JPH05343704A - シリコン内に埋め込んだボスダイヤフラム構造体を製造する方法 - Google Patents
シリコン内に埋め込んだボスダイヤフラム構造体を製造する方法Info
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- JPH05343704A JPH05343704A JP5044665A JP4466593A JPH05343704A JP H05343704 A JPH05343704 A JP H05343704A JP 5044665 A JP5044665 A JP 5044665A JP 4466593 A JP4466593 A JP 4466593A JP H05343704 A JPH05343704 A JP H05343704A
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン内に埋め込んだボスダイヤフラム構
造体を形成するに当たって、均一なドーパント濃度の撓
み領域（撓み部分）の厚さを均一にできると共に、ｎ型
及びｐ型材料の間にシャープな境界部分を形成でき、撓
み部分の厚さを正確に制御できるような方法を提供す
る。 【構成】 ｎ型（又はｐ型）不純物を最初に深く拡散さ
せてボス構造体を形成し、次に、エピタキシャル成長法
により、ｐ型（又はｎ型）基板３０上に、撓み部分１８
の所望の厚さに等しい厚さのｎ型（又はｐ型）ドーパン
トシリコン領域の層３２を成長させる。
造体を形成するに当たって、均一なドーパント濃度の撓
み領域（撓み部分）の厚さを均一にできると共に、ｎ型
及びｐ型材料の間にシャープな境界部分を形成でき、撓
み部分の厚さを正確に制御できるような方法を提供す
る。 【構成】 ｎ型（又はｐ型）不純物を最初に深く拡散さ
せてボス構造体を形成し、次に、エピタキシャル成長法
により、ｐ型（又はｎ型）基板３０上に、撓み部分１８
の所望の厚さに等しい厚さのｎ型（又はｐ型）ドーパン
トシリコン領域の層３２を成長させる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン構造体のマイ
クロメカニカル製造方法、特に、圧力センサダイヤフラ
ムに関連する埋設式ボス構造体又は補強構造体を製造す
る方法に関するもである。
クロメカニカル製造方法、特に、圧力センサダイヤフラ
ムに関連する埋設式ボス構造体又は補強構造体を製造す
る方法に関するもである。
【０００２】
【従来の技術】今日、力、圧力、加速度、化学的濃度等
を検出するセンサを含む多くのマイクロメカニカルシリ
コンデバイスが周知である。かかるデバイスは、その寸
法は矩形の一辺が数ｍｍ2 程度と小さいため、「マイク
ロメカニカル」（micromechanicaｌ）と呼ばれている。
その寸法は、集積回路の製造に採用されてるものと同様
の平版写真技術を利用して実現されている。集積回路の
技術において周知のシリコンウェーハは、又、マイクロ
メカニカル加工による構造的要素にも適用可能であり、
発生する電気信号を処理するため、検出機能を行う構造
体と共に、追加的な制御又は検出電子回路が形成可能で
あるという利点がある。
を検出するセンサを含む多くのマイクロメカニカルシリ
コンデバイスが周知である。かかるデバイスは、その寸
法は矩形の一辺が数ｍｍ2 程度と小さいため、「マイク
ロメカニカル」（micromechanicaｌ）と呼ばれている。
その寸法は、集積回路の製造に採用されてるものと同様
の平版写真技術を利用して実現されている。集積回路の
技術において周知のシリコンウェーハは、又、マイクロ
メカニカル加工による構造的要素にも適用可能であり、
発生する電気信号を処理するため、検出機能を行う構造
体と共に、追加的な制御又は検出電子回路が形成可能で
あるという利点がある。
【０００３】マイクロメカニカルによるシリコンは、多
くの異なる用途で周知である。多くの作動装置は、シリ
コンの比較的厚い領域（いわゆる「ボス」領域）に連設
されるシリコンの比較的薄い領域の撓みを利用して作動
される。例えば、圧力変換器においては、薄く且つある
程度の可撓性を有するの領域によって囲まれた、大きく
且つ比較的剛性なシリコンダイヤフラムボスが存在し、
ダイヤフラムの側部の圧力差いかんに応じて、ダイヤフ
ラムが動き且つ薄い領域が撓むのが許容されている。
くの異なる用途で周知である。多くの作動装置は、シリ
コンの比較的厚い領域（いわゆる「ボス」領域）に連設
されるシリコンの比較的薄い領域の撓みを利用して作動
される。例えば、圧力変換器においては、薄く且つある
程度の可撓性を有するの領域によって囲まれた、大きく
且つ比較的剛性なシリコンダイヤフラムボスが存在し、
ダイヤフラムの側部の圧力差いかんに応じて、ダイヤフ
ラムが動き且つ薄い領域が撓むのが許容されている。
【０００４】圧力、又はその他の型式のシリコンセンサ
において、比較的薄い撓み領域及び比較的厚いボス領域
を利用することの詳細な説明は、引用して、本明細書の
一部に包含した、１９８９年６月２５日に、スイス、モ
ントリックスのソリッド・ステートセンサ及びアクチュ
エータに関する国際会議（Internal Conference on Sol
