススチール、ニッケル、ヘースト合金（Hastalloy）、インコネル（Incon
el）、クロニウム、またはチタン等の、可撓性の材料物質から形成されているが
、材料が圧力及び高温の変化への応答で曲がり（または、たわみ）、設計された
センサが測定する媒体と互換性がある（または、相性が良い）という条件を満た
せば、それらは、例えばセラミック等の、他のいかなる材料から形成されてもよ
い。例えば、図２に示されている圧力センサの応用例において、流体流２９の圧
力変化への応答でたわむ圧力ダイアフラムを備えるために、金属基板１が開口２
７を覆っている。本発明の処理によって製造されたセンサがトルクセンサ、ロー
ドセル、及び加速度計等の、他の多くの力の測定用の用途で利用できることは理
解されなければならない。
持体を与える。図１Ａに示されているように、基板１は好まれるものとして、ス
テンレススチール、ニッケル、ヘースト合金（Hastalloy）、インコネル（Incon
el）、クロニウム、またはチタン等の、可撓性の材料物質から形成されているが
、材料が圧力及び高温の変化への応答で曲がり（または、たわみ）、設計された
センサが測定する媒体と互換性がある（または、相性が良い）という条件を満た
せば、それらは、例えばセラミック等の、他のいかなる材料から形成されてもよ
い。例えば、図２に示されている圧力センサの応用例において、流体流２９の圧
力変化への応答でたわむ圧力ダイアフラムを備えるために、金属基板１が開口２
７を覆っている。本発明の処理によって製造されたセンサがトルクセンサ、ロー
ドセル、及び加速度計等の、他の多くの力の測定用の用途で利用できることは理
解されなければならない。
【００１４】 図１Ａ及び図４のステップ３１に示されているように、本発明の第１ステップ
で、基板１の上面３が以降の層の適用のために準備される。基板１の上面３は適
当な厚さに研削され、絶縁層の接合を促進するために滑らかな仕上げ面にラップ
仕上げされる。ラップ仕上げの後、基板１はそれの表面からラップ用のコンパウ
ンド及び流体を洗い流すために洗浄される。次に、ラップ仕上げされた表面は湿
式の処理でパッシベーションされ、さらに洗浄される。最後に、基板１はラップ
仕上げまたは洗浄処理により残された水分や湿気を取り除くために脱水チャンバ
（dehydration chamber）で加熱乾燥（ベーク）される。
で、基板１の上面３が以降の層の適用のために準備される。基板１の上面３は適
当な厚さに研削され、絶縁層の接合を促進するために滑らかな仕上げ面にラップ
仕上げされる。ラップ仕上げの後、基板１はそれの表面からラップ用のコンパウ
ンド及び流体を洗い流すために洗浄される。次に、ラップ仕上げされた表面は湿
式の処理でパッシベーションされ、さらに洗浄される。最後に、基板１はラップ
仕上げまたは洗浄処理により残された水分や湿気を取り除くために脱水チャンバ
（dehydration chamber）で加熱乾燥（ベーク）される。
【００１５】 図１Ｂ及び図４のステップ３３に示されているように、第２ステップで、基板
１の上面３に絶縁層５が付着される。層５は窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、二酸化珪素
（ＳｉＯ2）、それらの混合物（または、化合物）、または同様な品質を持った
他の絶縁性の誘電層から形成されてもよい。その優れた接合特性により、二酸化
珪素が好まれる。
１の上面３に絶縁層５が付着される。層５は窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、二酸化珪素
（ＳｉＯ2）、それらの混合物（または、化合物）、または同様な品質を持った
他の絶縁性の誘電層から形成されてもよい。その優れた接合特性により、二酸化
珪素が好まれる。
【００１６】 層の付着の好まれる方法はプラズマにより増強された化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ
）である。スパッタリングされた、または熱的に成長した酸化物をこの付着処理
に使用することもできるが、（ＰＥＣＶＤには）制御された方法で半導体材料の
薄膜を付着するためにプラズマ増強による熱分解の長所がある。ＰＥＣＶＤ処理
の操作は米国特許No．5,518,951にも説明されているように、この分野で周知で
あり、その方法の全体はここでも取り込まれる。
）である。スパッタリングされた、または熱的に成長した酸化物をこの付着処理
に使用することもできるが、（ＰＥＣＶＤには）制御された方法で半導体材料の
