JPH0650986A - 引張膜利用型ダブル・ピン・センサ - Google Patents
引張膜利用型ダブル・ピン・センサInfo
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- JPH0650986A JPH0650986A JP5165013A JP16501393A JPH0650986A JP H0650986 A JPH0650986 A JP H0650986A JP 5165013 A JP5165013 A JP 5165013A JP 16501393 A JP16501393 A JP 16501393A JP H0650986 A JPH0650986 A JP H0650986A
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- B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
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- B81C2201/0163—Controlling internal stress of deposited layers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン基板１６の上に形成され、総合引張
強度を有する積層膜２７利用型のダブル・ピン微小機械
センサ１１。 【構成】 積層膜２７は、２つのポリシリコン層１９，
２１によって封止される窒化珪素層１８によって構成さ
れ、この窒化珪素層１８が、積層膜に対して総合張力を
与える。積層膜２７は、支柱１７によってシリコン基板
の上に支えられており、選択エッチングが施されてセン
サ１１，１３を形成する。
強度を有する積層膜２７利用型のダブル・ピン微小機械
センサ１１。 【構成】 積層膜２７は、２つのポリシリコン層１９，
２１によって封止される窒化珪素層１８によって構成さ
れ、この窒化珪素層１８が、積層膜に対して総合張力を
与える。積層膜２７は、支柱１７によってシリコン基板
の上に支えられており、選択エッチングが施されてセン
サ１１，１３を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に微小機械センサに
関し、具体的には正味の引張応力を有する積層膜利用型
ダブル・ピン微小機械センサに関する。
関し、具体的には正味の引張応力を有する積層膜利用型
ダブル・ピン微小機械センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】多種多様な微小機械センサでは、シリコ
ン基板の上に浮くように支えたプレートを使用してい
る。この種の微小機械センサは加速時計，プレッシャ・
センサなどを含む。プレートとシリコン基板の間の間隔
は、測定対象の力によって変化するようになっている。
間隔のこのような変化は通常、静電容量値の変化に正比
例しており、これを利用して、シリコン基板に対するプ
レートの動きを検出する。この種の表面微小機械コンデ
ンサでは、ゼロ入力静電容量値を制御できるように、表
面に対して平行を保つプレートが必要である。同様の形
式のセンサは、差動コンデンサを用いてプレートの位置
の変化を感知するために、またプレートの動きを最小限
に抑えるのに補償静電力を適用するために、閉ループ制
御システムを用いる。閉ループ制御システムを用いるセ
ンサはバネ定数に耐える力が強いが、可動プレートの中
心を、上部固定プレートと下部固定プレートの間に正確
に位置づける必要がある。また一般に動作位置決めシス
テムは、平行度を制御するために、センサのバネと幾何
学的設計に頼らざるを得ない。そのためバネ形状の結果
としてプレートが表面に対して平行を保つことが、閉ル
ープ制御システムではいっそう望ましい。
ン基板の上に浮くように支えたプレートを使用してい
る。この種の微小機械センサは加速時計，プレッシャ・
センサなどを含む。プレートとシリコン基板の間の間隔
は、測定対象の力によって変化するようになっている。
間隔のこのような変化は通常、静電容量値の変化に正比
例しており、これを利用して、シリコン基板に対するプ
レートの動きを検出する。この種の表面微小機械コンデ
