JPH02290524A - 半導体ウエーハ及びその形成法とトランスジューサ及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般にトランスジューサ、ことにシリコンダ
イヤフラム圧カトランジューサ及びその製法に関する。

〔発明の背景〕

トランスジューサは、一般に１つの形態の人力を別の形
態又は大きさの出力に変換するように機能するデバイス
である。光を電気信号に、機械的エネルギーを電気信号
に、温度を圧力に、圧力を電気信号に等の変換又その逆
の変換を行うのに多くの種類のトランスジューサが利用
できる。他の例ではトランスジューサは、入力刺激を簡
単に変更し、たとえば人力圧力を別の圧力に、人力振幅
を異なる出力振幅にそれぞれ切換えることができる。互
いに異なる種類のエネルギー間で作動する設備又は装置
は一般に、１種類又は別の種類のトランスジューサを必
要とする。用途に基づいて、トランスジューサは、所要
の正確度、精度、信頼性等に従って安価なものから極め
て高価なものにわたっている。

現在の市場では最も多数の圧力電圧変換デバイス（圧力
トランスジューサ）はピエゾ抵抗性のものである。これ
等のデバイスは変泣に感ずるものでなくひずみに感ずる
ものである。しかし１ｐｓｉＰＳ（全スパン）より小さ
い圧力範囲に対して、容量性変位トランスジューサは広
く使われている。

キャパシタンスは電気回路により検知して圧力の変化に
対応する出力電圧を生ずる。高度に発展したシリコン半
導体処理法により、圧力に応答して÷４動き電気抵抗又
はキャパシタンスに出力変化を生ずるたわみ性の締付け
られたトランスジューサダイヤフラムのような材料が使
用されるようになっている。このようなトランジューサ
は米国特許第４，４９５，８２０号、第４，４２４，７
１３号、第４，３９０，９２５号及び第４，５４２，４
３５号の各明細書に記載されている。圧力トランスジュ
ーサダイヤフラムとしてシリコン半導体材料を使用する
ことは比較的新らたな革新的なことである。すなわち製
造上及び操作上多くの不確実さがなお存在する。たとえ
ばシリコンの特性化及び数学的モデル化はたわみ性隔膜
として使用するときＫあまりよく知られていない。従っ
て広い応用範囲にわたり所定の特性を示すシリコンダイ
ヤフラムトランスジューサ性能を予知することは従来む
ずかしかった。さらにこのような種類のトランジューサ
を作る場合には多くの問題を伴う。その１つは、締付け
形のこのような導電性ダイヤ７ラ▲がその周縁部を固定
し互いに間隔を隔てたコンデンサプレートから電気的に
絶縁しなければならないことである。このような界面は
、取付け、相対的温度膨張、一様な間隔、安定性、信頼
性及びその他多くの関連項目の付随的問題を持つ種種の
材料を必要とする。

感度を高めた圧力トランスジューサに対する要求は、差
動圧力法を使う流量トランスジューサに対する市場が全
圧力トランスジューサ市場よりつねに大きいから、つね
に高くなっている。この市場は、安価高感度の差動圧カ
トランスジューサのないことに対してあまり役立ってい
ない。近年従来からのこの高い要求は、加熱通風及び空
気調和区域（ＨＶＡＣ）におけるエネルギー保持及び制
御の必要により感度の一層高い一層精密かつ正確で安価
な流量変換を必要としているので高まっている。

容量性変位形トランスジューサでは、このような増大し
た感度は一般に、たわみ性ダイヤフラムの直径を増すこ
とによって得られる。従って大きいダイヤフラム直径は
所望の感度を生ずるのに利用されている。このような構
造ではこのトラ／スジューサが費用が高く量産されにく
く実施のために大きい空間を必要とする。さらに大きい
直径のダイヤフ乏ムではシリコンの使用によシトランス
ジエーサを経済的Ｋ非実用的に・する。大形の多くの金
属ダイヤフラムトラ／スジューサのその他の欠点のうち
κは、瞬間的ではあっても過圧によりダイヤフラムを伸
長させ又は完全に損傷しトランスジエーサを使用できな
くすることが多い。ｐｓｉ範囲のトランスジューサに対
する典型的過圧（耐圧力）　ｑ　Ｆ８の１ないし１０倍
である。流量用の高感度差動圧力トランスジューサに対
する所要の過圧はＦＳの１０ないし１００倍であること
が多く場合により兇の１０００倍である。これ等の要求
には、比例的ｋ大きくなるギャップを持つ大直径の金属
ダイヤフラムデバイスでは適合することができない。

ウエーハレベルの新式のシリコン製法及びマイクロマシ
ニング加工法を使う費用的に有効な量産できる容量性変
位形の小形圧カトランズジューサが必要であることは明
らかである。又感度が寸法に妥協しないで、半導体のマ
スキング、パタ一二ング及びデポジションの技術を利用
する回分処理で多数のトランスジエーサを作ることので
きる、小形トランスジューサ及びその製法も必要である
。

又単位全体を損傷しないで過圧を加えることのできる高
感度小直径のダイヤフラムも必要である。

〔発明の要約〕

本発明によれば前記した小形の容量性変位圧力トランス
ジューサ及びその製法により、対応する従来の構造及び
方法に伴う欠点を実質的に減らし又はなくしている。本
発明による３層トランスジューサは、極めて小さくたと
えば約３００ミル２　であり、直径約２００　ミルの極
度に薄いダイヤフラムを備え、同等の寸法のトランスジ
ューサでは従来得られなかった対圧力変化感度を持つ。

本発明によればトランスジューサダイヤフラムは、コン
デンサギャップパラメータ及びダイヤフラム厚さを無関
係に定めるようにして処理した薄い単結晶シリコン材料
から成っている。たとえばシリコンウエーハは二酸化シ
リコンでマスキング及ヒハターン形成を行い複数の円形
ダイヤフラム区域を仕切る。パターン形成したこのシリ
コン材料は次いで水酸化カリウムエツチング剤で迅速に
エツチング処理を行い表面の残留酸化物を除き、次いで
初めての水酸化第四ア．ンモニウムによるエツチングに
よってパターン形成シリコンを除き所望の後退部又はギ
ャップの深さを生ずる。次いで二酸化シリコンマスク全
体を除き、ウエーハ全体をふたたび水酸化カリウムで迅
速にエツチングを行い引続いてダイヤフラム区域で所望
のシリコン厚さに達するまで水酸化第四アンモニウムで
エツチングを行う。後退部又はギャップの深さはこの第
２のエツチングによっては実質的に影響を受けないで、
後退部及びダイヤフラム厚さのパラメータを無関係に生
成する。このエツチング剤は、他のエツチングの場合の
ようにダイヤフラム境界で後退部エツチング深さを選択
的に変えることがなく、ダイヤフラム区域にわたり一様
なエツチング深さを生ずる。薄いダイヤフラムを囲む比
較的厚いシリコン区域は又、第２のエツチング処理中に
マイクロマシニ／グ加工を行い、ガラスクエーハヘの静
電ボンデイングを容易にする理想的な平滑な表面を生ず
る。このようにして得られる極度に薄いシリコン構造に
よってこのウエーハは繊細で破損しやすい。すなわちこ
のウエーハの或る区域はマスクを形成されたままになっ
ていてエツチングが行われないから、或る程度のウエー
ハ剛性が保持されこのウエーハの取り扱いが容易になる
。

極度に薄いシリコンダイヤフラムに実質的な過圧を加え
てもこのダイヤフラムは破損しないし又はヒステリシス
やその他の非弾性的動作を生じない。極度に薄いダイヤ
フラムのたわみの性質は、ダイヤフラムの厚さよりはる
かに大きい変位に対しひずみが低いままになっているよ
うな性質である。すなわち極度に薄いシリコンの場合に
はダイヤフラムはその厚さの多数倍もたわむことができ
過圧を受ける間にコンデンサプレートに対し十分にたわ
み衝合することができる。極度に薄いシリコンの使用に
よる主要な利点は、得られるダイヤフラムが極めて低い
圧力範囲用に設計したものでも直径を小さくできること
である。とのセンサ寸法も又小さい。すなわち多くのこ
のようなセンサは回分処理のシリコンウェーハ内で作る
ことができる。単一のクエーハに多数のセンナを設ける
ことが単位価格を低くするのに・重要である。

１対のほうけい酸ガラス基板は、これに穴を形成するこ
とによりパターン．を金属被覆して、コンデンサプレー
ト、縁部接触面及び相互接続導線を形成する。本発明の
好適な実施例では、各導線径路は、小形トランスジュー
サに対する接続が極度に薄いデバイスの一方の側から行
われるように形成する。これ等のガラス基板は、処理さ
れたシリコンウエーハをサンドイッチ状に挾みこれ等の
ガラス基板を半導体ウエーハへのサンドイッチ状シーリ
ングボンディングのために静電シーリ／グ処理を行う。

シリコンウエーハの各別のダイヤフラムはこのようにし
てガラス基板に締付ける。ほうけい酸ガラス組成物とし
ては、作動温度範囲ではシリコンと同じであるがシーリ
ング又はポンディングの温度範囲では一層低い線熱膨張
係数を持つものを使う。ガラス基板は、シリコンウエー
ハに静電シーリングを行い作動温度に冷却する。極度に
薄い各シリコンダイヤフラムはこれにより、一部はシリ
コン及びガラス間の適当に選定した膨張差により自動的
にプリテンションを加えられる。

各ガラス基板の特定の金属パターン形成区域は静電シー
リング処理中に有効で静電界を若干の区域に閉じ込める
ことにより材料の分子運動を制御し又ダイヤフラムに所
望の程度にプレストレスを加える。三レベルトランスジ
ューサ構造の大部分はガラスであるから、ガラス特性が
サンドインチ状構造の熱による伸縮性を制御する。この
ことは前記し九各特許明細書に記載された従来の構造と
は大いに違う点である。

ガラス基板及びシリコン半導体ウェーハは共に処理して
方形の単位セルの配列管形成する。各単位セルは、パタ
ーン形成されエツチング処理を受けクエー八面積を最大
にするように処理した４個のトランスジューサダイ構造
を形成する。ガラス基板及びその金属デポジションに穴
を形成することにより各基板の一方の側から他方の側へ
の導線を形成してこのトランスジューサの単一側だけに
電気回路接続ができる。

〔実施例〕

実施例について図面を参照，して説明すると、第１図は
人力圧力Ｐｉｎに応答して出力電気信号■Ｏｕｔを生ず
る圧力トランスジューサの簡略化した図を示す。このト
ランスジューサは、コンデンサプレートを形成する１対
の互いに間隔を隔てた導電性プレート（　１２　）、（
１４）と、たわみ性隔膜すなわちダイヤフラム（１６）
とを持つデバイス（１０）を備えている。ダイヤフラム
（１６）は、流体圧力に応答して破線で示した停止位置
又は静止位置から図示のように片寄った状態で示してあ
る。実際上ダイヤフラム（１６）は、周辺のまわりを固
定され又は締付けてあるが他の部分は人力圧力に応答し
て内方部分がたわむことのできる円形隔膜から成ってい
る。第１のキャパシタンスＣ１はコンデンサプレート（
ｌ２）及びダイヤフラム（１６）の間に存在する。同様
に第２のキャパシタンスＣ２はコンデンサプレート（１
４）及びダイヤフラム（１６）の間に存在する。ダイヤ
フラム（１６）が図示のようにたわむときはキャパシタ
ンスＣｌは低下スルカキャパシタンスＣ２は増加し、こ
れにより差動キャパシタンス関係を生ずる。キャパシタ
ンスＣ１、Ｃ２は次の関係により逆に変化する。

