JP4376322B2 - 半導体部材を製造する方法 - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は電子部材に関し、より詳しくは半導体部材に関する。
発明の背景
容量性差圧検出器は通常、固定電極，圧力可動型単一ダイヤフラム電極，およびこの２つの電極を分離する小さな間隙を有し、この間隙は圧力検出環境に曝される。検出器の動作中、圧力の変化がダイヤフラム電極を曲げさせ、２つの電極間の間隙の大きさを変化させ、これによって２つの電極間で測定されるキャパシタンスを変化させる。
しかしながら、これらの容量性圧力検出器は、塵その他の微粒子が間隙内に入り込み易いので、微粒子汚染を極めて受けやすい。この微粒子は、検出器の製作，組立中に周囲から来たり、検出器の動作中に気体もしくは液体の圧力検出媒体から来る。微粒子は、ダイヤフラム電極が、圧力の変化に反応して適正に動作するのを妨害する。
また、圧力検出環境が周囲大気であるとき、湿度によって、２つの電極間の空気の絶対誘電率が変化するので、先行技術の容量性圧力検出器は、湿度や周囲大気中のその他の水分形態による影響を受けやすい。そのため、周囲圧力が一定状態を保っているときでも、湿度の変化は、検出器によって測定されるキャパシタンスを変化させる。
また、一部の容量性差圧検出器は、大きな支持基板を必要とし、これが無駄なスペースをとり、検出器の費用を増加させる。
したがって、圧力検出環境からの微粒子または水分による影響を受けない、小型かつ費用効果の高い圧力検出器に対する必要性が存在する。
【図面の簡単な説明】
第１図から第８図は、種々の製造段階を経た後の本発明による一つの電子部材の実施例の断面図である。
図を簡単に分かりやすくするため、図面の素子は必ずしも縮尺通りには描かれていない。また、異なる図の同じ参照番号は、同一素子であることを表す。
好適な実施例の詳細な説明
第１図は、いくつかの初期製造工程を経た後の電子部材１００の実施例を示す。部材１００は、底面１０７、および底面１０７と対向する上面１０８を有する基板１０１を含む。基板１０１は、以下に説明するように、封止複合ホロー・ダイヤフラム（sealed composite hollow diaphragm）または容量性圧力検出ダイヤフラムを支持するのに用いられる。基板１０１は、シリコン，ゲルマニウム，ガリウムひ素などの半導体材料によって構成することができる。しかしながら、好適な実施例では、基板１０１は、以下に説明する理由から、単結晶構造を有するシリコン基板によって構成される。
分離層およびエッチ・ストップ層１０２，１０３は、例えば、熱的成長（thermal growth），蒸着、またはこれらに類するその他の技術を用いて、基板１０１の表面１０８の上に順次配置される。層１０２，１０３は、基板１０１と、基板１０１の上に形成される封止複合ホロー・ダイヤフラム（以下に説明）との間に、電気的かつ寄生的（parasitic）な分離を提供する。そのため、層１０２，１０３を用いることによって、基板１０１内に集積回路を形成して、オンチップ圧力の測定および計算を行うことができる。層１０２，１０３はまた、後で実施する基板１０１のエッチング中、エッチ・ストップの役割を果たす（後述）。好適な実施例では、層１０２は、酸化シリコンなど約１から３マイクロメートルの誘電体によって構成され、層１０３は、窒化シリコンなど約０．５マイクロメートル未満の異なる誘電体によって構成される。
次に、ウェットまたはドライ・エッチング技術を用いて、層１０２，１０３に孔が形成される。この孔の幅は、約１００から１０００マイクロメートルとすることができる。ついで、孔拡張層１０４が、例えば、蒸着技術を用いて、前記の孔と、基板１０１の表面１０８の上に配置される。層１０４は、後述するように、より大きな孔を、基板１０１内にエッチングできるようにする。層１０４は、基板１０１を異方性エッチングするのと同じエッチング剤によって等方性エッチングできる材料によって構成されることが望ましい。好適な実施例では、層１０４は、技術上ポリシリコンとして知られる多結晶構造を有する約１．５から３．５マイクロメートルのシリコンによって構成される。メカノ・ケミカル・ポリシング（chemical-mechanical polishing）などの平坦化技術は、層１０４を蒸着した後の半導体構造の上面を平坦化するのに用いることができる。
ついで、エッチ・ストップ１０５が、層１０３，１０４の上に配置される。好適な実施例では、エッチ・ストップ１０５は、窒化シリコンなど約０．５マイクロメートル未満の誘電体によって構成される。続いて、ダイヤフラム１０６が、エッチ・ストップ１０５の上に配置される。ダイヤフラム１０６は、封止複合ホロー・ダイヤフラムの底部ダイヤフラムの働きをし、部材１００の差圧検出器部分の底部電極の働きもする。好適な実施例では、ダイヤフラム１０６は、約１から３マイクロメートルのドープ・ポリシリコン（doped polysilicon）などの導電材料を堆積し、ついでパターン形成することによって形成される。
第２図は、さらにいくつかの製造工程を経た後の部材１００を示す。分離層２０１は、ダイヤフラム１０６とエッチ・ストップ１０５の上に堆積される。層２０１は、孔を有するようにパターン形成されて、ダイヤフラム１０６のいくつかの部分を露出させる。層２０１は、ダイヤフラム１０６を、上に配置される固定電極（後述）から電気的に分離する。好適な実施例では、層２０１は、窒化シリコンなど約０．５マイクロメートルの誘電体によって構成される。
層２０１のパターン形成後、犠牲層２０２が、ダイヤフラム１０６と層２０１の上に堆積され、パターン形成される。層２０２は、層２０１の孔の内部と上部に形成されて、ダイヤフラム１０６と直接もしくは物理的に接触する。その後、層２０２を完全に除去することによって、ダイヤフラム１０６を、固定電極（後述）とは独立させて、動かすことができる。層２０２は、層２０１とダイヤフラム１０６の上で選択的にウェット・エッチングできる材料によって構成されることが望ましい。好適な実施例では、層２０２は、酸化シリコン，燐シリケート・ガラスなど１から３マイクロメートルの誘電体によって構成される。
固定電極２０３は、ダイヤフラム１０６と層２０１，２０２の上に載る形で形成される。固定電極２０３は、部材１００の差圧検出器部分の中央の固定電極として働く。電極２０３は、分離層２０１によって、ダイヤフラム１０６から電気的に分離される。電極２０３は、１組または複数の孔を有する形でパターン形成されて、犠牲層２０２の諸部分を露出する。電極２０３の孔は、分離層２０１の種々の領域に渡って位置合わせされて、分離層２０１の孔の上に配置されないことが望ましい。好適な実施例では、電極２０３は、約１から３マイクロメートルの、ダイヤフラム１０６に用いられるのと同様の材料によって構成され、電極２０３の孔はそれぞれ、約２から１０マイクロメートルの幅を有する。
