JPH04294234A - 小型差圧トランスジューサ及びその製法 - Google Patents
小型差圧トランスジューサ及びその製法Info
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- JPH04294234A JPH04294234A JP3322724A JP32272491A JPH04294234A JP H04294234 A JPH04294234 A JP H04294234A JP 3322724 A JP3322724 A JP 3322724A JP 32272491 A JP32272491 A JP 32272491A JP H04294234 A JPH04294234 A JP H04294234A
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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。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に、半導体及び小型
電気デバイス及びそのための処理技術に関するものであ
り、特に超小型差圧トランスジューサに関する。
電気デバイス及びそのための処理技術に関するものであ
り、特に超小型差圧トランスジューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】センサは一般に物理変化を変換するよう
なデバイスであり、この物理変化は、制御システムの一
部となる電気信号に対して測定されるべきものである。 これらは２つの部分からなる。即ち、センサ構造と、そ
のデバイスをたびたび悪影響となるような環境から保護
するためのパッケージとである。
なデバイスであり、この物理変化は、制御システムの一
部となる電気信号に対して測定されるべきものである。 これらは２つの部分からなる。即ち、センサ構造と、そ
のデバイスをたびたび悪影響となるような環境から保護
するためのパッケージとである。
【０００３】センサ構造のサイズを減少させた場合、ほ
ぼ常に利益がもたらされる。マイクロエレクトロニクス
から取り入れられ、そして今やそのようなデバイスを製
造することをマイクロエレクトロニクスという用語で呼
ぶに相応しい程十分小さなサイズで実行されているバッ
チ構造技術を通じて、このサイズの減少はコスト削減を
可能にする。マイクロメカニカルセンサあるいはマイク
ロセンサを、共同製造マイクロエレクトロニクス（ｃｏ
ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃｓ） と結合させて、性能改善を図ることが可能とな
ることもあり、また整然としたセンサと認識されるよう
な構造とすることもできる。超小型化はセンサの適用領
域を拡げることができる。これは生物学的システムに対
する物理センサによって例示される。血圧及び血液ガス
分析デバイスは影響されにくいものでなければならない
。
ぼ常に利益がもたらされる。マイクロエレクトロニクス
から取り入れられ、そして今やそのようなデバイスを製
造することをマイクロエレクトロニクスという用語で呼
ぶに相応しい程十分小さなサイズで実行されているバッ
チ構造技術を通じて、このサイズの減少はコスト削減を
可能にする。マイクロメカニカルセンサあるいはマイク
ロセンサを、共同製造マイクロエレクトロニクス（ｃｏ
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ｃｓ） と結合させて、性能改善を図ることが可能とな
ることもあり、また整然としたセンサと認識されるよう
な構造とすることもできる。超小型化はセンサの適用領
域を拡げることができる。これは生物学的システムに対
する物理センサによって例示される。血圧及び血液ガス
分析デバイスは影響されにくいものでなければならない
。
【０００４】マイクロセンサの製造に対して最も直接的
に利用可能な製造技術は、マイクロエレクトロニクスに
その源を有する。このような技術を用いる者にとって、
最も困難なことは、これらのセンサが基本的に３次元構
造であるにも係わらず、集積回路構造がプレーナ処理、
勿論それは２次元である、に基づくという事実に起因す
る。現在、ほぼ全てのマイクロセンサ構造技術は、小規
模の３次元拡張を処理するプレーナ集積回路処理を適応
させたものである。このように、ウェハとウェハが接合
されているようなセンサにおいては、ＩＣ処理はシリコ
ンバルク機械とウェハ対ウェハボンディングを結合させ
、そうしてマイクロセンサを製造しているのである。 表面マイクロ機械操作では、プレーナ処理と横方向エッ
チングとが結合されて、必要な３次元が達成される。し
かしながら、３次元の製造とノンシリコン技術はマイク
ロセンサの発展にとってより重要なものとなりつつある
。
に利用可能な製造技術は、マイクロエレクトロニクスに
その源を有する。このような技術を用いる者にとって、
最も困難なことは、これらのセンサが基本的に３次元構
造であるにも係わらず、集積回路構造がプレーナ処理、
勿論それは２次元である、に基づくという事実に起因す
る。現在、ほぼ全てのマイクロセンサ構造技術は、小規
模の３次元拡張を処理するプレーナ集積回路処理を適応
させたものである。このように、ウェハとウェハが接合
されているようなセンサにおいては、ＩＣ処理はシリコ
ンバルク機械とウェハ対ウェハボンディングを結合させ
、そうしてマイクロセンサを製造しているのである。 表面マイクロ機械操作では、プレーナ処理と横方向エッ
チングとが結合されて、必要な３次元が達成される。し
かしながら、３次元の製造とノンシリコン技術はマイク
ロセンサの発展にとってより重要なものとなりつつある
。
【０００５】圧力トランスジューサは最も用いられてお
り、それ故に最も知られたセンサである。これら圧力ト
ランスジューサは２つに分類される。即ち、相対あるい
は差デバイスと、絶対トランスジューサである。絶対セ
ンサは、表面機械操作を通じて超小型化に対してより活
発に研究されている。例えば、Ｇｕｃｋｅｌ等に付与さ
れた米国特許４，７４４，８６３ 号及び４，８５３，
６６９ 号を参照すれば、絶対センサを製造するための
そのようなセンサ及びシーリング技術について記述され
ている。
り、それ故に最も知られたセンサである。これら圧力ト
ランスジューサは２つに分類される。即ち、相対あるい
は差デバイスと、絶対トランスジューサである。絶対セ
ンサは、表面機械操作を通じて超小型化に対してより活
発に研究されている。例えば、Ｇｕｃｋｅｌ等に付与さ
れた米国特許４，７４４，８６３ 号及び４，８５３，
６６９ 号を参照すれば、絶対センサを製造するための
そのようなセンサ及びシーリング技術について記述され
ている。
【０００６】シールされたキャビティ即ち「ピルボック
ス」センサを製造するには、真空シーリングやデバイス
の電気検出が必要とされる。ピルボックス動作及び電気
検出は共にデバイス性能に寄与する。このように、機械
的には動かしにくいダイヤフラムあるいは膜の非常に小
さな変形であっても、それを検出する構造が十分に感度
のよいものならば、受け入れられ得るのである。デバイ
スあるいはパッケージそれらいづれによっても提供され
る過剰圧力抑制が必要である。なぜなら、圧力が増加す
ると、変形が増加して、最後にはピルボックスを故障さ
せてしまうからである。
ス」センサを製造するには、真空シーリングやデバイス
の電気検出が必要とされる。ピルボックス動作及び電気
検出は共にデバイス性能に寄与する。このように、機械
的には動かしにくいダイヤフラムあるいは膜の非常に小
さな変形であっても、それを検出する構造が十分に感度
のよいものならば、受け入れられ得るのである。デバイ
スあるいはパッケージそれらいづれによっても提供され
る過剰圧力抑制が必要である。なぜなら、圧力が増加す
ると、変形が増加して、最後にはピルボックスを故障さ
せてしまうからである。
【０００７】前述の特許や本明細書に組み入れられて開
示されている米国特許４，８９７，３６０ 号内の記述
のようにして、多結晶質のシリコン（ポリシリコン）を
変形膜として用いることができる。一般のポリシリコン
ダイヤフラムフィルムは、それが破壊される前におよそ
１．５％の最高歪みを支持することができるであろう。 それはまた内部に歪み領域を有している。この歪みレベ
ルは、制御可能、それ故設計処理の一部となるものでな
ければならず、またフィルムは、内部歪みを消去するよ
うな処理技術が存在する特性を有しなければならない。 米国特許第４，７７４，８６３ 及び４，８５３，６６
９ 号に例示されているような絶対圧力トランスジュー
サの場合にあって、トランスジューサが正方形だと仮定
すれば、その最大の圧力幅は、ダイヤフラム下のキャビ
ティの深さに等しいダイヤフラムの中央におけるダイヤ
フラムたわみによって定められる。圧力下でのダイヤフ
ラムのたわみは、ダイヤフラム歪みを引き起こす。この
歪み領域は角と角と間のクランプされたエッジの中間に
おいて最高となる。この歪み値はダイヤフラム物質に対
して許容された最大の歪みを超過することはできない。 このようにしてセンサの圧力幅を定め且つ制限するので
ある。
示されている米国特許４，８９７，３６０ 号内の記述
のようにして、多結晶質のシリコン（ポリシリコン）を
変形膜として用いることができる。一般のポリシリコン
ダイヤフラムフィルムは、それが破壊される前におよそ
１．５％の最高歪みを支持することができるであろう。 それはまた内部に歪み領域を有している。この歪みレベ
ルは、制御可能、それ故設計処理の一部となるものでな
ければならず、またフィルムは、内部歪みを消去するよ
うな処理技術が存在する特性を有しなければならない。 米国特許第４，７７４，８６３ 及び４，８５３，６６
９ 号に例示されているような絶対圧力トランスジュー
サの場合にあって、トランスジューサが正方形だと仮定
すれば、その最大の圧力幅は、ダイヤフラム下のキャビ
ティの深さに等しいダイヤフラムの中央におけるダイヤ
フラムたわみによって定められる。圧力下でのダイヤフ
ラムのたわみは、ダイヤフラム歪みを引き起こす。この
歪み領域は角と角と間のクランプされたエッジの中間に
おいて最高となる。この歪み値はダイヤフラム物質に対
して許容された最大の歪みを超過することはできない。 このようにしてセンサの圧力幅を定め且つ制限するので
ある。
【０００８】圧力トランスジューサには、検出メカニズ
ムが必要とされる。ピエゾ抵抗性及びコンデンサ技術が
もっとも直接的なアプローチである。ピエゾ抵抗性検出
は、最も直接的に実行されている技術であり、有能で安
定した誘電的に隔離された検出構造を作り出すために使
用され得るポリシリコンの利用可能性を利用したもので
ある。このような構造は、ポリシリコンダイヤフラムを
シリコンニトリド層、パターン化され且つドープされた
ポリシリコン層及び保護ニトリド層で覆うことによって
形成され得る。特定の抵抗ドーピングレベルと抵抗プレ
ースメントに対する性能評価の１つを説明する。
ムが必要とされる。ピエゾ抵抗性及びコンデンサ技術が
もっとも直接的なアプローチである。ピエゾ抵抗性検出
は、最も直接的に実行されている技術であり、有能で安
定した誘電的に隔離された検出構造を作り出すために使
用され得るポリシリコンの利用可能性を利用したもので
ある。このような構造は、ポリシリコンダイヤフラムを