この式でＡは各コンデンサプレートの面積であり、Ｄは
ダイヤフラム（１６）及び各コンデンサプレートの間の
距離であり、εはダイヤフラム（１６）及び各コンデン
サプレート（ｌ２）、（ｌ４）間の絶縁体の誘電率であ
る。キャパシタンスＣ２の増加はキャパシタンスＣｌの
減少と同じ大きさではないから、ダイヤフラム（１６）
が図示の方向にたわむと、テバイス（１０）の差動出力
キャパシタンスは加ワる流体圧力の結果としてのダイヤ
フラム（１６）のどのような変化又はたわみに対しても
非線形である。どの場合にも電気回路（１８）は入力を
導線によりコンデンサプレート（１２）、（１４）と共
にダイヤフラム（１６）に接続してある。回路（１８）
はキャパシタンスＣ１及びＣ２の変化に応答して出方電
圧Ｖｏｕｔを生ずる。この出力電圧Ｖｏｕｔは本発明の
好適な実施例では圧力Ｐｉｎに対し直線関係を持つ電圧
である。回路（１８）の出力電圧とトランスジューサデ
バイス（１０）の圧．力人力との間に直線特性を得るの
に使われる回路技術と、漂遊キャパシタンス又は寄生的
キャパシタンスと回路部品とに基づいた出力の独立性と
は米国特許願第　　号明細書、本代理人による書類番号
ＩＩＤＩ　Ｂ−２７５４２号［精密トランスジューサ回
路及び直線化法Ｊに記載してある。このようにトランス
ジューサの電圧Ｖｏｕｔ　　はシステム内のフィードバ
ックとして利用され圧力を制御することにより閉ループ
回路を形成し又は他の装置やパラメータを制御する。

第２図は本発明の３レベル小ランスジューサデバイス（
１０）を一層詳しく示す。たわみ性ダイヤフラム（１６
）は周辺シリコン支持構造（２０）の一部として作られ
た極度に薄いシリコン隔膜から成っている。シリコンダ
イヤフラム（１６）は主として座屈を防ぐためにとくに
後述のようにプリテンションを加えることが大切である
。シリコン支持構造（２０）は、各絶縁体基板（２２）
、（２４）間の互いに対向するマイクロマシニング加工
した表面で密封される。各基板（２２）、（２４）は本
発明の好適な実施例ではほうけい酸塩素のガラスである
。

シリコン支持構造（２０）のシーリングによりダイヤフ
ラム（１６）をその周縁部のまわりで絶縁体基板（２２
）、（２４）に実質的に締付ける。

各コンデンサプレート（　１２　）、（１４）は、各ガ
ラス基板（２２）、（２４）の内面に並通の方法により
スパッタリング或はデポジションにより生成した導電性
コーティングとしてガラス基板（２２）、（２４）に形
成してある。各ガラス基板（２２）．（２４）を貫いて
穴（２６）、（２８）を形成しガス又は液体の圧力をダ
イヤフラム（１６）に加えることによりダイヤフラム（
１６）を差動圧力に従ってコ／デ／サプレー｝　（　１
２　）、（１４）の一方又は他方に向かいたわませる。

各コンデンサプレート（　１２　），（　１４　）は、
穴（２６）、（２８）を貫いて形成したメタライズドバ
イアス（　Ｖｉａｓ　）によりガラス基板（２２）、（
２４）の外面に形成した導体表面（３０）、（３２）に
接続してある。極度に薄いダイヤフラム（１６）のたわ
みによるキャパシタンスの変化を検知するにはこのよう
にして接点を利用できる。隔膜（１６）に対する電気的
接触はシリコン材料（２０）すなわち支持構造を接触さ
せることにより行われる。シリコン材料（２０）は各コ
ンデンサプレート（１２）、（１４）から、極めて高い
誘電性又は抵抗を示すガラス基板（２２）、（２４）に
より絶縁される。各導線（３４）、（３６）、（３８）
は、キャパシタ／スＣｌ，Ｃ２の変化を検知しこれ等の
キャパシタンスを対応する出力電圧に変換するように回
路（１８）に接続することができる。トランスジューサ
デバイス（１０）の特殊な構造の詳細については、一方
のデバイス側だけに接点を設けることにＬりその製造及
び回路（ｌ８）への接続を容易にする典型的デバイスに
よって後述する。

本発明の重要な特長によればトランスジューサダイヤフ
ラム（ｌ６）は極度に薄いクリコン隔膜として作られ感
度が増大する。このような構造では、ダイヤフラム（１
６）は従来作られている半導体ダイヤフラムよりはるか
に小さく作られ単位ごとの変化を少なくすることができ
る。従って与えられた感度に対しトランスジューサダイ
ヤフラム（１６）は当業界で従来知られている他のシリ
コンダイヤフラムより実質的に小さい直径を持つように
構成することができる。たとえば、２００ミル又はそれ
以下の直径を持ちわずかに数μの程度の与えられた厚さ
を持ち本発明により構成したダイヤフラム（１６）は、
従来知られている方法により構成したはるかに大きい直
径のダイヤフラムに相当する感度を生ずることができる
。

とくに本発明によればシリコンダイヤフラム（ｌ６）は
、まわりの周辺構造（２０）と一体に作られ、ダイヤフ
ラム（１６）の所望の厚さを形成すると共にこれとは無
関係にダイヤフラム（１６）及びコンデンサプレー．ト
（１４）間に所望の寸法のギャップ又は後退部を形成す
るようにマイクロマシニング加工をすることができる。

コンデンサギャップ及びダイヤフラム厚さの互いに無関
係な制御ができることによって、このようなパラメータ
はトランスジューサデバイス（ｌＯ）の直線性が最適に
なるように各別に選定することができる。又本発明の独
得のエツチング工程によって、ダイヤフラム（１６）は
数μ程度に薄い一様な厚さに形成することができる。シ
リコン構造（２０）の互いに対向する表面（４２）、（
４４）は極めて平滑な又は鏡面状の仕上がりにマイクロ
マシニング加工を行い各ガラス基板（２２）、（２４）
に対しすぐれた静電結合ができる。

シリコンダイヤフラム（１６）は、主としてシリコンの
異常な弾性によって、過圧を受けたときに実質的にヒス
テリシスを生じない。ダイヤフラム（１６）は、これが
各導電性コンデンサプレート（１２）、（１４）に密に
近接しているので、過圧を受けたときにも伸長したり損
傷したりしない。この場合ダイヤフラム（１６）はプレ
ート（ｌ２）、（１４）の一方又は他方に接触し付加的
なダイヤフラムたわみを防ぐ。このことはダイヤフラム
（１６）及ヒ各コンデンサプレー｝　（　１２　）、（
１４）間の狭いギャップにより得られる。シリコンの理
想的に近い弾性と高い強度とは前記した過圧保護作用と
組合って極端な予知できない環境圧力条件で作動できる
信頼性の高いダイヤフラムを生ずる。

第３ａ図ないし第３ｅ図は、多数の極度に薄い隔膜を有
効に形成する半導体ウエーハを処理する１方法を示す。

従って多数のトランスジューサシリュンダイヤフラムが
単一のシリコン半導体ウエーハ（２０）に同時に作られ
る。ウエーハ（２０）は、適当にドーピング処理を行っ
た単結晶シリコンから成り、普通の品質を持ち又適当な
直径たとえば４　ｉｎ．、５ＩｒＬ又は６　ｉｒＬ．を
持つ。他の半導体又は他の材料も本発明によるトランス
ジューサダイヤフラムを構成するのに利用できるが、単
結晶シリコンによりコンデンサ変位形のトランスジュー
サでダイヤフラムとして機能するすぐれた性質を生ずる
ことが分った。シリコンウエーノ−（２０）は｛１００
｝の結晶学的定位を持つのがよい。このような種類のウ
エーハは、これが高品質の状態で容易に利用でき比較的
安価なので好適である。ウエーハ（２０）の全体は、高
度に平行な互いに対向する表面が得られるように与えら
れた厚さからわずかに数μだけしか違わないようにする
のがよい。極めて均等な厚さを持つシリコンウエーハ（
２０）により、このウエーハにダイヤフラムを形成する
場所に関係なく対応する均等な厚さのダイヤフラムが得
られる。厚さ数μの極めて薄いダイヤフラムを形成する
ときは、１μの偏差により、与えられた圧力に対し著し
く異なる応答を示すダイヤフラムが得られ、従ってウエ
ーハの収量が減る。

第３ａ図の処理例で示すように、シリコンウエーハ（２
０）は酸化環境で処理する。この環境では二酸化シリコ
ン（８ｉ０２）から成る層（４８）はウエーハ（２０）
の両面で熱により生長する。ウエー／｛２０）は、厚い
絶縁性二酸化シリコンの層（４８）を数千人に生長させ
るのに十分な時限にわたりシリコン酸化雰囲気に当てる
。なお詳しく後述するように二Ｍ化シリコン層（４８）
は、ダイヤフラムを形成するようにウエーハのエツチン
グを行うときにエツチングマスクとして機能する。所望
のダイヤフラム厚さに達するのに必要な深いエツチング
は、二酸化シリコンマスクを劣化させない特殊なアルカ
リ性エツチング剤を使う。又二酸化シリコンはこの好適
な実施例に利用しているが、窒化シリコンのような他の
エツチングマスク材料を使ってもよい。半導体ウエーハ
の二重側面処理を行う設備は当業界ではよく知られ詳し
い説明は省くことにする。

第３ｂ図に示すように、処理されたウエーハ（２０）は
、二酸化シリコン層（４８）のパターン形成を行うのに
使うホトレジスト層（５０）で覆ってある。

乾燥フイルム状ホトレジスト（５０）により、ウエーハ
（２０）にダイヤフラムを形成するように二酸化シリコ
ン（４８）内に穴を形成するための適当な仕切を設ける
のがよい。小形のトランスジューサでは、ダイヤフラム
の直径は２００ミル又はそれ以下にも小さくすることが
できる。打抜きのみぞ又はくぼみのような後述する他の
シリコン構造は、二酸化シリコンの適当なマスキング及
びパター形成の処理により形成することができる。図示
してないが、ホトレジストフィルム（　５０　）　ｕ、
マスキングを行い又紫外線に露出してホトレジスト材料
を感光させ複数の円形の穴を仕切る。次いでホトレジス
ト材料のマスクを施してない部分を感光させ又は除くこ
とにより穴（５２）のような円形の穴を残す。穴（５２
）の直径は本発明のトランスジューサダイヤフラムの直
径を実質的に定める。