薄膜を付着するためにプラズマ増強による熱分解の長所がある。ＰＥＣＶＤ処理
の操作は米国特許No．5,518,951にも説明されているように、この分野で周知で
あり、その方法の全体はここでも取り込まれる。
【００１７】 付着方法のパラメーターはデバイスの特性、使用法、及び構成に応じて変化す
る。制限のためではなく、説明のためだけの目的として、この方法の各ステップ
で使用される付着処理のパラメーターは、実施のための特定の例として、与えら
れている。さらに、ダイアフラム材料と適用可能で、半導体材料の付着に適して
いるいかなる処理が、好まれる実施例で利用されている処理の代わりに使用され
てもよいことは理解されなければならない。
る。制限のためではなく、説明のためだけの目的として、この方法の各ステップ
で使用される付着処理のパラメーターは、実施のための特定の例として、与えら
れている。さらに、ダイアフラム材料と適用可能で、半導体材料の付着に適して
いるいかなる処理が、好まれる実施例で利用されている処理の代わりに使用され
てもよいことは理解されなければならない。
【００１８】 絶縁層５を付着させるために、好まれる処理を使用して、好まれる材料、すな
わち、二酸化珪素、シラン（ＳｉＨ4）、及び亜酸化窒素１−２％がチャンバに
導入される。チャンバは最低で２５０℃程度、好まれるものとして３００℃で、
最高で１３０Ｐａ（１０００ミリトル）、好まれるものとして４８Ｐａ（３６０
ミリトル）の圧力に設定される。プラズマのエネルギーは５０Ｗを周波数１３．
５ＭＨｚで約５０分印加し、結果として３．５から５マイクロメートルの厚さの
酸化物膜となる。
わち、二酸化珪素、シラン（ＳｉＨ4）、及び亜酸化窒素１−２％がチャンバに
導入される。チャンバは最低で２５０℃程度、好まれるものとして３００℃で、
最高で１３０Ｐａ（１０００ミリトル）、好まれるものとして４８Ｐａ（３６０
ミリトル）の圧力に設定される。プラズマのエネルギーは５０Ｗを周波数１３．
５ＭＨｚで約５０分印加し、結果として３．５から５マイクロメートルの厚さの
酸化物膜となる。
【００１９】 選択的に、必要ではないが、デバイスに２つ以上の絶縁層が適用されてもよい
。これらの付加的な層は第１の絶縁層と同じ材料で形成されてもよいし、絶縁層
５及び絶縁層５の上の付加的な層の両方を接合するために適用可能な他の異なっ
た材料から形成されてもよい。
。これらの付加的な層は第１の絶縁層と同じ材料で形成されてもよいし、絶縁層
５及び絶縁層５の上の付加的な層の両方を接合するために適用可能な他の異なっ
た材料から形成されてもよい。
【００２０】 絶縁層５の形成に続き、図１Ｃ及び図４のステップ３５に示されているように
、不純物注入された非結晶／多結晶シリコン層（または、アモルファス／多結晶
シリコン層）７が絶縁層５の上に蒸着される。多結晶シリコン層７の一部は以後
に説明される処理ステップに従って、結果的に圧電抵抗センサゲージに形成され
る。しかしながら、付着されたときには、非結晶／多結晶シリコン層７は高抵抗
であり、圧電抵抗としての特性が低く、付着された誘電絶縁層５と同様である。
本発明の好まれる実施例において、非結晶／多結晶シリコン層７はボロンにより
不純物注入される。しかしながら、層７が他の材料で不純物注入されてもよいこ
と、及び他の不純物注入された半導体材料から構成されてもよいことは理解され
なければならない。
、不純物注入された非結晶／多結晶シリコン層（または、アモルファス／多結晶
シリコン層）７が絶縁層５の上に蒸着される。多結晶シリコン層７の一部は以後
に説明される処理ステップに従って、結果的に圧電抵抗センサゲージに形成され
る。しかしながら、付着されたときには、非結晶／多結晶シリコン層７は高抵抗
であり、圧電抵抗としての特性が低く、付着された誘電絶縁層５と同様である。
本発明の好まれる実施例において、非結晶／多結晶シリコン層７はボロンにより
不純物注入される。しかしながら、層７が他の材料で不純物注入されてもよいこ
と、及び他の不純物注入された半導体材料から構成されてもよいことは理解され
なければならない。
【００２１】 不純物注入された層７は絶縁層５を付着するために使用されたのと同様な方法
でＰＥＣＶＤ装置により蒸着される。ＰＥＣＶＤシステムを利用して、意図され
た０．５マイクロメートルの厚さで、ボロンを不純物注入した材料を付着するた
めに、不純物注入されたシランが４５ＳＣＣＭの流量でチャンバに導入される。
チャンバは約３００℃で、約４０から１３０Ｐａ（３００から１０００トル）の