id State Sensors and Actuators）で発表された、マロ
ン、バース、ポーラマディ、ヴェルミューレン、パター
ソン及びブリュゼックによる論文「ボス付きダイヤフラ
ム及び精密エッチングトッピング法を採用する低圧セン
サ（Low Pressure Sensors Employing Bossed Diaphram
s and Precision Etch-Sopping）」に記載されている。
において、比較的薄い撓み領域及び比較的厚いボス領域
を利用することの詳細な説明は、引用して、本明細書の
一部に包含した、１９８９年６月２５日に、スイス、モ
ントリックスのソリッド・ステートセンサ及びアクチュ
エータに関する国際会議（Internal Conference on Sol
id State Sensors and Actuators）で発表された、マロ
ン、バース、ポーラマディ、ヴェルミューレン、パター
ソン及びブリュゼックによる論文「ボス付きダイヤフラ
ム及び精密エッチングトッピング法を採用する低圧セン
サ（Low Pressure Sensors Employing Bossed Diaphram
s and Precision Etch-Sopping）」に記載されている。
【０００５】従来の圧力変換器のダイヤフラムの概略図
は、図１に示されており、ここで、上部シリコン基板１
０は、真空中で下部基板１２に融着されている。そし
て、キャビティ１４がチャンバを形成し、このチャンバ
は、ダイヤフラム１６の一方側に外圧が存在する状態で
該ダイヤフラム１６の他方側を真空状態に維持すること
を可能にしている。これとは別に、第１の圧力をキャビ
ティ１４に伝達し、第２の圧力をダイヤフラム１６の外
側領域に伝達することにより、差圧センサを提供するこ
とも可能である。ダイヤフラム１６を横断して差圧が存
在しないようにするため、下部基板１２に十分大きな孔
を形成すると共に、ダイヤフラム１６に一定の重さの質
量を付与することにより、加速度計を形成することがで
きる。
は、図１に示されており、ここで、上部シリコン基板１
０は、真空中で下部基板１２に融着されている。そし
て、キャビティ１４がチャンバを形成し、このチャンバ
は、ダイヤフラム１６の一方側に外圧が存在する状態で
該ダイヤフラム１６の他方側を真空状態に維持すること
を可能にしている。これとは別に、第１の圧力をキャビ
ティ１４に伝達し、第２の圧力をダイヤフラム１６の外
側領域に伝達することにより、差圧センサを提供するこ
とも可能である。ダイヤフラム１６を横断して差圧が存
在しないようにするため、下部基板１２に十分大きな孔
を形成すると共に、ダイヤフラム１６に一定の重さの質
量を付与することにより、加速度計を形成することがで
きる。
【０００６】図１に示した従来の圧力変換器において、
ダイヤフラム１６は、該ダイヤフラム１６の面積を横断
して伸長する厚さｘ（図２ｃ参照）を増すことにより、
略平面状に維持される。しかし、ダイヤフラム１６の撓
みに起因する応力を集中させるため、撓み部分１８は狭
小な溝により形成する。ダイヤフラム１６がその最初の
位置から図１において破線で示した撓み位置に撓むと、
一軸応力が生じ、この溝の幅に対して平行な方向に集中
される。
ダイヤフラム１６は、該ダイヤフラム１６の面積を横断
して伸長する厚さｘ（図２ｃ参照）を増すことにより、
略平面状に維持される。しかし、ダイヤフラム１６の撓
みに起因する応力を集中させるため、撓み部分１８は狭
小な溝により形成する。ダイヤフラム１６がその最初の
位置から図１において破線で示した撓み位置に撓むと、
一軸応力が生じ、この溝の幅に対して平行な方向に集中
される。
【０００７】米国特許第4,904,978 号に記載されている
ように、撓み部分における応力レベルを検出し、これに
より、ダイヤフラム１６上の圧力を電気的に表示する圧
電抵抗領域を撓み部分付近に形成することができる。ダ
イヤフラム１６の増厚部分（薄い撓み部分に比較し
て）、すなわち、「ボス」構造体を利用することは、撓
み部分内での一軸応力を保証するのみならず、ダイヤフ
ラム１６上の圧力変化に対する比較的直線状の応答性を
確実にし、ダイヤフラム１６の変位を制限することによ
り、そのダイヤフラム１６自体の変形を阻止する。
ように、撓み部分における応力レベルを検出し、これに
より、ダイヤフラム１６上の圧力を電気的に表示する圧
電抵抗領域を撓み部分付近に形成することができる。ダ
イヤフラム１６の増厚部分（薄い撓み部分に比較し
て）、すなわち、「ボス」構造体を利用することは、撓
み部分内での一軸応力を保証するのみならず、ダイヤフ
ラム１６上の圧力変化に対する比較的直線状の応答性を
確実にし、ダイヤフラム１６の変位を制限することによ
り、そのダイヤフラム１６自体の変形を阻止する。
【０００８】従来、かかる薄い撓み部分１８は、厚い構
造体にするのが望ましい領域内にボス構造体又は補強構
造体を埋設又は形成するのに応じてこれらの間に形成さ
れる。かくして、複数の薄い撓み部分１８の間にダイヤ
フラム１６及びボス２０が配設される。かかる構造体の
従来の製造方法は図２ａ乃至図２ｃに示してある。図２
ａにおいて、３０はｐ型ドープシリコン基板であり、こ