ンサでは、ゼロ入力静電容量値を制御できるように、表
面に対して平行を保つプレートが必要である。同様の形
式のセンサは、差動コンデンサを用いてプレートの位置
の変化を感知するために、またプレートの動きを最小限
に抑えるのに補償静電力を適用するために、閉ループ制
御システムを用いる。閉ループ制御システムを用いるセ
ンサはバネ定数に耐える力が強いが、可動プレートの中
心を、上部固定プレートと下部固定プレートの間に正確
に位置づける必要がある。また一般に動作位置決めシス
テムは、平行度を制御するために、センサのバネと幾何
学的設計に頼らざるを得ない。そのためバネ形状の結果
としてプレートが表面に対して平行を保つことが、閉ル
ープ制御システムではいっそう望ましい。
【０００３】従来のセンサは通常、片側だけで支持した
構造、すなわち、「シングル・ピン」ビームであった。
これらシングル・ピン構造の平行度は、ポリシリコン膜
の垂直勾配の平衡をとることによって制御する。ポリシ
リコン膜の上部および下部の圧縮応力は、被着条件，焼
きなまし条件およびドーピング条件を調整することによ
って平衡をとる。前記の調整では、充分なバランスをと
り、しかも受入可能な強度を備えるように、応力を等し
くする制御を充分行うのは難しい。この問題のために動
的素子の最大寸法が制限され、製造が複雑化している。
張力がかかっている複数のサポートによって支えられて
いるダブル・ピン構造は本質的に、表面に対する平行度
が高い。この種のダブル・ピン構造では引張膜が必要で
あるが、ヘビー・ドープ・ポリシリコン膜は圧縮性を特
徴としている。その結果、導電度を与えるためにヘビー
・ドープされたポリシリコン膜は、このようなダブル・
ピン構造の製造に使用できない。
構造、すなわち、「シングル・ピン」ビームであった。
これらシングル・ピン構造の平行度は、ポリシリコン膜
の垂直勾配の平衡をとることによって制御する。ポリシ
リコン膜の上部および下部の圧縮応力は、被着条件，焼
きなまし条件およびドーピング条件を調整することによ
って平衡をとる。前記の調整では、充分なバランスをと
り、しかも受入可能な強度を備えるように、応力を等し
くする制御を充分行うのは難しい。この問題のために動
的素子の最大寸法が制限され、製造が複雑化している。
張力がかかっている複数のサポートによって支えられて
いるダブル・ピン構造は本質的に、表面に対する平行度
が高い。この種のダブル・ピン構造では引張膜が必要で
あるが、ヘビー・ドープ・ポリシリコン膜は圧縮性を特
徴としている。その結果、導電度を与えるためにヘビー
・ドープされたポリシリコン膜は、このようなダブル・
ピン構造の製造に使用できない。
【０００４】ポリシリコン膜製のビームを利用したダブ
ル・ピン構造は、"Polysilicon resonating beam trans
ducers" と題する米国特許第５，０９０，２５４号に記
載されており、この特許は1992年2 月25日にH. Guckel
らに付与され、Wisconsin Alumni Research Foundation
に譲渡されており、ここで引用により包含する。この特
許に記載しているポリシリコン膜は、通常、６８オング
ストローム／分の速度で被着した後、焼きなましを行っ
て引張応力がゼロもしくは低いビームを作る膜である。
この被着速度は通常、半導体製造に用いる被着速度１２
０オングストローム／分よりもかなり遅い。通常の２
０，０００オングストロームの厚さを有する膜を作る場
合、被着速度が遅いので、この被着工程だけで数時間よ
けいに時間がかかる。ここで必要な焼きなましは、一部
の半導体製造の必要条件と適合しない。またこの方法
は、実質的に非ドープのポリシリコンを使用しており、
別にドーピング工程を実行する必要がある。この方法で
は、膜応力が充分制御された構造、または高い引張応力
を有する構造を作れない。たとえば前記特許で開示され
た方法では、膜応力を充分制御して、膜内に張力および
剛性を有する被選択領域を形成することができない。
ル・ピン構造は、"Polysilicon resonating beam trans
ducers" と題する米国特許第５，０９０，２５４号に記
載されており、この特許は1992年2 月25日にH. Guckel
らに付与され、Wisconsin Alumni Research Foundation