次いで、処理されたウエーハ（２０）は、ホトレジスト
層（５０）のパターン形成によって露出された二酸化シ
リコン層（４８）を除くためにぶつ化水素（ＨＦ）酸緩
衝液中に浸す。ＨＦは、下側の単結晶シリコンウエーハ
（２０）に実質的に影響を及ぼさ表いて二酸化シリコン
層（４８）を除くのに有効である。処理したウエーハ（
２０）はげ溶液中に、薄い二酸化シリコン層（・４８）
の露出された材料を除くのに必要以上に長くは残さない
。ホトレジストフイルム（５０）は次いで普通の方法に
より除去する。

第３Ｃ図は、二酸化シリコン層（４８）を後続のエツチ
ング又はマイクロマシニングの前後にパターン形成して
シリコンウエハ（２０）内に所望の後退部又はギャップ
を形成した後の処理ウエーハの構造を示す。第３ｄ図は
第３Ｃ図の処理ウエーハの拡大した部分であり、パター
ン形成した二酸化シリコン区域で除去されたシリコン材
料から生成する後退側壁（５４）を示す。側壁（５４）
の上下方向寸法はコンデンサギャップ寸法とダイヤフラ
ムのたわみに適応する所望の空間とを定める。本発明の
ダイヤフラムのたわみはダイヤフラムの直径に幾分依存
するが、このようなたわみは数μの程度に過ぎない。

発生期の又は残留した或はこれ等の両方の二酸化シリコ
ンは、短時間にわたって加える水酸化カリウムエツチン
グ剤によりパターン形成したシリコンの大内で除かれる
。この化学的エッチンクハ、厚い二酸化シリコンマスク
（４８）を実質的に破壊しないで又はその他の影響を及
ぼさないで、望ましくない二酸化シリコンを除壜露出し
たシリコン（２０）まで一様にエツチングを行うのに有
効である。次いで水酸化テトラメチルアンモニウム（Ｔ
ＭＡＨ）エツチング剤は本発明の好適とするエツチング
剤として利用されシリコンを除き後退部又はギャップ（
５４）を仕切る。水酸化第四アンヒニウム族内の他の水
酸化物エツチング剤はシリコン材料のエツチングを行う
のに同様に有効に利用することができる。酸性のエツチ
ング剤とは異なってＴＭＡＨを精密に制御することがで
き、シリコン結晶面の境界で一般に不均等なシリコン除
去のできる酸性エツチング剤とは異なってシリコン材料
の均等な除去ができることは重要なことである。酸性エ
ツチング剤又はその他のアルカリ剤によるシリコンのエ
ツチングによって、高品質の静電シーリングに必要なガ
ラスとの密接な接触の生じにくい、オレンジの皮状の表
面が生ずることが多い。

しかしギャップ（５４）の厚さ又は深さの正確な制御を
保持することが重要である。ギャップ（５４）の深さは
、与えられた時限にわたり所定の厚さのシリコンを除去
するＴＭＡＨエツチング剤のタイミングによって注意深
く制御することができる。従って処理したシリコンウエ
ーハ（４８）は、所望の深さのギャップ（５４）を得る
のに既知の温度で所定の時限にわたりＴＭＡＨ浴内に浸
すことができる。さらにＴＭＡＨエツチング剤は、前記
したエツチング剤により残されたオレンジの皮状の又は
不規則な表面とは性質の異なる鏡面状の極めて平滑なマ
イクロマシニング加工したシリコン表面が残る。この精
密なマイクロマシニング加工表面は、深いエツチングを
行ってあるが，　ＫＯＨ，　ＮａＯＨ、ＬｉＯＨ，　Ｒ
ｂＯＨ，　ＣｓＯＨ　等のようなエツチング剤で実施さ
れる深いエツチング処理をされた表面とは異なってガラ
スに対し静′准シーリングを行うことができる。キャパ
シタギャップ（５４）の寸法は、所望のギャップ対ダイ
ヤフラム厚さ比が得られるように所定の深さにエツチン
グ処理を行う。与えられたダイヤフラム直径、予ひずみ
及び所望の全スケール圧力に対して、出力感度及び直線
性の間に最適の妥協点を生ずる、ダイヤフラム厚さ及び
誘電性ギャップ深さの組合せが存在する。

第３Ｃ図の構造の得られる各処理工程に次いで処理され
たシリコンウエーハ（２０）は短時間にわたりＨＦ緩衝
溶液中で洗浄されシリコン（２０）の両側面の厚い二酸
化シリコンマスク（４８）を除く。

第３ｅ図に示すようなウエーハの周縁部のまわりに位電
する部分を除いて二酸化シリコン（４８）をすべて除く
ことが重要である。ウエー／・（２０）の周縁部に隣接
して互いに対向する表面のまわりに残る二酸化シリコン
（４８）から成る環状リング（５６）は、シリコン材料
から成るリムを周縁部のまわりでウエーハ（２０）がさ
らに薄くはされないようにエツチングを受けないように
する。このことはウエーハを処理中に安全に取扱うこと
ができるようにウエーハに剛性を与えるのに極めて重要
である。

極めて薄い寸法に処理されてマイクロマシニング加工の
行われるシリコンウエーハが取扱い時に容易に破損し裂
けるのは明らかである。実際上ウエーハ（２０）を囲む
環状リング（５８）のもとの厚さでなければ取扱いによ
って繊細なウエーハが裂けたり損傷したりすることによ
り、ダイヤフラムを破壊しウエーハが使用できなくなシ
やすい。

第３ｅ図に示したシリコン処理工程に続いて、ＫＯＨに
よる残留酸化物除去を行った直後に、シリコンウエーノ
−（２０）は、新らたなシリコンの表面に発生期の酸化
物が付着するのに先だってふたたびＴＭＡＨの化学的エ
ツチングを受ける。このことは、生成する二酸化シリコ
ン付着物がＴ　Ｍ　Ａ　Ｈ溶液によるシリフンのエツチ
ング部を容易にマスクで覆うことができるので重要であ
る。第２のシリコンのエツチングは、所望のダイヤフラ
ム厚さが得られるようにダイヤフラム表面（６ｏ）を薄
くするのに十分な時限にわたって行う。２ないし３μ及
びなお一層薄い一様なダイヤフラム厚さは前記したエツ
チング処理によって得られる。シリコンウエーハの他の
露出面はすべて、マスクを設けた周辺リム（５６）を除
いて同じ程度に薄くする。

Ｔ　Ｍ　Ａ　Ｈのエツチングにより露出シリコン材料を
一様に除くので第１のエツチング中に前もって形成した
コンデンサギャップ（５４）の深さは実質的に影響を受
けない。従ってギャップ（５４）を形成する処理は、ダ
イヤフラムの厚さを形成する処理とは無関係である。完
成したダイヤフラムはダイヤフラム（１６）として示し
てある。前記したように一様な厚さを持つダイヤフラム
は、第２のエツチング工程中にシリコンウェーハ（２０
）の全面積にわたって構成することができる。又前記し
たように各ダイヤフラムの厚さの均等性は大部分けもと
のシリコンウエーハ（２０）・の厚さの均等性による。

前記した工程順序はウエーハの二重の側面の処理を示す
が当業者には明らかなように単一側面の処理の方が若干
の利点がある。このような場合に前記の処理工程の特長
及び利点はなお、ダイヤフラムの厚さに無関係に作られ
他の技術的利点となる極度に薄いダイヤフラム及び小さ
いギャップを得るために実現される。

ＴＭＡＨによるエツチングによって得られる本発明の重
要な特長は、各ダイヤフラム（１６）を囲む平滑な表面
（６４）である。シリコンウエーハ（２０）の化学的エ
ツチングにより表面（６４）のマイクロマシニング加工
が行われ高度に平滑な表面が得られる。このような一様
な平滑な表面は、ガラス基板層（２２）、（２４）（第
２図）をシリコン表面ω４）に静電結合するときに極め
て重要である。シリコンウエーハ（２０）を２回にエツ
チング処理を行いダイヤフラム（ｌ６）の厚さを定めた
後、二酸化シリコンの環状リング（５６）を適当なエツ
チング処理によって除く。ただし二酸化シリコンのリン
グを除くことは絶対的に必要なわけではない。

以上、所定のくぼみ又は後退部（５４）と高度に磨いた
結合面（６４）とを持つ若干の一様な極度に薄いダイヤ
フラム（１６）を同時に形成するようにシリコンウエー
ハ（２０）を処理する主要な工程について述べたわけで
ある。

環状の取扱いリムを持つ薄いウエーハを形成する別の方
法を第４ｂ図に示してある。不純物を加えドーピング処
理を行った半導体ウエーノ（　５７　）は、Ｐ形又はｎ
形の性質を示すように選定する。

次いで反対の導電型のエピタキシヤル層（５９）は一方
のウエーハ面で生長させこのウエーハ面との間Ｋｐ−ｎ
接合を生成する。ｐ形半導体ウエーハ（５７）とｎ形エ
ピタキシャル層（５９）とではそのエレクトロエツチン
グが容易になる。エピタキシヤル層の厚さは、最終の所
望のシリコン厚さ（すなわちダイヤフラム厚さにギャッ
プ厚さの約２倍を加えた寸法）より大きいか又はこの厚
さに等しい。

この二層ウエーハの両面は二酸化シリコン層を生成する
ように酸化する。次いでこの二層ウエーハは、パターン
形成及びエツチング処理を行い、エピタキシヤル面で全
部の酸化物を除去し又半導体ウエーハ面で環状リム（６
１）を除いて全部の酸化物を除去する。次いで二層ウエ
ーハのエピタキシヤル側は、たとえば任意普通の金属デ
ポジション法により、アルカリに不動性の金属たとえば
ジクロニウム（ｚ　ｉｃｈｒｏｎｊｕｍ），ハフニウム
又はチタニウムから成る層で覆う。取扱いリム（６１）
は半導体ウエーハ面の酸化物により保護する。次いで、
第４ｂ図に示すようにエピタキシヤル層（５９）及びリ
ム（６１）を除いて全部の半導体ウエーハ材料（５７）
を除去するようにｐ−ｎ！合におけるエツチングを停止
するエレクトロエツチングシステムを使う。対アルカリ
不動性金属はエレクトロエツチング処理中に電極として
作用する。この場合金属面及びエツチング剤の間に電圧
を加える，。ＴＭＡＨのようなエツチング剤をエレクト
エツチング処理に利用して、マスク形成してないｐ形半
導体ウエーハ材料（５７）だけを除去し、エピタキシヤ
ル層（５９）のｎ形の材料又は金属は除去しないように
する。ＴＭＡＨはエピタキシヤル層（５９）の表面を極
めて平滑に又静電シーリングに十分適合するようにする
。次いでアルカリ金属を除去してリム付きのエピタキシ
ヤルウエーハが得られる。

この場合全部の金属及び酸化物を取除いた後エピタキシ
ヤル層（５９）は、各ギャップ及び各ダイヤフラム（６
３）を形成するように非エピタキシャル構造について前
記したようにして、ふたたび酸化処理、マスキング処理
等を行う。第４ａ図の非エピタキシャル構造ではウエー
ハ（２０）を横切る厚さの最終の均等性は出発ウエーハ
の厚・さの均等性によるが、第４ｂ図のエピタキシヤル
構造では最終の均等性はエピタキシヤル生長〔層（５９
））の均等性による。ウエーハ面のエピタキシヤル生長
の厚さは、極めて均等であり適当な費用で生成できる。