の基板３０内にｎ型不純物が１０〜２０μｍ（好適な実
施例では１７μｍ）の深さｘまで拡散され、ｎ型不納物
の深い拡張部分が形成される。なお、その深さは、形成
されるボス又はダイヤフラム構造体の所望の厚さに等し
く設定される。
造体にするのが望ましい領域内にボス構造体又は補強構
造体を埋設又は形成するのに応じてこれらの間に形成さ
れる。かくして、複数の薄い撓み部分１８の間にダイヤ
フラム１６及びボス２０が配設される。かかる構造体の
従来の製造方法は図２ａ乃至図２ｃに示してある。図２
ａにおいて、３０はｐ型ドープシリコン基板であり、こ
の基板３０内にｎ型不純物が１０〜２０μｍ（好適な実
施例では１７μｍ）の深さｘまで拡散され、ｎ型不納物
の深い拡張部分が形成される。なお、その深さは、形成
されるボス又はダイヤフラム構造体の所望の厚さに等し
く設定される。
【０００９】次いで、図２ｂに図示するように、一般的
なｎ型拡散が撓み領域の厚さに等しい深さｙ（但し、深
さｙは上記ｘよりも浅く、好ましい実施例では５μｍ）
になるまで行われる。
なｎ型拡散が撓み領域の厚さに等しい深さｙ（但し、深
さｙは上記ｘよりも浅く、好ましい実施例では５μｍ）
になるまで行われる。
【００１０】最終工程では、図２ｃに示す如くボス２０
部分の厚さがｘであり、撓み部分１８の厚さがｙである
ような構造体を得るべく、Ｐ型材料を選択的にエッチン
グ処理するエッチャント方法（例えば、電気化学的水酸
化カリウム（ＫＯＨ）エッチング方法）が利用される。
部分の厚さがｘであり、撓み部分１８の厚さがｙである
ような構造体を得るべく、Ｐ型材料を選択的にエッチン
グ処理するエッチャント方法（例えば、電気化学的水酸
化カリウム（ＫＯＨ）エッチング方法）が利用される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】一般的な浅いｎ型拡散
により薄い撓み領域を形成するときの問題点は、かかる
拡散の結果、当然、撓み部分１８におけるドーパントの
濃度が不均一になることである。勿論、表面におけるｎ
型ドーパントは極めて高濃度に存在するが、この濃度
は、表面から下方に深さが増すに伴って低下する。深さ
ｙに近付くに伴い、撓み部分１８内のｎ型ドーパントの
濃度も又、基板３０の表面から下方の深さの等しい異な
る横方向位置で異なる結果となる。そのため、ｐ型材料
をエッチング処理すると、シリコン基板３０中のｐ型ド
ーパントとｎ型ドーパントとの間の境界は、均一な深さ
ではなくなり、撓み材料の厚さは、異なる横方向位置で
異なる結果となる。
により薄い撓み領域を形成するときの問題点は、かかる
拡散の結果、当然、撓み部分１８におけるドーパントの
濃度が不均一になることである。勿論、表面におけるｎ
型ドーパントは極めて高濃度に存在するが、この濃度
は、表面から下方に深さが増すに伴って低下する。深さ
ｙに近付くに伴い、撓み部分１８内のｎ型ドーパントの
濃度も又、基板３０の表面から下方の深さの等しい異な
る横方向位置で異なる結果となる。そのため、ｐ型材料
をエッチング処理すると、シリコン基板３０中のｐ型ド
ーパントとｎ型ドーパントとの間の境界は、均一な深さ
ではなくなり、撓み材料の厚さは、異なる横方向位置で
異なる結果となる。
【００１２】形成されるボス２０の厚さが１７〜２０μ
ｍの程度である場合、０．５μｍ程度の差は殆ど影響が
ないと考えられる。しかし、撓み部分１８の厚さが５μ
ｍ以下の場合、厚さが０．５μｍだけ変化することは、
少なくとも１０％以上の変化であることを意味する。従
って、撓み部分１８の厚さの変化の結果、センサ製品の
機能は非線形となる。
ｍの程度である場合、０．５μｍ程度の差は殆ど影響が
ないと考えられる。しかし、撓み部分１８の厚さが５μ
ｍ以下の場合、厚さが０．５μｍだけ変化することは、
少なくとも１０％以上の変化であることを意味する。従
って、撓み部分１８の厚さの変化の結果、センサ製品の
機能は非線形となる。
【００１３】撓み領域に対する構造的補強部分を提供す
る従来の方法に伴う上記及びその他の問題点に鑑み、本
発明の一つの目的は、埋め込まれたボス構造体を形成す
るに当たって、均一なドーパント濃度の撓み領域（撓み
部分）の厚さを均一にすることである。
る従来の方法に伴う上記及びその他の問題点に鑑み、本
発明の一つの目的は、埋め込まれたボス構造体を形成す
るに当たって、均一なドーパント濃度の撓み領域（撓み
部分）の厚さを均一にすることである。
【００１４】本発明の別の目的は、撓み部分の厚さを厳
格に制御し得るように、ｎ型及びｐ型材料の間にシャー
プな境界部分を形成することを可能にすることである。
格に制御し得るように、ｎ型及びｐ型材料の間にシャー
プな境界部分を形成することを可能にすることである。
【００１５】本発明の更に別の目的は、ドープしたシリ
コン内の構造的撓み要素を機械加工するときに撓み部分
の厚さを正確に制御する方法を提供することである。
コン内の構造的撓み要素を機械加工するときに撓み部分
の厚さを正確に制御する方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、比較的厚いボス部分と、比較的薄い