第３図は、後続の処理を行った後の部材１００を示す。分離層３０１は、固定電極２０３と分離層２０１の上に配置される。層３０１は、後に形成されるダイヤフラムの電極（以下に説明）から、固定電極２０３を電気的に分離する。層３０１は、開口部を有する形でパターン形成されて、固定電極２０３の孔を露出する。代替的実施例では、層３０１は、固定電極２０３の各孔に対し別個の開口部を有する形でパターン形成される。好適な実施例では、層３０１は、約０．５マイクロメートル未満の、層２０１に用いられるのと同様の材料によって構成される。
ついで、犠牲層３０２が層３０１の上、固定電極２０３の上、層３０１の開口部の中、および固定電極２０３の孔の中に堆積されて、犠牲層２０２と物理的に接触する。層３０２を後で完全に除去することによって、後に形成されるダイヤフラム（以下に説明）を、固定電極２０３とは独立させて動かすことができる。好適な実施例では、犠牲層３０２は、約１から３マイクロメートルの、犠牲層２０２に用いられるのと同様の材料によって構成されて、層３０２が、層２０１，３０１，ダイヤフラム１０６，または電極２０３を実質的にエッチングせずに、層２０２と同一のエッチング剤によって除去できるようにする。
第１エッチ・マスク（図示せず）が、層３０２，３０１の上に形成されて、層３０２の外周部を確定する。エッチング工程と、第１エッチ・マスクの除去後、第２エッチ・マスク（図示せず）が層３０２，３０１の上に形成され、その後、１組もしくは複数の孔を、犠牲層３０２，２０２の中に異方性エッチングする。これらの孔は、固定電極２０３の孔の上に配置され、それらの内部に適合し、それらの孔を貫通する。層２０１は、この異方性エッチング工程に対してエッチ・ストップの役割を果たす。好適な実施例では、このエッチング工程の孔の幅は約２から１０マイクロメートルであり、固定電極２０３の孔と中心が同一である。
第２エッチ・マスクを除去した後、ダイヤフラム３０３が、犠牲層３０２，分離層３０１，固定電極２０３およびダイヤフラム１０６の上に形成される。ダイヤフラム３０３は、部材１００の圧力検出器部分にとって上部電極として働く。ダイヤフラム３０３は、分離層３０１によって固定電極２０３から電気的に分離される。ダイヤフラム３０３はまた、少なくとも一つの孔３０４を有して、犠牲層３０２の一部分を露出する。孔３０４は、後で説明する理由から、層１０４の中心部分の上には重ならないこと望ましい。ダイヤフラム３０３は、約２から１２マイクロメートルの、ダイヤフラム１０６および電極２０３に用いられるのと同様の材料を堆積させ、ついでパターン形成されることによって形成されることが望ましい。
ダイヤフラム３０３に用いられる材料はまた、犠牲層３０２，２０２の孔の中にも堆積されて、ダイヤフラム３０３に対する複数の支柱，柱，ビームまたはポスト３０５を形成する。ポスト３０５は、幅が約１から１０マイクロメートルで、互いに約１０から５０マイクロメートルの間隔が空けられ、後で詳述するように、ダイヤフラム１０６，３０３の局部曲がりを防止する。ポスト３０５は、分離層２０１によってダイヤフラム１０６から電気的に分離される。第３図には２つのポストしか描かれていないが、ポストの具体的数は、ダイヤフラムが大きくなれば、それだけ多くのポストを必要とするので、ダイヤフラム３０３，１０６の大きさに依存する。
第４図は、さらに製造工程が進んだ部材１００を示す。犠牲層３０２，２０２は除去されて、ダイヤフラム１０６と３０３の間にキャビティ４０１をつくり、固定電極２０３とポスト３０５が、キャビティ４０１内に残っている。ダイヤフラム３０３内の孔３０４は、エッチング剤が犠牲層３０２に接触してこれをエッチングできるようにし、固定電極２０３内の孔は、エッチング剤が、犠牲層２０２に接触してこれをエッチングできるようにする。除去工程を単純化するため、１個のエッチング剤を用いて、犠牲層３０２と２０２の両方をエッチングする一方で、ダイヤフラム１０６，３０３，ポスト３０５，分離層２０１，３０１および固定電極２０３は、エッチング剤には影響を実質的に受けない状態にしておくことができる。好適な実施例では、フッ化水素酸，緩衝フッ化水素酸などによって構成されるウェット・エッチング剤は、ダイヤフラム１０６，３０３，ポスト３０５，分離層２０１，３０１および固定電極２０３の上で、層３０２，２０２を選択的にエッチングするのに用いられる。第４図では、１個のエッチング孔しか描かれいないが、ダイヤフラムが大きくなれば、それだけ多くの孔を必要とするので、孔の具体的数は、ダイヤフラム１０６，３０３の大きさに依存する。
犠牲層３０２，２０２を除去した後、分離層２０１，３０１は、固定電極２０３を、ダイヤフラム１０６，３０３からそれぞれ電気的に分離した状態に保つ。除去される前の層３０２，２０２の厚さによって、ダイヤフラム３０３と電極２０３の間、電極２０３とダイヤフラム１０６の間の最終的間隔がそれぞれ決定される。層３０２，２０２を除去した後、固定電極２０３は、キャビティ４０１の内側表面または壁によって支持されないことが望ましい。寧ろ、電極２０３は、分離層２０１，ダイヤフラム１０６および基板１０１によって、よりしっかりと支持されることが望ましい。
キャビティ４０１の形成後、粘着防止工程が実施されて、部材１００の動作中、固定電極が、ダイヤフラム１０６，３０３にくっつくのを防止できる。粘着防止工程または構造は、例えば、スタンドオフ，ディンプル（dimple），凍結乾燥技術，超臨界二酸化炭素乾燥，または粘着防止コーティングを含むことができる。
第５図は、さらに製造工程が進んだ部材１００を示す。キャビティ封止層５０１が、ダイヤフラム３０３，分離層３０１の上部，および孔３０４の内部に堆積される。層５０１は、キャビティ４０１を封止して、キャビティ４０１と固定電極２０３が、周囲大気に露出されるのを防ぐ。好適な実施例では、層５０１は、約０．５から４マイクロメートルの酸化シリコンによって構成される。また、好適な実施例では、キャビティ４０１内の圧力は約３０ミリトルから１トルであり、この圧力は、層５０１の堆積前、堆積中に、成長室を約３０ミリトルから１トルに近づけることによって達成できる。
ついで、第１接触孔が層５０１，３０１，２０１の中に逐次エッチングされて、電気接点５０２を形成できるようにする。また、第２接触孔が、層５０１の中にエッチングされて、電気接点５０３を形成できるようにする。第３接触孔は、層５０１，３０１に逐次エッチングされて、電気接点５０４が形成できるようにする。１個，２個または３個の独立したエッチ・マスクを用いて、３つの接触孔をエッチングすることができる。好適な実施例では、電気接点５０２，５０３，５０４は、従来の酸化金属半導体電界効果トランジスタのソース接点とドレイン接点に用いられる材料によって構成される。一例として、接点５０２，５０３，５０４は、アルミニウム・シリコンによって構成され得る。