シリコンニトリド層、パターン化され且つドープされた
ポリシリコン層及び保護ニトリド層で覆うことによって
形成され得る。特定の抵抗ドーピングレベルと抵抗プレ
ースメントに対する性能評価の１つを説明する。
【０００９】ポリシリコン抵抗は、拡散されたシリコン
抵抗とは全く異なる。これらのデバイス中のピエゾ抵抗
性効果は、よりよく設計された単結晶の相当品のそれよ
りも５小さいファクタである。長手方向ゲージファクタ
は一般にわずか２０上であり、横方向ゲージファクタは
ほぼ−８である。抵抗の温度係数は正にも負にもなり得
、０に近づくこともできる。これらのデバイスに対する
ノイズ特性には、サーマルノイズだけが含まれる。それ
は一般に非常に良い金属フィルム抵抗に対してだけ真で
あることが明かとされている。ポリシリコンレジスタは
絶縁されており、より高い温度を適用することができる
。なぜなら接合洩れ電流が存在しないからである。
抵抗とは全く異なる。これらのデバイス中のピエゾ抵抗
性効果は、よりよく設計された単結晶の相当品のそれよ
りも５小さいファクタである。長手方向ゲージファクタ
は一般にわずか２０上であり、横方向ゲージファクタは
ほぼ−８である。抵抗の温度係数は正にも負にもなり得
、０に近づくこともできる。これらのデバイスに対する
ノイズ特性には、サーマルノイズだけが含まれる。それ
は一般に非常に良い金属フィルム抵抗に対してだけ真で
あることが明かとされている。ポリシリコンレジスタは
絶縁されており、より高い温度を適用することができる
。なぜなら接合洩れ電流が存在しないからである。
【００１０】これらのデバイスに対する配置（ｐｌａｃ
ｅｍｅｎｔ）問題もまた単結晶抵抗配置に対するものと
は全く異なる。一般の規則は、単にダイヤフラムの最大
歪み領域にそれらの抵抗を配置するというものである。 これは角と角の間の支持中間にダイヤフラムを入れるよ
うな長手方向部分を含む。しかしながらそこには問題が
存在する。 ダイヤフラムの大きさは、一般には片側で１００マイク
ロメータより小さいであろう。これらの抵抗はそれ故と
ても小さく、一般にはライン幅が４マイクロメータであ
る。このようにライン幅がポリシリコンエッチングの間
にずれるのと同じように整列許容差を考えなければなら
ない。完全なトランスジューサはブリッジ形態をした４
つのデバイスを使用し、２つの抵抗は圧力を検出するも
のであり、もう２つの抵抗は圧力をあまり検出しないも
のである。なぜなら、それらのピルボックスオキシド酸
は除去されていないからである。この形態を有する場合
、ハーフアクティブフルブリッジ、ブリッジ励起のボル
ト毎のミリボルトでの最高出力は、タッチ−ダウン圧力
（ｔｏｕｃｈ−ｄｏｗｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ） で計算
され得る。
ｅｍｅｎｔ）問題もまた単結晶抵抗配置に対するものと
は全く異なる。一般の規則は、単にダイヤフラムの最大
歪み領域にそれらの抵抗を配置するというものである。 これは角と角の間の支持中間にダイヤフラムを入れるよ
うな長手方向部分を含む。しかしながらそこには問題が
存在する。 ダイヤフラムの大きさは、一般には片側で１００マイク
ロメータより小さいであろう。これらの抵抗はそれ故と
ても小さく、一般にはライン幅が４マイクロメータであ
る。このようにライン幅がポリシリコンエッチングの間
にずれるのと同じように整列許容差を考えなければなら
ない。完全なトランスジューサはブリッジ形態をした４
つのデバイスを使用し、２つの抵抗は圧力を検出するも
のであり、もう２つの抵抗は圧力をあまり検出しないも
のである。なぜなら、それらのピルボックスオキシド酸
は除去されていないからである。この形態を有する場合
、ハーフアクティブフルブリッジ、ブリッジ励起のボル
ト毎のミリボルトでの最高出力は、タッチ−ダウン圧力
（ｔｏｕｃｈ−ｄｏｗｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ） で計算
され得る。
【００１１】ピエゾ抵抗性検出の困難性は、検出技術を
変えることにより、あるいはデバイスを絶対圧力センサ
から差トランスジューサに変換することによって取り除
くことができる。これらのアプローチには共に詳細な注
意が必要とされる。第１の場合、ピエゾレジスタは新し
いタイプの力センサ：真空シールされた共振ビーム（ｒ
ｅａｓｏｎａｔｉｎｇ ｂｅａｍ）によって置き換える
ことができる。これは本質的には、静電気的に励起され
得る２倍にクランプされたフリー定常ビーム（ｄｏｕｂ
ｌｙ ｃｌａｍｐｅｄ ｆｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇ ｂ
ｅａｍ） を含むようなピルボックスである。変換メカ
ニズムは軸方向に強制的に適用される。これは非常に感
度が高いため、より簡単にかつより正確な測定が可能と
なる。必要とされる構造技術の複雑さが増せばその欠点
も明かとなる。このデバイスは高価なものとなり、低圧
の正確な測定が必要とされるような所で主に有用である
。
変えることにより、あるいはデバイスを絶対圧力センサ
から差トランスジューサに変換することによって取り除
くことができる。これらのアプローチには共に詳細な注
意が必要とされる。第１の場合、ピエゾレジスタは新し
いタイプの力センサ：真空シールされた共振ビーム（ｒ
ｅａｓｏｎａｔｉｎｇ ｂｅａｍ）によって置き換える
ことができる。これは本質的には、静電気的に励起され
得る２倍にクランプされたフリー定常ビーム（ｄｏｕｂ
ｌｙ ｃｌａｍｐｅｄ ｆｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇ ｂ
ｅａｍ） を含むようなピルボックスである。変換メカ
ニズムは軸方向に強制的に適用される。これは非常に感
度が高いため、より簡単にかつより正確な測定が可能と
なる。必要とされる構造技術の複雑さが増せばその欠点
も明かとなる。このデバイスは高価なものとなり、低圧
の正確な測定が必要とされるような所で主に有用である
。
【００１２】
【発明の概要】本発明によれば、超小型圧力トランスジ
ューサは半導体基層上、例えば単結晶シリコン基層上に
形成されているため、基層両端の差圧の測定が可能とな
る。この圧力トランスジューサには、膜が含まれる。こ
の膜は、基層上方のキャビティに拡がるようなポリシリ
コンで形成されているのが望ましく、膜周辺の複数端に
おいて基層の上側に載置されかつシールされている。キ
ャビティの底は過剰圧力抑制を形成しているため、基層
の方向に膜が過剰にたわむのを防止する。複数のチャン
ネルは基層を通じて、例えば圧力トランスジューサの反
対側の底側といったような離れた位置から、キャビティ
を有する通路に延びている。これにより、基層の底側上
の圧力が基層の上側の圧力を超過した場合には、膜は基
層から離れるようにしてたわむことができるのである。 ブリッジとして形成された過剰圧力抑制は、膜の両端に
拡がってそこからは離間されているため、この膜は通常
の圧力状態下でたわむが、過剰にたわんで膜を連続的に
故障させることは防止されている。過剰圧力抑制は、比
較的強い構造物質、例えば電気メッキされたニッケルで
形成されていることが好ましい。従って、それは過剰圧
力抑制と接触した膜に付与された圧力を防ぐことが可能
なのであろう。
ューサは半導体基層上、例えば単結晶シリコン基層上に
形成されているため、基層両端の差圧の測定が可能とな
る。この圧力トランスジューサには、膜が含まれる。こ
の膜は、基層上方のキャビティに拡がるようなポリシリ
コンで形成されているのが望ましく、膜周辺の複数端に
おいて基層の上側に載置されかつシールされている。キ
ャビティの底は過剰圧力抑制を形成しているため、基層
の方向に膜が過剰にたわむのを防止する。複数のチャン
ネルは基層を通じて、例えば圧力トランスジューサの反
対側の底側といったような離れた位置から、キャビティ
を有する通路に延びている。これにより、基層の底側上
の圧力が基層の上側の圧力を超過した場合には、膜は基
層から離れるようにしてたわむことができるのである。 ブリッジとして形成された過剰圧力抑制は、膜の両端に
拡がってそこからは離間されているため、この膜は通常
の圧力状態下でたわむが、過剰にたわんで膜を連続的に
故障させることは防止されている。過剰圧力抑制は、比
較的強い構造物質、例えば電気メッキされたニッケルで
形成されていることが好ましい。従って、それは過剰圧
力抑制と接触した膜に付与された圧力を防ぐことが可能
なのであろう。
【００１３】過剰圧力抑制ブリッジは、圧力センサ膜の
製造、その物理特性あるいは基層上にマイクロエレクト
ロニックデバイスを形成するための利用性とは矛盾せず
かつまた影響しない処理技術を利用して形成される。膜
に面するブリッジ表面は、非常に滑らかでかつ一様にな
るよう形成されているため、ブリッジの接触表面は膜か
ら一様に離間されている。ブリッジの底表面が滑らかで
あるため、たわんだ膜部分がブリッジの底表面上の高い
ポイントと早期に接触することや、局部的に歪んでしま
う可能性、あるいはまたブリッジの鋭い表面が膜と接触
して膜を破いてしまうようなことは防止される。それに
も係わらず、ブリッジと膜との間の空間は、比較的小さ
いものであり、一般に１０マイクロメータあるいはそれ
より小さな範囲内のものであり、またたびたび１マイク
ロメータ幅でなければならない。更に、この一様な空間
は、膜のスパン上方に保持されなければならず、数マイ
クロメータから数百マイクロメータに及ぶ。膜と過剰圧
力抑制との間のギャップは、通常の圧力状態下では膜が
自由にたわみ、膜が破れるようなレベル以下の過剰圧力
状態下では膜が抑制と接触することが可能となるように
選択されている。
製造、その物理特性あるいは基層上にマイクロエレクト
ロニックデバイスを形成するための利用性とは矛盾せず
かつまた影響しない処理技術を利用して形成される。膜
に面するブリッジ表面は、非常に滑らかでかつ一様にな
るよう形成されているため、ブリッジの接触表面は膜か
ら一様に離間されている。ブリッジの底表面が滑らかで
あるため、たわんだ膜部分がブリッジの底表面上の高い
ポイントと早期に接触することや、局部的に歪んでしま
う可能性、あるいはまたブリッジの鋭い表面が膜と接触
して膜を破いてしまうようなことは防止される。それに
も係わらず、ブリッジと膜との間の空間は、比較的小さ
いものであり、一般に１０マイクロメータあるいはそれ
より小さな範囲内のものであり、またたびたび１マイク
ロメータ幅でなければならない。更に、この一様な空間
は、膜のスパン上方に保持されなければならず、数マイ
クロメータから数百マイクロメータに及ぶ。膜と過剰圧
力抑制との間のギャップは、通常の圧力状態下では膜が
自由にたわみ、膜が破れるようなレベル以下の過剰圧力
状態下では膜が抑制と接触することが可能となるように
選択されている。
【００１４】本発明の差圧トランスジューサは、所定の
製造手順に基づいて、シリコン基層上に形成されたポリ
シリコン膜を利用して製造されるのが好ましい。この膜
の周辺領域は、基層に載置され且つシールされているた
め、基層の上側の大気は膜下方のキャビティ中に流れる
ことはできない。しかしながら、キャビティそれ自体は
真空シールされておらず、基層内の複数のチェンネルを
通じてキャビティや膜から離間した位置において、例え
ば基層の底側において大気と通じている。これらのチャ
ンネルは例えば、底側からキャビティへと基層を通じて