圧力に設定される。プラズマのエネルギーは３０Ｗを周波数１３．５ＭＨｚで、
所望の薄膜の厚さを付着するための時間の間で印加される。
でＰＥＣＶＤ装置により蒸着される。ＰＥＣＶＤシステムを利用して、意図され
た０．５マイクロメートルの厚さで、ボロンを不純物注入した材料を付着するた
めに、不純物注入されたシランが４５ＳＣＣＭの流量でチャンバに導入される。
チャンバは約３００℃で、約４０から１３０Ｐａ（３００から１０００トル）の
圧力に設定される。プラズマのエネルギーは３０Ｗを周波数１３．５ＭＨｚで、
所望の薄膜の厚さを付着するための時間の間で印加される。
【００２２】 次に、図１Ｄ及び図４のステップ３７に示されているように、本発明の方法に
従って、不純物注入された層（以下、単に不純物注入層と呼ぶ）７に１つ以上の
圧電抵抗センサが形成される。これらの１つ以上の圧電抵抗センサを作製するた
めに、不純物注入層はアニール処理により、選択的に活性化され、伝導性及び圧
電抵抗性にされる必要がある。アニール処理をし、不純物注入層７に圧電抵抗セ
ンサを形成するため、不純物注入層７の特定の場所に、１つ以上の個々の圧電抵
抗センサ２１をトレースするために、例えばＹＡＧレーザーやアルゴンレーザー
等の、レーザー光線を使用することが好まれる。レーザーは多結晶の層７を加熱
するために、層７の予め決められ、予め選択された領域、または領域で、層７を
横切るように向けられる。レーザーによって発生した熱は多結晶層７のレーザー
に当たらなかった部分をそのままにしながら、レーザーの真下の領域をアニール
する（または、焼きなます）。そして、そのままにされた部分は隣接する圧電抵
抗センサの間の絶縁体として振舞うように、（レーザーの）影響を受けないよう
にする。
従って、不純物注入された層（以下、単に不純物注入層と呼ぶ）７に１つ以上の
圧電抵抗センサが形成される。これらの１つ以上の圧電抵抗センサを作製するた
めに、不純物注入層はアニール処理により、選択的に活性化され、伝導性及び圧
電抵抗性にされる必要がある。アニール処理をし、不純物注入層７に圧電抵抗セ
ンサを形成するため、不純物注入層７の特定の場所に、１つ以上の個々の圧電抵
抗センサ２１をトレースするために、例えばＹＡＧレーザーやアルゴンレーザー
等の、レーザー光線を使用することが好まれる。レーザーは多結晶の層７を加熱
するために、層７の予め決められ、予め選択された領域、または領域で、層７を
横切るように向けられる。レーザーによって発生した熱は多結晶層７のレーザー
に当たらなかった部分をそのままにしながら、レーザーの真下の領域をアニール
する（または、焼きなます）。そして、そのままにされた部分は隣接する圧電抵
抗センサの間の絶縁体として振舞うように、（レーザーの）影響を受けないよう
にする。
【００２３】 レーザーによって層７に適用される出力や時間等の、処理上の条件はレーザー
のエネルギーが非結晶／多結晶シリコン層により吸収され、アニールするように
選択される。不純物注入層７のレーザー処理される片の全体の長さは（以下で形
成される）２つのパッドの間の長さとして画定されるセンサの最終的な長さより
長い長さであるという条件を除いて、所望の長さにされてもよい。好まれるもの
として、不純物注入層のレーザー処理される片の全体の長さはセンサの最終的な
長さの少なくと１．２５倍である。このようにすることにより、センサが金属パ
ッドの下でいくらかの距離だけ拡張し、完全で中断の無い接続を確実にすること
ができる。
のエネルギーが非結晶／多結晶シリコン層により吸収され、アニールするように
選択される。不純物注入層７のレーザー処理される片の全体の長さは（以下で形
成される）２つのパッドの間の長さとして画定されるセンサの最終的な長さより
長い長さであるという条件を除いて、所望の長さにされてもよい。好まれるもの
として、不純物注入層のレーザー処理される片の全体の長さはセンサの最終的な
長さの少なくと１．２５倍である。このようにすることにより、センサが金属パ
ッドの下でいくらかの距離だけ拡張し、完全で中断の無い接続を確実にすること
ができる。
【００２４】 不純物注入層７の圧電抵抗センサの適切な位置を促進するために、ダイアフラ
ムの表面を位置決めし、固定した場所に保持するためのアライメントデバイス（
または、位置決めデバイス）を形成することが望まれる。このようにすることに
より、特に圧電抵抗センサ及び金属パッドが互いに導電性の接続をするように、
多様な層の形成の位置決めを可能にすることができる。これを達成するための１