撓み部分とをそれぞれ有するボスダイヤフラム構造体を
製造する方法において、ｎ型又はＰ型の一方の型の領域
となるようにドープされた第１のシリコン材料から成る
基板を提供する工程と、前記第１のシリコン材料とは別
の型の領域となるようにドープされた第２のシリコン材
料を前記第１のシリコン材料の表面から（ｘ−ｙ）（但
し、ｘは前記ボス部分の所望の厚さ、ｙは前記撓み部分
の所望の厚さ）の深さに形成するために、前記第１のシ
リコン材料とは別型のドーパント材料を前記基板内に深
く拡散させて前記ボス部分の領域のみに拡散領域を形成
する工程と、エピタキシャル成長法により、前記基板上
で前記第２のシリコン材料と同じ型のシリコン層を成長
させ、前記第１のシリコン材料及び前記拡散領域上に所
望の厚さｙの前記撓み部分を形成する工程と、シリコン
エッチャントにより、厚さｘを有する比較的厚いボス構
造体及び厚さｙを有する比較的薄い撓み部分が残るよう
に、前記第１のシリコン材料をエッチング処理する工程
と、を施行するようにしている。
めに、本発明では、比較的厚いボス部分と、比較的薄い
撓み部分とをそれぞれ有するボスダイヤフラム構造体を
製造する方法において、ｎ型又はＰ型の一方の型の領域
となるようにドープされた第１のシリコン材料から成る
基板を提供する工程と、前記第１のシリコン材料とは別
の型の領域となるようにドープされた第２のシリコン材
料を前記第１のシリコン材料の表面から（ｘ−ｙ）（但
し、ｘは前記ボス部分の所望の厚さ、ｙは前記撓み部分
の所望の厚さ）の深さに形成するために、前記第１のシ
リコン材料とは別型のドーパント材料を前記基板内に深
く拡散させて前記ボス部分の領域のみに拡散領域を形成
する工程と、エピタキシャル成長法により、前記基板上
で前記第２のシリコン材料と同じ型のシリコン層を成長
させ、前記第１のシリコン材料及び前記拡散領域上に所
望の厚さｙの前記撓み部分を形成する工程と、シリコン
エッチャントにより、厚さｘを有する比較的厚いボス構
造体及び厚さｙを有する比較的薄い撓み部分が残るよう
に、前記第１のシリコン材料をエッチング処理する工程
と、を施行するようにしている。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例に付き図３ａ乃至図３
ｃを参照して説明する。なお、図３ａ乃至図３ｃにおい
ては、図２ａ乃至図２ｃと同様の部分には同一の符号を
付することとする。
ｃを参照して説明する。なお、図３ａ乃至図３ｃにおい
ては、図２ａ乃至図２ｃと同様の部分には同一の符号を
付することとする。
【００１８】図３ａに図示したように、第一の工程段階
は、図２ａに示した従来技術の最初の工程と同様であ
る。即ち、本発明における第一の工程段階は、ｎ型不純
物を深く拡散させ、初期のボス構造体を形成する工程で
ある。しかし、この場合、図２ａに示した従来技術の工
程段階における拡散深さは、ボス構造体の最終的な厚さ
に等しいように設定される。図３ａにおいて、拡散深さ
は、最終深さから拡散領域の厚さを引いた値（ｘ−ｙ）
に等しい。このことは、この第一の工程段階を施行する
のに必要な温度が低温でよく、また施行時間が短くて済
むという利点があることを意味する。
は、図２ａに示した従来技術の最初の工程と同様であ
る。即ち、本発明における第一の工程段階は、ｎ型不純
物を深く拡散させ、初期のボス構造体を形成する工程で
ある。しかし、この場合、図２ａに示した従来技術の工
程段階における拡散深さは、ボス構造体の最終的な厚さ
に等しいように設定される。図３ａにおいて、拡散深さ
は、最終深さから拡散領域の厚さを引いた値（ｘ−ｙ）
に等しい。このことは、この第一の工程段階を施行する
のに必要な温度が低温でよく、また施行時間が短くて済
むという利点があることを意味する。
【００１９】最初の拡散後、図３ｂ（第二の工程段階）
エピタキシャル成長法によりｎ型材料の層３２を成長さ
せ、ｐ型基板の面の上に形成される層３２の厚さを所望
の撓み部分の厚さに等しい厚さｙにする。
エピタキシャル成長法によりｎ型材料の層３２を成長さ
せ、ｐ型基板の面の上に形成される層３２の厚さを所望
の撓み部分の厚さに等しい厚さｙにする。
【００２０】第三の段階３ｃは、図２ｃに示した従来技
術の工程段階と同様であり、厚さｘのボス２０及び厚さ
ｙの撓み領域１８が残るように、ｐ型基板材料を適当な
ｐ型エッチャントによりエッチング処理して除去する。
術の工程段階と同様であり、厚さｘのボス２０及び厚さ
ｙの撓み領域１８が残るように、ｐ型基板材料を適当な
ｐ型エッチャントによりエッチング処理して除去する。
【００２１】好ましい実施例においては、ｘは１７μ
ｍ、ｙは５μｍであるが、構造上の特徴が異なる場合
は、構造上の厚さも変化させる必要がある。また、好ま
しい実施例においては、原材料（出発物質）は、抵抗率
４〜６Ω−ｃｍのｐ型ホウ素ドーピング（１００）シリ
コンである。ボス構造体の領域におけるｐ型材料の深い
拡散は、厚さ１μｍのパターン付き二酸化ケイ素マスク
を使用して、１６０ｋｅＶのエネルギにてＩＥ１５のリ
ン酸イオンをイオン注入法により行った。該マスクの横
寸法は、アニール工程の後の横方向の拡散効果を補償し
得るような寸法にする必要がある。