第１保護層またはエッチ・マスク５０５は、基板１０１の表面１０８，キャビティ封止層５０１，電気接点５０２，５０３，５０４，ならびにダイヤフラム１０６，３０３と固定電極２０３によって構成される半導体構造の上に形成される。エッチ・マスク５０５は、開口部または孔が全くなく、表面１０８の実質的全部をとぎれなく被覆する。第２保護層またはエッチ・マスク５０６は、基板１０１の表面１０７の上に形成される。エッチ・マスク５０６は、穴拡張層１０４の直下に配置される開口部を有して、表面１０７に沿って、基板１０１の一部分を露出する。表面１０７から、基板１０１を薄くした後、表面１０７の上にエッチ・マスクを堆積させることができる。好適な実施例では、エッチ・マスク５０５，５０６は、約０．５から２マイクロメートルの窒化シリコンによって構成される。
第６図および第７図は、後続のエッチング工程中の部材１００を示す。エッチ・マスク５０５，５０６の形成後、キャビティまたは孔６０１が、表面１０７の露出部分から始まって、基板１０１の内部へとエッチングされる。好適な実施例では、水酸化カリウムまたは水酸化テトラメチルアンモニウムなどの異方性ウェット・エッチング剤６０２が、基板１０１に孔６０１をエッチングするのに用いられる。好適な実施例では、基板１０１は、＜１００＞結晶面に沿ってエッチングされて、孔６０１の側壁は、基板１０１の表面１０７に対して５４．７度の角度を成す。
好適な実施例において、孔６０１が孔拡張層１０４に達するとき、エッチング剤６０２が、層１０４を等方性エッチングする。層１０４が等方性エッチングされるので、第６図に示されるように、表面１０８の一部分がエッチング剤６０２に露出される。また、表面１０８のこの部分がエッチング剤６０２に露出されるので、エッチング剤６０２は、第７図に示されるように、表面１０８から＜１００＞結晶面に沿って基板１０１を異方性エッチングする。最終的には、層１０４がすべてエッチング剤６０２によって除去され、孔６０１の大きさが、表面１０８において拡げられる。
このエッチング工程では、エッチ・マスク５０５，５０６，層１０２，１０３およびエッチ・ストップ１０５はすべて、エッチング剤６０２に対してエッチ耐性を有することが望ましい。エッチ・マスク５０５は、エッチング剤６０２が、層１０４と、基板１０１の表面１０８とを直接エッチングするのを防ぐ。エッチング剤６０２は寧ろ、孔６０１を通してのみ、基板１０１の表面１０７から層１０４と表面１０８へと供給される。
部材１００の大きさが低減されるのは、第６図と第７図の好適なエッチング実施例において、基板１０１の表面１０７，１０８における孔６０１の部分が、基板１０１の内部，内側，中央または中心部分における孔６０１の他の部分より大きい、もしくは拡がっているからである。部材１００の最小化を実現するため、エッチ・マスク５０６の開口部は、孔拡張層１０４とほぼ同じ大きさでることが望ましい。
代替的実施例では、ドライ・エッチング技術またはその他の一括微細機械加工（bulk micromachining）技術を、上記のウェット・エッチング技術の代わりに、またはこれと組み合わせて用いることができる。一例として、ドライ・エッチング剤は、最初に表面１０７から基板１０１内のあるポイントまで、孔６０１をエッチングするのに使用できる。次に、第２エッチング剤を用いて、基板１０１内を更にエッチングして、層１０４を除去し、基板１０１の表面１０８の一部分を露出させ、孔６０１の残りの部分を等方性エッチングすることができる。
次に、第８図は、さらにいくつかの製造工程を経た後の部材１００を示す。エッチ・マスク５０５は除去されて、電気接点５０２，５０３，５０４を露出する。好適な実施例では、孔６０１の真上にあるエッチ・ストップ１０５の一部分が除去される。また、好適な実施例では、キャビティ封止層５０１のほとんどが除去されるが、層５０１の小部分は、ダイヤフラム３０３の孔３０４の中に残されて、キャビティ４０１を封止状態に保つ。もう一つの方法としては、孔６０１の真上にあるキャビティ封止層５０１のごく一部分のみが除去される。上記のように、層５０１が除去された状態で、エッチ・マスク５０５およびエッチ・ストップ１０５，孔６０１の真上にあるダイヤフラム３０３，１０６の部分は、基板１０１の表面１０７，１０８と実質的に直交する方向で、基板１０１に対して柔軟性または可動性を示す。固定電極２０３は、基板１０１に対して固定または静止状態を保つ。
代替的実施例では、キャビティ封止層５０１は、エッチングまたは除去されず、孔６０１の真上にあるエッチ・ストップ１０５の部分も除去されない。この代替的実施例は、圧力検出環境からのダイヤフラム３０３，１０６の電気的分離を防ぐが、ダイヤフラム１０６，３０３の柔軟性は低減される。ダイヤフラム３０３の最低限の柔軟性を維持するため、ダイヤフラム３０３内の孔３０４は、孔６０１の上に配置せずに、孔３０４が、キャビティ封止層５０１で埋められるときに、層５０１が、ダイヤフラム３０３の部分にも、孔６０１の真上にある電極２０３にも直接接触または結合しないようにすることが望ましい。
第８図に示すように、部材１００は、容量性差圧検出器である。ダイヤフラム３０３，１０６は、内部に固定電極２０３を収容する容量性差圧検出素子または複合ホロー・ダイヤフラムを形成する。ダイヤフラム３０３，１０６は、複合ホロー・ダイヤフラムの２つの固定電極である。以下に詳述するように、封止複合ホロー・ダイヤフラムは、差圧に反応して動く。封止複合ホロー・ダイヤフラムは、基板１０１によって支持されて、基板１０１内の孔６０１の真上に配置される。
部材１００の動作中、ダイヤフラム３０３は、第１圧力に露出されて、第２圧力から分離され、ダイヤフラム１０６は第２圧力に露出されて、第１圧力から分離される。第１圧力が第２圧力より大きい場合には、ダイヤフラム３０３は、第１電極２０３の方向に動く、または曲がる。ポスト３０５がダイヤフラム３０３，１０６と機械的に結合されている状態では、ダイヤフラム３０３が固定電極２０３に向かって動くにつれて、ポスト３０５は、ダイヤフラム１０６を、固定電極２０３から離れる方向に動かすか、または曲げる。ポスト３０５は堅いまたは硬質であることが望ましく、ダイヤフラム３０３が動くと、それと同じように、またダイヤフラム３０３が動いたのと同じ距離だけ、ダイヤフラム１０６を同時に動かすようにすることが望ましい。
第２圧力が第１圧力を上回る場合には、ダイヤフラム１０６は、電極２０３方向に動き、ポスト３０５は同時に、ダイヤフラム３０３を電極２０３から離す方向に動かす。電極２０３は、第１または第２圧力のいずれかに反応して動くことはない。ダイヤフラム３０３，１０６が、電極２０３の方向または離れる方向に動くと、ダイヤフラム３０３と電極２０３の間のキャパシタンスはある方向に変化し、ダイヤフラム１０６と電極２０３との間のキャパシタンスは、その反対方向に変化する。この微分キャパシタンスは、基板１０１内または別個の基板上の集積回路によって測定できる。
