JP3509874B2 - 半導体チップ - Google Patents

半導体チップ

Info

Publication number
JP3509874B2
JP3509874B2 JP53063196A JP53063196A JP3509874B2 JP 3509874 B2 JP3509874 B2 JP 3509874B2 JP 53063196 A JP53063196 A JP 53063196A JP 53063196 A JP53063196 A JP 53063196A JP 3509874 B2 JP3509874 B2 JP 3509874B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
support
substrate
semiconductor chip
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP53063196A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH11503523A (ja
Inventor
ネーエア、ウルリツヒ
ベルトルト、アドリアン
シヤイター、トーマス
ヒエロルト、クリストフアー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of JPH11503523A publication Critical patent/JPH11503523A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3509874B2 publication Critical patent/JP3509874B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/148—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors using semiconductive material, e.g. silicon
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0802—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24802—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.]
    • Y10T428/24917—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.] including metal layer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24802—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.]
    • Y10T428/24926—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.] including ceramic, glass, porcelain or quartz layer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属製の支えの上に載っているダイアフラム
を有する半導体チップに関する。
半導体技術では、特にセンサ及びアクチュエータを製
造する際にしばしば層構造を基板の上方に離して形成す
ることが必要となる。このような構造は例えば圧力セン
サ用のダイアフラムとして、容量センサ又はアクチュエ
ータ用の空洞の遮蔽層として或は上側の対電極として使
用されている。この種のダイアフラムには例えばCMOSプ
ロセスの枠内で金属化面として施されるような薄いアル
ミニウム層を使用することができる。このような金属層
は導電性のダイアフラムとなり、その下にある材料を除
去した後例えば容量測定用の対電極又は圧力ダイアフラ
ムとして用いることができる。機械的安定性の故に金属
層は、例えばドイツ連邦共和国特許出願第P19509868号
明細書に記載されているデバイスのように、マイクロメ
カニズム素子が移動する空洞を外側から覆う必要のある
場合にも有利に使用できる。金属化物には通常高温によ
り引張り応力（ストレス）が生じ、全面的には支えられ
ていないダイアフラム層の機械的安定性に悪影響を及ぼ
す。
本発明の課題は、機械的安定性の十分なダイアフラム
形の構造が実現されている半導体チップを提供すること
にある。
この課題は請求項１の特徴を有する半導体チップによ
り解決される。その他の実施態様は従属請求項から明か
である。
本発明の基礎となる思想は、柱状又はウェブ状の支え
の上にダイアフラム層を固定し、ダイアフラム層に応力
が生じる場合にもしっかりと基底上に支持が保たれるよ
うに、これらの支えを固定材料中にある程度の深さまで
係留することにある。ダイアフラムと基板、半導体層構
造などとの間にはダイアフラムを基板と間隔をおいて保
持する支えが存在するので、基板或は半導体層構造に面
するダイアフラムの側面にはダイアフラム層の自由表面
が存在し得ることになる。この自由表面は例えば基板と
ダイアフラムとの間に形成された空洞により形成できる
ものである。ダイアフラム層を完全に残りの半導体材料
の外側で支えだけで支持することも可能である。この場
合ダイアフラムは少なくとも基板に面する側面上で他の
固定材料から完全に分離されている。重要なことは、ダ
イアフラム層を支えている柱状又はウェブ状の支えがダ
イアフラムと反対側の端部である程度の深さまで基板の
固定材料或はその上にある層構造に係留されることであ
る。それには支えの端部が少なくとも部分的にダイアフ
ラム層の面に対して垂直に延びる側方の外側面を有して
いると有利である。このような垂直に限定する部分で支
えは固定材料中に特に固く係留可能となる。円柱状の支
えの場合ダイアフラムと反対側の端部は半導体材料中に
例えば数μｍ入っていてもよい。
本発明の詳細を図面１〜４に基づき以下に記載する。
図１は本発明による半導体チップの断面を概略的に示
すものである。
図２は及び３は異なる製造段階の半導体チップの中間
製品の断面を示すものである。
図４は本発明による別の実施例の斜視図を示すもので
ある。
図１には簡略化のため構造物のない基板１が示されて
いるが、この基板は種々の実施例では基板、半導体層構
造或は半導体層の上に成長させらている層又は誘電性或
は金属製の層を備えられている基板の上方部分であって
もよい。以後ダイアフラム４と称する層は種々の厚さを
有することができ、ダイアフラム、保護層、対電極など
として形成され、例えば金属、半導体材料或は誘電体な
どの種々の材料からなっており、基板１に一定の間隔を
おき、支え３によりこの間隔が保たれている。この例で
は基板１とダイアフラム４との間には空洞が存在する。
基板１に面するダイアフラム層４の表面８はこの例では
支え３に係合する箇所を除いて完全に空いている。例え
ば円柱状の支柱とすることもできるこれらの支え３はダ
イアフラム４と反対側の端部５で基板１の材料中に係留
されている。
この例では基板１内には典型的には例えば約１μｍの
直径及び例えば0.5μｍ〜５μｍの深さを有していても
よいほぼ円柱状の開口がエッチングされており、支えの