ｍ、ｙは５μｍであるが、構造上の特徴が異なる場合
は、構造上の厚さも変化させる必要がある。また、好ま
しい実施例においては、原材料（出発物質）は、抵抗率
４〜６Ω−ｃｍのｐ型ホウ素ドーピング（１００）シリ
コンである。ボス構造体の領域におけるｐ型材料の深い
拡散は、厚さ１μｍのパターン付き二酸化ケイ素マスク
を使用して、１６０ｋｅＶのエネルギにてＩＥ１５のリ
ン酸イオンをイオン注入法により行った。該マスクの横
寸法は、アニール工程の後の横方向の拡散効果を補償し
得るような寸法にする必要がある。
【００２２】当業界で従来から行われているように、高
エネルギ注入後、結晶格子構造の欠点を解消し且つドー
パントを適正な深さに拡散させるため、アニーリング工
程が行われる。好ましい実施例においては、最初に、ｐ
型基板を蒸気内で1000℃にて60分間にわたって酸化さ
せ、次に窒素中で1175℃にて16時間にわたってアニール
する。この酸化工程は、ドーピングしたボス領域を異な
る状態に酸化させ、これにより、可視パターンを形成
し、応力検出型の圧電抵抗器を後でこの可視パターンに
整合させることができる。
エネルギ注入後、結晶格子構造の欠点を解消し且つドー
パントを適正な深さに拡散させるため、アニーリング工
程が行われる。好ましい実施例においては、最初に、ｐ
型基板を蒸気内で1000℃にて60分間にわたって酸化さ
せ、次に窒素中で1175℃にて16時間にわたってアニール
する。この酸化工程は、ドーピングしたボス領域を異な
る状態に酸化させ、これにより、可視パターンを形成
し、応力検出型の圧電抵抗器を後でこの可視パターンに
整合させることができる。
【００２３】エピタキシャル成長法により成長させた層
３２は、公知の高温の単一ウェーハ大気圧エピタキシャ
ル反応炉を用いて形成された抵抗率０．６〜１．０Ω−
ｃｍのリンドーピングシリコン（リンがドープされたシ
リコン）から成っている。これによれば、基板とエピタ
キシ（エピタキシャル層）との境界面におけるドーパン
トの相互拡散、及びオートドーピング等のようなその他
の有害な作用を軽減することが可能である。
３２は、公知の高温の単一ウェーハ大気圧エピタキシャ
ル反応炉を用いて形成された抵抗率０．６〜１．０Ω−
ｃｍのリンドーピングシリコン（リンがドープされたシ
リコン）から成っている。これによれば、基板とエピタ
キシ（エピタキシャル層）との境界面におけるドーパン
トの相互拡散、及びオートドーピング等のようなその他
の有害な作用を軽減することが可能である。
【００２４】上述の実施例によれば、ｎ型不純物を最初
に深く拡散させてボス構造体を形成し、次に、エピタキ
シャル成長法により、ｐ型基板上に、撓み部分の所望の
厚さに等しい厚さのｎ型ドーパントシリコン領域を成長
させることにより、達成される。エピタキシャル成長法
により成長させた層を使用する結果、表面に拡散させた
ｎ型ドープシリコン層よりも遥かに均一となり、且つｎ
型材料とｐ型材料との接合部におけるドーパントの濃度
が急激に変化する状態となる。エピタキシャル成長法に
より成長させる層の厚さを正確に制御し得ることは、ダ
イヤフラムの撓み部分となる層の厚さの高度な制御を可
能にする。
に深く拡散させてボス構造体を形成し、次に、エピタキ
シャル成長法により、ｐ型基板上に、撓み部分の所望の
厚さに等しい厚さのｎ型ドーパントシリコン領域を成長
させることにより、達成される。エピタキシャル成長法
により成長させた層を使用する結果、表面に拡散させた
ｎ型ドープシリコン層よりも遥かに均一となり、且つｎ
型材料とｐ型材料との接合部におけるドーパントの濃度
が急激に変化する状態となる。エピタキシャル成長法に
より成長させる層の厚さを正確に制御し得ることは、ダ
イヤフラムの撓み部分となる層の厚さの高度な制御を可
能にする。
【００２５】上記の説明及び添付図面から当業者に理解
されるように、本発明の技術的思想に基いて多くの応用
例及び変形例が可能である。該方法及びその変形例は、
種々の厚さのシリコンをメカニカル加工するときに精密
な厚さ制御が望まれる状況に適用して好適である。これ
は、圧力センサ用のダイヤフラムを機械加工する場合に
特に好適であるが、本発明は、加速度計及びその他のシ
リコン系構造体を撓み機械加工する場合にも適用可能で
ある。故に、本発明は、上述の特定の実施例及び好適な
実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記
載によってのみ限定されるべきである。
されるように、本発明の技術的思想に基いて多くの応用
例及び変形例が可能である。該方法及びその変形例は、
種々の厚さのシリコンをメカニカル加工するときに精密
な厚さ制御が望まれる状況に適用して好適である。これ
は、圧力センサ用のダイヤフラムを機械加工する場合に
特に好適であるが、本発明は、加速度計及びその他のシ
リコン系構造体を撓み機械加工する場合にも適用可能で
ある。故に、本発明は、上述の特定の実施例及び好適な
実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記
載によってのみ限定されるべきである。
【００２６】以下に示すものは、本発明の好ましい実施
態様である。
態様である。