以上をまとめると、改良型の半導体容量性差圧検出部材またはデバイスは、内部に固定電極を持つ封止複合ホロー・ダイヤフラムを有して、空気，気体または液体の圧力変化を検出する。本明細書に記載される圧力検出デバイスは、先行技術の多くの欠点を克服している。例えば、この圧力検出デバイスは、支持基板内に孔を形成する方法を採るので、大きさが低減される。また、もう一つ例を挙げれば、２個のフレキシブル・ダイヤフラムが互いにオーバーラップしていて、下に位置する支持基板の種々の部分の上には位置しないので、圧力検出デバイスの大きさが低減される。加えて、封止複合ホロー・ダイヤフラムは、圧力検出デバイスの製造および動作中における微粒子汚染および結露という先行技術の問題点を排除している。さらに、２個のフレキシブル・ダイヤフラムを機械的に結合するポストは、先行技術の圧力検出器が有する同相モード圧力に関わる問題を防止し、２個の対向するフレキシブル・ダイヤフラムはともに、中央の固定電極に向かって曲がることができる。また、２個のフレキシブル・ダイヤフラムは、サファイアなど高価な材料によって、独立して作られるわけではないので、圧力検出デバイスのコストが低減される。コストがさらに低減されるのは、２個のフレキシブル・ダイヤフラムが、費用が高く、難しい不正確な位置合わせ技術を用いて組み立てられるのではなく、２個のダイヤフラムは、粘着剤その他の接着剤によって結合されるからである。また、容量性検出技術を用いることによって、圧力測定の感温性を低減し、圧電抵抗検出技術に比べて、低圧感受性を大幅に高める。
本明細書に記載される半導体差圧検出部材は、液体およびガス流量計，洗濯機などの家電製品，ＨＶＡＣ用途，および種々の自動車用途を含む（これらに限定されない）多岐に渡る用途に用いることができる。また、圧力測定が実施される環境から変換機構が保護されているので、本明細書に記載される概念は、トンネル・チップ（tunneling tip）デバイス，熱線検出器，圧電抵抗デバイスおよび大気圧検出器など、他の圧力検出技術にも適用できる。
本発明は、主として好適な実施例を参照して、具体的に示され、記述されてきたが、当業者は、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、形状および細部を変化させることができることを理解しよう。例えば、材料の組成および具体的エッチング剤など、本明細書に記載される多くの詳細事項は、本発明の理解を促進させるために提供されるものであって、本発明の範囲を限定するためのものではない。
また、第８図は、ダイヤフラム３０３と電気的に結合されるポスト３０５を示す。しかしながら、代替的実施例では、ポスト３０５が、ダイヤフラム３０３から電気的に分離されて、ポスト３０５と固定電極２０３との間の寄生キャパシタンスを低減することができる。電気的分離を行うには、窒化シリコンまたはその他の誘電層を、ポスト３０５とダイヤフラム３０３との間に配置させる。窒化シリコンを用いる代わりに、非ドープ（undoped）ポリシリコン層を、ポスト３０５およびダイヤフラム３０３のために堆積することができ、ドーパント（dopant）は、ダイヤフラム３０３内にコントロール可能な形で拡散できるが、ポスト３０５内には実質的に拡散されない。
また、第８図は、キャビティ４０１内における固定電極２０３の露出部分を示す。しかしながら、代替的実施例では、分離層３０１が、固定電極２０３の上面すべてを被覆して、ダイヤフラム３０３が、部材１００の動作中に固定電極２０３方向に動くに伴って起こる、ダイヤフラム３０３と固定電極２０３の電気的短絡を防ぐことができる。また、追加の分離層を、犠牲層２０２の形成後で、固定電極２０３の形成前に堆積することができる。この追加の分離層は、ダイヤフラム１０６が、部材１００の動作中に固定電極２０３に向かって動くのに伴って起こる、ダイヤフラム１０６と固定電極２０３との電気的短絡を防止する。この代替的実施例では、固定電極２０３は、２個の分離層の間に挟むことができる。別の代替的実施例では、固定電極が、キャビティ４０１に露出されたままにされる一方で、ダイヤフラム３０３の底面とダイヤフラム１０６の上面とが、異なる分離層によって被覆されるようにすることができる。
また、さらなる遮蔽構造を部材１００内に組み込んで、部材１００の静電遮蔽を設けることができる。また、電気接点を基板１０１と結合して、基板１０１に固定電位を提供して、キャパシタンス測定精度を改良させることができる。
したがって、本発明の開示は、限定を意図するものではなく、以下の請求の範囲に記載される本発明の範囲を示すにとどめることを意図している。
本発明は電子部材に関し、より詳しくは半導体部材に関する。
発明の背景
容量性差圧検出器は通常、固定電極，圧力可動型単一ダイヤフラム電極，およびこの２つの電極を分離する小さな間隙を有し、この間隙は圧力検出環境に曝される。検出器の動作中、圧力の変化がダイヤフラム電極を曲げさせ、２つの電極間の間隙の大きさを変化させ、これによって２つの電極間で測定されるキャパシタンスを変化させる。
しかしながら、これらの容量性圧力検出器は、塵その他の微粒子が間隙内に入り込み易いので、微粒子汚染を極めて受けやすい。この微粒子は、検出器の製作，組立中に周囲から来たり、検出器の動作中に気体もしくは液体の圧力検出媒体から来る。微粒子は、ダイヤフラム電極が、圧力の変化に反応して適正に動作するのを妨害する。
また、圧力検出環境が周囲大気であるとき、湿度によって、２つの電極間の空気の絶対誘電率が変化するので、先行技術の容量性圧力検出器は、湿度や周囲大気中のその他の水分形態による影響を受けやすい。そのため、周囲圧力が一定状態を保っているときでも、湿度の変化は、検出器によって測定されるキャパシタンスを変化させる。
また、一部の容量性差圧検出器は、大きな支持基板を必要とし、これが無駄なスペースをとり、検出器の費用を増加させる。
したがって、圧力検出環境からの微粒子または水分による影響を受けない、小型かつ費用効果の高い圧力検出器に対する必要性が存在する。
【図面の簡単な説明】
第１図から第８図は、種々の製造段階を経た後の本発明による一つの電子部材の実施例の断面図である。
図を簡単に分かりやすくするため、図面の素子は必ずしも縮尺通りには描かれていない。また、異なる図の同じ参照番号は、同一素子であることを表す。
好適な実施例の詳細な説明
第１図は、いくつかの初期製造工程を経た後の電子部材１００の実施例を示す。部材１００は、底面１０７、および底面１０７と対向する上面１０８を有する基板１０１を含む。基板１０１は、以下に説明するように、封止複合ホロー・ダイヤフラム（sealed composite hollow diaphragm）または容量性圧力検出ダイヤフラムを支持するのに用いられる。基板１０１は、シリコン，ゲルマニウム，ガリウムひ素などの半導体材料によって構成することができる。しかしながら、好適な実施例では、基板１０１は、以下に説明する理由から、単結晶構造を有するシリコン基板によって構成される。