に譲渡されており、ここで引用により包含する。この特
許に記載しているポリシリコン膜は、通常、６８オング
ストローム／分の速度で被着した後、焼きなましを行っ
て引張応力がゼロもしくは低いビームを作る膜である。
この被着速度は通常、半導体製造に用いる被着速度１２
０オングストローム／分よりもかなり遅い。通常の２
０，０００オングストロームの厚さを有する膜を作る場
合、被着速度が遅いので、この被着工程だけで数時間よ
けいに時間がかかる。ここで必要な焼きなましは、一部
の半導体製造の必要条件と適合しない。またこの方法
は、実質的に非ドープのポリシリコンを使用しており、
別にドーピング工程を実行する必要がある。この方法で
は、膜応力が充分制御された構造、または高い引張応力
を有する構造を作れない。たとえば前記特許で開示され
た方法では、膜応力を充分制御して、膜内に張力および
剛性を有する被選択領域を形成することができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】引張応力を示し、セン
サの製造に適した膜に対する必要性がある。膜は標準的
な半導体製造方法に対して適合性のあるもので、ヘビー
・ドープ・ポリシリコンを用い、通常用いられる光蝕刻
法技術によって所望のパターンに形成すべきである。
サの製造に適した膜に対する必要性がある。膜は標準的
な半導体製造方法に対して適合性のあるもので、ヘビー
・ドープ・ポリシリコンを用い、通常用いられる光蝕刻
法技術によって所望のパターンに形成すべきである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】要約すると、本発明は、
総合引張強度を有する積層膜を利用したダブル・ピン微
小機械センサを提供する。この積層膜は、２個のポリシ
リコン層によって封止される窒化珪素層によって構成さ
れる。またこの積層膜は、支柱によってシリコン基板の
上に支えられ、選択エッチングを施してセンサを形成す
る。
総合引張強度を有する積層膜を利用したダブル・ピン微
小機械センサを提供する。この積層膜は、２個のポリシ
リコン層によって封止される窒化珪素層によって構成さ
れる。またこの積層膜は、支柱によってシリコン基板の
上に支えられ、選択エッチングを施してセンサを形成す
る。
【０００７】
【実施例】図１は、本発明に基づく好適実施例として、
第１窒化珪素層２２をシリコン基板１６の上部表面に被
着しているシリコンの初期ウエハの断面図を示す。つい
で第１窒化珪素層２２をエッチングして接点開口部１４
を作る。
第１窒化珪素層２２をシリコン基板１６の上部表面に被
着しているシリコンの初期ウエハの断面図を示す。つい
で第１窒化珪素層２２をエッチングして接点開口部１４
を作る。
【０００８】図２は第１ポリシリコン層１０を有する図
１の初期ウエハの断面図を示す。第１ポリシリコン層１
０は約３，０００オングストロームの厚さに被着する。
第１ポリシリコン層１０に選択的エンチングを施して容
量性プレート３６，導電路２５，および複数のサポート
領域２０を形成する。第１ポリシリコン層１０を接点開
口部１４の中に被着して、導電路２５と、以前シリコン
基板１６の上に作られた複数の集積回路素子２８との間
に、電気接点を形成する。
１の初期ウエハの断面図を示す。第１ポリシリコン層１
０は約３，０００オングストロームの厚さに被着する。
第１ポリシリコン層１０に選択的エンチングを施して容
量性プレート３６，導電路２５，および複数のサポート
領域２０を形成する。第１ポリシリコン層１０を接点開
口部１４の中に被着して、導電路２５と、以前シリコン
基板１６の上に作られた複数の集積回路素子２８との間
に、電気接点を形成する。
【０００９】図３は、図２の初期ウエハについて、窒化
珪素層２２の上部にＰＳＧ層２３を被着した後の断面図
を示したものである。ＰＳＧ層２３はホスホシリケート
・ガラス（phosphosilicate glass ）であり、これを２
０，０００オングストロームの厚さに被着する。ＰＳＧ
層２３に選択エッチングを施して複数のサポート開口部
２４を提供する。
珪素層２２の上部にＰＳＧ層２３を被着した後の断面図
を示したものである。ＰＳＧ層２３はホスホシリケート
・ガラス（phosphosilicate glass ）であり、これを２