【００２７】（ａ） 比較的厚いボス部分と接続された
シリコン材料内に提供される、比較的薄い撓み部分であ
って、ｐ型材料の面から深さ（ｘ−ｙ）（但し、ｘが所
望のボスの厚さ及びｙが所望の撓み部分の厚さ）にｎ型
材料を提供し得るようにｎ型ドーパント材料を前記基板
内で深く拡散させる工程を備え、前記深くへの拡散が、
所望の比較的厚いボス部分の部分でのみ行われるように
し、更に、エピタキシャル成長法により、ｎ型ドープし
たシリコン層を前記基板上で成長させ、ｐ型ドープした
シリコンの面及び深く拡散させたｎ型シリコン領域の上
で所望の撓み部分の厚さｙにする工程と、ｐ型ドープし
たシリコンエッチャントにより、厚さｘの比較的厚いボ
ス構造体及び厚さｙの比較的薄い撓み部分が残るよう
に、ｐ型ドープしたシリコン材料をエッチング処理する
工程と、を備える方法により、ｐ型ドープしたシリコン
材料の基板から比較的薄い撓み部分を形成する。
シリコン材料内に提供される、比較的薄い撓み部分であ
って、ｐ型材料の面から深さ（ｘ−ｙ）（但し、ｘが所
望のボスの厚さ及びｙが所望の撓み部分の厚さ）にｎ型
材料を提供し得るようにｎ型ドーパント材料を前記基板
内で深く拡散させる工程を備え、前記深くへの拡散が、
所望の比較的厚いボス部分の部分でのみ行われるように
し、更に、エピタキシャル成長法により、ｎ型ドープし
たシリコン層を前記基板上で成長させ、ｐ型ドープした
シリコンの面及び深く拡散させたｎ型シリコン領域の上
で所望の撓み部分の厚さｙにする工程と、ｐ型ドープし
たシリコンエッチャントにより、厚さｘの比較的厚いボ
ス構造体及び厚さｙの比較的薄い撓み部分が残るよう
に、ｐ型ドープしたシリコン材料をエッチング処理する
工程と、を備える方法により、ｐ型ドープしたシリコン
材料の基板から比較的薄い撓み部分を形成する。
【００２８】（ｂ） 前記深い拡散工程が、ｎ型ドーパ
ントイオンを前記基板内に埋め込む工程と、結晶格子の
欠点を除去し、且つ前記ドーパントイオンの少なくとも
一部を拡散させ得るように前記基板をアニール処理する
工程と、を備えることを特徴とする前記（ａ）項に記載
の方法により、ｐ型ドープしたシリコン材料の基板から
比較的薄い撓み部分を形成する。
ントイオンを前記基板内に埋め込む工程と、結晶格子の
欠点を除去し、且つ前記ドーパントイオンの少なくとも
一部を拡散させ得るように前記基板をアニール処理する
工程と、を備えることを特徴とする前記（ａ）項に記載
の方法により、ｐ型ドープしたシリコン材料の基板から
比較的薄い撓み部分を形成する。
【００２９】（ｃ） 前記深い拡散工程が、前記埋め込
み工程の前に、比較的薄い撓み部分の前記領域にイオン
が埋め込まれるのを阻止し得るように前記基板を遮蔽す
る工程を備えることを特徴とする前記（ｂ）項に記載の
方法により、ｐ型ドープしたシリコン材料の基板から比
較的薄い撓み部分を形成する。
み工程の前に、比較的薄い撓み部分の前記領域にイオン
が埋め込まれるのを阻止し得るように前記基板を遮蔽す
る工程を備えることを特徴とする前記（ｂ）項に記載の
方法により、ｐ型ドープしたシリコン材料の基板から比
較的薄い撓み部分を形成する。
【００３０】（ｄ） 前記基板がホウ素ドープしたシリ
コンであり、前記遮蔽工程が、二酸化ケイ素のマスクを
提供する工程を備え、前記イオンの埋め込み工程がリン
酸イオンを埋め込む工程を備えることを特徴とする前記
（ｃ）項に記載の方法により、ｐ型ドープしたシリコン
材料の基板から比較的薄い撓み部分を形成する。
コンであり、前記遮蔽工程が、二酸化ケイ素のマスクを
提供する工程を備え、前記イオンの埋め込み工程がリン
酸イオンを埋め込む工程を備えることを特徴とする前記
（ｃ）項に記載の方法により、ｐ型ドープしたシリコン
材料の基板から比較的薄い撓み部分を形成する。
【００３１】（ｅ） 前記成長工程が、エピタキシャル
成長法により、リン酸ドープしたシリコンを成長させる
工程を備えることを特徴とする前記（ａ）項に記載の方
法により、ｐ型ドープしたシリコン材料の基板から比較
的薄い撓み部分を形成する。
成長法により、リン酸ドープしたシリコンを成長させる
工程を備えることを特徴とする前記（ａ）項に記載の方
法により、ｐ型ドープしたシリコン材料の基板から比較
的薄い撓み部分を形成する。
【００３２】（ｆ） 前記成長工程が、エピタキシャル
成長法により、0.６〜1.０Ω−ｃｍの抵抗率を有するリ
ン酸ドープしたシリコンを成長させる工程を備えること
を特徴とする前記（ｅ）項に記載の方法により、ｐ型ド
ープしたシリコン材料の基板から比較的薄い撓み部分を
形成する。
成長法により、0.６〜1.０Ω−ｃｍの抵抗率を有するリ
ン酸ドープしたシリコンを成長させる工程を備えること
を特徴とする前記（ｅ）項に記載の方法により、ｐ型ド
ープしたシリコン材料の基板から比較的薄い撓み部分を
形成する。
【００３３】（ｇ） 前記エッチング処理工程が、少な
くとも水酸化カリウム（ＫＯＨ）により前記基板を電気
化学的エッチング処理する工程を備えることを特徴とす
る前記（ａ）項に記載の方法により、ｐ型ドープしたシ
リコン材料の基板から比較的薄い撓み部分を形成する。
くとも水酸化カリウム（ＫＯＨ）により前記基板を電気