分離層およびエッチ・ストップ層１０２，１０３は、例えば、熱的成長（thermal growth），蒸着、またはこれらに類するその他の技術を用いて、基板１０１の表面１０８の上に順次配置される。層１０２，１０３は、基板１０１と、基板１０１の上に形成される封止複合ホロー・ダイヤフラム（以下に説明）との間に、電気的かつ寄生的（parasitic）な分離を提供する。そのため、層１０２，１０３を用いることによって、基板１０１内に集積回路を形成して、オンチップ圧力の測定および計算を行うことができる。層１０２，１０３はまた、後で実施する基板１０１のエッチング中、エッチ・ストップの役割を果たす（後述）。好適な実施例では、層１０２は、酸化シリコンなど約１から３マイクロメートルの誘電体によって構成され、層１０３は、窒化シリコンなど約０．５マイクロメートル未満の異なる誘電体によって構成される。
次に、ウェットまたはドライ・エッチング技術を用いて、層１０２，１０３に孔が形成される。この孔の幅は、約１００から１０００マイクロメートルとすることができる。ついで、孔拡張層１０４が、例えば、蒸着技術を用いて、前記の孔と、基板１０１の表面１０８の上に配置される。層１０４は、後述するように、より大きな孔を、基板１０１内にエッチングできるようにする。層１０４は、基板１０１を異方性エッチングするのと同じエッチング剤によって等方性エッチングできる材料によって構成されることが望ましい。好適な実施例では、層１０４は、技術上ポリシリコンとして知られる多結晶構造を有する約１．５から３．５マイクロメートルのシリコンによって構成される。メカノ・ケミカル・ポリシング（chemical-mechanical polishing）などの平坦化技術は、層１０４を蒸着した後の半導体構造の上面を平坦化するのに用いることができる。
ついで、エッチ・ストップ１０５が、層１０３，１０４の上に配置される。好適な実施例では、エッチ・ストップ１０５は、窒化シリコンなど約０．５マイクロメートル未満の誘電体によって構成される。続いて、ダイヤフラム１０６が、エッチ・ストップ１０５の上に配置される。ダイヤフラム１０６は、封止複合ホロー・ダイヤフラムの底部ダイヤフラムの働きをし、部材１００の差圧検出器部分の底部電極の働きもする。好適な実施例では、ダイヤフラム１０６は、約１から３マイクロメートルのドープ・ポリシリコン（doped polysilicon）などの導電材料を堆積し、ついでパターン形成することによって形成される。
第２図は、さらにいくつかの製造工程を経た後の部材１００を示す。分離層２０１は、ダイヤフラム１０６とエッチ・ストップ１０５の上に堆積される。層２０１は、孔を有するようにパターン形成されて、ダイヤフラム１０６のいくつかの部分を露出させる。層２０１は、ダイヤフラム１０６を、上に配置される固定電極（後述）から電気的に分離する。好適な実施例では、層２０１は、窒化シリコンなど約０．５マイクロメートルの誘電体によって構成される。
層２０１のパターン形成後、犠牲層２０２が、ダイヤフラム１０６と層２０１の上に堆積され、パターン形成される。層２０２は、層２０１の孔の内部と上部に形成されて、ダイヤフラム１０６と直接もしくは物理的に接触する。その後、層２０２を完全に除去することによって、ダイヤフラム１０６を、固定電極（後述）とは独立させて、動かすことができる。層２０２は、層２０１とダイヤフラム１０６の上で選択的にウェット・エッチングできる材料によって構成されることが望ましい。好適な実施例では、層２０２は、酸化シリコン，燐シリケート・ガラスなど１から３マイクロメートルの誘電体によって構成される。
固定電極２０３は、ダイヤフラム１０６と層２０１，２０２の上に載る形で形成される。固定電極２０３は、部材１００の差圧検出器部分の中央の固定電極として働く。電極２０３は、分離層２０１によって、ダイヤフラム１０６から電気的に分離される。電極２０３は、１組または複数の孔を有する形でパターン形成されて、犠牲層２０２の諸部分を露出する。電極２０３の孔は、分離層２０１の種々の領域に渡って位置合わせされて、分離層２０１の孔の上に配置されないことが望ましい。好適な実施例では、電極２０３は、約１から３マイクロメートルの、ダイヤフラム１０６に用いられるのと同様の材料によって構成され、電極２０３の孔はそれぞれ、約２から１０マイクロメートルの幅を有する。
第３図は、後続の処理を行った後の部材１００を示す。分離層３０１は、固定電極２０３と分離層２０１の上に配置される。層３０１は、後に形成されるダイヤフラムの電極（以下に説明）から、固定電極２０３を電気的に分離する。層３０１は、開口部を有する形でパターン形成されて、固定電極２０３の孔を露出する。代替的実施例では、層３０１は、固定電極２０３の各孔に対し別個の開口部を有する形でパターン形成される。好適な実施例では、層３０１は、約０．５マイクロメートル未満の、層２０１に用いられるのと同様の材料によって構成される。
ついで、犠牲層３０２が層３０１の上、固定電極２０３の上、層３０１の開口部の中、および固定電極２０３の孔の中に堆積されて、犠牲層２０２と物理的に接触する。層３０２を後で完全に除去することによって、後に形成されるダイヤフラム（以下に説明）を、固定電極２０３とは独立させて動かすことができる。好適な実施例では、犠牲層３０２は、約１から３マイクロメートルの、犠牲層２０２に用いられるのと同様の材料によって構成されて、層３０２が、層２０１，３０１，ダイヤフラム１０６，または電極２０３を実質的にエッチングせずに、層２０２と同一のエッチング剤によって除去できるようにする。
第１エッチ・マスク（図示せず）が、層３０２，３０１の上に形成されて、層３０２の外周部を確定する。エッチング工程と、第１エッチ・マスクの除去後、第２エッチ・マスク（図示せず）が層３０２，３０１の上に形成され、その後、１組もしくは複数の孔を、犠牲層３０２，２０２の中に異方性エッチングする。これらの孔は、固定電極２０３の孔の上に配置され、それらの内部に適合し、それらの孔を貫通する。層２０１は、この異方性エッチング工程に対してエッチ・ストップの役割を果たす。好適な実施例では、このエッチング工程の孔の幅は約２から１０マイクロメートルであり、固定電極２０３の孔と中心が同一である。
第２エッチ・マスクを除去した後、ダイヤフラム３０３が、犠牲層３０２，分離層３０１，固定電極２０３およびダイヤフラム１０６の上に形成される。ダイヤフラム３０３は、部材１００の圧力検出器部分にとって上部電極として働く。ダイヤフラム３０３は、分離層３０１によって固定電極２０３から電気的に分離される。ダイヤフラム３０３はまた、少なくとも一つの孔３０４を有して、犠牲層３０２の一部分を露出する。孔３０４は、後で説明する理由から、層１０４の中心部分の上には重ならないこと望ましい。ダイヤフラム３０３は、約２から１２マイクロメートルの、ダイヤフラム１０６および電極２０３に用いられるのと同様の材料を堆積させ、ついでパターン形成されることによって形成されることが望ましい。