０，０００オングストロームの厚さに被着する。ＰＳＧ
層２３に選択エッチングを施して複数のサポート開口部
２４を提供する。
【００１０】図４は、図３のウエハについて、第２ポリ
シリコン層１９，第２窒化珪素層１８および第３ポリシ
リコン層２１が積層膜２７を形成した後の断面図を示
す。厚さ約５，０００オングストロームのポリシリコン
をＰＳＧ層の上に被着して第２ポリシリコン層１９を形
成する。第２窒化珪素層１８は第２ポリシリコン層１９
の上に約３，０００オングストロームの厚さに被着す
る。同様に厚さ約５，０００オングストロームの第３ポ
リシリコン層２１を第２窒化珪素層１８の上に被着し
て、第２窒化珪素層１８を封止する。第２ポリシリコン
層１９および第３ポリシリコン層２１は、導電度を与え
るためにヘビー・ドープする。第２ポリシリコン層１９
がサポート開口部２４の中に被着されると、複数の支柱
１７が形成される。電気接点１５および導電路２５を用
いて、第２ポリシリコン層１９を、集積回路素子２８お
よび容量性プレート３６と電気的に結合する。
シリコン層１９，第２窒化珪素層１８および第３ポリシ
リコン層２１が積層膜２７を形成した後の断面図を示
す。厚さ約５，０００オングストロームのポリシリコン
をＰＳＧ層の上に被着して第２ポリシリコン層１９を形
成する。第２窒化珪素層１８は第２ポリシリコン層１９
の上に約３，０００オングストロームの厚さに被着す
る。同様に厚さ約５，０００オングストロームの第３ポ
リシリコン層２１を第２窒化珪素層１８の上に被着し
て、第２窒化珪素層１８を封止する。第２ポリシリコン
層１９および第３ポリシリコン層２１は、導電度を与え
るためにヘビー・ドープする。第２ポリシリコン層１９
がサポート開口部２４の中に被着されると、複数の支柱
１７が形成される。電気接点１５および導電路２５を用
いて、第２ポリシリコン層１９を、集積回路素子２８お
よび容量性プレート３６と電気的に結合する。
【００１１】本発明に基づく代替的実施例では、光蝕刻
法およびエッチングを用いて第３ポリシリコン層２１を
被着する前に、予め所定の領域から第２窒化珪素層１８
を除去する。このようにすると、積層膜は、第２ポリシ
リコン層１９と第３ポリシリコン層２１だけで構成され
る所定の領域を有する形で製造される。第２窒化珪素層
１８は積層膜２７の内側に引張力を与えるので、その結
果、張力のかかっている所定の領域と、圧縮力もしくは
剛性が低い所定の領域とを有する積層膜ができる。
法およびエッチングを用いて第３ポリシリコン層２１を
被着する前に、予め所定の領域から第２窒化珪素層１８
を除去する。このようにすると、積層膜は、第２ポリシ
リコン層１９と第３ポリシリコン層２１だけで構成され
る所定の領域を有する形で製造される。第２窒化珪素層
１８は積層膜２７の内側に引張力を与えるので、その結
果、張力のかかっている所定の領域と、圧縮力もしくは
剛性が低い所定の領域とを有する積層膜ができる。
【００１２】図５は、図４のウエハについて、光蝕刻法
によって積層膜２７をパターン化しエッチングを施して
所望の形状にした後の断面図を示す。
によって積層膜２７をパターン化しエッチングを施して
所望の形状にした後の断面図を示す。
【００１３】図６は、図５のウエハについて、ＰＳＧ層
２３を除去した後の断面図を示す。ＰＳＧ層２３を除去
すると、第２ポリシリコン層１９と第１窒化珪素層２２
との間に間隙２６が残る。積層膜２７は、第１窒化珪素
層２２の上にあって、間隙２６にまたがる構造の中に形
成される。第２窒化珪素層１８の引張応力が、第２ポリ
シリコン層１９および第３ポリシリコン層２１の圧縮力
に勝って、積層膜２７を総合張力のかかった状態にす
る。
２３を除去した後の断面図を示す。ＰＳＧ層２３を除去
すると、第２ポリシリコン層１９と第１窒化珪素層２２
との間に間隙２６が残る。積層膜２７は、第１窒化珪素
層２２の上にあって、間隙２６にまたがる構造の中に形
成される。第２窒化珪素層１８の引張応力が、第２ポリ
シリコン層１９および第３ポリシリコン層２１の圧縮力
に勝って、積層膜２７を総合張力のかかった状態にす
る。
【００１４】図７は、本発明に基づく好適実施例とし
て、積層膜２７を利用したダブル・ピン・センサの上面
図を示す。センサ・プレート１１および複数のビーム１