前記の処理はリム付きのエピタキシヤルウエーハを作る
のに使うことができる。高度Ｋ　一様な厚さを持つエピ
タキシヤルウエーハハ、リム部マスキング工程をなくす
ことにより支持リムなして形成することもできる。．ｐ
−ｎ二層ウエーハを作るなお別の変型としてｐ形半導体
ウエーハを出発材料として使うことができる。すなわち
ｎ形不純物を半導体ウエーハの一方の面内に拡散させ二
層ウエーハを形成することができる。

第４ｂ図に示すようにリム（６１）はエビタキシシャル
層（５９）の単一の溝に形成することができる。従って
エピタキシヤル層（５９）の底面は偏平である。この構
造は、底部ガラス基板（　６５　）’ｔエピタキシャル
層（５９）の直径と同様な直径に作ることができるので
、組立て作業に十分適合する。

なお詳しく後述するようにガラス基板（　６５　）　ハ
リム付きエピタキシヤル層（５９）に接着して取扱いに
対し付加的な剛性を得ることができる。又ガラスはエピ
タキシヤル層（５９）より何倍もすなわち６０倍等も実
質的に厚いから、エピタキシヤル層（５９）はこの層の
リム付きでない表面に作業者が厚いガラス基板（６５）
を当てかうときに損傷を生ずるおそれが少なくなる。従
って静電シーリングのためにリム付きエピタキシヤル層
（５９）を徂付ける際には、底部ガラス基板（６５）を
先ず層（５９）に接着し、次いで一層小さい直径の頂部
ガラス基板（図示してない）をリム（６１）内でエピタ
キシヤル層（５９）の頂面に当てかう。

一層大きい直径のウェーハで実質的に一層多くのトラン
スジューサを作ることができる。すなわち取扱いによる
ウェーハの損傷を減らす機構を設けなければならない。

従ってウエーハの周縁部のまわりに剛性の構造を設ける
ことにより、そのエツチング処理を受けた内方区域の損
傷のおそれがはるかに少なくなり処理による生産が容易
になる。

このような環状の剛性構造を設けることにより、６　ｉ
ｎのシリコンウェーハの処理も又行うことができる。ウ
エーハの環状縁部はマスク形成によりその除去を防ぐこ
とができるが、他の異なるパターンのマスキングを行い
ウェーハに対し付加的な支持構造を設けてもよいのはも
ちろんである。第４ａ図の二酸化シリコンの環状区域（
４８）は前記したレジストフイルムによりマスキング処
理が行われ、環状リング（５６）から半径方向内方で二
酸化シリコン材料を除去するＨＦ浴により下側の二酸化
シリコンにより除去されないようにする。

取扱いを容易にするだめの機械的支持のほかに、シリコ
ンダイヤフラムの予ひずみの制御のための別の又は捕捉
的の方法でリムを使うことができる。

リムの熱的質量はウエーハ（２０）の残りの内方の薄い
部分の質量よりはるかに大きいから、シーリング中にリ
ムと複合のウエーハサンドイッチとの間は熱絶縁される
。すなわちリム及び複合ウェーハの間に温度差が生じシ
ーリング処理の前及びその間に保持することができる。

このような温度差はシリコン及びガラスの間の熱膨張の
不整合の代りに又はこの不整合と協働して使われシーリ
ング処理中に所望のレベルの予ひずみを生ずるようにす
ることができる。

ウエーハリムを加熱するのに適当なウエーハ加熱装置は
、内部抵抗加熱器を設けた１対の偏平プレートを備えて
いる。半導体ウエーハは加熱器プレート内に挾まれ、ウ
エーハの内部ダイヤフラム区域より厚いリムがこのよう
な内部部分より高い程度に加熱される。熱いプレートに
接触するウェーハリムだけではこのような外部嬢状区域
は内方部分より一層加熱されることにより一層大きく膨
張するのは明らかである。

予ひずみを生ずる別の方法又は機構は、シリコンリムに
静電密封したガラスリムを持つリム付きシリコンウエー
ハを使う。ガラスーシリコン熱膨張をダイヤフラムに引
張応力を与えるように選定すると、この場合シーリング
に先だって初応力を設定する独自の方法が得られる。

極度に薄いシリコンダイヤフラム（１６）（第４ａ図）
を形成するウエーハの製造工程を述べたが、次いで本発
明の三レベルトランスジューサ構造の頂部ガラス基板（
２２）及び底部ガラス基板（２４）を形成する処理工程
を次に述べる。ガラスは、その理想的なポンディング特
性及び絶縁特性によって、頂部及び底部の支持構造用の
材料として選定する。第１にガラスは、センサ作動温度
範囲ですぐれた電気絶縁能力を持つので、又コンデンサ
プレートと共に導電性通路を形成するように導電性金属
のスパッタリングを行う．ことのできるガラス表面が良
好な接着作用を生ずるので、選定する。

さらにガラスはマイクロマシニング加工を行い、エツチ
ングを含む複数の交互の処理によりこのガラスに穴を形
成し又エツチング及びマスキングの処理により他の機能
を生ずる。ガラス材料は又シリコンに対する不可逆的な
静電結合及び密封状態を得るのに利用できる。重要なこ
ととしてガラス材料の組成を適正に選択することにより
、本発明によるトランスジューサに対する有用な作動温
度範囲でシリコンの熱膨張係数に極めて近い熱膨張係数
が得られることにより、典型的な作動中にセンサの熱的
に誘起される変形を減らす。このことは、当業界ではよ
く知られた問題であるが費用的に有効な製法による本発
明の前には解決されていない。

本発明に使うのによく適合した若干のガラス材料がある
が、移動酸素含有ほうけい酸ガラスは前記の望ましい特
性を最高にする固有の性質．を示すことが分った。適当
なガラスの例は次の表に示した組成を特徴とする。

表 重量チによるガラス基板組成 Ｓｉ０２　　　　　　　８０．３８ ８２０３　　　　　　　１３．０３ ＡＩ，２０３　　　　　　　２．０１ Ｎａ２０３３．８１ Ｓｂｚ０３０．５１ Ａｓ２０３　　　　　　　０．２６ さらになお詳しく後述するように、このようなガラスの
若干の極めて有利な性質は、このガラスが静電シーリン
グ温度における単結晶シリコンより低い熱膨張係数を示
すことにより、三レベル構造のシーリング温度を室温又
は作動温度に戻すときはダイヤフラムに対し引張予ひず
みを加えることである。三レベルトランスジューサ構造
の体積にはガラスを含むので、複合構造の熱膨張は主と
してガラス基板（２２）、（２４）の熱的特性により制
御される。前記したようにこのことは従来の構造に対し
対照になる。

従って、又本発明の重要な特長によって、トランスジュ
ーサの所望の作動温度範囲にわたりシリコンに極めて密
に合った熱膨張能力を持つガラスを三レベル構造のうち
の二層として選定することが望ましい。それ以上の温度
たとえばガラスのシリコンに対する静電シーリングのた
めの範囲では、ガラスの膨張はシリコンの膨張より小さ
くしてデバイスの作動範囲内の温度に冷却する間にダイ
ヤフラムに生ずる最終張力が存在するようにするのがよ
い。このことは、三レベル構造を選定したシーリング温
度から作動温度に戻したときにシリコン材料がガラス材
料より一層収縮するようなトランスジューサ材料を選定
してシリコンダイヤフラムが所望の張力を持つ状態にな
るようにすることによって実現できる。

このようにプリテンションを受けたダ・イヤフラムは、
片寄りの不安定性としてあらわれる零位置の不確実さ（
死帯域）が生ずるようになる座屈を防ぐのに極めて望ま
しい。熱的不整合が選定したガラス材料及びシリコンの
間にトランスジューサデバイスの作動温度範囲にわたっ
て存在すれば、この構造がダイヤフラムに伝わる応力の
変化を受けスパン又は出力の感度をトランスジューサの
圧力に変えるのは明らかである。

なお本発明によればガラス層（２２）、（２４）の種種
の寸法は、シリコンダイヤフラム構造（２０）を持つ複
合のトランスジューサ単位として作ったときにガラスの
若干の性質が際立つよーうに選定する。たとえばシリコ
ンがガラスより約３倍こわくてもシリコンよりはるかに
厚いガラス基板を利用することにより、ガラスの弾性及
び熱的性質が際立つ。本発明の好適な実施例では、１ミ
ルの範囲の典型的厚さを持つシリコンを含む複合のサン
ドイツチ構造に４０ないし６０ミルの全ガラス厚さを利
用する。

前記した考え方の１つ又は複数に従って或るガラス材料
を選定すると、このガラス材料は、一般に半導体製造分
野でよく知られている方法によって処理される。若干の
ダイヤフラム構造を形成するのに利用されるシリコンウ
エーハ（２０）の直径によって、厚さを除いて大体同じ
直径寸法を持つ１対のガラス基板（２２）、（２４）を
選定する。ガラス基板（２２）、（２４）の直径は、こ
れ等がシリコンウエーハ（２０）の支持リム内にはまる
ような寸法である。ウエーハ厚さが４０ないし６０ミル
の前記した構造を持つ移動酸素イオン含有ほうけい酸ガ
ラスを利用するのがよい，このようなガラスの質量は、
処理後に最も厚い厚さの部分でたとえば約２５μの厚さ
を持つシリコン材料の質量より実質的に大きい。従って
ガラス材料のこわさ又は弾性は挾まれたシリコン材料（
２０）よりも勝っている。

本発明の小形トランスジューサの製造及び組立ての詳細
を述べるのに先だって先ず完成した構造を示した第５図
ないし第７図を参照する。第５図は、１連の他の類似の
構造のダイ（７２）から形成した拡大した三レベルトラ
ンスジューサを示す。

実際上小形トランスジューサは約３００ミル×３００ミ
ルの正方形のガラス一半導体一ガラス三レベル構造にイ
“１４成される。頂部ガラス基板（２２）は底部ガラス
基板（２４）と同様にシリコンダイヤフラム構造（２０
）に静電結合してある。極度に薄いダイヤフラム（１６
）はこのようにして頂部及び底部のガラス基板（２２）
、（２４）に対して密封されブリテンションを加えてあ
る。前記したようにシリコン構造（２０）はエツチング
処理を受け第１にギャップ（５４）を形成し、第２ＶＣ
ダイヤフラム（１６）の厚さと共に表面（６４）のよう
に精密にマイクロマシニング加工した上下のシリコン体
表面を仕切る。このようにして各ガラス基板（２２）、
（２４）とその間にサンドイツチ状に挾んだ半導体構造
（２０）との間の高品質の静電シーリングが容易に行わ
れる。