エッチングを行うことによって形成される。
製造手順に基づいて、シリコン基層上に形成されたポリ
シリコン膜を利用して製造されるのが好ましい。この膜
の周辺領域は、基層に載置され且つシールされているた
め、基層の上側の大気は膜下方のキャビティ中に流れる
ことはできない。しかしながら、キャビティそれ自体は
真空シールされておらず、基層内の複数のチェンネルを
通じてキャビティや膜から離間した位置において、例え
ば基層の底側において大気と通じている。これらのチャ
ンネルは例えば、底側からキャビティへと基層を通じて
エッチングを行うことによって形成される。
【００１５】過剰圧力抑制ブリッジは、深いＸ線リソグ
ラフィを利用することによって製造されていることが好
ましい。膜とブリッジの底表面との間のギャップは、犠
牲層を用いて確立されている。この犠牲層には、ポリメ
チルメタクリレート現像剤のような溶剤内で溶解するポ
リイミドフィルムが含まれているだろう。犠牲層の形態
は、標準的なパターン化技術によって達成される。その
後、メッキベースが犠牲層およびこの基層の隣接領域に
付与される。このメッキベースは、パターン化されてい
ないチタニウムの薄膜から成り、この薄膜の後にニッケ
ル薄膜が付着される。その後、最上部の基層の全表面は
、Ｘ線ホトレジストキャスティング物質、例えば架橋（
ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｅｄ）ＰＭＭＡの厚い層によって
覆われる。メッキされるべき領域を定めるＸ線マスクが
、Ｘ線露光取り付け具で光学的に整列され且つクランプ
され、露光がなされ、その後、モールド領域を定めるた
めにメッキベースに対してＸ線に露出されたＰＭＭＡを
除去する現像が続く。ブリッジ物質、例えばニッケルが
、その後このモールド領域内にＰＭＭＡの厚さよりも僅
かに少ない位の厚さにまで付着される（例えば電気メッ
キによる）。 残りの全てのＰＭＭＡがその後除去され、このメッキベ
ースが次に除去される。犠牲層は最終段階として除去さ
れる。
ラフィを利用することによって製造されていることが好
ましい。膜とブリッジの底表面との間のギャップは、犠
牲層を用いて確立されている。この犠牲層には、ポリメ
チルメタクリレート現像剤のような溶剤内で溶解するポ
リイミドフィルムが含まれているだろう。犠牲層の形態
は、標準的なパターン化技術によって達成される。その
後、メッキベースが犠牲層およびこの基層の隣接領域に
付与される。このメッキベースは、パターン化されてい
ないチタニウムの薄膜から成り、この薄膜の後にニッケ
ル薄膜が付着される。その後、最上部の基層の全表面は
、Ｘ線ホトレジストキャスティング物質、例えば架橋（
ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｅｄ）ＰＭＭＡの厚い層によって
覆われる。メッキされるべき領域を定めるＸ線マスクが
、Ｘ線露光取り付け具で光学的に整列され且つクランプ
され、露光がなされ、その後、モールド領域を定めるた
めにメッキベースに対してＸ線に露出されたＰＭＭＡを
除去する現像が続く。ブリッジ物質、例えばニッケルが
、その後このモールド領域内にＰＭＭＡの厚さよりも僅
かに少ない位の厚さにまで付着される（例えば電気メッ
キによる）。 残りの全てのＰＭＭＡがその後除去され、このメッキベ
ースが次に除去される。犠牲層は最終段階として除去さ
れる。
【００１６】差圧センサの膜は、たわみ検出のためにそ
の中に形成されたピエゾ抵抗性ポリシリコンレジスタを
有しているだろう。これらの抵抗は絶縁体及び表面処理
バリア（ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｏｎ ｂａ
ｒｒｉｅｒ）として働くシリコンニトリドで覆われてい
るのが好ましい。このバリア層のため、この膜はコンデ
ンサの一方のプレートを形成するのに使用され得る金属
の薄膜で覆われ、導電性の過剰圧力抑制ブリッジがコン
デンサの第２のプレートを形成する。このコンデンサは
、膜のたわみと共に容量を変え、それによって圧力を変
化させるため、ピエゾレジスタから与えられた信号と相
関され得る圧力測定信号を作るために利用することが可
能であり、そのため冗長な自己訂正検出システムを提供
することになる。更に、もし膜の金属メッキと過剰圧力
抑制ブリッジとの間にＤＣ電圧が適用された場合には、
この膜は所定量たわみ得る。 このようにＤＣ電圧を適当に与えることにより、特定の
圧力が膜両端に存在していても、このＤＣ電圧を使用し
てこの膜を所望のゼロたわみ位置まで動かすことができ
る。このようにして、正確に適用を行うために自動ゼロ
動作が実行され得る。
の中に形成されたピエゾ抵抗性ポリシリコンレジスタを
有しているだろう。これらの抵抗は絶縁体及び表面処理
バリア（ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｏｎ ｂａ
ｒｒｉｅｒ）として働くシリコンニトリドで覆われてい
るのが好ましい。このバリア層のため、この膜はコンデ
ンサの一方のプレートを形成するのに使用され得る金属
の薄膜で覆われ、導電性の過剰圧力抑制ブリッジがコン
デンサの第２のプレートを形成する。このコンデンサは
、膜のたわみと共に容量を変え、それによって圧力を変
化させるため、ピエゾレジスタから与えられた信号と相
関され得る圧力測定信号を作るために利用することが可
能であり、そのため冗長な自己訂正検出システムを提供
することになる。更に、もし膜の金属メッキと過剰圧力
抑制ブリッジとの間にＤＣ電圧が適用された場合には、
この膜は所定量たわみ得る。 このようにＤＣ電圧を適当に与えることにより、特定の
圧力が膜両端に存在していても、このＤＣ電圧を使用し
てこの膜を所望のゼロたわみ位置まで動かすことができ
る。このようにして、正確に適用を行うために自動ゼロ
動作が実行され得る。
【００１７】本発明による差圧センサにより、非常に低
い圧力にまで低下するような圧力を測定することが可能
となり、その一方で、これらの低い圧力範囲において非
常に正確に圧力を測定できる。この感度の良好さ故に、
この圧力センサを例えば急速に変化する低レベル圧力波
に応答するようなマイクロフォンとして利用することが
できる。膜と過剰圧力抑制それら両方の互いに面してい
る表面上の導電性金属を利用することにより、過剰圧力
状態においてこれら２つの表面の接触が実効的にスイッ
チを閉じ、こうして電流が２つの接近した表面間を通過
するため、これにより圧力検出スイッチを提供すること
が可能である。差圧範囲を測定するよう設計された本発
明の差圧トランスジューサのいくつかを、同一のチップ
に結合させて、エレクトロニクスと結合させ、整理され
たセンサを作り出すこともできる自動レンジングセンサ
（ａｕｔｏｒａｎｇｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ）が提供され
る。
い圧力にまで低下するような圧力を測定することが可能
となり、その一方で、これらの低い圧力範囲において非
常に正確に圧力を測定できる。この感度の良好さ故に、
この圧力センサを例えば急速に変化する低レベル圧力波
に応答するようなマイクロフォンとして利用することが
できる。膜と過剰圧力抑制それら両方の互いに面してい
る表面上の導電性金属を利用することにより、過剰圧力
状態においてこれら２つの表面の接触が実効的にスイッ
チを閉じ、こうして電流が２つの接近した表面間を通過
するため、これにより圧力検出スイッチを提供すること
が可能である。差圧範囲を測定するよう設計された本発
明の差圧トランスジューサのいくつかを、同一のチップ
に結合させて、エレクトロニクスと結合させ、整理され
たセンサを作り出すこともできる自動レンジングセンサ
（ａｕｔｏｒａｎｇｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ）が提供され
る。
【００１８】
【実施例】図を参照すれば、本発明による差圧トランス
ジューサが、図１において２０で示されている。この差
圧トランスジューサは、半導体物質、より好ましくは単
結晶シリコンであるような基層２１上に載置され且つそ
れを用いて形成されている。半導体物質は、上側２２と
底側２３を有し、閉構造（図示せず）中にシールされて
おり、こうして基層の上側に面している周囲雰囲気を、
基層の底側２３が面している雰囲気から密閉している。 基層にかかる圧力変化によって基層２１それ自体があま
りたわむことがないようにするため、基層２１は十分な
厚さであることが好ましい（基層上部のトランスジュー
サ構造に比較して基層の大きさは、図１においては誇張
して小さく示されている）。
ジューサが、図１において２０で示されている。この差
圧トランスジューサは、半導体物質、より好ましくは単
結晶シリコンであるような基層２１上に載置され且つそ
れを用いて形成されている。半導体物質は、上側２２と
底側２３を有し、閉構造（図示せず）中にシールされて
おり、こうして基層の上側に面している周囲雰囲気を、
基層の底側２３が面している雰囲気から密閉している。 基層にかかる圧力変化によって基層２１それ自体があま
りたわむことがないようにするため、基層２１は十分な
厚さであることが好ましい（基層上部のトランスジュー
サ構造に比較して基層の大きさは、図１においては誇張
して小さく示されている）。
【００１９】トランスジューサ構造２０には、基層の上
側２２上に形成された変形可能な膜２５が含まれており
、この膜は基層の上側２２と底側２３との間の圧力差で
たわむ。過剰圧力抑制ブリッジ２７は、基層の上表面２
２上に形成されている。このブリッジは、膜２５あるい
は上方に拡がっているブリッジ部材３０のどちらの側に
対する位置においても基層に載置されたベース部分２８
を有し、膜の上部表面３１上方で離間されている。ブリ
ッジ２７の底表面３２は、膜２５の上方である距離だけ
僅かに離間されており、その距離は、通常の圧力下では
その膜がたわみ得るのに十分であるが、もし抵抗するも
のがなければその膜を破壊してしまうような過剰圧力を
越えるようなところでは、その膜に対して、その膜が接
触し、ブリッジ部材によって更にたわむことを止めさせ
られ得るような距離である。
側２２上に形成された変形可能な膜２５が含まれており
、この膜は基層の上側２２と底側２３との間の圧力差で
たわむ。過剰圧力抑制ブリッジ２７は、基層の上表面２
２上に形成されている。このブリッジは、膜２５あるい
は上方に拡がっているブリッジ部材３０のどちらの側に
対する位置においても基層に載置されたベース部分２８
を有し、膜の上部表面３１上方で離間されている。ブリ
ッジ２７の底表面３２は、膜２５の上方である距離だけ
僅かに離間されており、その距離は、通常の圧力下では
その膜がたわみ得るのに十分であるが、もし抵抗するも
のがなければその膜を破壊してしまうような過剰圧力を
越えるようなところでは、その膜に対して、その膜が接
触し、ブリッジ部材によって更にたわむことを止めさせ
られ得るような距離である。
【００２０】図２には、差圧トランスジューサの断面図
が示されている。ここに示されているように、キャビテ
ィ３５は膜下方の基層２１に形成されており、膜の底表
面３７から下方向に離間されている。また、図に示すた
め、構造の相対的な大きさは図２においては誇張して大
きく示されており、膜とブリッジの底表面３２との間の
間隔と同様に、膜及びキャビティの横方向の大きさは、