つのデバイスは図３に示されているように、ダイアフラムの表面の縁にノッチ３
０を形成することである。このノッチ３０は対応する保持器の接合部（図示せず
）にフィットするように設計することができ、それにより、本発明の薄膜センサ
デバイスの形成中に、ダイアフラムを固定した位置に保持することができる。あ
るいは、ラグ（または、出っ張り）、アライメントマーク、２つ以上のノッチや
他の類似のデバイスをダイアフラムの表面の層の、適切な整列や位置決めを確実
にするために使用することもできる。
ムの表面を位置決めし、固定した場所に保持するためのアライメントデバイス（
または、位置決めデバイス）を形成することが望まれる。このようにすることに
より、特に圧電抵抗センサ及び金属パッドが互いに導電性の接続をするように、
多様な層の形成の位置決めを可能にすることができる。これを達成するための１
つのデバイスは図３に示されているように、ダイアフラムの表面の縁にノッチ３
０を形成することである。このノッチ３０は対応する保持器の接合部（図示せず
）にフィットするように設計することができ、それにより、本発明の薄膜センサ
デバイスの形成中に、ダイアフラムを固定した位置に保持することができる。あ
るいは、ラグ（または、出っ張り）、アライメントマーク、２つ以上のノッチや
他の類似のデバイスをダイアフラムの表面の層の、適切な整列や位置決めを確実
にするために使用することもできる。
【００２５】 センサの形成の後、不純物注入層７の表面は不純物注入層７と金属パッド１１
との間の適当な接合を確実にするために洗浄されるのが望ましい。これは図４の
ステップ３９に示されている。いくつかの異なった方法、すなわち、プラズマ洗
浄、ＰＦ洗浄、または湿式の化学エッチングが使用されてもよい。
との間の適当な接合を確実にするために洗浄されるのが望ましい。これは図４の
ステップ３９に示されている。いくつかの異なった方法、すなわち、プラズマ洗
浄、ＰＦ洗浄、または湿式の化学エッチングが使用されてもよい。
【００２６】 図１Ｅ及び図４のステップ４１に示されているように、金属接続パッド１１が
不純物注入層７の、１つ以上のセンサ２１の各々の縁に対応する、予め選択され
た場所に付着される。接続パッド１１の場所のためのシャドーマスクパターン１
３が不純物注入層７の上に配置され、適切な配置及び接続パッド１１の形成を可
能にするために、デバイス３０により整列または位置決めされる。シャドーマス
クパターン１３により、望まれない金属部１１ａが不純物注入層７の表面に付着
されることが防止される。好まれるものとして、接合層が最初に付着され、すな
わち、ＮｉＣｒまたはＴｉ、その後に接続パッド１１が続く。パッドは好まれる
ものとして、アルミニウム／１％シリコンの混合物（または、化合物）、または
金により形成され、約１．０ミリメートルの厚さに付着される。次に、マスク１
３及び望まれない１１ａが取り除かれ、不純物注入層７の表面に金属パッド１１
が残される。
不純物注入層７の、１つ以上のセンサ２１の各々の縁に対応する、予め選択され
た場所に付着される。接続パッド１１の場所のためのシャドーマスクパターン１
３が不純物注入層７の上に配置され、適切な配置及び接続パッド１１の形成を可
能にするために、デバイス３０により整列または位置決めされる。シャドーマス
クパターン１３により、望まれない金属部１１ａが不純物注入層７の表面に付着
されることが防止される。好まれるものとして、接合層が最初に付着され、すな
わち、ＮｉＣｒまたはＴｉ、その後に接続パッド１１が続く。パッドは好まれる
ものとして、アルミニウム／１％シリコンの混合物（または、化合物）、または
金により形成され、約１．０ミリメートルの厚さに付着される。次に、マスク１
３及び望まれない１１ａが取り除かれ、不純物注入層７の表面に金属パッド１１
が残される。
【００２７】 上述のステップに続き、図１Ｆ及び図４のステップ４３に示されているように
、パッシベーション層１５がレーザーでアニールされた層７上に蒸着または手作
業で適用される。パッシベーション層１５は不純物及び汚染物をシリコン表面か
ら封止し、デバイスが環境からの影響から守る。
、パッシベーション層１５がレーザーでアニールされた層７上に蒸着または手作
業で適用される。パッシベーション層１５は不純物及び汚染物をシリコン表面か
ら封止し、デバイスが環境からの影響から守る。
【００２８】 図３を参照すると、４つの抵抗を持ったホイートストンブリッジ２５が非結晶
／多結晶シリコンライン層７上に画定される点線で示されている。回路２５の各