ダイヤフラム３０３に用いられる材料はまた、犠牲層３０２，２０２の孔の中にも堆積されて、ダイヤフラム３０３に対する複数の支柱，柱，ビームまたはポスト３０５を形成する。ポスト３０５は、幅が約１から１０マイクロメートルで、互いに約１０から５０マイクロメートルの間隔が空けられ、後で詳述するように、ダイヤフラム１０６，３０３の局部曲がりを防止する。ポスト３０５は、分離層２０１によってダイヤフラム１０６から電気的に分離される。第３図には２つのポストしか描かれていないが、ポストの具体的数は、ダイヤフラムが大きくなれば、それだけ多くのポストを必要とするので、ダイヤフラム３０３，１０６の大きさに依存する。
第４図は、さらに製造工程が進んだ部材１００を示す。犠牲層３０２，２０２は除去されて、ダイヤフラム１０６と３０３の間にキャビティ４０１をつくり、固定電極２０３とポスト３０５が、キャビティ４０１内に残っている。ダイヤフラム３０３内の孔３０４は、エッチング剤が犠牲層３０２に接触してこれをエッチングできるようにし、固定電極２０３内の孔は、エッチング剤が、犠牲層２０２に接触してこれをエッチングできるようにする。除去工程を単純化するため、１個のエッチング剤を用いて、犠牲層３０２と２０２の両方をエッチングする一方で、ダイヤフラム１０６，３０３，ポスト３０５，分離層２０１，３０１および固定電極２０３は、エッチング剤には影響を実質的に受けない状態にしておくことができる。好適な実施例では、フッ化水素酸，緩衝フッ化水素酸などによって構成されるウェット・エッチング剤は、ダイヤフラム１０６，３０３，ポスト３０５，分離層２０１，３０１および固定電極２０３の上で、層３０２，２０２を選択的にエッチングするのに用いられる。第４図では、１個のエッチング孔しか描かれいないが、ダイヤフラムが大きくなれば、それだけ多くの孔を必要とするので、孔の具体的数は、ダイヤフラム１０６，３０３の大きさに依存する。
犠牲層３０２，２０２を除去した後、分離層２０１，３０１は、固定電極２０３を、ダイヤフラム１０６，３０３からそれぞれ電気的に分離した状態に保つ。除去される前の層３０２，２０２の厚さによって、ダイヤフラム３０３と電極２０３の間、電極２０３とダイヤフラム１０６の間の最終的間隔がそれぞれ決定される。層３０２，２０２を除去した後、固定電極２０３は、キャビティ４０１の内側表面または壁によって支持されないことが望ましい。寧ろ、電極２０３は、分離層２０１，ダイヤフラム１０６および基板１０１によって、よりしっかりと支持されることが望ましい。
キャビティ４０１の形成後、粘着防止工程が実施されて、部材１００の動作中、固定電極が、ダイヤフラム１０６，３０３にくっつくのを防止できる。粘着防止工程または構造は、例えば、スタンドオフ，ディンプル（dimple），凍結乾燥技術，超臨界二酸化炭素乾燥，または粘着防止コーティングを含むことができる。
第５図は、さらに製造工程が進んだ部材１００を示す。キャビティ封止層５０１が、ダイヤフラム３０３，分離層３０１の上部，および孔３０４の内部に堆積される。層５０１は、キャビティ４０１を封止して、キャビティ４０１と固定電極２０３が、周囲大気に露出されるのを防ぐ。好適な実施例では、層５０１は、約０．５から４マイクロメートルの酸化シリコンによって構成される。また、好適な実施例では、キャビティ４０１内の圧力は約３０ミリトルから１トルであり、この圧力は、層５０１の堆積前、堆積中に、成長室を約３０ミリトルから１トルに近づけることによって達成できる。
ついで、第１接触孔が層５０１，３０１，２０１の中に逐次エッチングされて、電気接点５０２を形成できるようにする。また、第２接触孔が、層５０１の中にエッチングされて、電気接点５０３を形成できるようにする。第３接触孔は、層５０１，３０１に逐次エッチングされて、電気接点５０４が形成できるようにする。１個，２個または３個の独立したエッチ・マスクを用いて、３つの接触孔をエッチングすることができる。好適な実施例では、電気接点５０２，５０３，５０４は、従来の酸化金属半導体電界効果トランジスタのソース接点とドレイン接点に用いられる材料によって構成される。一例として、接点５０２，５０３，５０４は、アルミニウム・シリコンによって構成され得る。
第１保護層またはエッチ・マスク５０５は、基板１０１の表面１０８，キャビティ封止層５０１，電気接点５０２，５０３，５０４，ならびにダイヤフラム１０６，３０３と固定電極２０３によって構成される半導体構造の上に形成される。エッチ・マスク５０５は、開口部または孔が全くなく、表面１０８の実質的全部をとぎれなく被覆する。第２保護層またはエッチ・マスク５０６は、基板１０１の表面１０７の上に形成される。エッチ・マスク５０６は、穴拡張層１０４の直下に配置される開口部を有して、表面１０７に沿って、基板１０１の一部分を露出する。表面１０７から、基板１０１を薄くした後、表面１０７の上にエッチ・マスクを堆積させることができる。好適な実施例では、エッチ・マスク５０５，５０６は、約０．５から２マイクロメートルの窒化シリコンによって構成される。
第６図および第７図は、後続のエッチング工程中の部材１００を示す。エッチ・マスク５０５，５０６の形成後、キャビティまたは孔６０１が、表面１０７の露出部分から始まって、基板１０１の内部へとエッチングされる。好適な実施例では、水酸化カリウムまたは水酸化テトラメチルアンモニウムなどの異方性ウェット・エッチング剤６０２が、基板１０１に孔６０１をエッチングするのに用いられる。好適な実施例では、基板１０１は、＜１００＞結晶面に沿ってエッチングされて、孔６０１の側壁は、基板１０１の表面１０７に対して５４．７度の角度を成す。
好適な実施例において、孔６０１が孔拡張層１０４に達するとき、エッチング剤６０２が、層１０４を等方性エッチングする。層１０４が等方性エッチングされるので、第６図に示されるように、表面１０８の一部分がエッチング剤６０２に露出される。また、表面１０８のこの部分がエッチング剤６０２に露出されるので、エッチング剤６０２は、第７図に示されるように、表面１０８から＜１００＞結晶面に沿って基板１０１を異方性エッチングする。最終的には、層１０４がすべてエッチング剤６０２によって除去され、孔６０１の大きさが、表面１０８において拡げられる。
このエッチング工程では、エッチ・マスク５０５，５０６，層１０２，１０３およびエッチ・ストップ１０５はすべて、エッチング剤６０２に対してエッチ耐性を有することが望ましい。エッチ・マスク５０５は、エッチング剤６０２が、層１０４と、基板１０１の表面１０８とを直接エッチングするのを防ぐ。エッチング剤６０２は寧ろ、孔６０１を通してのみ、基板１０１の表面１０７から層１０４と表面１０８へと供給される。
部材１００の大きさが低減されるのは、第６図と第７図の好適なエッチング実施例において、基板１０１の表面１０７，１０８における孔６０１の部分が、基板１０１の内部，内側，中央または中心部分における孔６０１の他の部分より大きい、もしくは拡がっているからである。部材１００の最小化を実現するため、エッチ・マスク５０６の開口部は、孔拡張層１０４とほぼ同じ大きさでることが望ましい。