頂部及び底部のガラス基板（２２）、（２４）はそれぞ
れに小さい穴（２６）、（２８）を形成され外気の流体
圧力を極度に薄いシリコンダイヤフラム（１６）に伝え
ることができる。各穴（２６）、（２８）は各ガラス基
板に約加ないし２５ミルの直径に形成してある。このよ
うな穴は各ガラス基板に、圧力研削、水ジェット又は化
学的ミリング法により形成してある。このような穴（２
６）、（２８）を形成する直径はガラス基板の厚さに関
連させ、これ等の穴を経て導電性金属コーティングを形
成するのに引続く処理を利用できるようにする。

１連のトランスジューサダイ（７２）は、ガラス基板及
び半導体ウエーハ材料で同時に作る。実際上４個の対応
するトランスジューサダイ（７２）から成る正方形単位
セルはガラス及びシリコンの材料の表面にわたり単位セ
ルの配列として繰返して配置する。第８図には頂部ガラ
ス基板（２２）に形成した穴を持つ正方形セル構造を示
してある。とくにトランスジューサダイ（７２）の頂部
ガラス基板（２２）は各正方形単位セルの下方左すみ部
に形成され、他の３個の同様に構成したトランスジュー
サダイ（９０）、（９２）、（９４）はこのセルの他の
３個の４分割形に形成してある。第９図は、正方形単位
セルを持つ底部ガラス基板（２４）を示しこの場合にも
トランスジューサダイ（７２）は下方左すみ部に位置さ
せてある。他の対応する同様に構成したトランスジュー
サダイ（９０）、（９２）、（９４）ば底部ガラス基板
（２４）の他の３個の隣接する４分割形に形成してある
。同じ正方形セル構造が頂部及び底部のガラス基板（２
２）、（２４）の両方で配列として同じように形成して
ある。従って４　ｉｎのガラス構造を処理するときは、
直径３　ｍのガラス及びシリコン半導体ウエーハを使う
ときに約５７個のこのような構造に比べて約９７個のト
ランスジューサダイを作ることができる。なるべくは前
記した支持リムを持つ６　ｉｎのシリコンウエーハを処
理することにより一層高い収量が得られる。

第５〜７図にかえって、２６と２８の孔は記載したウオ
ータジェット、摩耗式またはエツチング（腐食）技法に
より対応するガラス基板に形成される。

できうれば、摩耗式ポーリング技法は、そのガラス基板
をひび割れさせたりまたは欠損させることなく小さい統
一した孔を２０〜２５ミルの直径で能率的に迅速に形成
するのに使用される。その他、摩耗式技法は、その後の
金属処理の作業を便利にする非立型孔を作成する。その
一方の側で使用する接触子を有するトランスジューサ（
変換器）ダイ（型）を形成するため、上部ガラス基板２
２は、シリコンセミコンダクタ材料ウエハ２０のコーナ
に形成された対応する接触子１０８と１１０を露出する
ためコーナ１０４と１０６における対立する円形のカッ
トアウトを含む。第８図で示すとおり、上部ガラス基板
２２の型の対立するコーナにある孔は、シリコンウエハ
２０の電気接点にアクセスするに必要な適宜の直径で形
成される。識別可能なように、上部ガラス基板２２の単
一孔の形成は、上部ガラス基板２２に同時に形成される
対応する４つの型の湾曲した１／４のコーナとなる。同
一サイズの孔１１２と１１４は型９０　，　９２および
９４、並びに第８図に示す方形ユニットセル（室）の一
部表示された別の型の湾曲したカットアウトとなる。上
部ガラス基板２２は更に、底部ガラス基板２４の接点１
６２に対するアクセスを提供する大型の円形カットアウ
トを含む。カットアウト１１６は、上部ガラス基板２２
の１５０ミルの直径の孔として形成され、その基板は他
の方形ユニットセルの他の隣接する型に対する大きい１
／４カットアウトとして使われる。

ガラス基板２２と２４の孔の成形の完成では、更に小さ
い円形のカットアウ｝　１１８が、底部ガラス基板２４
の上側からその下溝に通ずる導体を提供するように、そ
こを通ずる導電性金属がスパツタできるメカニズムとし
ての役目を果す底部ガラス基板に形成される。第９図に
記載するとおり、小さい直径の孔は、メッキされた場合
に、導電性径路が４つの隣接する型に同時に提供される
ように、４つの型のコーナに形成される。対応する孔、
１２０〜１２４は、第９図に示す方形のユニットセルの
型の位置９０〜９４のコーナに形成される。

次に、上部ガラス基板２２と底部ガラス基板２４は相互
接続用導電パス（径路）のほかキャパシタプレートを提
供する金属堆積物として準備される。

そのほか、また下記に記載するとおり、その他の各種パ
スは、シリコンの隔膜の装着だけでなく高品質の静電封
入を達成するのに使用されるために提供される。

メタライズしたパスの形成では、アリミニウム、または
クローム金まだはその他の適切な金属のような導電性金
属がガラス基板２２と２４の上部と下部面および両溝に
スパツターされる。孔の各々の内側表面には導電性物質
でカバーされれば望ましい。

導電性金属は、低抵抗の電気径路を達成して良好なステ
ップ通達範囲を維持するため厚さ数千オングストローム
もしくはその他適宜の厚さでスパッターされる。ガラス
基板２２と２４の表面と端部に導電コーティングを形成
した後、各側面は耐光性乾式フイルムでカバーされる。

そのような耐光性はガラスウエハーのパターン形成で有
利であり、それによりメタライズした孔に対して抵抗体
がブリッジとなるので、次の段階のエツチング処理は導
電径路の各位置で金属を遊離さすことがない。

第１０図では、ユニットセルの型７２　　の中心で形成
される導電性キャパシタープレートを有する上部ガラス
基板について図示する。第１０図は、上方からみた上部
ガラス基板の平面図である。鮮明度の理由から、上部ガ
ラス基板２２の上面のメタライズしたパターンは第１０
図には示されていない。注目すべきことではあるが、キ
ャパシタープレート１２は中央の孔２６の導電性金属に
よる電気的連続性で形成されている。方形のセルである
型９０　−　９４はそれらとの関連で形成された対応す
る導電性キャパシタープレート１３２〜１３６を有する
。また、第ｉｏ図は、適宜の写真石版による処理が乾式
フィルム絶縁塗装とスパッタ金属によるし後エツチング
で実施されている。

第１１図は、記載したパターンを達成するため乾式フイ
ルム絶縁塗装によるそれらのパターン形成に引続き上部
ガラス基板２２の上部表面にメタライズしたパターンを
図示する。それは、上部ガラス基板２２０両面の金属の
マースキングとパターン化とエツチング処理が同時に同
じ処理で、即ち、同じ両面動作で実施されることができ
るものと理解されている。トランスジューサ型７２　　
は型コーナ接触子１４２までの導電径路により接続され
る上部ランドエリア３０を含む。識別できるとおり、大
きい四角の中央セルの接触パツド１４４は方形ユニット
セルの対応する型に対し４つのコーナ接触子としての役
目をする。そのような構造により、コーナ接触子１４２
は導電径路２６を通して、上部ガラス基板２２の下溝に
形成したキャパシタープレート１２に接続されている。

また、第１１図に示すものは、シリコンウエノ・２０に
対する上部ガラス基板２２の静電封入中における重要な
機能を提供する１５０と１５２のような追加導電径路、
並びに、複合統一トランスジューサ構造を形成する底部
ガラス基板である。１５１と１５３のようなその他の導
電経路は、同じ電位でのシリコンプレートとキャパシタ
プレートを保持するだめの封入中に使用された導電性境
界を形成する。表示してはいないが、導電性経路１５０
と１５２は共に接続されており、また静電封入を達成す
るため使用される高圧電源に接続するための上部ガラス
基板の周辺端部に延長される。１５４のようなＣ型の導
電性経路は、極薄シリコン壁膜１６の事前引張のみなら
ず、記載した静電封入を容易にするキバシタプレートと
下装シリコン隔膜を実質的に取囲んでいる。このような
封入処理については下記に更に詳細にわたり述べる。

第１２図は、キャパシタプレートを形成するに必要な底
部ガラス基板の上部表面におけるパターン化のほかその
他の導電性ランドエリアについても描写したものである
。円形導電性エリアｌ４は型７２と関連するキャパシタ
プレートを定義したものである。キャパシタプレート１
４は小型経路２８をコーティングしている導電性物質に
電気的に接続している。また、型７２と関連するものに
は導電性コーナランドエリア１６２があり、その１／４
はトライレベルからなるトラスジューサ型７２のキャパ
シタプレート１４に対する上側接触子を形成する。底部
ガラス基板２４の下溝に形成される導電性経路（第１２
図には図示されていない）はキャパシタプレート１４と
接触表面１６２　０間の相互接続を提供する。

第１３図は、明確にするため表示していないが、それの
上部表面のメタライズしたパターンとともに、底部ガラ
ス基板２４の下面上にメタライズしたパターンを図示し
たものである。その外観図は底部ガラス基板２４の上部
から見たとおりのものを示す。再び、型７２、９０〜９
４の方形ユニットセルは、底部ガラス基板２４上に形成
した他の同一セルのアレ一の一部として示したものであ
る。セルの型位置７２に焦点をおいて、導電経路２４を
通る円形のメタライズしたランドエリア３２を示したも
ので、それは、導電経路１１８を通ってキャパシタプレ
ート１４（第１２図）に接続している。

メタライズしたランドエリア３２は、導電経路１１８を
通る接触子ランドエリア１６２（第１２図）に電気的に
接続するメタライズした型コーナランドエリア１６８と
導体経路１６６により接続する。この方法により、シリ
コンウエノ・加に対する短絡を別途提供することになる
上部表面上の導電経路を形成することなく、底部ガラス
基板２４の上部表面上で接触が行なわれる。同様の接触
構造が方形ユニットセル内で形成される他の型に・より
提供される。

識別できるとおり、複合トライレベルトラスジューサ構
造は、方形セルの各型の境界を形成する破線に沿って切
断されるかまたは切られる場合、接触構造が４分化され
、それにより、底部ガラス基板２４の上部および下部表
面の間で単なる導電接続を提供することとなる。接触に
ついてはトランスジューサ７２　　に対する上側部接触
子１６２として第５図に示す。

他の接続する導電経路１７０と１７１のグリッドはまた
、ガラス基板に対するシリコン半導体ウェハ加の隔膜エ
リア周辺における静電封入を達成するために第１３図に
示す。封入グリッド１７０と１７１は共に接続され、ま
たガラス基板２４上で形成される各Ｃ形のリング１７３
に接続される。少々とも、各Ｃ形のリング１７３はシリ
コンウエハ隔膜１６を部分的に取囲む。上部および底部
ガラス基板２２と２４は、それらの間にはさまれたシリ
コンウェハ２０とともにレジスターされるかもしくは整
合され、上部Ｃ形リング１５４（第１１図）と底部Ｃ形
リング１７３が型７２の隔膜１６を取囲む。その他のウ
ェハの隔膜は全部対応する上部および底部ガラス基板の
Ｃ形封止リングにより同様に取囲まれる。これは静電封
入と隔膜の引張にとって必須であり、その細部について
は下記に述べる。Ｃ形のリング１５４と１７３の各々は
、メタライズされたランドエリア３ｏと３２に対する導
体アクセスを可能にするためそこに開路を有する。しか
し、それぞれの上部および下部Ｃ形リング中の開路は縦
には整合されてはいないが、それぞれの基板上に他の導
体経路を収容するため、約１８０゜の望ましい形態でむ
しろ相殺される。