抵抗は圧電抵抗センサ部材として振舞う。金属接点１１は電子抵抗測定装置が回
路２５と接続されるのを可能にする。不純物注入層７のレーザーが接触しなかっ
た部分は本質的に高抵抗のまま残され、その下の絶縁層と関連して、抵抗器とダ
イアフラムとの間の、及び個々の隣接する抵抗器の間の絶縁体として振舞う。
／多結晶シリコンライン層７上に画定される点線で示されている。回路２５の各
抵抗は圧電抵抗センサ部材として振舞う。金属接点１１は電子抵抗測定装置が回
路２５と接続されるのを可能にする。不純物注入層７のレーザーが接触しなかっ
た部分は本質的に高抵抗のまま残され、その下の絶縁層と関連して、抵抗器とダ
イアフラムとの間の、及び個々の隣接する抵抗器の間の絶縁体として振舞う。
【００２９】 したがって、従来技術で必要とされる、層の領域の形成や除去のための、高価
なフォトリソグラフィのステップを必要としない。ホイートストンブリッジセン
サ回路がここで開示されたが、本発明の方法が不純物注入層７上のいかなる圧電
抵抗センサ部材または回路設計を形成するために使用されてもよいことは理解さ
れなければならない。
なフォトリソグラフィのステップを必要としない。ホイートストンブリッジセン
サ回路がここで開示されたが、本発明の方法が不純物注入層７上のいかなる圧電
抵抗センサ部材または回路設計を形成するために使用されてもよいことは理解さ
れなければならない。
【００３０】 本発明の方法及び装置の好まれる実施例が図面で図示され、上で説明されてき
たが、本発明が開示された実施例に限定されず、本発明の範囲から外れずに多様
な改良が可能であることは理解されなければならない。
たが、本発明が開示された実施例に限定されず、本発明の範囲から外れずに多様
な改良が可能であることは理解されなければならない。
【図１】 本発明によるプロセスの異なるステップの間の薄膜センサの部分断面図を示す
。
。
【図２】 本発明による薄膜センサの圧力感知アプリケーションの側面図である。
【図３】 本発明により定められるホイートストン・ブリッジの平面図である。
【図４】 図１により示されるセンサの組立のプロセスを示すフローチャートである。
１ 基板 ３ 上面 ５ 絶縁層 ７ 多結晶シリコン層 １１ 金属パッド １１ａ 不要な金属部 １３ シャドーマスクパターン １５ パッシベーション層 ２１ センサ ２５ ホイートストンブリッジ ２７ 開口 ２９ 流体流 ３０ ノッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
Claims (13)
- 【請求項１】 圧電抵抗半導体センサゲージを形成するための方法であって
、 ２つの向かい合う表面を有する基板の少なくとも第１の表面を準備し、 基板の前記第１の表面に誘電体絶縁層を付着させ、 ドープされた半導体層を誘電体絶縁層の上部に付着させ、前記半導体層は付着
されたときに高い抵抗率を有し、 ドープされた半導体層を１つ又は複数の選択された領域でアニールして前記１
つ又は複数の選択された領域の前記半導体層の抵抗率を下げ、前記アニールされ
た半導体材料から成る１つ又は複数のセンサゲージをそこで画定し、 アニールにより起こった表面酸化及び／又は汚染物質を除去し、及び 電気的接点を前記半導体層上の前記選択された領域に隣接して付加し、前記接
点は１つ又は複数の選択された領域の少なくとも部分的に重なること のステップから成る方法。 - 【請求項２】 前記基板が、その表面の少なくとも１つに形成された位置合
わせデバイスを有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記基板がその表面の少なくとも１つに形成された位置合わ
せデバイスを有し、前記位置合わせデバイスがノッチ、ラグ、及びマークから成
るグループから形成される機械的デバイスであることを特徴とする、請求項１に
記載の方法。 - 【請求項４】 前記基板を準備するステップが、少なくとも前記第１の表面
を研削し、ラップ仕上げし、洗浄し、及び乾燥させる諸ステップから成ることを
特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記誘電体絶縁層を付着させるステップが、プラズマによっ
て増強された化学蒸着による蒸着が、窒化ケイ素、酸化ケイ素、及びそれらの混
合物から成るグループから選択された材料で形成された絶縁層を処理するステッ
プから成ることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 前記電気的接点の形成の後に、パッシベーション層を前記電