代替的実施例では、ドライ・エッチング技術またはその他の一括微細機械加工（bulk micromachining）技術を、上記のウェット・エッチング技術の代わりに、またはこれと組み合わせて用いることができる。一例として、ドライ・エッチング剤は、最初に表面１０７から基板１０１内のあるポイントまで、孔６０１をエッチングするのに使用できる。次に、第２エッチング剤を用いて、基板１０１内を更にエッチングして、層１０４を除去し、基板１０１の表面１０８の一部分を露出させ、孔６０１の残りの部分を等方性エッチングすることができる。
次に、第８図は、さらにいくつかの製造工程を経た後の部材１００を示す。エッチ・マスク５０５は除去されて、電気接点５０２，５０３，５０４を露出する。好適な実施例では、孔６０１の真上にあるエッチ・ストップ１０５の一部分が除去される。また、好適な実施例では、キャビティ封止層５０１のほとんどが除去されるが、層５０１の小部分は、ダイヤフラム３０３の孔３０４の中に残されて、キャビティ４０１を封止状態に保つ。もう一つの方法としては、孔６０１の真上にあるキャビティ封止層５０１のごく一部分のみが除去される。上記のように、層５０１が除去された状態で、エッチ・マスク５０５およびエッチ・ストップ１０５，孔６０１の真上にあるダイヤフラム３０３，１０６の部分は、基板１０１の表面１０７，１０８と実質的に直交する方向で、基板１０１に対して柔軟性または可動性を示す。固定電極２０３は、基板１０１に対して固定または静止状態を保つ。
代替的実施例では、キャビティ封止層５０１は、エッチングまたは除去されず、孔６０１の真上にあるエッチ・ストップ１０５の部分も除去されない。この代替的実施例は、圧力検出環境からのダイヤフラム３０３，１０６の電気的分離を防ぐが、ダイヤフラム１０６，３０３の柔軟性は低減される。ダイヤフラム３０３の最低限の柔軟性を維持するため、ダイヤフラム３０３内の孔３０４は、孔６０１の上に配置せずに、孔３０４が、キャビティ封止層５０１で埋められるときに、層５０１が、ダイヤフラム３０３の部分にも、孔６０１の真上にある電極２０３にも直接接触または結合しないようにすることが望ましい。
第８図に示すように、部材１００は、容量性差圧検出器である。ダイヤフラム３０３，１０６は、内部に固定電極２０３を収容する容量性差圧検出素子または複合ホロー・ダイヤフラムを形成する。ダイヤフラム３０３，１０６は、複合ホロー・ダイヤフラムの２つの固定電極である。以下に詳述するように、封止複合ホロー・ダイヤフラムは、差圧に反応して動く。封止複合ホロー・ダイヤフラムは、基板１０１によって支持されて、基板１０１内の孔６０１の真上に配置される。
部材１００の動作中、ダイヤフラム３０３は、第１圧力に露出されて、第２圧力から分離され、ダイヤフラム１０６は第２圧力に露出されて、第１圧力から分離される。第１圧力が第２圧力より大きい場合には、ダイヤフラム３０３は、第１電極２０３の方向に動く、または曲がる。ポスト３０５がダイヤフラム３０３，１０６と機械的に結合されている状態では、ダイヤフラム３０３が固定電極２０３に向かって動くにつれて、ポスト３０５は、ダイヤフラム１０６を、固定電極２０３から離れる方向に動かすか、または曲げる。ポスト３０５は堅いまたは硬質であることが望ましく、ダイヤフラム３０３が動くと、それと同じように、またダイヤフラム３０３が動いたのと同じ距離だけ、ダイヤフラム１０６を同時に動かすようにすることが望ましい。
第２圧力が第１圧力を上回る場合には、ダイヤフラム１０６は、電極２０３方向に動き、ポスト３０５は同時に、ダイヤフラム３０３を電極２０３から離す方向に動かす。電極２０３は、第１または第２圧力のいずれかに反応して動くことはない。ダイヤフラム３０３，１０６が、電極２０３の方向または離れる方向に動くと、ダイヤフラム３０３と電極２０３の間のキャパシタンスはある方向に変化し、ダイヤフラム１０６と電極２０３との間のキャパシタンスは、その反対方向に変化する。この微分キャパシタンスは、基板１０１内または別個の基板上の集積回路によって測定できる。
以上をまとめると、改良型の半導体容量性差圧検出部材またはデバイスは、内部に固定電極を持つ封止複合ホロー・ダイヤフラムを有して、空気，気体または液体の圧力変化を検出する。本明細書に記載される圧力検出デバイスは、先行技術の多くの欠点を克服している。例えば、この圧力検出デバイスは、支持基板内に孔を形成する方法を採るので、大きさが低減される。また、もう一つ例を挙げれば、２個のフレキシブル・ダイヤフラムが互いにオーバーラップしていて、下に位置する支持基板の種々の部分の上には位置しないので、圧力検出デバイスの大きさが低減される。加えて、封止複合ホロー・ダイヤフラムは、圧力検出デバイスの製造および動作中における微粒子汚染および結露という先行技術の問題点を排除している。さらに、２個のフレキシブル・ダイヤフラムを機械的に結合するポストは、先行技術の圧力検出器が有する同相モード圧力に関わる問題を防止し、２個の対向するフレキシブル・ダイヤフラムはともに、中央の固定電極に向かって曲がることができる。また、２個のフレキシブル・ダイヤフラムは、サファイアなど高価な材料によって、独立して作られるわけではないので、圧力検出デバイスのコストが低減される。コストがさらに低減されるのは、２個のフレキシブル・ダイヤフラムが、費用が高く、難しい不正確な位置合わせ技術を用いて組み立てられるのではなく、２個のダイヤフラムは、粘着剤その他の接着剤によって結合されるからである。また、容量性検出技術を用いることによって、圧力測定の感温性を低減し、圧電抵抗検出技術に比べて、低圧感受性を大幅に高める。
本明細書に記載される半導体差圧検出部材は、液体およびガス流量計，洗濯機などの家電製品，ＨＶＡＣ用途，および種々の自動車用途を含む（これらに限定されない）多岐に渡る用途に用いることができる。また、圧力測定が実施される環境から変換機構が保護されているので、本明細書に記載される概念は、トンネル・チップ（tunneling tip）デバイス，熱線検出器，圧電抵抗デバイスおよび大気圧検出器など、他の圧力検出技術にも適用できる。
本発明は、主として好適な実施例を参照して、具体的に示され、記述されてきたが、当業者は、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、形状および細部を変化させることができることを理解しよう。例えば、材料の組成および具体的エッチング剤など、本明細書に記載される多くの詳細事項は、本発明の理解を促進させるために提供されるものであって、本発明の範囲を限定するためのものではない。