３は、積層膜２７の選択エッチングによって形成され
る。センサ・プレート１１は、複数のビーム１３によっ
て第１窒化珪素層２２の上に吊るされており、ビーム１
３からの引張力によって適所に保持される。プレート１
１の中に複数の孔１２が形成されていて、製造中のエッ
チング剤の流れを良くする。支柱１７は第１窒化珪素層
２２の上部表面に付着されて、ビーム１３を適所に保持
する働きをする。好適実施例では、図に示すように４個
のビーム１３を使用している。このような形状とビーム
１３からの張力とが相俟って、センサ・プレート１１を
支えており、このプレートは第１窒化珪素層２２に対し
て本質的に平行になる。センサ・プレート１１は１個の
ビーム１３に電気的に結合されており、このビームは支
柱１７に電気的に結合される。支柱１７はさらに導電路
２５（図６）に対する電気接点となり、このため電気接
点１５（図６）を介して集積回路素子２８（図６）に対
する電気接点となる。センサ・プレート１１の垂直の動
きは、容量性プレート３６（図６）とセンサ・プレート
１１との間の静電容量の変化を感知することによって検
出され、これを測定対象の力の基準にする。
て、積層膜２７を利用したダブル・ピン・センサの上面
図を示す。センサ・プレート１１および複数のビーム１
３は、積層膜２７の選択エッチングによって形成され
る。センサ・プレート１１は、複数のビーム１３によっ
て第１窒化珪素層２２の上に吊るされており、ビーム１
３からの引張力によって適所に保持される。プレート１
１の中に複数の孔１２が形成されていて、製造中のエッ
チング剤の流れを良くする。支柱１７は第１窒化珪素層
２２の上部表面に付着されて、ビーム１３を適所に保持
する働きをする。好適実施例では、図に示すように４個
のビーム１３を使用している。このような形状とビーム
１３からの張力とが相俟って、センサ・プレート１１を
支えており、このプレートは第１窒化珪素層２２に対し
て本質的に平行になる。センサ・プレート１１は１個の
ビーム１３に電気的に結合されており、このビームは支
柱１７に電気的に結合される。支柱１７はさらに導電路
２５（図６）に対する電気接点となり、このため電気接
点１５（図６）を介して集積回路素子２８（図６）に対
する電気接点となる。センサ・プレート１１の垂直の動
きは、容量性プレート３６（図６）とセンサ・プレート
１１との間の静電容量の変化を感知することによって検
出され、これを測定対象の力の基準にする。
【００１５】本発明の代替的な好適実施例では、４つ目
のポリシリコン層を付加して、センサ・プレート１１の
上にもう一つ容量性プレートを形成して、差動センシン
グを使用できるようにしている。分かりやすくするた
め、２個目の容量性プレートは図示していない。もう一
つの代替的実施例では、第１ポリシリコン層１０を省い
ており、ＰＳＧ層２３を第１窒化珪素層２２の上に直接
被着している。この実施例では、集積回路素子２８に対
する電気接点は、第２ポリシリコン層１９から直接作
る。ついで容量性プレート３６は、導電領域を、プレー
ト１１の下にあるシリコン基板１６の表面上に拡散する
ことによって形成する。
のポリシリコン層を付加して、センサ・プレート１１の
上にもう一つ容量性プレートを形成して、差動センシン
グを使用できるようにしている。分かりやすくするた
め、２個目の容量性プレートは図示していない。もう一
つの代替的実施例では、第１ポリシリコン層１０を省い
ており、ＰＳＧ層２３を第１窒化珪素層２２の上に直接
被着している。この実施例では、集積回路素子２８に対
する電気接点は、第２ポリシリコン層１９から直接作
る。ついで容量性プレート３６は、導電領域を、プレー
ト１１の下にあるシリコン基板１６の表面上に拡散する
ことによって形成する。
【００１６】図８は、本発明に基づく代替的実施例とし
て、第１導電センサ・プレート３１，第２導電センサ・
プレート３２，第３導電センサ・プレート３３および第
４導電センサ・プレート３４を有するダブル・ピン・セ
ンサ２９の断面図を示したものである。ダブル・ピン・
センサ２９は４個のビーム１３を有する実施例を使用し
ており、断面図では、この内２個のビームだけを示して
いる。積層膜（図４）を被着している間、第２ポリシリ
コン層１９および第３ポリシリコン層２１を積層膜から
除去して、第２窒化珪素層１８だけで構成される領域を