気的接点及びドープされた層上に付着させるステップを更に含むことを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記ドープされた半導体層を誘電体絶縁層の上面に付着させ
るステップが、プラズマによって増強された化学蒸着による蒸着が、ドープされ
たアモルファス／多結晶シリコン材料の層を処理するステップから成ることを特
徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 前記半導体層の一部をアニールするステップが、前記層の１
つ又は複数の選択された部分をレーザービームで照射して、ドープされた半導体
層をアニールして高い導電率を有するようにしてセンサを形成することから成る
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 前記蒸着が、プラズマによって増強された化学蒸着処理であ
ることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１０】 可撓性基板から成り、前記基板は開口を覆い、前記開口は
媒体と流体でつながっており、前記可撓基板は媒体における変化に応答してたわ
むことができ、前記基板は位置合わせデバイスを有し、前記基板は第１及び第２
の表面を有し、前記第１の表面は前記第１の表面に形成された絶縁誘電体層を有
し、前記誘電体層は前記誘電体層の上面へ一体に接合された高抵抗効率のドープ
された半導体材料層を有し、前記半導体材料層は導電性の圧電抵抗センサを形成
するようにアニールされる１つ又は複数の部分を有し、前記センサは第１及び第
２の端部を有し、前記センサの前記第１及び第２の端部、前記金属接点と電気抵
抗測定デバイスの間の電気的コネクタを各々覆うように金属接点が前記半導体材
料層の前記表面に接合されることを特徴とする圧電抵抗センサ。 - 【請求項１１】 前記センサが圧力差を監視するために使用され、前記媒体
が気体及び液体から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項１０
に記載のセンサ。 - 【請求項１２】 前記誘電体層、及び前記半導体材料層が蒸着処理により形
成されることを特徴とする、請求項１０に記載のセンサ。 - 【請求項１３】 前記半導体材料層、及び前記金属接点上に付着されたパッ
シベーション層を更に含むことを特徴とする、請求項１０に記載のセンサ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/291,468 US6319743B1 (en) | 1999-04-14 | 1999-04-14 | Method of making thin film piezoresistive sensor |
| US09/291,468 | 1999-04-14 | ||
| PCT/US2000/009858 WO2000062030A1 (en) | 1999-04-14 | 2000-04-13 | Method of making thin film piezoresistive sensor |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002541473A true JP2002541473A (ja) | 2002-12-03 |
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|---|---|---|---|
| JP2000611045A Expired - Fee Related JP3730868B2 (ja) | 1999-04-14 | 2000-04-13 | 薄膜圧電抵抗センサ製作の方法 |
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| EP (1) | EP1171759A1 (ja) |
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| KR (1) | KR100432465B1 (ja) |
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| TW (1) | TW448290B (ja) |
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