化学的エッチング処理する工程を備えることを特徴とす
る前記（ａ）項に記載の方法により、ｐ型ドープしたシ
リコン材料の基板から比較的薄い撓み部分を形成する。
【００３４】（ｈ） 前記ホウ素をドープしたシリコン
材料が４〜６Ω−ｃｍの抵抗率を有するようにしたこと
を特徴とする前記（ｄ）項に記載の方法により、ｐ型ド
ープしたシリコン材料の基板から比較的薄い撓み部分を
形成する。
材料が４〜６Ω−ｃｍの抵抗率を有するようにしたこと
を特徴とする前記（ｄ）項に記載の方法により、ｐ型ド
ープしたシリコン材料の基板から比較的薄い撓み部分を
形成する。
【００３５】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、シリコン
内に埋め込んだボスダイヤフラム構造体を製造するに当
たって、均一なドーパント濃度の撓み領域（撓み部分）
の厚さを均一にできると共に、ｎ型及びｐ型材料の間に
シャープな境界部分を形成でき、ドープしたシリコン内
の構造的撓み要素を形成するときに撓み部分の厚さを正
確に制御できる。
内に埋め込んだボスダイヤフラム構造体を製造するに当
たって、均一なドーパント濃度の撓み領域（撓み部分）
の厚さを均一にできると共に、ｎ型及びｐ型材料の間に
シャープな境界部分を形成でき、ドープしたシリコン内
の構造的撓み要素を形成するときに撓み部分の厚さを正
確に制御できる。
【図１】マイクロメカニカル加工した従来のシリコンダ
イヤフラムの側面部分の断面図である。
イヤフラムの側面部分の断面図である。
【図２】２ａ，２ｂ，２ｃは、マイクロメカニカル加工
したシリコン内に埋め込まれるボス領域及び薄い撓み領
域を形成するための従来技術の工程を示す図である。
したシリコン内に埋め込まれるボス領域及び薄い撓み領
域を形成するための従来技術の工程を示す図である。
【図３】３ａ，３ｂ，３ｃは、マイクロメカニカル加工
したシリコン内に埋め込まれるボス領域及び薄い撓み領
域を形成するための本発明による工程を示す図である。
したシリコン内に埋め込まれるボス領域及び薄い撓み領
域を形成するための本発明による工程を示す図である。
１０ 上部シリコン基板 １２ 下部基板 １４ キャビティ １６ ダイヤフラム １８ 撓み領域 ２０ ボス ３０ 基板 ３２ ｎ型材料の層
Claims (10)
- 【請求項１】 比較的厚いボス部分と、比較的薄い撓み
部分とをそれぞれ有するボスダイヤフラム構造体を製造
する方法において、 ｎ型又はＰ型の一方の型の領域となるようにドープされ
た第１のシリコン材料から成る基板を提供する工程と、 前記第１のシリコン材料とは別の型の領域となるように
ドープされた第２のシリコン材料を前記第１のシリコン
材料の表面から（ｘ−ｙ）（但し、ｘは前記ボス部分の
所望の厚さ、ｙは前記撓み部分の所望の厚さ）の深さに
形成するために、前記第１のシリコン材料とは別型のド
ーパント材料を前記基板内に深く拡散させて前記ボス部
分の領域のみに拡散領域を形成する工程と、 エピタキシャル成長法により、前記基板上で前記第２の
シリコン材料と同じ型のシリコン層を成長させ、前記第
１のシリコン材料及び前記拡散領域上に所望の厚さｙの
前記撓み部分を形成する工程と、 シリコンエッチャントにより、厚さｘを有する比較的厚
いボス構造体及び厚さｙを有する比較的薄い撓み部分が
残るように、前記第１のシリコン材料をエッチング処理
する工程と、 を備えることを特徴とする、シリコン内に埋め込んだボ
スダイヤフラム構造体を製造する方法。 - 【請求項２】 ｐ型ドープしたシリコン材料の基板から
比較的厚いボス部分が比較的薄い撓み部分と接続された
状態にシリコン材料を製造する方法において、 ｎ型ドーパント材料を前記基板の比較的厚いボス部分の
領域内に深く拡散させ、ｐ型材料の表面から深さ（ｘ−
ｙ）（但し、ｘは前記ボス部分の所望の厚さ、ｙは前記
撓み部分の所望の厚さ）にてｎ型材料を提供する工程
と、 エピタキシャル成長法により、前記基板上のｐ型ドープ
したシリコン層を成長させ、ｐ型ドープしたシリコン面
及び深い拡散ｎ型シリコンの領域上で所望の撓み部分の
厚さｙにする工程と、 ｐ型ドープしたシリコンエッチャントにより、厚さｘを
有する比較的厚いボス構造体及び厚さｙを有する比較的
薄い撓み部分が残るように、ｐ型ドープしたシリコン材
料をエッチング処理する工程と、 を備えることを特徴とする、シリコン内に埋め込んだボ
スダイヤフラム構造体を製造する方法。 - 【請求項３】 前記深い拡散工程が、 ｎ型ドーパントイオンを前記基板内に注入する工程と、 結晶格子の欠点を除去し、且つ前記ドーパントイオンの
少なくとも一部を拡散させ得るように前記基板をアニー
ル処理する工程と、 を備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記深い拡散工程が、前記埋め込み工程
前に、比較的薄い撓み部分の前記領域にイオンが埋め込
まれるのを阻止し得るように前記基板を遮蔽する工程を
備えることを特徴とする請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記基板がホウ素ドープしたシリコンで
あり、前記遮蔽工程が、二酸化ケイ素のマスクを提供す