残す。第２窒化珪素層１８だけで構成される領域は、第
２ポリシリコン層１９および第３ポリシリコン層２１
を、相互に電気的に分離されている複数の導電領域に分
割する働きをする。第２窒化珪素層１８は、第２ポリシ
リコン層１９および第３ポリシリコン層２１の端部まで
延在していて、第２ポリシリコン層１９を第３ポリシリ
コン層２１から電気的に分離する。このようにすると、
第２ポリシリコン層１９がパターン化されて、第１導電
センサ・プレート３１および第２導電センサ・プレート
３２を形成し、これらセンサ・プレートはそれぞれ、ビ
ーム１３の一つによって構成される第２ポリシリコン層
１９の一部を介して、外部回路に電気的に結合されてい
る。同様に、第３ポリシリコン層２１もパターン化され
て、第３導電センサ・プレート３３および第４導電セン
サ・プレート３４を形成し、これらセンサ・プレートは
それぞれ、ビム１３の一つによって構成される第３ポリ
シリコン層２１の一部を介して、外部回路に電気的に結
合されている。
て、第１導電センサ・プレート３１，第２導電センサ・
プレート３２，第３導電センサ・プレート３３および第
４導電センサ・プレート３４を有するダブル・ピン・セ
ンサ２９の断面図を示したものである。ダブル・ピン・
センサ２９は４個のビーム１３を有する実施例を使用し
ており、断面図では、この内２個のビームだけを示して
いる。積層膜（図４）を被着している間、第２ポリシリ
コン層１９および第３ポリシリコン層２１を積層膜から
除去して、第２窒化珪素層１８だけで構成される領域を
残す。第２窒化珪素層１８だけで構成される領域は、第
２ポリシリコン層１９および第３ポリシリコン層２１
を、相互に電気的に分離されている複数の導電領域に分
割する働きをする。第２窒化珪素層１８は、第２ポリシ
リコン層１９および第３ポリシリコン層２１の端部まで
延在していて、第２ポリシリコン層１９を第３ポリシリ
コン層２１から電気的に分離する。このようにすると、
第２ポリシリコン層１９がパターン化されて、第１導電
センサ・プレート３１および第２導電センサ・プレート
３２を形成し、これらセンサ・プレートはそれぞれ、ビ
ーム１３の一つによって構成される第２ポリシリコン層
１９の一部を介して、外部回路に電気的に結合されてい
る。同様に、第３ポリシリコン層２１もパターン化され
て、第３導電センサ・プレート３３および第４導電セン
サ・プレート３４を形成し、これらセンサ・プレートは
それぞれ、ビム１３の一つによって構成される第３ポリ
シリコン層２１の一部を介して、外部回路に電気的に結
合されている。
【００１７】本発明は、センサの製造に適した、正味の
引張応力を示す膜を提供する。この膜は通常用いられる
半導体製造方法に対して適合性があり、通常用いられる
光蝕刻法によって所望のパターンに形成できる。この膜
を用いれば、張力および剛性を有する被選択領域を持つ
構造を作ることができる。また複数の独立した導電領域
を有するセンサ・プレートを形成できる。
引張応力を示す膜を提供する。この膜は通常用いられる
半導体製造方法に対して適合性があり、通常用いられる
光蝕刻法によって所望のパターンに形成できる。この膜
を用いれば、張力および剛性を有する被選択領域を持つ
構造を作ることができる。また複数の独立した導電領域
を有するセンサ・プレートを形成できる。
【図１】初期ウエハの断面図を示す。
【図２】ポリシリコン層がパターン化された図１の初期
ウエハの断面図を示す。
ウエハの断面図を示す。
【図３】ＰＳＧ層がパターン化された図２の初期ウエハ
の断面図を示す。
の断面図を示す。
【図４】図３のウエハについて、積層膜を形成した後の
断面図を示す。
断面図を示す。
【図５】図４のウエハについて、積層膜をパターン化し
た後の断面図を示す。
た後の断面図を示す。
【図６】図５のウエハについて、ＰＳＧ層を除去した後
の断面図を示す。
の断面図を示す。
【図７】図６の構造を用いて製造したダブル・ピン・セ
ンサの上面図を示す。
ンサの上面図を示す。
【図８】２個の導電センサ・プレートを有するダブル・
ピン・センサの断面図を示す。
ピン・センサの断面図を示す。