材料で満たされている。支え３は例えば金属又はポリシ
リコンからできている。支え３の係留されている端部５
がダイアフラム４により与えられる平面の方向に見てダ
イアフラム４の面にほぼ垂直に延びている側方の外側面
９を有していると有利である。即ち外側面９にはダイア
フラム４の平面に対し垂直に延びる少なくとも１つの区
間があることになる。この例では円柱状の支えのダイア
フラムと反対側にある端部は例えば円柱形であってもよ
い。ほぼ垂直な層に相当するウェブ形の支えは基板１の
固定材料中に直方体形の部分で係留されることができ
る。原則として円柱状の支えの基板内に係留されている
端部が例えばほぼ半球形の末端部を備えられており、こ
の半球形の末端部のみが固定材料中に係留されることも
可能である。基板１内に係留される支えの端部５のダイ
アフラムに垂直に測定した寸法は支えに予め設定されて
いる機械的応力により決まる。
この構造の形成は、例えば図２に示すようにまず全面
的に基板１上に補助層２を施すようにして行われる。こ
の補助層２は、基板１の材料及び支え及びダイアフラム
層用に用意された材料に関して選択的に除去可能の材料
から形成される。シリコン基板の場合この補助層２は例
えば酸化シリコン又は他の誘電体であってもよい。この
層内に例えば乾式エッチング法により支え用に予定され
る範囲をエッチング除去する。エッチング除去により形
成された開口は、CMOSプロセスの枠内で接続端子用にも
エッチングされるように例えば接続孔の形に作ることが
できる。従来の接触孔エッチングとは異なり、支え用に
設けられた開口は基板１又は層構造の材料内まで更にエ
ッチングされる。この補助層２の下方のこのエッチング
深さは例えば0.5μｍ〜約５μｍに選択されると有利で
ある。本発明によればこのエッチングの深さは固定的な
ものではない。しかし基板１内に約５μｍ以上深くエッ
チングすることは形成すべき支えの安定性を必ずしも十
分に改善しない。要求される比較的大きな機械的安定性
に対しては少なくとも1.5μｍの深さに支えを係留する
と有利である。
次いでエッチングされた孔は支え３用に備えられた材
料で満たされる。それにはCMOSプロセスから公知の接触
孔の充填材を使用することができる。例えばまず、接着
層の作用をしかつ支えの金属が半導体材料と合金化する
即ちこの金属が半導体材料中に拡散するのを阻止するTi
/TiNバリヤが形成される。引続き孔を支えの金属、例え
ばタングステンで満たす。必要に応じてこの金属は図２
に示すように補助層２の上面を平坦に覆う程度にバック
エッチされる。次いで図３に示すように全面的にダイア
フラム４用に備えられた層を析出し、場合によっては構
造化する。これは例えば、アルミニウム又はタングステ
ンであってもよい第１の金属化面である。補助層２の材
料を除去できるようにダイアフラム４内に例えば直径約
１μｍの多数のエッチング孔を開ける。このエッチング
孔を通して補助層２は主に等方性エッチング工程で除去
され、その際酸化物層の場合には例えばフッ化水素（H
F、フッ化水素酸）を含むエッチング剤を使用してもよ
い。それにより図１に示すような構造が生じる。
このようにしてダイアフラム４を支え３により基板１
の固定材料中にしっかりと係留することが可能となる。
係留された構造はたとえ全く又は殆ど完全にフリーエッ
チングされても、強い機械的応力によってももはや基板
から外れることはない。
導電性に形成されたダイアフラム４の電気的接続は導
電性の支え３により行われる。もしこのような導電性接
触が支えと基板１内の領域との間に望まれる場合には、
支えと基板との間に備えられるバリヤを例えばコリメー
タによりスパッタリング（例えばチタンの場合）するか
又はCVD（化学蒸着）法で析出（例えばTiNの場合）する
ことができる。支えを基板の固定材料中に機械的に良好
に接着するには、補助層２内のエッチング孔をバリヤ層
を予め形成せずに金属で満たせば十分である。周囲の半
導体材料に対する電気的絶縁は例えば支え３の端部５の
範囲内のpn接合で達成することができる。支え３が係留
される固定材料は原則として接着性が十分で機械的に安
定であれば任意に選択できる。層構造１の上方層として
は例えば結晶シリコン又はポリシリコンのような半導体
材料の他に例えば窒化シリコンから成る誘電層も考えら
れる。補助層２を例えば側方から側方のエッチング溝を
介して除去できるダイアフラム層にエッチング孔を設け
る必要はない。ダイアフラム内にエッチング孔を後に析
出される例えば酸化物又は窒化物から成る層で遮蔽する
方法もある。従って例えば圧力センサ用に適した気密に
閉鎖されごく僅かな箇所だけを支えられた高い機械的安
定性を有するダイアフラムが得られる。
本発明による半導体チップでは図１に示すようにダイ
アフラムを規則的に間隔をおいて柱状の支えにより支え
ることができる。図１における支え３は図１に断面で示
されているウェブ状に延びる支えであってもよい。支え
の数及び寸法次第でダイアフラム４をかなり安定に支え
ることができる。この層を上方の対電極又は可動的に施
されたマイクロエレクトロニクス機能素子のカプセル化
に使用する場合支えがダイアフラムの縁部に取り付けら
れると有利である。ダイアフラム４が側方だけで支えら
れており、測定すべき圧力の変化に応じて中央で変形で
きるため圧力センサのダイアフラムとして使用する場合
にも有利である。
図４にはダイアフラム４が直方形であり、ウェブ状に
形成された支え６により両側の狭い側の面に沿ってのみ
支えられているチップの別の実施例が示されており、こ
れらの支え６の基板１内に係留されている部分７はこの
場合直方体形をしており、ダイアフラム４の面に垂直に
立っている長方形の外側面９により区切られている。ダ
イアフラム４内に生じる引張り力を緩和するため例とし
て図示されているＳ型及びＨ型の切欠きが設けられる。
このようにして比較的厚いダイアフラム４でもごく細い
支えの上に安定に固定することが可能となる。多数の支
えが備えられている場合機械的安定性はそれだけ高めら
れるので、ダイアフラム４は例えばチップ上の敏感な構
造のカバー層として使用することができる。以後他の加
工又は組立ての際にこのチップはカバー層が基板上に十
分に安定に係留されているので大きな機械的負荷に曝す
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シヤイター、トーマス ドイツ連邦共和国 デー−80469 ミユ ンヘン エーレングートシユトラーセ 15 (72)発明者 ヒエロルト、クリストフアー ドイツ連邦共和国 デー−81379 ミユ ンヘン ドルンレツシエンシユトラーセ 48 (56)参考文献 特開 平４−278464（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−201504（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−151889（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−146035（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−73166（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 9/12