グリッドの導体１７０と１７１は、表示されてはいない
が接触パッドに対する底部ガラス基板２４の端部に延長
されている。このようなグリッド構造は中間シリコンウ
エハに対するガラス基板２２と２４の各々からの静電力
線に集中している。関連のシリコン隔膜の境界を形成し
、それにより複合ユニットとして共にはさみ込んだウエ
ハを封入するそれぞれのだて型シリンダを、上部および
下部Ｃリングおよび半導体ウエハ表面が形成する。リン
グの間隙の部分の力線は鉛直とならず、あるいは封入は
行なわれない。力線は完全な円周上の完封に対する電気
的条件を横方向に生成しなければならない。

発明にかかわるＣリング封入導体は電気力線の横方向へ
の拡大を提供しそれにより継続的円形封入が達成する。

静電接着の結果として、それは別名陽極接着として知ら
れているが、封入は半導体２０の各隔膜エリア周辺で完
全に行なわれる。また、封入グリッドは各型の周辺に境
界を提供し、また更に隔膜の引張となる物質の圧縮領域
Ｋｉして開放帯を提供するものと信じられている。

そこで、第１４図の参照では、半導体ウエハ２０の方形
ユニットセル部分を示す。特に図示しているものは型７
２と関連のある隔膜１６で、方形ユニットセルのもう１
つの型と関連するもう一つの隔膜とともにあるものであ
る。型７２と関連するものは円形の破損し易いエリア１
７２で、それは型７２のコーナにある円形の凹部または
】／４の孔をそれにより形成するため取除くことができ
、またはパンチアウトできる。破損し易いエリア１７２
は、円形エリア１７２が除去できるようにシリコンウェ
ハ２０の表面に形成されるトレンチ（みぞ）１７４を構
成する。

第１５図は破損し易いエリア１７２０更に拡大した横断
面図である。トレンチ１７４と１７６はシリコンウエハ
２０の両表面に形成され中央のエリア１８０で押すこと
により簡単にこわすことので事る環状の破損し易いエリ
ア１７８となって残る。凹部１８２はプローブ（探知器
）もしくは当該エリア１８０を中心とし、且破損し易い
環状シリコンエリア１７８を破損する力を加えるため、
中心のエリア１８０内に形成することができる。

トレンチ１７４と１７６は隔膜１６と同じマースキング
とエツチング方法で実質的に形成することができる。替
りに、トレンチ１７４と１７６は他の半導体のエツチン
グまたはトレンチ技法を使用して別々に形成することが
できる。その他の型位置９０−９４と関連のあるパンチ
アウト構造１８４　−　１８８　（第１４図）は同様に
構成される。第１４図にも示すとおり、トランスジュー
サ型７２Ｋ対する電気的接続が行なえるメタライズした
接触子１０８と１１０がある。

単一の接触子のみが各型に必要ではあるが、一組の当該
接触子は方形性のユニットセル故に容易に作られる。冗
長性に対する１つの理由（即ち、ただ一個だけが必要な
場合センサー当り２コのシリコン接触子）Ｆｉ、方形が
最適の孔を保持するに必要であるということである。３
コの接触子だけが必要とされる以上、１コの余分な接触
子があることになるだろう。しかし、シリコン接触子の
冗長性という選択は任意なものとはならない。シリコン
の耐熱性と２コのシリコン接触子は有用な耐温度性のセ
ンサーとなる。望ましくは、更に代替品として、シリコ
ンが各センサーの接触域の一つに不純物とともに植え込
むか融合することができるので、その２コの接触子はＰ
　−　ｎダイオード温度センサーを形成する。Ｐ−ｎダ
イオードの電圧一温度特性はよく知られており、またそ
こで、ダイオードを通じて電圧を測定することにより、
トランスジューサの温度を決定することができる。メタ
ライズしたエリア１０８と１１０は半導体の技法をよく
知られている普通のメタライゼーショ／とパターン化の
方法により形成することができる。

同一の数組の接触エリアはもう一つのトランスジューサ
型位置９０　−　９４の対角コーナに作られる。

上記においては上部ガラス基板２２、シリコン半導体ウ
エハ加および底部ガラス基板２４の製造における主要な
方法を述べた。シリコンウエノ−とガラス基板はその場
合登録された同一の方形ユニツセル全部とともに一緒に
配達されている。言い替えれば、各層は、上部ガラス基
板２２の下部表面における上部キャパシタプレート１２
が、シリコン半導体ウエノ・加に形成された対応する極
薄隔膜１６と整合されるように一緒にはさみ込まれる。

底部ガラス基板２４の上部表面に形成された底部キヤ，
？シタプレートは隔膜１６と同様の方法で整合される。

ガラス基板２２と２４上および半導体ウエノ・加上の先
に定義した場所にインデックスマークを記人することに
より、その各層は、層を目視により一緒に整合して、整
合された場合複合構造を共に加圧するかクランピングす
ることにより登録することができる。

トライレベル構造は下記に示すとおり、２つの別々の操
作により登録、結合および封入される。

第１に，シリコンウエノ・加は清浄な平坦表面（例えば
、溶融シリカまたはシリコンウエノ・）上におかれる。

平坦表面はシリコンガラス複合ウエノ・頷上で小さい保
持もしくは吸入力を与えるため極めて小さい真空部分を
含んでいるか、あるいは、ウエハ加と平坦表面が十分清
浄な場合は、ウエノ・２０は、じ後のガラス基板の整合
処理が実施できるように、固定位置にウエハ加を維持す
るに十分な力で平坦表面に固着するであろう。

臨時の接着剤の極めて小さい一滴をシリコンウエハ加上
の凹部（図示なし）点滴する。これによりガラス基板へ
の固着が行なわれるであろう。１コのガラス基板がそこ
でシリコンウエハ２０上におかれ、対面する側面上のシ
リコン隔膜端部に整合される。接着用点滴はできうれば
、観察できる場所でガラス基板に接触することが望まし
い。そこで、接着剤は紫外線を使って硬化させることが
できる。当該使用に適切な接着剤は、クリスタルクリア
という商標でＬｏｃｔｉｔｅ　Ｃｏｎｐ．で市販されて
いる紫外線による養生ガラス接着剤となる。パイレベル
複合体をそこで取扱うことができ、その結果それが反転
されて上記整合処理が第２のガラス基板と共に繰返見さ
れる。その結果である接着した結合／整合トライレベル
は靜′這封入の準備が完了する。注目すべきことは，適
切な位置におとされた場合極小接着点滴剤は次の段階の
加熱および静電封入処理を阻害することはないというこ
とである。接着用点滴剤は、熱分解製品による封入を禁
ずることのないようシリコンウエノ・複合体の円周周辺
に配置される。

封入は次の方法により完了する。接着されたトライレベ
ル構造は電気的絶縁処理が行なわれた均一に加熱した平
坦プレート上におかれる。そこで電気的接続が、次のと
おり、２コのガラス基板２２と２４並びにシリコンウエ
ノ・２０のグリッドに対して行なわれる。シリコンウエ
ノ・加は■電源の正（＋）のリード線に付着される．２
コの独立した電気接触子は各ガラス基板２２と２４の封
入グリッドに対して作られる。各ガラス基板ｎと２４の
端部にあるキャパシタプレートの接触子は負（一）の電
源ターミナルに接続される。これらの電気経路と路線の
地理学的型式は第１１図及び第１３図に示す。

実際の接着作業はウエノ・基板構造を加熱して、ガラス
基板２２と２４の封入グリッド１５０、１５２および１
７０と１７１の間で、それらの間にはさみ込まれたシリ
コンウエハ艶とともに数百ボルトの電圧を印加して実施
される。トライレベルウエハ構造は封入電圧の印加の前
に、約３００〜４００℃の封入温度まで炉中で保持、整
合および加熱される。短時間にわたる当該電圧の印加は
高品位の封入を達成するには適切である。ガラスとシリ
コン間での陽極または静電接着については米国特許番号
４　，　３８４　，８９９と４，１２１，３３４および
３，３９７，２７８において説明されている。シリコン
ウエハ２０で形成される極薄隔膜の各々に対する事前引
張を分散するため、各種材料の熱膨張係唆を望しいこと
としては第１６図で示す関係を展示するため選定する。

当該グラフの水平軸は℃で封入温度を示している一方、
垂直軸は１００万分の１で熱膨張を示している。線１９
６は記載された各種温度でシリコンの膨張および収縮性
質を図示している。同様の方法で、線１９８は、静電方
式でシリコン２０に封入されでいる上部および底部ガラ
ス基板構造２２と２４の膨張および収縮特性を表わして
いる。実際には、上記の構成を有するホウケイ酸ガラス
はグラフ線１９８の線型膨張特性と非常に似たそれの熱
係数を有していることが分っている。見るとおり、約１
００℃付近を中心とする操作温度幅では、シリコンとガ
ラスの膨張係数は必然的に同じである。対象的には、約
３００〜４００℃の温度幅で、それはシリコンにガラス
を静電封入するに適した温度であるが、膨張熱係数は異
る。重要なことには、ガラスの膨張熱係数は封入温度幅
におけるシリコンのそれよりも小さい。

それ故、複合材料の層の温度が上昇して室温に返えされ
る場合の静電封入処理中に、シリコンは、隔膜が周辺に
接着して定着するガラスよりも大幅に収縮し、それによ
りシリコン膜材が事前押圧されたま＼となっている。実
際の静電接着が発生する前に、シリコンとガラスの層は
共に定着することなく、またそれぞれの膨張熱係数に従
って自由に膨張していると理解することができる。重要
なことは、封入電位は上部ガラス基板２２上のＣ形導゛
眉リング１５４と底部ガラス基板２４上のＣ形導電リン
グ１７３によりシリコン隔膜１６の周辺で均一に印加さ
れる。記載のとおり、封入処理中の温度の上昇中に、シ
リコンはガラスよりも大幅に膨張するが、当該温度で、
封入電圧が印加され、またその時にシリコンはガラスに
接着して、それにより層に共に固定する。温度のし後の
降下中に、シリコンはガラスのそれよりも大幅に収縮し
ようとし、それにより制御下にあるガラス基板はシリコ
ンに対する張力の事前ひずみ分与する。隔膜１６が引張
られる特定の度合は、ガラスとシリコン材料の膨張熱係
数における特定された差異と関連する封入温度を選定す
ることにより達成できる。各種の引張を生ずる封入温度
は実験的に決めることができる。隔膜の特定の引張作用
はトランスジューサの操作の線型化を容易にすることが
できる。

第１６図は、隔膜の引張を発生するに望ましいと考えら
れる材料の熱特性について図示しているが、その他の材
料および対応する技法も可能性がある。

例えば、膨張熱係数が製造もしくは静電封入温度で実質
的に異るが、しかし、その処理過程が操作温度に到達す
る場合横切る温度で異るような材料を選択できる。そこ
で、隔膜とサポート層が固定されて複合構造が操作温度
幅に返えることができた後に、隔膜材料はサポート材が
動作するような熱収縮をうけ、それにより隔膜は引張状
態のままとなる。