１０ 第１ポリシリコン層 １１ センサ・プレート １２ 開口部 １３ ビーム １４ 接点開口部 １５ 電気接点 １６ シリコン基板 １７ 支柱 １８ 第２窒化珪素層 １９ 第２ポリシリコン層 ２０ サポート領域 ２１ 第３ポリシリコン層 ２２ 第１窒化珪素層 ２４ サポート開口部 ２５ 導電路 ２６ 間隙 ２７ 積層膜 ２８ 集積回路素子 ２９ ダブル・ピン・センサ ３１ 第１導電センサ・プレート ３２ 第２導電センサ・プレート ３３ 第３導電センサ・プレート ３４ 第４導電センサ・プレート ３６ 容量性プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド・ジェイ・ガタリッジ アメリカ合衆国アリゾナ州パラダイス・バ レー、エヌ・サーティナインス・ストリー ト5816 (72)発明者 リュビザ・リスティック アメリカ合衆国アリゾナ州パラダイス・バ レー、イー・サファイア・レーン5509
Claims (9)
- 【請求項１】 引張膜利用型ダブル・ピン・センサであ
って、前記センサは：シリコン基板；前記シリコン基板
の上の第１窒化珪素層；前記第１窒化珪素層の上にあっ
て、容量性プレート，導電路，および複数のサポート領
域を形成するためにパターン化されている第１ポリシリ
コン層；第２ポリシリコン層であって、前記第２ポリシ
リコン層はヘビー・ドープ（heavily doped ）されてお
り、前記第１ポリシリコン層の上にあって、サポート領
域に結合された複数の支柱によって、前記第１ポリシリ
コン層の上に支えられている第２ポリシリコン層；前記
第２ポリシリコン層の上にある第２窒化珪素層；第３ポ
リシリコン層であって、前記第３ポリシリコン層はヘビ
ー・ドープされており、前記第２ポリシリコン層と前記
第３ポリシリコン層の間の前記第２窒化珪素層を全面的
に封止して、前記第２ポリシリコン層，前記第２窒化珪
素層および前記第３ポリシリコン層が、総合引張応力を
持った、ウエハ全体に延在する導電積層膜を形成する第
３ポリシリコン層；総合引張応力と、前記導電積層膜の
選択エッチングによって形成されるセンサ・プレートと
を有する複数の導電ビームであって、前記導電ビーム
は、前記第１窒化珪素層の上に、前記センサ・プレート
を所定位置で支える働きをする複数の導電ビーム；およ
び前記支柱および前記導電ビームを含む導電路であっ
て、前記導電路は前記センサ・プレートを、前記シリコ
ン基板上に作られた複数の集積回路素子に電気的に結合
する働きをする導電路；によって構成されることを特徴
とする引張膜利用型ダブル・ピン・センサ。 - 【請求項２】 引張膜利用型ダブル・ピン・センサであ
って、前記センサは：シリコン基板；前記シリコン基板
の上の第１窒化珪素層；前記第１窒化珪素層の上にあっ
て、容量性プレート，導電路および複数のサポート領域
を形成するためにパターン化されている第１ポリシリコ
ン層；前記第１ポリシリコン層の上にあって、複数の支
柱によって前記第１ポリシリコン層から分離されてい
て、所定の高さの間隙にまたがるように構造が形成され
ている第２ポリシリコン層；前記第２ポリシリコン層の
上にある第２窒化珪素層；および前記第２ポリシリコン
層と前記第３ポリシリコン層の間の前記第２窒化珪素層
を封止して、前記第２ポリシリコン層，前記第２窒化珪
素層および前記第３ポリシリコン層が、総合引張応力を
有する積層膜を形成する第２ポリシリコン層；によって
構成されることを特徴とする引張膜利用型ダブル・ピン
・センサ。 - 【請求項３】 請求項２記載の引張膜利用型ダブル・ピ
ン・センサであって、前記センサはさらに：センサ・プ
レートを支える引張応力を有する複数のビームであっ
て、前記ビームおよび前記センサ・プレートは、前記積
層膜の選択エッチングによって形成されている複数のビ
ーム；によって構成されることを特徴とする引張膜利用
型ダブル・ピン・センサ。 - 【請求項４】 請求項３記載の引張膜利用型ダブル・ピ
ン・センサであって、前記センサはさらに：前記センサ
・プレートの一部として作られた電気的に分離された領
域によって分離されている、前記第２ポリシリコン層お
よび前記第３ポリシリコン層の所定の領域から形成され
ている複数の導電領域；によって構成されることを特徴
とする引張膜利用型ダブル・ピン・センサ。 - 【請求項５】 センサ・プレートは、前記第２窒化珪素
層に選択エッチングを施して、前記センサ・プレートに
よって構成される前記積層膜の一部から、前記第２窒化
