JP2010531435A - マイクロメカニカル素子およびマイクロメカニカル素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
これに対し、独立請求項に記載されている特徴を備えた本発明によるマイクロメカニカル素子、ならびに独立請求項に記載されている特徴を備えた本発明によるマイクロメカニカル素子の製造方法は、基板が接触領域においてより高い安定性ないし耐性を維持しているという利点を有する。その種の後面の接触接続によって、例えばフリップリップ実装の際のマイクロメカニカル素子の前面における圧力結合も低減される。本発明の範囲におけるダイヤフラムは基板材料、通常はシリコンから形成されている。「機械的に安定したダイヤフラム」の概念は本発明の範囲において、基板の耐性に寄与するダイヤフラムを表す。したがってダイヤフラムの厚さは基板に比べて薄い。殊に有利には、安定性の意味において、例えば基板の厚みの半分の厚さを有するダイヤフラムが殊に有利である。本願発明の範囲において、コンタクト領域の概念は、コンタクトホールが設けられている、基板の前面と後面との間の領域全体を表す。コンタクト領域における安定性がより高いことにより、より大きなコンタクトホール、すなわちより大きい断面積を有するコンタクトホールが可能になる。これによって有利には、より高いエッチングレートでコンタクトホールをエッチングすることができ、このことは本発明によるマイクロメカニカル素子に関する製造プロセスを簡潔にし、また高速化させる。機能構造は例えばエッチングおよび/またはドーピングされた領域を有し、この領域は本発明によるマイクロメカニカル素子の本来のチップ機能、例えばセンサ構造を実現する。本発明によるマイクロメカニカル素子の構造は簡潔であり、また廉価に製造することができ、マイクロメカニカルセンサ、殊に圧力センサに非常に適している。殊に有利には、本発明によるマイクロメカニカル素子を圧力センサとして、比較的高い圧力領域、例えば10bar以上の圧力領域に使用することができる。本発明による構成によって、マイクロメカニカル素子は化学的に侵食性の環境、例えば粒子フィルタの領域における絶対圧測定または差圧測定に殊に適している。例えばパッシベーションされたゲルを用いる素子を使用することができない、または少なくとも使用が困難である別の使用分野を、有利には、例えば車両の空気圧のためのセンサまたは、エアバッグ、殊にサイドエアバッグのための圧力センサとしての本発明によるマイクロメカニカル素子でもってカバーすることができる。
図1には、機能構造7、ここでは圧電抵抗性の変換素子を備えたマイクロメカニカルシリコン圧力センサの構造が示されている。基板4は圧力媒体24と向き合う前面2を有する。媒体24の圧力は矢印Pの方向において圧力センサに作用する。基板4の前面2には機能構造7、ここでは圧電抵抗性の変換素子を備えたセンサダイヤフラム25が設けられている。センサダイヤフラム25の下方では、基板4の異方性エッチングにより切り欠き6が形成されている。パイレックスガラス35上への基板4の陽極結合によって、切り欠き6は基板4とパイレックスガラス35との間において中空部6を形成する。基板4とパイレックスガラス35の結合体は、接着層26またははんだ層26によって配線板22ないしケーシング27、例えばプレモールドケーシングと結合される。基板4の前面2はボンディングワイヤ21を用いて配線板22と導電的に接続されている。配線板22ないしケーシング27上のゲルリング28は装置を包囲し、またパッシベーションされたゲル23でもって充填されている。図示されているセンサは絶対圧センサである。媒体24の圧力によるセンサダイヤフラム25の伸長が圧電抵抗性の変換素子によって測定され、その信号を集積回路によって評価することができる。
−基板4の表面の熱酸化および構造化。
−シリコンエピタキシ。この際に多結晶シリコン(エピタキシャルポリシリコン)が酸化物11の上方に生じる。
−トレンチプロセスのための後面3のマスキング。
−熱酸化物11においてストップされる後面側からのコンタクトホール8のトレンチエッチング。
−多結晶シリコン領域を相互に絶縁させるために、例えばドーピングリングまたはトレンチされ、充填された絶縁性の溝(図示せず)による前面の絶縁。
−後面における例えば酸化物または窒化物からなる絶縁層16の析出。
−コンタクトホール8のトレンチ底部において絶縁層16および熱酸化物11を開くための後面3のリソグラフィ。
−導電性材料9を用いる接続部、例えばドープされた多結晶シリコンまたは金属またはそれらの組み合わせを用いる接触接続部の後面3上における析出および構造化。
−コンタクトホール8のトレンチプロセスのための後面3のマスキング。
−高いレート動作で基板4においてストップされる、後面3側からのコンタクトホール8のトレンチエッチング。
−スルーコンタクト12のトレンチエッチングプロセスのためのマスクとしての、コンタクトホール8のトレンチ底部における照明による後面3のスプレーコーティング(Spruehbelackung)。
−前面金属化部14においてストップされる、後面3側からのスルーコンタクト12のトレンチエッチング。
−絶縁層16の析出。
−後面3のスプレーコーティング。スルーコンタクト12のトレンチ底部はアスペクト比が高いためにコーティングされない、または完全にはコーティングされない。
−絶縁層16、金属化部14、ならびに必要に応じて設けられる図示していない別の絶縁層を開くための異方性のトレンチエッチングステップ。
−裏面3上、コンタクトホール8内およびスルーコンタクト12内における導電性材料9の析出および構造化。
−ブラインドホール12’(図9を参照されたい)のトレンチエッチングプロセスのための前面2のマスキング。
−ブラインドホール12’のトレンチエッチング。
−コンタクトホール8のトレンチプロセスのための後面3のマスキング。
−スルーコンタクト12が開かれるまでのコンタクトホール8のトレンチエッチング。
−絶縁層16の析出。
−有利にはLPCVD法(低圧化学気相成長法)での、場合によっては、現場での、すなわちインシトゥーでのドーピングまたは事後的なドーピングを用いる、前面2上および後面3上における例えば多結晶シリコンの同時の析出。
−ブラインドホール12’のトレンチエッチングプロセスのための前面2のマスキング。
−ブラインドホール12’のトレンチエッチング。
−酸化(絶縁層16)。
−有利にはLPCVD法による、後に熱酸化の際のマスキングとして使用することができる窒化物層17の析出。
−前面2上およびザックホール12’における例えば多結晶シリコン9の析出。
−コンタクトホール8のための後面3のマスキング。
−多結晶シリコン9が窒化物層17と共に部分的に露出されるまでの後面3側からのコンタクトホール8の酸化エッチング。
−コンタクトホール8内の絶縁層16の熱酸化、多結晶シリコン9には窒化物層17に基づき酸化物が極僅かにしか形成されない(薄い酸化物)。
−多結晶シリコン9から窒化物層17の露出された部分を除去するために、酸化物エッチングレートよりも高い窒化物エッチングレートでの、例えば乾式エッチングステップによる後面3の窒化物エッチング。
−ここでは、例えば多結晶シリコン9と材料9’が組み合わされた後面接触接続部による接触多結晶シリコン9の露出された部分の接触接続。
Claims (11)
- 前面(2)および後面(3)を備えた基板(4)を有する、マイクロメカニカル素子であって、
前記前面(2)は機能構造(7)を有し、該機能構造(7)はコンタクト領域(5)において前記後面(3)と電気的に接触接続しており、前記基板(4)は前記コンタクト領域(5)において少なくとも1つのコンタクトホール(8)を有し、該コンタクトホール(8)は前記後面(3)側から前記基板(4)内へと延在している、マイクロメカニカル素子において、
前記コンタクトホール(8)と前記前面(2)との間に機械的に安定したダイヤフラム(1)が配置されていることを特徴とする、マイクロメカニカル素子。 - 前記基板(4)の前記前面(2)はエピタキシャル層(10)を有し、前記コンタクトホール(8)は前記エピタキシャル層(10)まで、または前記エピタキシャル層(10)の内部にまで延在している、請求項1記載のマイクロメカニカル素子。
- 前記基板(4)と前記エピタキシャル層(10)との間において少なくとも前記コンタクト領域(5)内に酸化物層(11)が配置されている、請求項1または2記載のマイクロメカニカル素子。
- 前記基板(4)は前記コンタクト領域(5)内に1つまたは複数のスルーコンタクト(12)を有し、該スルーコンタクト(12)は前記コンタクトホール(8)を前記前面(2)に接続させ、前記スルーコンタクト(12)は有利には導電性の材料(9)でもってコーティングまたは充填されている、請求項1から3までのいずれか1項記載のマイクロメカニカル素子。
- 請求項1から4までのいずれか1項記載のマイクロメカニカル素子の製造方法において、
少なくとも1つのコンタクトホール(8)を後面(3)側から、前記コンタクトホール(8)と前面(2)との間に機械的に安定したダイヤフラム(1)が残存するように基板(4)内に形成し、機能構造(7)と前記後面(3)との間にダイヤフラム(1)を通る電気的な接触接続部を形成することを特徴とする、マイクロメカニカル素子の製造方法。 - 前記コンタクトホール(8)をトレンチエッチングにより形成し、エッチングプロセスを制御下で、有利にはエピタキシャル層(10)において、またはエピタキシャル層(10)内でストップさせ、有利には前記エピタキシャル層(10)の被着前に少なくともコンタクト領域において酸化物層(11)を前記基板(4)上に被着させ、エッチングプロセスを前記酸化物層(11)においてストップさせる、請求項5記載の方法。
- 1つまたは複数のスルーコンタクト(12)を第2のエッチングプロセスによって形成し、前記スルーコンタクト(12)により前記コンタクトホール(8)を前記前面(2)と接続させる、請求項5または6記載の方法。
- 前記スルーコンタクト(12)を前記コンタクトホール(8)側からエッチングし、エッチングプロセスを有利には前記前面(2)の表面金属化部(13)においてストップする、請求項7記載の方法。
- 前記スルーコンタクト(12)を一貫してエッチングし、絶縁層を析出し、続いて導電性の材料を被着させ、有利には1つのステップで前記前面(2)上および前記スルーコンタクト(12)内、また有利には前記コンタクトホール(8)内および/または前記後面(3)上に導電性の材料を被着させる、請求項7記載の方法。
- 前記コンタクトホール(8)のエッチングの前に前記前面(2)側からブラインドホール(12’)を形成し、絶縁させ、有利には導電性の材料(9)でもって充填し、前記ブラインドホール(12’)を前記後面(3)側からの前記コンタクトホール(8)のエッチングによって開き、前記スルーコンタクト(12)を形成する、請求項5から7までのいずれか1項記載の方法。
- 少なくとも1つの参加されたトレンチ絶縁溝(18)を1つのプロセスステップにおいて、前記スルーコンタクト(12)またはブラインドホール(12’)と同時にトレンチエッチングによって形成する、請求項7から10までのいずれか1項記載の方法。
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