ガラスがシリコンウエノ・艶に封入される現象は第１７
表を参照すれば、容易に理解できる。上記に記載すると
おり、同じ電位、指定したＶ＋は上部キバシタプレート
１２と下部キャパシタプレート１４およびシリコン半導
体ウエハ加に印加される。キャパシタプレートと極薄隔
膜１６との間の等電位電圧は、静電封入加工中における
１コまたはその他の上部および下部キャパシタプレート
の方向に対して隔膜１６を引張らないように静電力を拘
束している。ガラス基板ｎと２４がシリコンウエノ・加
に封入されるようにするため、ガラス基板はシリコンウ
エハ２０との関係で数百ポルト（−）で維持されなけれ
ばならない。封入電圧は、底部ガラス基板の下部表面上
に形成されるＣ形導電経路のほか、上部ガラス基板上の
Ｃ形導電リングにも印加されるＶ一として示される。

封入加工中では、追加メカニズムがシリコン隔膜１６に
事前応力を加える役目となると信ぜられる。

静電封入加工中、上部Ｃ形リング１５４とシリコンウエ
ハ加が約３００〜４００ポルトの電位で維持されるが、
空乏域２１０は、その加工中に、シリコンウエハ加の表
面附近のガラス基板２２の細いインターフェース域内で
形成される。空乏域２１０は、低原子番号のアルカリイ
オン、例えば、（　Ｌｉ＋Ｎａ＋）　ト負の酸素イオン
（０−）を生成するガラスを横切る電位差により形成さ
れる。アルカリイオンは対応する酸素イオンよりも重量
で自動的に軽くまた一層早く移動するし、それにより正
の電荷アルカリイオンは、それに印加された負の電位を
有するＣ形リング１５４に向って更に速く移動する。負
の電荷酸素イオンはガラス／シリコンインターフェース
に向って一層遅い速度で移動する。しかし、ガラス／シ
リコンインターフェースに関してはイオンの純移動はＣ
形リング１５４に向う正の電荷アルカリイオンの移動と
、ガラス／シリコンインク一フェースに向う負の電荷酸
素イオンの移動を構成する。したがって、空乏域・２１
０は、上部ガラス基板２２と７リコンウエハ頌の間に静
電封入をおこし、そのような空乏域がそれにより形成さ
れる。

実際には、約２〜３コの原子の厚さしかない封入域は架
橋酸素／シリコン層を生成するということが信ぜられて
いる。シリコン原子は識別できる程ガラス材料中には移
動していない。しかし、酸素イオンはガラスからシリコ
ン／ガラスインターフェースに移動して、ガラスをシリ
コンと非可逆的に接着せしめる架橋酸素層を形成する。

負の電圧がガラス基板２４の下部表面に形成されるＣ形
リング１７３に印加された場合に、同様の動作がシリコ
ンウエハ２０と底部ガラス基板２４との間に発生する。

空乏域２１０の結果として形成される静電封入はまた密
閉封入でもある。

空乏域２１０より離隔するイオンの純移動は、隔膜１６
内に応力または引張りをおこす空乏域で量の減少をおこ
すが、それはアルカリイオンと酸素イオンが空乏域から
移動しているということが実現されているからである。

Ｃ形リング１５４と１７３の間にあるガラス基板２２と
２４にあるアルカリイオンの蓄積は分子王縮を形成する
。応力と圧縮域については第１７図に示す。上昇した温
度での静電封入作業中には、上部および底部ガラス基板
上のキャパシタプレート１２と１４はすべて、シリコン
ウエハ２０が静電力が隔膜に対して作用しないようにす
るので、電圧の印加中は常に同じ電位で維持される。

第１１図に参照するメタルダリツドラン［５１　１７０
と第１３図に示す同じランｔｓｌ　１７０は、各ガラス
基板の外部表面の円周にある大きいパッドに対してキャ
パシタ全部を短絡する。パッドは直接相互に反対になっ
ているので、了りゲータ（ワニ）型クリップ式の接触子
は共通の電位を提供することができる。同様に、第１１
図に参照するＣ形リング１５４と封−人グリッドメタル
ラン１５０と１５２並びに第１３図に示す同様のリング
とラン１７１は、各ガラスの外部表面の円周にあるもう
一組の対立するパッドにショートスる。シリコンウエハ
加に対する接触子は、上部ガラス基板２２の適宜の孔を
通って７２、９０〜９４などのようなどのセンサー位置
にも作られる。そこで、キャパシターパツドに対する接
触子お，よびシリコンに対する接触子は共に短絡させら
れている。第２の接触子は封入リングパッドに対して作
られる。

封入作業が完了後、その結果のトライレベル複合体は、
若干太き目の孔と、第８図の孔１０４，１０６，１１２
および１１４と同じ位置でパターン化されている別のガ
ラス基板で整合される。結果としてのガラス基板はじ後
のメラライゼーションに対するステンシル（原紙）を形
成して、シリコン接触子の選択的コーティングを可能に
する。ステンシルヘの接近はシリコン隔膜を汚染する高
い確率のため望ましいことである。トライレベル構造の
通常のブランケットコーティングと写真石版式技法によ
る選択的除去は隔膜とガラスの間で形成される空洞内の
残留の形で残る。如何なる耐光残留物の除去も、厚さ１
ミルと直径２００ミルよりも典型的には小さい、その空
胴へのそのアクセスでは殆んど不可能であり、２０−２
５ミルの直径の孔を排他的に通るものである。

封入されたトライレベル複合体と適切に整合したアパチ
ャ一式ガラスステンシルは適宜の取付部に配置され、厚
さ約１０，０００オングストロームで蒸着またはスパッ
タリング技法で導電物質でコーティングされる。ステン
シルプレート２３０は電気式封入によるトライレベルト
ランスジューサ構造から切離されて第１８図に示す。ス
テンシルプレート２３０は当然、薄いガラスプレートで
あり、それは、第１４図における数１０８と１１０で示
すとおり、シリコンウエハ接点エリアと合致する場所で
分れておかれているアパチャー２３２と２３４からなる
パターンヲ有スる。ステンシルプレート２３０は上部ガ
ラス基板加の上で整合されているので、ステンシルプレ
ート孔の組２３２と２３４が、望ましいシリコン接触子
域１０８と１１０の他に上部ガラス基板２２の大きい孔
１０４と１０６とともに登録されている。ステンシルプ
レートアパチャ−２３２と２３４は、アルミニュウムが
ステンシルプレー｝　２３００表面上でスパツターされ
た場合に、シリコンウエノ・エリア１０８と１１０が導
電性金属でメタライズされるような直径を有する。シリ
コンウェハ２ｏのもう１つの他の型の別の接触子の組が
同時に成形される。実現されているとおり、シリコンウ
ェハの上部表面上の金属接触子のスパッタリングは、上
部ガラス基板２２の孔１０４と１０６を通して行なわれ
る。隣接する型の隣接コーナ上の金属接触子を形成する
ため、ステンシルプレート２３ｏは上部ガラス基板の各
孔、１０４，１０６と１１２，１１４に関して整合され
た２コの近接して配置したアパチャーを有する。メタラ
イジング加工に続いて、ステンシル２７０が除去されて
、トライレベル構造が金属のシリコンウエハ加に対する
適切なオーム測定による接触が確実に行えるに十分な時
間で約３５０　℃で焼結される。トライレベルに構造は
そこで、各個の型に切断する準備がなされる。ｌコの極
めて小さい、高度に感知性のある対圧反応のあるトラン
スジューサが上述の方法で製造される。事実，　０．０
００１　　インチ近くの水の小さい圧力変化にも反応す
るトランスジューサが検知されうる。このような小さい
圧カ変化にもとづく対応する隔膜の歪は１ｏアングスト
ロームまたは約３コの原子の直径である。間隙と隔膜の
厚さにより、実物大の容量は約８ピュファラッドから４
０ピュファラッドの幅で４０〜１００ヘムトファラツド
の分解能を有する。水に関する約３インチの圧力変化を
検知する場合には、数十ミクロンの間隙を有する発明に
か＼わる″トランスジューサは数ミクロンの実物大の隔
膜歪を経験することができ、それにより約８ピコファラ
ッドの実物大のスパンを作る。

上記に述べるウェハの製造は、上部および底部ガラス基
板ｎと２４上に形成されたグリッド導体の封入を使用す
るという条件で記述したものであるが、それと同じ効果
は、当該ガラス導体グリッドを取除いて、ヒンジ作用を
する内閉し且上部および底部ガラス基板をそれらの間に
シリコンウェハ２０をはさみ込むため一緒に圧縮した上
部および底部グリッド金属マトリックスを有するワッフ
ル焼型のような取付具を利用することにより達成するこ
とができる。堅固な金属マトリックスの内部表面上に形
成されるのはＣ形の封入隆起部（リッジ）と関連する型
境界導体経路（パス）である。この構築により、封入電
圧は金属マ｝　ＩＪックスに印加されて、それによりガ
ラス基板とシリコンウェハ内に静電力を内蔵し静電封入
を達成する。

前述事項から、明らかになるのはミニアチャー型容量性
変位トランスジューサ構造とそれの製造方法である。ト
ランスジューサにより与えられた技術上の利点は、隔膜
を極めて薄い膜状に加工することによυ、トラスジュー
サの物理的大きさが小型に維持でき、他方、高感度をも
達成できるということである。発明のもう１つの技術上
の利点は、隔膜形成のため半導体ウェハを加工する場合
、ダブルサイドの第１エッチとダブルサイドの第２エッ
チが隔膜の厚さと関係なく（独立的に）キャパシタ間隙
を形成するため実行できるということである。関連性の
ある技術上の利点の１つは、キャパシタ間隙と隔膜の厚
さに対する独立したコントロールを維持することにより
、それらの一定の組合せが、人力圧力の線型変化に対す
る容量の線型出力を維持するため行えるということであ
る。

更に発明のもう１つの技術上の利点は、方形ユニットセ
ル型の各種の層の製造により、所与のザイズのウエハか
ら使用できるトランスジューサ構造の数が最犬になると
いうことである。その他、発明により与えられる技術上
の利点の１つは、導体をうるための各種基板のダブルサ
イドの加工を利用して、また複合構造の各種上部層内に
アクセス孔を製造することによυ，上側のアクセスがト
ランスジューサのすべての電気接触子に対して得られる
ということである。発明に関する更に追加されるもう１
つの利点は、ガラスおよびシリコン材料を適切に選択す
ることにより、静電接着加工中に自動的事前応力作用が
えられるということである。関連する技術上の１つの利
点は、ガラス構造の表面上に適宜の封入グリッドを与え
ることにより、ガラス物質の容積変化からおこる圧縮域
が、隣接する型位置で隔膜の引張りをおこすことなく、
各種の型位置で維持できるということである。