珪素層を除去することによって形成される剛性構造であ
ることを特徴とする請求項３記載の引張膜利用型ダブル
・ピン・センサ。 - 【請求項６】 請求項２記載の引張膜利用型ダブル・ピ
ン・センサであって、前記センサはさらに：前記第２ポ
リシリコン層と、前記シリコン基板の上に作られた複数
の集積回路素子との間の電気的結合であって、前記電気
的結合は前記複数の集積回路回路素子に対して電気接点
を作る前記支柱の１つによって提供される電気的結合；
によって構成されることを特徴とする引張膜利用型ダブ
ル・ピン・センサ。 - 【請求項７】 引張膜利用型ダブル・ピン・センサを製
造する方法であって、前記製造方法は：シリコン基板を
設ける段階；前記シリコン基板の上に第１窒化珪素層を
被着する段階；前記第１窒化珪素層の上にＰＳＧ層を被
着する段階；前記ＰＳＧ層を介して複数のサポート開口
部を形成する段階；前記第１窒化珪素層から前記シリコ
ン基板に及ぶ所定のサポート開口部をさらに延在させる
ことによって、接点開口部を形成する段階；前記ＰＳＧ
層の上に第２ポリシリコン層を被着する段階；前記複数
のサポート開口部を前記第２ポリシリコン層で充填する
ことによって形成される複数の支柱によって、前記第２
ポリシリコン層を前記第１窒化珪素層に付着する段階；
前記接点開口部を、前記第２ポリシリコン層によって充
填することによって、前記シリコン基板と前記第２ポリ
シリコン層との間に、電気接点を作る段階；前記第２ポ
リシリコン層の上に、第２窒化珪素層を被着する段階；
前記第２ポリシリコン層と前記第３ポリシリコン層との
間の前記窒化珪素を封止して、総合引張応力を有する積
層膜を形成するように、第３ポリシリコン層を被着する
段階；前記積層膜を光蝕刻法によってパターン化する段
階；前記積層膜に選択エッチングを施して、複数のビー
ムによって支えられるセンサ・プレートを形成する段
階；および前記積層膜が、所定の高さの間隙にまたがる
ように、前記ＰＳＧ層を除去する段階；によって構成さ
れることを特徴とする、引張膜利用型ダブル・ピン・セ
ンサを製造する方法。 - 【請求項８】 請求項７記載の引張膜利用型ダブル・ピ
ン・センサを製造する方法であって、前記製造方法はさ
らに：前記第２窒化珪素層に選択エッチングを施して、
所定の引張応力領域と所定の剛性領域を有する積層膜を
作る段階；によって構成されることを特徴とする、引張
膜利用型ダブル・ピン・センサを製造する方法。 - 【請求項９】 請求項７記載の引張膜利用型ダブル・ピ
ン・センサを製造する方法であって、前記製造方法はさ
らに：前記ＰＳＧ層を被着する前に、前記第１窒化珪素
層の上に第１ポリシリコン層を被着する段階；によって
構成されることを特徴とする、引張膜利用型ダブル・ピ
ン・センサを製造する方法。
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|---|---|---|---|
| US899972 | 1992-06-17 | ||
| US07/899,972 US5241864A (en) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | Double pinned sensor utilizing a tensile film |
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|---|---|
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| JP3080124B2 JP3080124B2 (ja) | 2000-08-21 |
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- 1993-05-10 DE DE69313031T patent/DE69313031T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-11 JP JP05165013A patent/JP3080124B2/ja not_active Expired - Fee Related
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