また、第８図は、ダイヤフラム３０３と電気的に結合されるポスト３０５を示す。しかしながら、代替的実施例では、ポスト３０５が、ダイヤフラム３０３から電気的に分離されて、ポスト３０５と固定電極２０３との間の寄生キャパシタンスを低減することができる。電気的分離を行うには、窒化シリコンまたはその他の誘電層を、ポスト３０５とダイヤフラム３０３との間に配置させる。窒化シリコンを用いる代わりに、非ドープ（undoped）ポリシリコン層を、ポスト３０５およびダイヤフラム３０３のために堆積することができ、ドーパント（dopant）は、ダイヤフラム３０３内にコントロール可能な形で拡散できるが、ポスト３０５内には実質的に拡散されない。
また、第８図は、キャビティ４０１内における固定電極２０３の露出部分を示す。しかしながら、代替的実施例では、分離層３０１が、固定電極２０３の上面すべてを被覆して、ダイヤフラム３０３が、部材１００の動作中に固定電極２０３方向に動くに伴って起こる、ダイヤフラム３０３と固定電極２０３の電気的短絡を防ぐことができる。また、追加の分離層を、犠牲層２０２の形成後で、固定電極２０３の形成前に堆積することができる。この追加の分離層は、ダイヤフラム１０６が、部材１００の動作中に固定電極２０３に向かって動くのに伴って起こる、ダイヤフラム１０６と固定電極２０３との電気的短絡を防止する。この代替的実施例では、固定電極２０３は、２個の分離層の間に挟むことができる。別の代替的実施例では、固定電極が、キャビティ４０１に露出されたままにされる一方で、ダイヤフラム３０３の底面とダイヤフラム１０６の上面とが、異なる分離層によって被覆されるようにすることができる。
また、さらなる遮蔽構造を部材１００内に組み込んで、部材１００の静電遮蔽を設けることができる。また、電気接点を基板１０１と結合して、基板１０１に固定電位を提供して、キャパシタンス測定精度を改良させることができる。
したがって、本発明の開示は、限定を意図するものではなく、以下の請求の範囲に記載される本発明の範囲を示すにとどめることを意図している。
Claims (6)
- 半導体部材を製造する方法であって：互いに対向する第１および第２表面を有する半導体基板を設ける段階；
前記半導体基板の前記第１表面の上に、半導体層を設ける段階；
前記半導体層の上と、前記半導体基板の前記第１表面の上に、第１エッチ・マスクを配置する段階；
前記半導体基板の前記第２表面の上に、第２エッチ・マスクを配置し、前記第２エッチ・マスクは開口部を有する段階；
エッチング剤を用いて、前記半導体基板を貫通する孔をエッチングして、前記半導体層を除去する段階であって、前記半導体基板内の前記孔は、前記第２エッチ・マスクの前記開口部内に位置し、前記半導体基板の前記第１および第２表面の前記孔は、前記半導体基板の内部の前記孔よりも大きい段階；および
前記半導体基板の上に容量性圧力検出器を形成する段階であって、前記孔は、前記容量性圧力検出ダイヤフラムの下に位置し、前記半導体基板は、前記容量性圧力検出ダイヤフラムを支持する段階によって構成され、前記形成段階は、前記エッチング剤を用いる段階の前に行われることを特徴とする段階；
を有し、
前記形成段階は、２個の可動電極，１個の固定電極および複数のポストを形成する段階を含み、前記２個の可動電極は、その間に封止キャビティを形成し、前記固定電極と前記複数のポストは、前記封止キャビティ内に配置され、前記複数のポストは、前記２個の可動電極を機械的に結合することを特徴とする方法。 - 前記半導体基板は、単結晶半導体基板であってよく、
前記半導体層は、多結晶半導体層であってよく、および
前記エッチング剤を用いる段階はさらに、１個のエッチング剤を用いて前記孔をエッチングして、前記半導体層を除去することを特徴とする、請求項１記載の方法。 - 電子部材を作る方法であって：
互いに対向しあう第１および第２表面を有する単結晶シリコン基板を設ける段階；
前記単結晶シリコン基板の前記第１表面の一部分の上に、多結晶シリコン層を配置する段階；
前記多結晶シリコン層の上、および前記単結晶シリコン基板の前記第１表面の実質的すべての上に、第１エッチ・マスクを配置する段階であって、前記第１エッチ・マスクは開口部がない段階；
前記単結晶シリコン基板の前記第２表面の上に、第２エッチ・マスクを配置し、前記第２エッチ・マスクは、開口部を有して、前記単結晶シリコン基板の前記第２表面の一部分を露出する段階；
前記単結晶シリコン基板の前記部分を貫通する孔をエッチングして、前記多結晶シリコン層を除去する一方で、前記第１および第２エッチ・マスクは、前記エッチング段階中に、前記単結晶シリコン基板の他の部分を保護し、前記孔は、前記単結晶シリコン基板の前記第１および第２表面の部分の方が、前記単結晶シリコン基板の内部の孔の部分よりも大きく、かつ前記エッチング剤は、前記単結晶シリコン基板内の前記孔を通してのみ、前記単結晶シリコン基板の前記第１表面に供給される段階；とを有し、
前記多結晶シリコン層を配置する段階がさらに、前記多結晶シリコン層を、前記単結晶シリコン基板の前記第１表面と直接接触させるように配置してから、前記第１エッチ・マスクを堆積させる段階によって構成され、
前記第１エッチ・マスクを配置する段階は、前記多結晶シリコン層のすべてに亘って前記第１エッチ・マスクを堆積させる段階を含むことを特徴とし、
前記第１エッチ・マスクを堆積する前に、前記多結晶シリコン層の上、および前記単結晶シリコン基板の上に、半導体構造を形成する段階；とを有し、
前記第１エッチ・マスクを配置する段階は、前記半導体構造のすべての上に、前記第１エッチ・マスクを配置する段階を含み、かつ、
前記エッチング段階はさらに：
前記半導体構造の下で、前記孔のみをエッチングする段階；および
１個のウェット・エッチング剤を使用して、前記多結晶シリコン層を等方性エッチングにより除去して、前記単結晶シリコン基板の前記部分を貫通する前記孔を異方性エッチングする段階；
によって構成されることを特徴とする方法。 - 請求項３記載の方法はさらに、前記多結晶シリコン層の上にエッチ・ストップ層を配置してから、前記半導体構造を形成する段階を含み、
前記半導体構造を形成する段階はさらに、前記半導体構造を、前記エッチ・ストップ層の上に形成する段階を含み構成され、
前記第１エッチ・マスクを配置する段階はさらに、前記第１エッチ・マスクを、前記エッチ・ストップ層の上に配置する段階を含み、かつ、
前記孔をエッチングする段階はさらに、前記エッチ・ストップ層を用いて、前記エッチング段階中に、前記半導体構造を保護する段階を含むことを特徴とする、請求項３記載の方法。 - 前記第２エッチ・マスクを配置する段階はさらに、前記多結晶シリコン層の直ぐ下にある前記第２エッチ・マスク内に、前記開口部を配置する段階を含むことを特徴とする、請求項３記載の方法。
- 前記第２エッチ・マスクを配置する段階はさらに、前記多結晶シリコン層の大きさとほぼ同じ大きさを有するように、前記第２エッチ・マスク内に前記開口部を設ける段階を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
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