発明に関する望ましい構成について特定のトランスジュ
ーサ構造並びにその製造の方法に関する参照によシ明ら
かになったが、細部にわたる多くの変更が、特許請求の
範囲に定義するとおり、発明の精神と範囲から逸脱する
ことなく技術上の選択の問題として行なうことができる
ということを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力の人力変化に応じてキャパシζンスの出力
変化を生ずる、たわみ性ダイヤフラムを持つ圧力トラン
スジューサの配線図である。 第２図は締付けダイヤフラムを持つ容量性変位形の一般
的の三レベルトランスジューサ構造の横断面図である。 第３ａ図、第３ｂ図、第３Ｃ図、第３ｄ図及び第３ｅ図
は極度に薄いダイヤフラムの形成の際に種種の製造工程
を受ける半導体ウエーハの横断面図である。 第４ａ図は本発明による処理後のリム付き半導体ウエー
ハの斜視図である。 第４ｂ図はエピタキシヤル処理により形成したリム付き
半導体ウエーハの斜視図である。 第５図は本発明の好適な実施例により構成した三レベル
トランスジューサの斜視図である。 第６図は第５図のトランスジューサの種種の複合層を展
開して示す斜視図である。 第７図はこのトランスジューサの第５図の７−７線の断
面図である。 第８図及び第９図は、正方形単位セルを仕切るようＫ形
成した穴を示す頂部及び底部のガラス基板の一部の平面
図である。 第１０図及び第１１図は頂部ガラス基板の上面及び下面
の金属パターンを示す平面図である。 第１２図及び第１３図は底部ガラス基板の上面及び下面
の金属パターンを示す平面図である。 第１４図は正方形単位セル内の極度に薄いダイヤフラム
を仕切るシリコンウエーハ部分の詳細構造を示す平面図
である。 第１５図はウエーハに穴を形成する打抜き区分を形成す
るみそ付き円形区域を示す、第１４図のシリコンウエー
ハの１５　−　１５線に沿う横断面図である。 第１６図は動作温度範囲及びシーリング温度範囲におけ
るガラス基板及びシリコンウエーハの熱膨張係数の関係
を示す線図である。 第１７図は静電シーリング作業中に三レベルトランスジ
ューサ構造に生ずると考えられるイオン運動を示す横断
面図である。 第１８図は中間の半導体ウエーハに電気接点を形成する
穴あきの型板を重ねた複合の三レベルトランスジューサ
構造の一部を示す斜視図である。 １０・・・トランスジューサテバイス，　１２，　１４
・・・コンデンサプレート，　１６・・・ダイヤフラム
、艶・・・シリコン支持構造、２２、２４・・・ガラス
基板。 Ｆｌ（；．　　１Ｂ １Ｎ＾ べｄｃｌ　− 那須面豐７４μ−／：Ｃ（１乙

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．トランスジユーサ装置に使うようにした半導体ダイ
   ヤフラムを作る方法において、 互いに間隔を隔てたダイヤフラム区域を仕切るように薄
   い半導体ウエーハにその互いに対向する平らな溝にマス
   キング及びパターン形成を行い、前記半導体ウエーハに
   第１図のエツチングを行い露出した半導体材料を所望の
   深さまで除去して後退ギヤツプを仕切り、 パターン形成したマスクを除去し、 マスク形成してない半導体ウエーハにその両側で第２図
   のエツチングを行い前記後退ギヤツプに実質的に無関係
   に所望のダイヤフラム厚さが得られる深さまで半導体材
   料を一様に除去するようにする ことから成る製法。
2. ２．ダイヤフラム厚さを定めるように薄くしたウエーハ
   本体に凹入区域として仕切られウエーハ周囲で互いに間
   隔を隔てた複数のダイヤフラム区域を形成する複数の第
   １の区域と、前記各ダイヤフラム区域を囲む支持区域を
   形成する第２の区域と、前記ウエーハ本体にその取扱い
   性を向上するように剛性を与えるために前記第２区域よ
   り厚い厚さを持つ第３の区域とを持つウエーハから成る
   処理ウエーハ。
3. ３．トランスジユーサ装置に使うようにしたダイヤフラ
   ムを作る方法において、 ダイヤフラム区域を仕切る材料から成るウエーハにマス
   キング及びパターン形成を行い、 前記ウエーハを処理して薄い各ダイヤフラム区域とこれ
   等の各ダイヤフラム区域の周辺の一層厚い区域とを形成
   し、 前記ウエーハのマスキング及びエツチングを行い前記ウ
   エーハにその取扱いのために前記各ダイヤフラムの周辺
   の前記区域より一層厚い剛性の支持区域を形成すること
   により前記ウエーハに取扱いのために剛性を与えるよう
   にする ことから成る製法。
4. ４．互いに対向する面にその全体にわたり一様なエピタ
   キシヤル半導体を持ち中央領域が他の各材料層により実
   質的に支えてないエピタキシヤル半導体材料から成るウ
   エーハにより構成した半導体ウエーハ。
5. ５．一様な厚さの半導体ウエーハを形成する方法におい
   て、 シリコン基板ウエーハに実質的に一様な厚さのシリコン
   材料から成るエピタキシヤル層を形成し、前記シリコン
   基板ウエーハの材料を前記エピタキシヤル層の主要部分
   にわたり除去することにより前記エピタキシヤルシリコ
   ン材料を残す ことから成る製法。
6. ６．導電性コンデンサプレートと、 このコンデンサプレートを一体にした固定の支持構造と
   、 前記の固定のコンデンサプレートから間隔を隔てた変形
   できるコンデンサプレートを形成する半導体ダイヤフラ
   ムと、 この変形できるダイヤフラムを半径方向に所定の量の張
   力を加えた状態に保持する機構と を包含するトランスジユーサ。
7. ７．プリテンシヨンを加えたダイヤフラムを持っトラン
   ジユーサにおいて、 それぞれ所定の熱膨張特性を持つ１対の厚い支持基板と これ等の支持基板とは異なる熱的特性を持つ材料から作
   られ前記各支持基板より実質的に薄くしたダイヤフラム
   とから構成され、 前記各支持基板の熱膨張特性が勝るようにし、又前記の
   各基板及びダイヤフラムの温度を変え次いで前記の各基
   板及びダイヤフラムをサンドイツチ状にして相互に固定
   し前記温度をふたたび変えたときに、前記ダイヤフラム
   が張力を受けた状態で固定されたままになるようにした
   トランスジユーサ。
8. ８．プリテンシヨンを加えたダイヤフラムを作る方法に
   おいて、 所定の熱膨張特性を持つ第１の種類の材料からダイヤフ
   ラム構造を作り、 作動温度範囲にわたり前記の第１の種類の材料とほぼ同
   じ所定の熱膨張特性を持つ異なる第２の種類の材料から
   支持構造を作り，前記のような範囲であるが前記作動温
   度範囲以外で前記の第１の種類の材料とは異なる範囲で
   作動するときに前記ダイヤフラム構造内の張力が実質的
   に変らないままになるようにし、 前記の第１及び第２の種類の材料の温度を前記作動温度
   範囲以外に変えて前記各材料が異なる寸法変化を受ける
   ようにし、 前記作動温度範囲外にあるときに前記ダイヤフラム構造
   を前記支持構造に固定し、前記の複合構造を作動温度範
   囲に戻して前記ダイヤフラムを張力状態のままになるよ
   うにする ことから成る製法。
9. ９．頂部絶縁体基板と、 コンデンサプレートと、 底部絶縁体基板と、 ダイヤフラムを持ち前記の頂部及び底部の絶縁体基板の
   間に静電結合した半導体ウエーハと、前記頂部基板の頂
   面に隣接する導電性シーリング網状格子と前記底部絶縁
   体基板の底部側に隣接する導電性シーリング網状格子と
   を備えて、所定の温度条件のもとで前記の両シーリング
   網状格子に電圧を印加して互いに対向するウエーハ面と
   前記ダイヤフラムのまわりの周辺とを静電密封すること
   ができるようにしたトランスジユーサ構造。
10. １０．半導体ウエーハを頂部及び底部の絶縁体基板の間
    に狭み前記ウエーハに形成したダイヤフラムを前記の頂
    部及び底部の絶縁体基板に形成した各コンデンサプレー
    トから間隔を隔てるようにし、前記の頂部及び底部の絶
    縁体基板の各導電性径路に静電シーリング電圧を印加し
    て、円筒形の静電界を前記ダイヤフラムのまわりに円周
    方向に集中ぎせそして前記ダイヤフラムを囲む前記シリ
    コン材料を前記の頂部及び底部の絶縁体基板に密封する
    ようにする ことから成る、トランスジユーサ構造を作る方法。
11. １１．頂部ガラス支持基板と、 底部ガラス支持基板と、 前記の頂部及び底部のガラス支持基板から間隔を隔てて
    各コンデンサギヤツプを仕切るようにした締付けたダイ
    ヤフラムとさらにウエーハ上面に設けられウエーハ本体
    に電気的接続を行う接点とを持ち前記の頂部及び底部の
    ガラス支持基板の間に挾んだ半導体ウエーハとを備え、 前記頂部ガラス支持基板に、その下面に形成した頂部コ
    ンデンサプレートと、穴と、前記頂部コンデンサプレー
    トに接続され前記穴を貫いて前記頂部ガラス支持基板の
    頂部側に導いた導電性径路とを設け、 前記底部ガラス支持基板に、前記ダイヤフラムに流体圧
    力を通ずる穴と、前記底部ガラス支持基板の頂面に形成
    され導電性径路により前記穴を経て前記底部ガラス支持
    基板の下面とその周縁部とに又この周縁部のまわりで前
    記底部ガラス支持基板の頂面に接続した導電性底部コン
    デンサプレートとを設けて成る多重層トランスジユーサ
    構造。
12. １２．それぞれ共通の境界の少なくとも一部分を別のト
    ランスジユーサ構造と共有する複数のトランスジユーサ
    構造を多重層複合体として作り、前記多重層のうちの１
    層又は複数層内に前記の共通の境界に導電性部を形成し
    、 前記多重層構造を前記共通の境界に沿い前記導電性部を
    経て複数の各別のトランジユーサデバイスに区分してこ
    れ等の各デバイスがその底面からその頂面に又その周縁
    部のまわりに導電性径路を備えるようにする ことから成る、多重層トランスジユーサの製法。
13. １３．材料層内に設けられそれぞれこの層で相対的に実
    質的に対称に向きを定めた複数個の多重単位セルを備え
    、 これ等の各セルに複数の同様なダイを設け、１個のセル
    の各ダイをこのセルの他のダイに対して異なる向きに定
    め、前記各セルの複数のダイを他の各セルのダイに対し
    実質的に対称になるように向きを定めて成るトランスジ
    ユーサ構造。
14. １４．多重層トランスジユーサを形成するように材料層
    を処理する方法において、 それぞれ材料で相対的に実質的に対称に向きを定めた複
    数の多重単位セルを前記材料層内に形成し、 前記各セルを複数の同様なダイとして形成することから
    成り、 １個のセルの各ダイをこのセルの他のダイに対して異な
    る向きを定め、前記各セルの複数のダイを他の各セルの
    ダイと実質的に対称に向きを定める処理法。