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】支え（３、６）に載っているダイアフラム
    （４）を有する半導体チップにおいて、前記ダイアフラ
    ムが支え（３、６）を備えている側面上に基板（１）と
    分離した表面（８）を有し、これらの支え（３、６）が
    このダイアフラム（４）の縁部に設けられると共に、ダ
    イアフラム（４）に係合しているのと反対側の端部
    （５）で基板（１）内の各１個の開口に係留され、しか
    も開口が各支え（３、６）の側方の寸法に対応した外周
    縁を有する半導体チップ。
  2. 【請求項２】ダイアフラム（４）が金属層である請求項
    １記載の半導体チップ。
  3. 【請求項３】ダイアフラム（４）が切欠き、孔又は窓を
    有している請求項１または２記載の半導体チップ。
  4. 【請求項４】基板（１）中に係留されている支え（３、
    ６）の部分（５、７）が側方を境界付けられた外側面
    （９）を有し、この面（９）内に、ダイアフラム（４）
    により規定される平面に対し垂直に延びる少なくとも１
    つの区間がある請求項１乃至３の１つに記載の半導体チ
    ップ。
  5. 【請求項５】基板（１）中に係留されている支え（６）
    の部分（７）が直方体形である請求項４記載の半導体チ
    ップ。
  6. 【請求項６】基板（１）中に係留されている支え（３）
    の部分（５）が円柱状に形成されている請求項４記載の
    半導体チップ。
  7. 【請求項７】ダイアフラム（４）が長方形であり、支え
    がダイアフラムの互いに対向している縁部にこれらの縁
    部に沿って配設されている２つのウェブ（６）の形に形
    成されている請求項１乃至５の１つに記載の半導体チッ
    プ。
  8. 【請求項８】支えが0.5μｍ〜５μｍの深さで基板
    （１）に係留されている請求項１乃至７の１つに記載の
    半導体チップ。
  9. 【請求項９】支えが少なくとも1.5μｍの深さで基板
    （１）に係留されている請求項１乃至７の１つに記載の
    半導体チップ。
  10. 【請求項１０】支えが係留されている基板（１）が半導
    体材料である請求項１乃至９の１つに記載の半導体チッ
    プ。
JP53063196A 1995-04-12 1996-04-01 半導体チップ Expired - Fee Related JP3509874B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19513921A DE19513921C2 (de) 1995-04-12 1995-04-12 Halbleiterchip
DE19513921.6 1995-04-12
PCT/DE1996/000575 WO1996032627A1 (de) 1995-04-12 1996-04-01 Halbleiterchip mit auf pfosten ruhender membran