膜とキャビティ３６の底との間の間隔に関して非常に大
きくなっていると理解される。キャビティの底表面３６
は、ブリッジの底表面３２が基層から上方に離れていく
ような膜のたわみに対する抑制部材を与えるのと同様に
、膜が基層に向かって下方向にたわむのを抑制する抑制
部材を与える。
が示されている。ここに示されているように、キャビテ
ィ３５は膜下方の基層２１に形成されており、膜の底表
面３７から下方向に離間されている。また、図に示すた
め、構造の相対的な大きさは図２においては誇張して大
きく示されており、膜とブリッジの底表面３２との間の
間隔と同様に、膜及びキャビティの横方向の大きさは、
膜とキャビティ３６の底との間の間隔に関して非常に大
きくなっていると理解される。キャビティの底表面３６
は、ブリッジの底表面３２が基層から上方に離れていく
ような膜のたわみに対する抑制部材を与えるのと同様に
、膜が基層に向かって下方向にたわむのを抑制する抑制
部材を与える。
【００２１】キャビティ３５と、基層の底側に面する周
囲雰囲気との間を関係づけるため、フローチャンネルあ
るいは複数のチャンネル３９が底表面２３からキャビテ
ィへ、好ましくは底表面３６によって形成されたキャビ
ティのより深くなっている中央部分から離れるように拡
がるキャビティの横方向の浅い拡張部４２へと延びてい
る。一般にフローチャンネル３９は、キャビティそれ自
身のより深い部分へと拡がるよりも、むしろキャビティ
の横方向のフローチャンネル拡張部４２へと拡がってい
る。フローチャンネルをキャビティの底表面３６中へと
導いた場合、ある環境下では、キャビティの底表面３６
下の基層の領域の構造的抵抗力が弱められることによる
のと同様に、圧力抑制としてのキャビティ３６の底表面
の効果が危いものとなり得る。また、これらの複数のフ
ローチャンネルは基層内において横方向に拡張されてお
り、これらのチャンネルが、膜上方の周囲雰囲気から隔
離された周囲と通じるコンジット（図示せず）に接続さ
れ得る基層の上表面２２上の離間位置において開いてい
る。
囲雰囲気との間を関係づけるため、フローチャンネルあ
るいは複数のチャンネル３９が底表面２３からキャビテ
ィへ、好ましくは底表面３６によって形成されたキャビ
ティのより深くなっている中央部分から離れるように拡
がるキャビティの横方向の浅い拡張部４２へと延びてい
る。一般にフローチャンネル３９は、キャビティそれ自
身のより深い部分へと拡がるよりも、むしろキャビティ
の横方向のフローチャンネル拡張部４２へと拡がってい
る。フローチャンネルをキャビティの底表面３６中へと
導いた場合、ある環境下では、キャビティの底表面３６
下の基層の領域の構造的抵抗力が弱められることによる
のと同様に、圧力抑制としてのキャビティ３６の底表面
の効果が危いものとなり得る。また、これらの複数のフ
ローチャンネルは基層内において横方向に拡張されてお
り、これらのチャンネルが、膜上方の周囲雰囲気から隔
離された周囲と通じるコンジット（図示せず）に接続さ
れ得る基層の上表面２２上の離間位置において開いてい
る。
【００２２】本発明は、マイクロメカニカルデバイスの
構造に適切なものとされている。このマイクロメカニカ
ルデバイスでは、膜２５とブリッジ３０の底表面３２と
の間及び膜とキャビティの底表面３６との間の間隔は、
これは膜の最大の許容たわみなのであるが、普通は１０
マイクロメータよりも小さく、一般には１マイクロメー
タよりも小さい。過剰圧力抑制ブリッジ２７のブリッジ
スパン３０の厚さは、この大きさと比較すると比較的厚
いものであろう。例えば、電気メッキされたニッケルが
ブリッジ２７の材料として利用され、このブリッジ部分
の厚さは数百マイクロメータ、例えば３００マイクロメ
ータであってもよい。
構造に適切なものとされている。このマイクロメカニカ
ルデバイスでは、膜２５とブリッジ３０の底表面３２と
の間及び膜とキャビティの底表面３６との間の間隔は、
これは膜の最大の許容たわみなのであるが、普通は１０
マイクロメータよりも小さく、一般には１マイクロメー
タよりも小さい。過剰圧力抑制ブリッジ２７のブリッジ
スパン３０の厚さは、この大きさと比較すると比較的厚
いものであろう。例えば、電気メッキされたニッケルが
ブリッジ２７の材料として利用され、このブリッジ部分
の厚さは数百マイクロメータ、例えば３００マイクロメ
ータであってもよい。
【００２３】基層は、マイクロエレクトロニック処理で
従来利用されてきたタイプの単結晶シリコンウェハで形
成されることが望ましい。膜２５は様々な処理技術によ
って形成することができる。ポリシリコン膜の形成に関
するより好ましい技術は、Ｇｕｃｋｅｌ等により米国特
許第４，７４４，８６３ 及び４，８５３．６６９ 号
に述べられており、本明細書に参考として組み入れられ
た米国特許第４，８９７３６０号に述べられたポリシリ
コン処理技術による。ポリシリコン膜をつくり出すため
の処理状態は、キャビティ３５が真空シールされておら
ず、チャンネル３９を通じて大気に洩れていることを除
けば、最初の２つの特許に述べられたものとほぼ同じも
のである。キャビティ３６は、完全に基層２１内に形成
されているものとして示されているが、このキャビティ
を、基層上部に拡がるような方法でポリシリコン膜を形
成することにより、基層の表面２２上部に形成すること
も可能である。どちらの場合であっても、この膜３１は
、膜の周辺部分４４において物質を適当に介在させ、基
層の表面２２に対してシールされる。
従来利用されてきたタイプの単結晶シリコンウェハで形
成されることが望ましい。膜２５は様々な処理技術によ
って形成することができる。ポリシリコン膜の形成に関
するより好ましい技術は、Ｇｕｃｋｅｌ等により米国特
許第４，７４４，８６３ 及び４，８５３．６６９ 号
に述べられており、本明細書に参考として組み入れられ
た米国特許第４，８９７３６０号に述べられたポリシリ
コン処理技術による。ポリシリコン膜をつくり出すため
の処理状態は、キャビティ３５が真空シールされておら
ず、チャンネル３９を通じて大気に洩れていることを除
けば、最初の２つの特許に述べられたものとほぼ同じも
のである。キャビティ３６は、完全に基層２１内に形成
されているものとして示されているが、このキャビティ
を、基層上部に拡がるような方法でポリシリコン膜を形
成することにより、基層の表面２２上部に形成すること
も可能である。どちらの場合であっても、この膜３１は
、膜の周辺部分４４において物質を適当に介在させ、基
層の表面２２に対してシールされる。
【００２４】上で参照した特許中の処理技術に続き、初
期構造がその上に形成される。それは図３に示されてい
るように、その上にポリシリコン膜２５を有する基層２
１から成る。図に示すため、チャンネル３９は図３では
ピラミッド状のチャンネルとして示されており、これら
のチャンネルは、基層の底表面２３から始まり、基層２
１の単結晶シリコンを優先エッチングすることによって
形成されるような型をしたものである。このエッチング
は、チャンネル３９がキャビティ３５の浅い拡張部分４
２中に通じた場合に終了する。ポリシリコン膜を形成す
る際、キャビティの領域は、シリコン２酸化物のような
セットチャブル物質（ｓｅｔｃｈａｂｌｅ ｍａｔｅｒ
ｉａｌ） で満たされていてもよく、その後前述の特許
に記述されているように、その上にポリシリコン層が形
成される。ポリシリコンの周辺部分は、膜の周りのシー
ル上に付着されるだろう。チャンネル３９はその後、シ
リコン２酸化物に到達するまでエッチされるであろう。 次にシリコン２酸化物エッチング剤を与えてシリコン２
酸化物をエッチングして除き、単結晶即ちポリシリコン
物質に影響を与えることなくキャビティを形成する。キ
ャビティ３５は一般に、正方形あるいは長方形をしてい
ることに注意すべきであり、フローチャンネルを形成す
る浅い拡張部４２もまたその外部の周囲において正方形
あるいは長方形をしているであろう。図３に示された開
口３９を作るためのシリコン基層を通じるエッチングは
、例えば米国特許第４，２０３，１３８ 及び４，２３
４，３６１ 号に示されているよく知られた従来のエッ
チング技術を用いることによって行うことができる。
期構造がその上に形成される。それは図３に示されてい
るように、その上にポリシリコン膜２５を有する基層２
１から成る。図に示すため、チャンネル３９は図３では
ピラミッド状のチャンネルとして示されており、これら
のチャンネルは、基層の底表面２３から始まり、基層２
１の単結晶シリコンを優先エッチングすることによって
形成されるような型をしたものである。このエッチング
は、チャンネル３９がキャビティ３５の浅い拡張部分４
２中に通じた場合に終了する。ポリシリコン膜を形成す
る際、キャビティの領域は、シリコン２酸化物のような
セットチャブル物質（ｓｅｔｃｈａｂｌｅ ｍａｔｅｒ
ｉａｌ） で満たされていてもよく、その後前述の特許
に記述されているように、その上にポリシリコン層が形
成される。ポリシリコンの周辺部分は、膜の周りのシー
ル上に付着されるだろう。チャンネル３９はその後、シ
リコン２酸化物に到達するまでエッチされるであろう。 次にシリコン２酸化物エッチング剤を与えてシリコン２
酸化物をエッチングして除き、単結晶即ちポリシリコン
物質に影響を与えることなくキャビティを形成する。キ
ャビティ３５は一般に、正方形あるいは長方形をしてい
ることに注意すべきであり、フローチャンネルを形成す
る浅い拡張部４２もまたその外部の周囲において正方形
あるいは長方形をしているであろう。図３に示された開
口３９を作るためのシリコン基層を通じるエッチングは
、例えば米国特許第４，２０３，１３８ 及び４，２３
４，３６１ 号に示されているよく知られた従来のエッ
チング技術を用いることによって行うことができる。
【００２５】膜２５のたわみを検出するため、ポリシリ
コンピエゾレジスタ４８が図４に示されているように膜
２５の上表面上に形成されるであろう。このように抵抗
を形成することは、米国特許第４，７４４，８６３ 号
及び４．８５３，６６９ 号に記述されている。これら
の４つの抵抗４８は、共に接続されて金属相互接続スト
リップ５０によって単一の抵抗に形成され、端子部分５
１で終わっていることが好ましい。ダイヤフラムの大き
さは一般に、その片側が１００マイクロメータより小さ
いものであり、これらの抵抗４８は大抵非常に小さく、
一般には４マイクロメータのライン幅を有している。ポ
リシリコンエッチングの間にライン幅がずれることによ
り生ずる問題を取り除くため、これらの抵抗は図４に示
されているように相互接続されており、ダイヤフラム膜
毎に１つの抵抗が存在するようになっている。このよう
な設計により、アラインメントエラーには適度に感知し
ないものとなる。完全なトランスジューサは４つのデバ
イス及びブリッジ形態を利用することができ、圧力を感
知する２つの抵抗と、圧力を感知しない２つの抵抗を有
する。
コンピエゾレジスタ４８が図４に示されているように膜
２５の上表面上に形成されるであろう。このように抵抗
を形成することは、米国特許第４，７４４，８６３ 号
及び４．８５３，６６９ 号に記述されている。これら
の４つの抵抗４８は、共に接続されて金属相互接続スト
リップ５０によって単一の抵抗に形成され、端子部分５
１で終わっていることが好ましい。ダイヤフラムの大き
さは一般に、その片側が１００マイクロメータより小さ
いものであり、これらの抵抗４８は大抵非常に小さく、
一般には４マイクロメータのライン幅を有している。ポ
リシリコンエッチングの間にライン幅がずれることによ
り生ずる問題を取り除くため、これらの抵抗は図４に示
されているように相互接続されており、ダイヤフラム膜
毎に１つの抵抗が存在するようになっている。このよう
な設計により、アラインメントエラーには適度に感知し
ないものとなる。完全なトランスジューサは４つのデバ
イス及びブリッジ形態を利用することができ、圧力を感
知する２つの抵抗と、圧力を感知しない２つの抵抗を有
する。
【００２６】本発明では、過剰圧力抑制ブリッジ２７の
形態が特に重要なものである。本発明はこの過剰圧力ブ
リッジ２７によって、基層から離れるようにたわむ膜に
対して過剰圧力抑制を与え、差圧トランスジューザとし
て機能することが可能とされる。この過剰圧力抑制は、
他のマイクロメカニカルあるいはマイクロエレクトロニ
クスデバイスの形態に対する基層上で必要とされるその
後の処理と同様に、変形可能な膜をシリコン基層上に従
来の製造と矛盾しないような方法で形成される。
形態が特に重要なものである。本発明はこの過剰圧力ブ
リッジ２７によって、基層から離れるようにたわむ膜に
対して過剰圧力抑制を与え、差圧トランスジューザとし
て機能することが可能とされる。この過剰圧力抑制は、
他のマイクロメカニカルあるいはマイクロエレクトロニ
クスデバイスの形態に対する基層上で必要とされるその
後の処理と同様に、変形可能な膜をシリコン基層上に従
来の製造と矛盾しないような方法で形成される。
【００２７】以下、過剰圧力抑制ブリッジの形態の概要
を述べる。このブリッジは、好ましいものにあっては、
深いＸ線リソグラフィを利用することによって製造され
る。このような技術は一般に、Ｈ． Ｇｕｃｋｅｌ 等
による Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ Ａｃｔｕ
ａｔｏｒ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ Ｄｉｇｅｓｔ， Ｈｉｌ
ｔｏｎ Ｈｅａｄ， Ｓ．Ｃ．， ＵＳＡ， ４月─７
及び Ｗ． Ｅｈｒｆｅｌｄ 等による「ＬＩＧＡ Ｐ
ｒｏｃｅｓｓ： Ｓｅｎｓｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉ
ｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｖｉａ Ｘ−Ｒａｙ Ｌ
ｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇ
ｅｓｔ， ＩＥＥＥ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎ
ｓｏｒ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ
， １９８８， ｐｐ．１−４ の論文に記述されて
いる。膜２５の上と、過剰圧力抑制となるべきものの底
との間のギャップが、犠牲層（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ
ｌａｙｅｒ） を用いて確立され、例えばそれはヒド
ラジンエッチング剤を用いて除去可能なポリシリコン、
あるいはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）現像剤
のような溶剤を用いて除去可能な可溶性のポリイミドフ
ィルムで形成されるであろう。犠牲層のパターン化は、
標準のパターン化技術を利用して実行される。次の段階
はメッキベース（ｐｌａｔｉｎｇ ｂａｓｅ）を与える
ことである。これはチタニウムのパターン化されていな
いフィルムであってニッケルが付与されているものであ
ろう。次に基層全体が、キャスト即ち架橋ＰＭＭＡであ
るホトレジスト注型層の厚い層、例えば１００マイクロ
メータの層で覆われる。メッキされるべき領域を定める
Ｘ線マスクが次にＸ線露光取り付け具で光学的に整列さ
れクランプされる。 Ｘ線露光、それはサイクロトロン放射によるものが好ま
しいのであるが、このＸ線露光の後に照射されたＰＭＭ
Ａキャスティング層をメッキベースまで下方向に除去し
モールド領域を定めるため、現像が行われる。
を述べる。このブリッジは、好ましいものにあっては、
深いＸ線リソグラフィを利用することによって製造され
る。このような技術は一般に、Ｈ． Ｇｕｃｋｅｌ 等
による Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ Ａｃｔｕ
ａｔｏｒ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ Ｄｉｇｅｓｔ， Ｈｉｌ
ｔｏｎ Ｈｅａｄ， Ｓ．Ｃ．， ＵＳＡ， ４月─７
及び Ｗ． Ｅｈｒｆｅｌｄ 等による「ＬＩＧＡ Ｐ
ｒｏｃｅｓｓ： Ｓｅｎｓｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉ
ｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｖｉａ Ｘ−Ｒａｙ Ｌ
ｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇ
ｅｓｔ， ＩＥＥＥ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎ
ｓｏｒ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ
， １９８８， ｐｐ．１−４ の論文に記述されて
いる。膜２５の上と、過剰圧力抑制となるべきものの底
との間のギャップが、犠牲層（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ
ｌａｙｅｒ） を用いて確立され、例えばそれはヒド
ラジンエッチング剤を用いて除去可能なポリシリコン、
あるいはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）現像剤
のような溶剤を用いて除去可能な可溶性のポリイミドフ
ィルムで形成されるであろう。犠牲層のパターン化は、
標準のパターン化技術を利用して実行される。次の段階
はメッキベース（ｐｌａｔｉｎｇ ｂａｓｅ）を与える
ことである。これはチタニウムのパターン化されていな
いフィルムであってニッケルが付与されているものであ
ろう。次に基層全体が、キャスト即ち架橋ＰＭＭＡであ
るホトレジスト注型層の厚い層、例えば１００マイクロ
メータの層で覆われる。メッキされるべき領域を定める
Ｘ線マスクが次にＸ線露光取り付け具で光学的に整列さ
れクランプされる。 Ｘ線露光、それはサイクロトロン放射によるものが好ま
しいのであるが、このＸ線露光の後に照射されたＰＭＭ
Ａキャスティング層をメッキベースまで下方向に除去し
モールド領域を定めるため、現像が行われる。
【００２８】その後、ＰＭＭＡの厚みより僅かに薄い厚
みのモールド領域内にブリッジをつくり出すため、例え
ばニッケルのようなブリッジ物質の電気メッキがなされ
る。一般的に、厚みは１００マイクロメータまたはそれ
より大きなものである。残りの全てのＰＭＭＡがその後
取り除かれる。メッキベースが次に除去され、最終段階
として犠牲層が除去される。
みのモールド領域内にブリッジをつくり出すため、例え
ばニッケルのようなブリッジ物質の電気メッキがなされ
る。一般的に、厚みは１００マイクロメータまたはそれ
より大きなものである。残りの全てのＰＭＭＡがその後
取り除かれる。メッキベースが次に除去され、最終段階
として犠牲層が除去される。
【００２９】以下、図５〜１０を参照して、ブリッジ形
成処理を詳細に記述する。 段階１及び２、図５： 犠牲層の付与： ─３ｋｒｐｍで３０秒間、ＡＰＸ−Ｋ１粘着促進剤（Ｂ
ｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｎｃｅ， Ｉｎｃ．， Ｒｏｌｌａ
， ＭＯによる）をスピンし、ホットプレート上で１３
０°Ｃで３０秒間ベークする。
成処理を詳細に記述する。 段階１及び２、図５： 犠牲層の付与： ─３ｋｒｐｍで３０秒間、ＡＰＸ−Ｋ１粘着促進剤（Ｂ
ｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｎｃｅ， Ｉｎｃ．， Ｒｏｌｌａ
， ＭＯによる）をスピンし、ホットプレート上で１３
０°Ｃで３０秒間ベークする。
【００３０】─３．５ｋｒｐｍで６０秒間、ＰｉＲｌ（
Ｉ）（ＢｒｅｗｗｅｒＳｃｉｅｎｃｅ， Ｉｎｃ．，
Ｒｏｌｌａ， Ｍｏからの３５００ｒｐｍ における０
．８μに対して形成されたポリイミドレリース層）をス
ピンし、ホットプレート上で２分間１００±１°Ｃで、
その後すぐに２１０±１°Ｃで１分間ベークする。第２
のベーク温度は、パターン化の間のエッチ率、パターン
化された犠牲層の最終的な除去の間のエッチ率を決定す
るものとして重要である。
Ｉ）（ＢｒｅｗｗｅｒＳｃｉｅｎｃｅ， Ｉｎｃ．，
Ｒｏｌｌａ， Ｍｏからの３５００ｒｐｍ における０
．８μに対して形成されたポリイミドレリース層）をス
ピンし、ホットプレート上で２分間１００±１°Ｃで、
その後すぐに２１０±１°Ｃで１分間ベークする。第２
のベーク温度は、パターン化の間のエッチ率、パターン
化された犠牲層の最終的な除去の間のエッチ率を決定す
るものとして重要である。
【００３１】パターン犠牲層５３：
─５ｋｒｐｍで３０秒間Ｓｈｉｐｌｅｙ１４００─２７
ポジティブホトレジスト５４をスピンし、９０°Ｃのオ
ーブンで３０分間プリベークする。 ─過剰圧力抑制パターンを光マスク５５を用いてホトレ
ジスト中に露出する。 ─ホトレジスト内、続いてＰｉＲＬ内で、Ｓｈｉｐｌｅ
ｙ ＭＦ−３２１ポジティブホトレジスト現像剤の２
つの浴、即ち、ホトレジストを現像するため第１の浴で
６０秒間、更にＰｉＲＬの開かれた領域を除去するため
第２の浴内で３〜４分現像するような２つの浴を用いて
パターンを現像し、段階３及び４、図６：メッキベース
付着のために基層ウェハ２１の準備─Ｏ２ プラズマｄ
ｅｓｃｕｍを４分間実行する。以下のパラメータはプラ
ズマサーム ＰＫ １２４１ ＲＩＥ／ プラズマエッ
チャーと関係する： ２５ｓｃｃｍＯ２ ，Ｐｍｉｎ ＝１０ｍＴ（ｍｉｌｌ
ｉＴｏｒｒ）、Ｐｏｐｅｒａｔｅ ＝３０ｍＴ、１００
Ｗ─ＶＬＳＩグレードアセトーン内で３分間ウェハを浸
すことによりホトレジストを除去し、ＤＩ水内で１０分
間リンスする。
ポジティブホトレジスト５４をスピンし、９０°Ｃのオ
ーブンで３０分間プリベークする。 ─過剰圧力抑制パターンを光マスク５５を用いてホトレ
ジスト中に露出する。 ─ホトレジスト内、続いてＰｉＲＬ内で、Ｓｈｉｐｌｅ
ｙ ＭＦ−３２１ポジティブホトレジスト現像剤の２
つの浴、即ち、ホトレジストを現像するため第１の浴で
６０秒間、更にＰｉＲＬの開かれた領域を除去するため
第２の浴内で３〜４分現像するような２つの浴を用いて
パターンを現像し、段階３及び４、図６：メッキベース
付着のために基層ウェハ２１の準備─Ｏ２ プラズマｄ
ｅｓｃｕｍを４分間実行する。以下のパラメータはプラ
ズマサーム ＰＫ １２４１ ＲＩＥ／ プラズマエッ
チャーと関係する： ２５ｓｃｃｍＯ２ ，Ｐｍｉｎ ＝１０ｍＴ（ｍｉｌｌ
ｉＴｏｒｒ）、Ｐｏｐｅｒａｔｅ ＝３０ｍＴ、１００
Ｗ─ＶＬＳＩグレードアセトーン内で３分間ウェハを浸
すことによりホトレジストを除去し、ＤＩ水内で１０分
間リンスする。
【００３２】─上のパラメータを用いて１分間第２のＯ
２ プラズマデスカムを実行する。 ─５０：１ＨＦ（フッ化水素酸）浸積を用いてウェハを
処理し、ＤＩ水を用いて５分間リンスし、スパッタリン
グのために真空システム内に直接的にロードする。 メッキベース５０をスパッタ Ｔｉ／Ｎｉメッキベースが使用される：１５０Å Ｔ
ｉの後、３００ÅＮｉが続く 段階５、６及び７、図７ ＰＭＭＡ注型に対してウェハを準備する。
２ プラズマデスカムを実行する。 ─５０：１ＨＦ（フッ化水素酸）浸積を用いてウェハを
処理し、ＤＩ水を用いて５分間リンスし、スパッタリン
グのために真空システム内に直接的にロードする。 メッキベース５０をスパッタ Ｔｉ／Ｎｉメッキベースが使用される：１５０Å Ｔ
ｉの後、３００ÅＮｉが続く 段階５、６及び７、図７ ＰＭＭＡ注型に対してウェハを準備する。
【００３３】真空システムから基層をアンロードした後
、即座に粘着促進剤及び線型ポリマーの層がメッキベー
ス上にスパンされる。： −適用する前の４．５時間の行程毎に粘着促進剤が準備
され、以下のものを含む。 ９５±１ ｍｌ ＭｅＯＨ（メチルアルコール）５
．０±０．１ ｍｌ Ｈ２ Ｏ ０．１０±０．０１ ｍｌ ＴＭＰＭＡ（３−トチ
メソキシル） プロピルメタクリレート、アルドリッ
チ ♯ ２３，５７９─２） −粘着促進剤を用いてウェハを浸し、２．０ｋｒｐｍで
４０秒間スピンする。
、即座に粘着促進剤及び線型ポリマーの層がメッキベー
ス上にスパンされる。： −適用する前の４．５時間の行程毎に粘着促進剤が準備
され、以下のものを含む。 ９５±１ ｍｌ ＭｅＯＨ（メチルアルコール）５
．０±０．１ ｍｌ Ｈ２ Ｏ ０．１０±０．０１ ｍｌ ＴＭＰＭＡ（３−トチ
メソキシル） プロピルメタクリレート、アルドリッ
チ ♯ ２３，５７９─２） −粘着促進剤を用いてウェハを浸し、２．０ｋｒｐｍで
４０秒間スピンする。
【００３４】−続いてＫＴＩ ９％、４９６Ｋ Ｐ
ＭＭＡを８．０ｋｒｐｍで６０秒間スピンする。 −プログラム可能なオーブンで２．０ｌｐｍ（リットル
／分）１Ｎ２ の下で以下のサイクルを使用してアニー
ルする。 １°Ｃ／分ずつ１８０°Ｃまで上昇させ、１８０°Ｃで
１．０時間保持し、−１°Ｃ／分ずつ室温まで加工させ
る。
ＭＭＡを８．０ｋｒｐｍで６０秒間スピンする。 −プログラム可能なオーブンで２．０ｌｐｍ（リットル
／分）１Ｎ２ の下で以下のサイクルを使用してアニー
ルする。 １°Ｃ／分ずつ１８０°Ｃまで上昇させ、１８０°Ｃで
１．０時間保持し、−１°Ｃ／分ずつ室温まで加工させ
る。
【００３５】ＰＭＭＡ５７をキャストする。注入は２つ
の予め混合された溶剤を用いて実行される。 溶剤Ｉ： ３５重量％ＰＭＭＡ─中分子量─ アルドリッチ ♯１８，２２４─９ ６１重量％ＭＭＡ（メチメタクリレート）─アルドリッ
チ ♯Ｍ５，５９０─９０ ２重量％ ＥＧＤＡ─エチレン グリコールジメサ
クリート─アルドリッチ♯３３，５６８─１２重量％Ｄ
ＭＡ─Ｎ：Ｎ−ジメチルアニリン─アルドリッチ ♯Ｄ１４，５７５─０ 溶剤ＩＩ ３５重量％ＰＭＭＡ ６２重量％ＭＭＡ ２重量％ＥＧＤＡ １重量％ＢＰＯ−ベンゾイル 過酸化物−アルドリッ
チ♯１７，９９８─１ ＭＭＡ内の抑制剤は、コラム（ｃｏｌｕｍｎ）を除去す
る使い捨ての抑制剤を用いて除去される。３５重量％Ｐ
ＭＭＡはまず初めにＭＭＡ内で溶解されなければならな
い（〜１週）。
の予め混合された溶剤を用いて実行される。 溶剤Ｉ： ３５重量％ＰＭＭＡ─中分子量─ アルドリッチ ♯１８，２２４─９ ６１重量％ＭＭＡ（メチメタクリレート）─アルドリッ
チ ♯Ｍ５，５９０─９０ ２重量％ ＥＧＤＡ─エチレン グリコールジメサ
クリート─アルドリッチ♯３３，５６８─１２重量％Ｄ
ＭＡ─Ｎ：Ｎ−ジメチルアニリン─アルドリッチ ♯Ｄ１４，５７５─０ 溶剤ＩＩ ３５重量％ＰＭＭＡ ６２重量％ＭＭＡ ２重量％ＥＧＤＡ １重量％ＢＰＯ−ベンゾイル 過酸化物−アルドリッ
チ♯１７，９９８─１ ＭＭＡ内の抑制剤は、コラム（ｃｏｌｕｍｎ）を除去す
る使い捨ての抑制剤を用いて除去される。３５重量％Ｐ
ＭＭＡはまず初めにＭＭＡ内で溶解されなければならな
い（〜１週）。
【００３６】溶剤Ｉと溶剤ＩＩとが混合され、真空混合
器を用いてちょうどキャスティングする前に「シロップ
」を形成する。ＰＭＭＡシロップがウェハに付与され、
その後キャスィテング装置内に配置されてこのＰＭＭＡ
を所望の厚さに圧縮する。これらのサンプルは４８時間
の間クランプされている状態におかれ、その後、以下の
ような１ｐｍＮ２ 下のプログラム可能なオーブン内で
アニールされる。
器を用いてちょうどキャスティングする前に「シロップ
」を形成する。ＰＭＭＡシロップがウェハに付与され、
その後キャスィテング装置内に配置されてこのＰＭＭＡ
を所望の厚さに圧縮する。これらのサンプルは４８時間
の間クランプされている状態におかれ、その後、以下の
ような１ｐｍＮ２ 下のプログラム可能なオーブン内で
アニールされる。
【００３７】２０°Ｃ／時間ずつ１１０°Ｃまで上昇さ
せ、１１０°Ｃを１時間保持し、─５°Ｃ／時間ずつ室
温まで減少させる。Ｘマスクを整列させ、シンクロトロ
ン放射を用いて照射する。：基層は、カールスィースダ
ブルサイドアライナーを使用して、対応するＸ線マスク
５８にパターンを用いて整列させてＰＭＭＡ／ニッケル
を形成する。金メッキの後に取り除かれたメッキベース
を有するシリコンニトリドＸ線マスクは、光学的に透明
なものとして使用され、基層はＳｉＮ膜領域を通じて即
座に検査（ｖｉｅｗ）される。一度Ｘ線マスク５８が基
層上の犠牲層に対して整列されると、それらは整合装置
内で互いにクランプされ、露光を行うためにシンクロト
ロンへと導かれる。
せ、１１０°Ｃを１時間保持し、─５°Ｃ／時間ずつ室
温まで減少させる。Ｘマスクを整列させ、シンクロトロ
ン放射を用いて照射する。：基層は、カールスィースダ
ブルサイドアライナーを使用して、対応するＸ線マスク
５８にパターンを用いて整列させてＰＭＭＡ／ニッケル
を形成する。金メッキの後に取り除かれたメッキベース
を有するシリコンニトリドＸ線マスクは、光学的に透明
なものとして使用され、基層はＳｉＮ膜領域を通じて即
座に検査（ｖｉｅｗ）される。一度Ｘ線マスク５８が基
層上の犠牲層に対して整列されると、それらは整合装置
内で互いにクランプされ、露光を行うためにシンクロト
ロンへと導かれる。
【００３８】シンクロトロン照射状態（ＵＷ−Ｍａｄｉ
ｓｏｎ Ａｌａｄｉｎ シンクロトロン）は、─１
Ｇｅｖ、２０ Ｔｏｒｒ Ｈｅ、２７５ μｍ ベリリ
ウムフィルタで、ＰＭＭＡの底において３．５ｋＪ／ｃ
ｍ３ の線量で照射。 段階８、９及び１０，図１０ ＰＭＭＡ５７を現像：現像の順番には、現像浴と２つの
リンス浴が含まれ、以下のものから成る。
ｓｏｎ Ａｌａｄｉｎ シンクロトロン）は、─１
Ｇｅｖ、２０ Ｔｏｒｒ Ｈｅ、２７５ μｍ ベリリ
ウムフィルタで、ＰＭＭＡの底において３．５ｋＪ／ｃ
ｍ３ の線量で照射。 段階８、９及び１０，図１０ ＰＭＭＡ５７を現像：現像の順番には、現像浴と２つの
リンス浴が含まれ、以下のものから成る。
【００３９】現像剤：
６０容量％ ２−（２−ブトキシエトキシ） エタ
ノール２０容量％ テトラヒドロ−１−１ オキサ
ジン（モルホリン） ５％ ２−アミノエタノール（エタノールアミン）１
５％ ＤＩ水 第１リンス： ８０％ ２−（２− ブトキシエトキシ） エタノー
ル２０％ 水 第２リンス： １００％ 水 段階７で照射された１００μｍ ＰＭＭＡに対する現像
順序は以下の通りである。
ノール２０容量％ テトラヒドロ−１−１ オキサ
ジン（モルホリン） ５％ ２−アミノエタノール（エタノールアミン）１
５％ ＤＩ水 第１リンス： ８０％ ２−（２− ブトキシエトキシ） エタノー
ル２０％ 水 第２リンス： １００％ 水 段階７で照射された１００μｍ ＰＭＭＡに対する現像
順序は以下の通りである。
【００４０】ａ）３５．０±０．５°Ｃの現像浴内にお
いて２５分間攪拌しつつ現像する。 ｂ）３５．０±０．５°Ｃの第１リンス浴内において２
０分間攪拌しつつリンスする。 ｃ）３５．０±０．５°Ｃの第２リンス浴内において５
分間攪拌しつつリンスする。
いて２５分間攪拌しつつ現像する。 ｂ）３５．０±０．５°Ｃの第１リンス浴内において２
０分間攪拌しつつリンスする。 ｃ）３５．０±０．５°Ｃの第２リンス浴内において５
分間攪拌しつつリンスする。
【００４１】ニッケル電気メッキ５９に対する基層を準
備 ─これらの基層は窒素を用いて完全に乾かされていなけ
ればならず、その後以下の状況下でデスカムされる。 Ｏ２ ＝２５ｓｃｃｍ、ｐ ｍｉｎ ＝１０ｍＴ、ｐｏ
ｐｅｒａｔｅ ＝３０ｍＴ、５０Ｗプラズマで、１５秒
間オンとし、４５秒間オフとするサイクルを、オン時間
が総計で９０秒間となるまでの間エッチされる。
備 ─これらの基層は窒素を用いて完全に乾かされていなけ
ればならず、その後以下の状況下でデスカムされる。 Ｏ２ ＝２５ｓｃｃｍ、ｐ ｍｉｎ ＝１０ｍＴ、ｐｏ
ｐｅｒａｔｅ ＝３０ｍＴ、５０Ｗプラズマで、１５秒
間オンとし、４５秒間オフとするサイクルを、オン時間
が総計で９０秒間となるまでの間エッチされる。
【００４２】─ＨＣＬ処理を用いたニッケルメッキに先
立って：１５分間、５容量％電気プレートニッケル５９
─電気メッキは以下の状態を有する５２°Ｃにおけるス
ルファミド酸ニケル浴で発生する。初めの５ミクロンに
対して２０ｍＡ／ｃｍ２ でニッケルをメッキし、その
後付着の残りに対して５０ｍＡ／ｃｍ２ にランプする
。
立って：１５分間、５容量％電気プレートニッケル５９
─電気メッキは以下の状態を有する５２°Ｃにおけるス
ルファミド酸ニケル浴で発生する。初めの５ミクロンに
対して２０ｍＡ／ｃｍ２ でニッケルをメッキし、その
後付着の残りに対して５０ｍＡ／ｃｍ２ にランプする
。
【００４３】ＤＩ水を用いて１０分間リンスする。
段階１１及び１２、図９
領域ＰＭＭＡ５７の除去
─段階７と同じ状態を用いてシンクロトロン照射を妨げ
る。 ─段階８と同様のサイクルを用いてＰＭＭＡを現像する
。
る。 ─段階８と同様のサイクルを用いてＰＭＭＡを現像する
。
【００４４】メッキベース５８を取り除く。このメッキ
ベース５６は、犠牲像に接近できるように、メッキされ
ていない領域で取り除かれなければならない。以下の段
階が用いられる。 ─ｖｏｌ．ＨＣＬによって５％内で４０分間ニッケルを
エッチし、 ─２００：１ ＨＦで５分間チタニウムをエッチする
。
ベース５６は、犠牲像に接近できるように、メッキされ
ていない領域で取り除かれなければならない。以下の段
階が用いられる。 ─ｖｏｌ．ＨＣＬによって５％内で４０分間ニッケルを
エッチし、 ─２００：１ ＨＦで５分間チタニウムをエッチする
。
【００４５】段階１３、図１０
犠牲層５３のエッチ。
ＰｉＲＬＧＩＳＥＩ層５３を、例えばポジティブホトレ
ジスト現像剤といったアルカリ性溶剤を用いて取り除く
ことも可能である。アンモニウム水酸化物は、およそ１
０μｍ／時間の室温における横方向エッチ率を用いると
働きがよいことが明かとなっている。
ジスト現像剤といったアルカリ性溶剤を用いて取り除く
ことも可能である。アンモニウム水酸化物は、およそ１
０μｍ／時間の室温における横方向エッチ率を用いると
働きがよいことが明かとなっている。
【００４６】図１１は、犠牲像５３が取り除かれる前の
図９に示された構造の上部を示す。図１１に示されてい
るように、犠牲層５３はブリッジのベース領域２８巻の
ブリッジ２７の２つの開口された端から外に向かって延
びている。ポリシリコン抵抗４８は、好ましいものにあ
っては絶縁及び表面処理バリアとして働くシリコンニト
リドの層で覆われており、金属の薄層（例えば図１及び
２に示されているような層６０）は、膜あるいは抵抗の
いづれの性能をも減少させることなく膜の上表面３１上
に形成され得る。リート線６１は導電層６０からセンサ
から離間された基層上の位置へと形成され得るものであ
り、これにより導電層６０への外部的な電気接続が可能
とされる。層６０はコンデンサの一方のプレートを形成
し、このコンデンサは金属圧力抑制ブリッジによって形
成されたもう一方のプレートを有する。このコンデンサ
は膜２５が下方向にたわんでブリッジから離れた時にそ
のキャパシタンスを変化させるであろう。キャパシタン
スの変化として測定された圧力変化は、ピエゾレジスタ
から得られた圧力で測定された変化と相関させるべきで
ある。２つの別個のタイプの検出デバイスから得られた
測定値を比較するような電気回路を与えることにより、
圧力が正確に読み取られ、かつキャパシタンスの検出あ
るいはピエゾ抵抗性検出が間違いのないことを証明する
ことが可能となる。
図９に示された構造の上部を示す。図１１に示されてい
るように、犠牲層５３はブリッジのベース領域２８巻の
ブリッジ２７の２つの開口された端から外に向かって延
びている。ポリシリコン抵抗４８は、好ましいものにあ
っては絶縁及び表面処理バリアとして働くシリコンニト
リドの層で覆われており、金属の薄層（例えば図１及び
２に示されているような層６０）は、膜あるいは抵抗の
いづれの性能をも減少させることなく膜の上表面３１上
に形成され得る。リート線６１は導電層６０からセンサ
から離間された基層上の位置へと形成され得るものであ
り、これにより導電層６０への外部的な電気接続が可能
とされる。層６０はコンデンサの一方のプレートを形成
し、このコンデンサは金属圧力抑制ブリッジによって形
成されたもう一方のプレートを有する。このコンデンサ
は膜２５が下方向にたわんでブリッジから離れた時にそ
のキャパシタンスを変化させるであろう。キャパシタン
スの変化として測定された圧力変化は、ピエゾレジスタ
から得られた圧力で測定された変化と相関させるべきで
ある。２つの別個のタイプの検出デバイスから得られた
測定値を比較するような電気回路を与えることにより、
圧力が正確に読み取られ、かつキャパシタンスの検出あ
るいはピエゾ抵抗性検出が間違いのないことを証明する
ことが可能となる。
【００４７】更に、ＤＣ電圧が層６０によって形成され
たプレートとブリッジとの間に適用された場合には、膜
２５は膜上に課された静電力によって上へとたわみ得る
。更にまた、ブリッジ６０と膜２５とを基層２１から絶
縁し、かつ基層をキャビティフロア３６の下へとドーピ
ングして導電性とすることにより、コンデンサはキャビ
ティの底下方の導電基層と金属メッキ６０との間に形成
され得る。コンデンサに付与されたＤＣ電圧は膜をキャ
ビティフロアへと引きつけるであろう。このように、ブ
リッジと金属層６０との間に、あるいはまたキャビティ
フロア３６下方の基層と金属層６０との間に、またその
両方に適当なＤＣ電圧が付与されることにより、膜６０
は膜両端に所定の差圧が存在するい所望のゼロたわみ位
置に動かされることが可能となる。このように、精密な
低圧測定が必要とされる場所で、自動的にゼロとなるよ
うにすることができる。
たプレートとブリッジとの間に適用された場合には、膜
２５は膜上に課された静電力によって上へとたわみ得る
。更にまた、ブリッジ６０と膜２５とを基層２１から絶
縁し、かつ基層をキャビティフロア３６の下へとドーピ
ングして導電性とすることにより、コンデンサはキャビ
ティの底下方の導電基層と金属メッキ６０との間に形成
され得る。コンデンサに付与されたＤＣ電圧は膜をキャ
ビティフロアへと引きつけるであろう。このように、ブ
リッジと金属層６０との間に、あるいはまたキャビティ
フロア３６下方の基層と金属層６０との間に、またその
両方に適当なＤＣ電圧が付与されることにより、膜６０
は膜両端に所定の差圧が存在するい所望のゼロたわみ位
置に動かされることが可能となる。このように、精密な
低圧測定が必要とされる場所で、自動的にゼロとなるよ
うにすることができる。
【００４８】比較的低い差圧変化を検出するような高い
感度及び能力のおかげで、本発明による圧力トランスジ
ューサは、マイクロフォンとして働き得る。このような
応用分野では、ブリッジ２７は図１の部分に示されたよ
うな一連の穴６５が空けられていることが好ましい。こ
れらの穴は音圧を膜に伝える働きを持ち、また所望の周
波数応答を提供する音楽的フィルタとしても実効的に働
くものである。本発明の圧力トランスジューサはシリコ
ンあるいは他の半導体基層上に形成されており、それら
の上にはマイクロエレクトロニクスデバイスをも形成す
ることができるため、入力増幅器のような適切なエレク
トロニクスを圧力トランスジューサマイクロフォンに隣
接させて基層上に正しく形成することができ、従って、
マイクロフォンから増幅器への長いリード線によりもた
らされるかもしれない電気ノイズを最小限のものとする
。
感度及び能力のおかげで、本発明による圧力トランスジ
ューサは、マイクロフォンとして働き得る。このような
応用分野では、ブリッジ２７は図１の部分に示されたよ
うな一連の穴６５が空けられていることが好ましい。こ
れらの穴は音圧を膜に伝える働きを持ち、また所望の周
波数応答を提供する音楽的フィルタとしても実効的に働
くものである。本発明の圧力トランスジューサはシリコ
ンあるいは他の半導体基層上に形成されており、それら
の上にはマイクロエレクトロニクスデバイスをも形成す
ることができるため、入力増幅器のような適切なエレク
トロニクスを圧力トランスジューサマイクロフォンに隣
接させて基層上に正しく形成することができ、従って、
マイクロフォンから増幅器への長いリード線によりもた
らされるかもしれない電気ノイズを最小限のものとする
。
【００４９】圧力を幅広い範囲で測定するため、本発明
による幾つかの圧力トランスジューサを同一のチップ上
に形成することができる。これらのトランスジューサは
各々、それが最もよく反応する圧力範囲が相違している
。適当なエレクトロニクスを同一のチップ中に組み入れ
、そうしてその上では、与えられた圧力に対する適当な
トランスジューサからの信号がトランスジューサ測定回
路によって自動的に選択されるようにして、それらのト
ランスジューサを形成することができる。
による幾つかの圧力トランスジューサを同一のチップ上
に形成することができる。これらのトランスジューサは
各々、それが最もよく反応する圧力範囲が相違している
。適当なエレクトロニクスを同一のチップ中に組み入れ
、そうしてその上では、与えられた圧力に対する適当な
トランスジューサからの信号がトランスジューサ測定回
路によって自動的に選択されるようにして、それらのト
ランスジューサを形成することができる。
【図１】基層上にある本発明の差圧トランスジューサを
示す斜視図。
示す斜視図。
【図２】図１の差圧トランスジューサの略断面図。
【図３】基層上に形成された膜を有する図１及び図２の
差圧トランスジューサを製造する間に形成された構造の
略断面図。
差圧トランスジューサを製造する間に形成された構造の
略断面図。
【図４】図３の膜のたわみを検出するための好例のレジ
スタ設計。
スタ設計。
【図５】基層上に形成された図３の膜の断面図であり、
過剰圧力抑制ブリッジの形成段階を連続的に示した図。
過剰圧力抑制ブリッジの形成段階を連続的に示した図。
【図６】基層上に形成された図３の膜の断面図であり、
過剰圧力抑制ブリッジの形成段階を連続的に示した図。
過剰圧力抑制ブリッジの形成段階を連続的に示した図。
【図７】基層上に形成された図３の膜の断面図であり、
過剰圧力抑制ブリッジの形成段階を連続的に示した図。
過剰圧力抑制ブリッジの形成段階を連続的に示した図。
【図８】基層上に形成された図３の膜の断面図であり、
過剰圧力抑制ブリッジの形成段階を連続的に示した図。
過剰圧力抑制ブリッジの形成段階を連続的に示した図。
【図９】基層上に形成された図３の膜の断面図であり、
過剰圧力抑制ブリッジの形成段階を連続的に示した図。
過剰圧力抑制ブリッジの形成段階を連続的に示した図。
【図１０】基層上に形成された図３の膜の断面図であり
、過剰圧力抑制ブリッジの形成段階を連続的に示した図
。
、過剰圧力抑制ブリッジの形成段階を連続的に示した図
。
【図１１】図９に示された段階で基層上に形成されたブ
リッジを平面で示した図。
リッジを平面で示した図。
２０ 差圧トランスジューサ
２１ 単結晶シリコンの基層
２５ 膜
２７ ブリッジ
３０ ブリッジ部材
３５ キャビティ
３９ チャンネル
Claims (38)
- 【請求項１】 マイクロマシーン差圧トランスジュー
サであって、（ａ）上及び底側を有する基層と、（ｂ）
前記基層の上に対するその周辺端において載置され且つ
シールされ、且つその中央位置において基層から離間さ
れて膜と基層との間でシールされたキャビティを定める
変形可能な膜であって、前記基層内の前記キャビティの
底は膜からは離間されているため、膜は普通にたわみ得
るが、基層に向かう膜変形に対しては過剰圧力抑制を与
えて膜への損傷を防ぐような変形可能な膜と、（ｃ）前
記基層内の離間された位置からキャビティへと案内し、
そこからキャビティへの通路を提供するような少なくと
も１つのチェンネルと、（ｄ）前記基層の上に載置され
、前記膜に広がるブリッジ部分を有し、そこから離間さ
れているため前記膜は普通にたわみ得るが、その一方で
過剰圧力抑制を与えて前記膜が前記基層から離れるよう
に変移して前記膜を損傷させることを防ぐような過剰圧
力抑制であって、前記過剰圧力抑制ブリッジと前記膜と
の間及び、前記膜と前記キャビティの底との間の空間が
およそ１０マイクロメータより小さい過剰圧力抑制と、
（ｅ）前記膜のたわみを検出する手段とを備えることを
特徴とするマイクロマシーン差圧トランスジューサ。 - 【請求項２】 特許請求の範囲第１項記載のトランス
ジューサにおいて、前記基層は単結晶シリコンで形成さ
れているトランスジューサ。 - 【請求項３】 特許請求の範囲第１項記載のトランス
ジューサにおいて、前記膜は多結晶シリコンで形成され
ているトランスジューサ。 - 【請求項４】 特許請求の範囲第１項記載のトランス
ジューサにおいて、前記過剰圧力抑制ブリッジは電気メ
ッキされたニッケルで形成されているトランスジューサ
。 - 【請求項５】 前記過剰圧力抑制ブリッジに面してい
る膜の上表面上に導電性金属の層を含み、前記膜上の金
属層と前記ブリッジがコンデンサの２つのプレートを形
成し、このようなコンデンサの容量における変化によっ
て前記膜のたわみを検出する手段を与えるような特許請
求の範囲第４項記載のトランスジューサ。 - 【請求項６】 特許請求の範囲第１項のトランスジュ
ーサにおいて、前記キャビティは基層内の押し込みとし
て形成されているトランスジューサ。 - 【請求項７】 特許請求の範囲第６項記載のトランス
ジューサにおいて、前記押し込みは深い中央部分と浅い
周辺部分とを有し、基層内の前記チャンネルはキャビテ
ィの前記浅めの周辺部分と連絡しているトランスジュー
サ。 - 【請求項８】 特許請求の範囲第１項のトランスジュ
ーサにおいて、前記複数のチャンネルは、基層の底側か
ら前記基層を通じて前記キャビティを有する通路に延び
ているトランスジューサ。 - 【請求項９】 特許請求の範囲第１項記載のトランス
ジューサにおいて、前記ブリッジは導電性金属で形成さ
れており、更に前記ブリッジに面している前記膜の上表
面上に形成された導電性金属の層を含み、こうしてコン
デンサが前記膜上の前記金属層と前記ブリッジとの間に
形成されて、このようなコンデンサの容量における変化
によって前記膜のたわみを検出する手段を提供するよう
なトランスジューサ。 - 【請求項１０】 特許請求の範囲第３項記載のトラン
スジューサにおいて、前記ポリシリコン膜上に形成され
たピエゾ抵抗性レジスタを含み、このようなレジスタの
抵抗における変化によって前記膜のたわみを検出する手
段を提供するようなトランスジューサ。 - 【請求項１１】 特許請求の範囲第１０項記載のトラ
ンスジューサにおいて、前記ブリッジは導電性金属で形
成されており、更に前記膜の前記上表面上に形成された
導電性金属の層を含み、こうして前記膜上の前記金属層
と前記ブリッジとの間にコンデンサが形成されて、前記
膜の変移の変化を示すこのようなコンデンサの容量にお
ける変化を測定することによって前記膜のたわみを検出
する手段を与えるものであり、容量における変化と、前
記ピエゾレジスタの抵抗における変化によってなされた
膜変移の測定とが互いに相関され得るようなトランスジ
ューサ。 - 【請求項１２】 特許請求の範囲第１項記載のトラン
スジューサにおいて、前記膜は１０マイクロメータある
いはそれよりも小さい範囲の厚みを有するトランスジュ
ーサ。 - 【請求項１３】 特許請求の範囲第１項記載のトラン
スジューサにおいて、前記膜はほぼ１マイクロメータの
厚みを有するトランスジューサ。 - 【請求項１４】 マイクロマシーン差圧トランスジュ
ーサであって、（ａ）上及び底側を有する基層と、（ｂ
）前記基層の上に対するその周辺端において載置され且
つシールされ、且つその中央位置において基層から離間
されて膜と基層との間でシールされたキャビティを定め
る変形可能な膜であって、前記基層内の前記キャビティ
の底は膜からは離間されているため、膜は普通にたわみ
得るが、基層に向かう膜変形に対しては過剰圧力抑制を
与えて膜への損傷を防ぐおよそ１０マイクロメータある
いはそれよりも小さい厚さであるような変形可能な多結
晶シリコン膜と、（ｃ）前記基層内の離間された位置か
らキャビティへと案内し、そこからキャビティへの通路
を提供するような少なくとも１つのチェンネルと、（ｄ
）前記基層の上に載置され、前記膜に広がるブリッジ部
分を有し、そこから離間されているため前記膜は普通に
たわみ得るが、その一方で過剰圧力抑制を与えて前記膜
が前記基層から離れるように変移して前記膜を損傷させ
ることを防ぐような過剰圧力抑制であって、前記過剰圧
力抑制ブリッジと前記膜との間及び、前記膜と前記キャ
ビティの底との間の空間がおよそ１０マイクロメータよ
り小さい電気メッキされた金属で形成された過剰圧力抑
制と、（ｅ）前記膜のたわみを検出する手段とを備える
ことを特徴とするマイクロマシーン差圧トランスジュー
サ。 - 【請求項１５】 特許請求の範囲第１４項記載のトラ
ンスジューサにおいて、前記過剰圧力抑制ブリッジは電
気メッキされたニッケルで形成されているトランスジュ
ーサ。 - 【請求項１６】 前記過剰圧力抑制ブリッジに面して
いる前記膜の上表面上の導電性金属の層であって、この
膜上の金属の層と前記ブリッジとでコンデンサの２つの
プレートを形成し、このようなコンデンサの容量におけ
る変化によって前記膜のたわみを検出する手段を提供す
るような層を含む特許請求の範囲第１４項記載のトラン
スジューサ。 - 【請求項１７】 特許請求の範囲第１４項記載のトラ
ンスジューサにおいて、前記キャビティは基層内の押し
込みとして形成され、このキャビティは深い中央部分と
浅い周辺部分とを有し、前記基層内の前記チャンネルは
前記キャビティの前記浅めの周辺部分と連絡しているト
ランスジューサ。 - 【請求項１８】 特許請求の範囲第１４項記載のトラ
ンスジューサにおいて、ポリシリコン基層上に形成され
たピエゾ抵抗性レジスタを含み、このようなレジスタの
抵抗における変化によって前記膜の前記たわみを検出す
る手段を提供するトランスジューサ。 - 【請求項１９】 特許請求の範囲第１４項記載のトラ
ンスジューサにおいて、前記ブリッジは導電性金属で形
成され、更に前記膜の前記上表面上に形成された導電性
金属の層を含み、そうして前記膜上の前記金属層と前記
ブリッジとの間にコンデンサが形成されて、前記膜の変
移の変化を示すこのようなコンデンサの容量における変
化を測定することによって前記膜のたわみを検出する手
段を提供し、容量における変化と前記ピエゾレジスタの
抵抗における変化によってなされた膜の変移を測定する
ことによって互いに相関され得るトランスジューサ。 - 【請求項２０】 マイクロマシーン差圧トランスジュ
ーサの作成方法であって、（ａ）膜と基層との間のキャ
ビティの上方に変形可能なポリシリコン膜を形成する段
階であって、前記膜が前記膜の周辺部分において前記基
層の前記上側にシールされ、前記キャビティから前記膜
の上表面をシールオフするような段階と、（ｂ）基層あ
るいは膜内にキャビティまでは離れている位置からキャ
ビティを有する通路中へ拡張している少なくとも１つの
チャンネルを形成する段階と、（ｃ）前記膜及び前記膜
の表面隣接上方に硬化性物質（ｈａｒｄｅｎａｂｌｅ
ｍａｔｅｒｉａｌ）のスペーサレリース層を形成する段
階であって、これは前記ダイヤフラム即ち前記基層に影
響を与えないような液体中で溶解し得るものであるよう
な段階と、（ｄ）前記スペーサレリース層及び隣接する
基層上方に金属で形成されているメッキベースを与える
段階と、（ｅ）前記変形可能な膜上方に広がるべき過剰
圧力抑制ブリッジの少なくとも所望の厚さにまでキャス
ティング物質の層を前記メッキベース上方に形成する段
階であって、前記付着されたキャスティング物質はＸ線
に影響されやすく、このＸ線に対して露出された物質を
所定の溶剤で溶解できるような段階と、（ｆ）前記キャ
スティング物質をＸ線に対して前記変形可能な膜の周辺
及びそれを含む所定のパターンで露出する段階と、（ｇ
）Ｘ線に対して露出されたこれらの領域において前記キ
ャスティング物質を溶剤を用いて除去し、その一方で残
りのキャスティング物質を残してダイヤフラム及びその
周辺領域上方にモールド領域を形成する段階と、（ｈ）
このモールド領域中にソリッド金属を付着する段階と、
（ｉ）前記残りのキャスティング物質を除去する段階と
、（ｊ）前記スペーサレリース層物質を除去して、付着
された金属を前記変形可能な膜上部の空間に渡って広が
るブリッジとして残す段階とを備えたことを特徴とする
方法。 - 【請求項２１】 特許請求の範囲第２０項記載の方法
において、少なくとも１つのチャンネルを形成する段階
が、前記基層の反対側からキャビティと連絡するチャン
ネルを基層内にエッチングすることによって実行される
方法。 - 【請求項２２】 特許請求の範囲第２０項記載の方法
において、前記スペーサレリース層はポリイミドで形成
されている方法。 - 【請求項２３】 特許請求の範囲第２０項記載の方法
において、前記メッキベースはチタニウムの薄層とニッ
ケルの薄層を含む方法。 - 【請求項２４】 特許請求の範囲第２０項記載の方法
において、前記キャスティング物質は架橋ポリメチルメ
タクリレートである方法。 - 【請求項２５】 特許請求の範囲第２０項記載の方法
において、前記ソリッド物質の付着段階は、金属をモー
ルド領域中に金属メッキすることを備える方法。 - 【請求項２６】 特許請求の範囲第２５項記載の方法
において、前記メッキされる金属はニッケルである方法
。 - 【請求項２７】 特許請求の範囲第２０項記載の方法
において、前記離間しているレリース層が１０マイクロ
メータあるいはそれよりも小さい厚さまで付着される方
法。 - 【請求項２８】 特許請求の範囲第２７項記載の方法
において、前記離間しているレリース層はほぼ１マイク
ロメータの厚さまで付着される方法。 - 【請求項２９】 特許請求の範囲第２０項記載の方法
において、前記キャスティング物質をＸ線に対して露出
する段階は、前記キャスティング物質をシンクロトロン
放射に対して露出することによって実行される方法。 - 【請求項３０】 マイクロマシーン構造の作成方法に
おいて、（ａ）基層の表面上に物質の犠牲レリース層を
形成する段階であって、前記犠牲レリース層の物質は前
記基層には影響しない液体中で溶解可能であるような段
階と、（ｂ）金属で形成されているメッキベースを少な
くとも前記犠牲レリース層の上方に付与する段階と、（
ｃ）形成されるべき構造の少なくとも所定の厚さまで前
記メッキベースの上方にキャスティング物質の層を形成
する段階であって、前記付着されたキャスティング物質
はＸ線に影響されやすいため、Ｘ線に対して露出された
キャスティング物質が所定の現像溶剤内で溶解され得る
ような段階と、（ｄ）前記メッキベースの領域の少なく
とも一部を含む所定のパターンで前記キャスティング物
質をＸ線に対して露出する段階と、（ｅ）Ｘ線に対して
露出されているそれらの領域では現像溶剤を用いて前記
キャスティング物質を除去し、一方残りのキャスティン
グ物質は残すようにして前記メッキベース上方にモール
ド領域を形成する段階と、（ｆ）ソリッド金属を金属メ
ッキによってメッキベース上へと前記モールド領域中に
付着する段階と、（ｇ）前記残りのキャスティング物質
を除去する段階と、（ｈ）ソリッド金属が付着されず前
記犠牲レリース層にアクセスすることができるような領
域において前記メッキベースを除去する段階と、（ｉ）
犠牲レリース層物質を除去し、前記犠牲レリース層が除
去されている基層以外の前記メッキベース上の付着され
た金属を残す段階を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項３１】 特許請求の範囲第３０項記載の方法
において、前記犠牲レリース層は、ポリイミドで形成さ
れている方法。 - 【請求項３２】 特許請求の範囲第３０項記載の方法
において、前記メッキベースはチタニウムの薄膜とニッ
ケルの薄膜を含む方法。 - 【請求項３３】 特許請求の範囲第３０項記載の方法
において、前記キャスティング物質はポリメチルメタク
リレートである方法。 - 【請求項３４】 特許請求の範囲第３０項記載の方法
において、メッキされている金属はニッケルである方法
。 - 【請求項３５】 特許請求の範囲第３０項記載の方法
において、前記犠牲レリース層は１０マイクロメータあ
るいはそれより小さい厚さまで付着されている方法。 - 【請求項３６】 特許請求の範囲第３５項記載の方法
において、前記犠牲レリース層はほぼ１マイクロメータ
の厚さまで付着されている方法。 - 【請求項３７】 特許請求の範囲第３０項記載の方法
において、前記キャスティング物質をＸ線に対して露出
する段階は、前記キャスティング物質をシンクロトロン
放射に対して露出することによって実行される方法。 - 【請求項３８】 特許請求の範囲第３０項記載の方法
において、前記メッキベースは、前記犠牲レリース層が
除去された時に付着された金属部分が前記基層に付加さ
れた前記メッキベース上に残るようにして、前記犠牲レ
リース層上方と同様に少なくとも前記基層の部分上方に
付与される方法。
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