る工程を備え、前記イオンの埋め込み工程がリン酸イオ
ンを埋め込む工程を備えることを特徴とする請求項４に
記載の方法。 - 【請求項６】 前記成長工程が、エピタキシャル成長法
により、リン酸ドープしたシリコンを成長させる工程を
備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項７】 前記成長工程が、エピタキシャル成長法
により、0.６〜1.０Ω−ｃｍの抵抗率を有するリン酸ド
ープしたシリコンを成長させる工程を備えることを特徴
とする請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 前記エッチング処理工程が、少なくとも
水酸化カリウム（ＫＯＨ）により前記基板を電気化学的
エッチング処理する工程を備えることを特徴とする請求
項２に記載の方法。 - 【請求項９】 前記ホウ素をドープしたシリコン材料が
４〜６Ω−ｃｍの抵抗率を有することを特徴とする請求
項５に記載の方法。 - 【請求項１０】 ４〜６Ω−ｃｍの抵抗率を有するホウ
素ドープしたシリコン材料の基板から、比較的厚いボス
部分が比較的薄い撓み部分に接続された状態に、シリコ
ン材料を製造する方法において、 （１） 前記比較的薄い撓み部分上で前記基板上に二酸
化シリコンのマスクを提供する工程と、 （２） 前記基板の面から深さ（ｘ−ｙ）（但し、ｘは
所望のボス厚さ、ｙは所望の撓み部分の厚さ）にて、リ
ン酸ドープしたシリコン材料を提供し得るようにリン酸
ドープ材料を前記基板内に深く拡散させる工程と、を備
え、前記深い拡散が所望の比較的厚いボス部分の領域で
のみ行われるようにし、 前記深い拡散工程が、 リン酸ドーパントイオンを前記基板内に埋め込む工程
と、 結晶格子の欠点を除去し且つ前記リン酸ドーパントイオ
ンの少なくとも一部を拡散し得るように前記基板をアニ
ール処理する工程と、を備え、 （３） 更に、エピタキシャル成長法により、前記ホウ
素ドープしたシリコン基板、及び、リン酸をドープして
深く拡散させたシリコンの領域の表面上に、リン酸ドー
プしたシリコン層を所望の撓み部分の厚さに成長させる
工程と、 （４） 水酸化カリウムエッチャントにより、厚さｘの
比較的厚いボス構造体及び厚さｙの比較的薄い撓み部分
が残るように、ホウ素をドープしたシリコン材料をエッ
チング処理する工程と、 を備えることを特徴とする、シリコン内に埋め込んだボ
スダイヤフラム構造体を製造する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/833,417 | 1992-02-10 | ||
| US07/833,417 US6140143A (en) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | Method of producing a buried boss diaphragm structure in silicon |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343704A true JPH05343704A (ja) | 1993-12-24 |
| JP3451105B2 JP3451105B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=25264355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04466593A Expired - Lifetime JP3451105B2 (ja) | 1992-02-10 | 1993-02-09 | シリコン内に埋め込んだボスダイヤフラム構造体を製造する方法、及び、マイクロメカニカルデバイス |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6140143A (ja) |
| EP (1) | EP0556009A3 (ja) |
| JP (1) | JP3451105B2 (ja) |
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| US6561038B2 (en) | 2000-01-06 | 2003-05-13 | Rosemount Inc. | Sensor with fluid isolation barrier |
| US6520020B1 (en) | 2000-01-06 | 2003-02-18 | Rosemount Inc. | Method and apparatus for a direct bonded isolated pressure sensor |
| US6516671B2 (en) | 2000-01-06 | 2003-02-11 | Rosemount Inc. | Grain growth of electrical interconnection for microelectromechanical systems (MEMS) |
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