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11503523A JPH11503523A (ja) 1999-03-26
JP3509874B2 true JP3509874B2 (ja) 2004-03-22

Family

ID=7759578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP53063196A Expired - Fee Related JP3509874B2 (ja) 1995-04-12 1996-04-01 半導体チップ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6020050A (ja)
EP (1) EP0820581B1 (ja)
JP (1) JP3509874B2 (ja)
DE (2) DE19513921C2 (ja)
WO (1) WO1996032627A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6470754B1 (en) 1998-08-19 2002-10-29 Wisconsin Alumni Research Foundation Sealed capacitive pressure sensors

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4256382A (en) * 1979-05-03 1981-03-17 Hughes Aircraft Company Liquid crystal devices having uniform thermal expansion coefficient components
JPH077012B2 (ja) * 1987-08-18 1995-01-30 富士通株式会社 加速度センサ
US5220838A (en) * 1991-03-28 1993-06-22 The Foxboro Company Overpressure-protected, differential pressure sensor and method of making the same
DE4332843C2 (de) * 1993-09-27 1997-04-24 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung und mikromechanische Vorrichtung
DE19509868A1 (de) * 1995-03-17 1996-09-19 Siemens Ag Mikromechanisches Halbleiterbauelement

Also Published As

Publication number Publication date
DE19513921C2 (de) 1997-10-16
DE19513921A1 (de) 1996-10-24
JPH11503523A (ja) 1999-03-26
EP0820581B1 (de) 2001-03-07
EP0820581A1 (de) 1998-01-28
DE59606550D1 (de) 2001-04-12
US6020050A (en) 2000-02-01
WO1996032627A1 (de) 1996-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9438979B2 (en) MEMS sensor structure for sensing pressure waves and a change in ambient pressure
US8671757B2 (en) Micromechanical component
US5760455A (en) Micromechanical semiconductor component and manufacturing method therefor
US6065341A (en) Semiconductor physical quantity sensor with stopper portion
US4838088A (en) Pressure transducer and method for fabricating same
JP3126467B2 (ja) 圧力または加速度センサ
JP3114570B2 (ja) 静電容量型圧力センサ
EP1920229B1 (en) Pressure sensors and methods of making the same
US8413507B2 (en) Semiconductor dynamic quantity sensor and method of manufacturing the same
JP3305516B2 (ja) 静電容量式加速度センサ及びその製造方法
JPH0349267A (ja) 半導体式加速度センサおよびその製造方法
JPH077161A (ja) マイクロ加工された静電容量形表面差圧センサ
US20060032039A1 (en) Pressure sensor
US20100044808A1 (en) method of manufacturing a mems element
EP3076146B1 (en) Pressure sensor
US8525277B2 (en) MEMS device
US7478562B2 (en) High temperature LC pressure transducer and methods for making the same
JP2004532742A (ja) マイクロ構造エレメント
KR20010074906A (ko) 마이크로 기계 부품 및 그의 제조 방법
JP3509874B2 (ja) 半導体チップ
JP2001507288A (ja) マイクロメカニズム式半導体装置及びその製法
JP4214565B2 (ja) 半導体力学量センサの製造方法
US20230357001A1 (en) Production method for a micromechanical component for a sensor device or microphone device
JPH11281509A (ja) 半導体圧力センサ及びその製造方法
JP2022514339A (ja) センサ装置およびセンサ装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20031224

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees