JPH077161A - マイクロ加工された静電容量形表面差圧センサ - Google Patents

マイクロ加工された静電容量形表面差圧センサ

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JPH077161A
JPH077161A JP5324832A JP32483293A JPH077161A JP H077161 A JPH077161 A JP H077161A JP 5324832 A JP5324832 A JP 5324832A JP 32483293 A JP32483293 A JP 32483293A JP H077161 A JPH077161 A JP H077161A
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diaphragm
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Carlos H Mastrangelo
ホラシオ マストランジェロ カルロス
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 毛管力による有害な効果のない、乾式除去法
で製造されるマイクロ構造体による、静電容量形差圧セ
ンサおよびその製造法を提供する。 【構成】 第１エッチング停止層を定めるために、基板
の中に添加材料が選択的に注入され、この上に半導体材
料の表面層が沈着されて、ダイアフラム領域が定められ
る。その上に不動態化導電体層が沈着されて、ダイアフ
ラム電極が作成される。ダイアフラム領域の上に犠牲層
が選択的に沈着される。導電体構造層が表面層に固定さ
れて、第２電極が作成される。選択的エッチングによ
り、第１エッチング停止層で終端する裏側開口部が作成
される。第１エッチング停止層が除去される。少なくと
も１つの一時的ポストが、構造体層から表面層に向けて
延長されて作成される。犠牲層が除去され、その後、一
時的ポストが除去される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本出願は、「ＤＲＹ−ＲＥＬＥＡ
ＳＥ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＳＡＣＲＩＦＩＣＩＡＬ
ＬＡＹＥＲ ＭＩＣＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＡＢ
ＲＩＣＡＴＩＯＮ」と題する、１９９２年１１月１２日
受付けの特許出願シリアル番号０７／９７４，５７０号
の一部継続出願である。
【０００２】
【従来の技術およびその問題点】マイクロ構造体を作成
するために、先ず、犠牲層が基板の上に沈着されなけれ
ばならない。その後、構成部品または構成層がこの犠牲
層の上に沈着される。次に、犠牲層が除去される。その
結果、基板に取り付けられているが、しかし、基板から
は離れている、構成部品を備えた基板が後に残る。最
近、犠牲層を除去するのに２種類の工程が用いられてい
る。１つの種類の工程は、湿式除去法であり、そして、
他の種類の工程は、乾式除去法である。けれども、それ
ぞれの方法において、種々の問題点が存在する。
【０００３】典型的な湿式除去法では、犠牲層を除去す
るために、エッチング溶液またはエッチング剤が、基板
と構造体層との間に作用する。その後、犠牲層はリンス
溶液により洗浄される。エッチング溶液およびリンス溶
液が基板と構造体層との間の小さな隙間から蒸発する
際、これらの２つの間に強い毛管力が生ずる。構造体層
の下に捕らえられている液体の体積が蒸発により減少す
る時、毛管力はさらに強くなる。これらの毛管力の作用
の結果、構造体層は基板の表面に向かって偏向を始め
る。もし毛管力が十分に強いならば、そして、構造体層
が十分に弱いならば、構造体層は、それが基板に接触す
る点まで偏向する。この点にまで偏向すると、固体間力
が最も強く働き、そして、構造体層は基板に永久的にピ
ン止めされる。したがって、湿式除去技術に付随する毛
管力の破壊効果を防止する新しい方法が要請されてい
る。
【０００４】毛管力の破壊効果により生ずる問題点を解
決するために、乾式除去法が開発された。犠牲層を除去
するための乾式除去法は、毛管力による問題点を生じな
いが、この方法はそれ自身別個の欠点を有している。例
えば、Ｓａｉｋｉ名の米国特許第３，８４６，１６６号
に開示されている乾式除去法は、犠牲樹脂層の上に構造
体層を沈着することを必要とする。けれども、樹脂は低
い温度（例えば、３００〜４００℃）で溶融するから、
または、劣化するから、さらに高い沈着温度を必要とす
るがしかし構造体層としては好ましい、多くの材料は、
こわれやすい犠牲樹脂層の上に沈着することができな
い。例えば、マイクロ構造体として好ましい材料である
ポリシリコンは、沈着のために、約６００℃の温度が必
要である。
【０００５】同様に、Ｂｌｙ名の米国特許第４，８４
９，０７０号は、犠牲層を除去するための乾式除去法を
開示している。この方法では、構造体層が固体層の上に
作成され、そして、後で昇華により構造体層が除去され
る。けれども、構造体層材料の選定は、再び、低温度材
料に限定される。それは、高温度材料は、昇華可能な材
料を、沈着の前に消滅させてしまうからである。さら
に、Ｂｌｙは、構造体層を基板の上に支持し、かつ、完
成したマイクロ構造体の一部分となる、永久的ポストを
開示している。けれども、このような永久的ポストを用
いないマイクロ構造体が、多くの応用において要請され
ている。
【０００６】当業者に周知である他の乾式除去法には、
液体凍結および昇華の方法、および、フォトレジスト再
充填およびプラズマ・エッチングの方法がある。これら
の方法はまた、それ自身の欠点および一定の環境の下で
の制限を有する。液体凍結および昇華法は信頼性が小さ
く、そして、制御が困難である。構造体層と基板との間
の液体が凍結すると、体積が増加するという結果を生
じ、それにより、マイクロ構造体が破砕されることがあ
る。フォトレジスト再充填およびプラズマ・エッチング
法は、実行が困難である。その主要な理由は、時間がか
かることであり、そして、コストの高い溶液の混合体が
必要であるからである。
【０００７】Ｇｕｃｋｅｌほか名の米国特許第４，７４
４，８６３号は、大きな二酸化シリコン・ポストの上
に、または、中央領域から外側端部に向かう小さな畝を
有する格子の上に、多結晶シリコン層を沈着することに
より作成される空洞構造体と関連して、ピエゾ抵抗セン
サを使用することを開示している。このポリシリコン層
は、畝の外側端部を露出するために、マスクされ、そし
て、エッチングされる。その後、この構造体の全体が、
畝とポストを除去するがしかし基板は除去しない、エッ
チング剤の中に浸される。次に、ポリシリコンまたは窒
化シリコンにより、この空洞が封止される。コラム６に
おいて、静電容量性変形センシングを利用する概念が、
１つの別の方法として触れられているが、しかし、詳細
には開示されていない。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】したがって、本発明の
主要な目的は、湿式エッチング技術の結果として生ずる
毛管力により起こることがある破壊効果を避けることが
でき、および、異なる構造体層材料をその上に沈着する
ことができる犠牲層を使用した犠牲マイクロ構造体製造
に対し、乾式除去法により製造される、静電容量形差圧
センサを得ることである。
【０００９】本発明の乾式除去法は、犠牲層の湿式エッ
チングの間、構造体層を支持する一時的ポストまたは柱
を作成する。これらのポストまたは柱は、ポリマで作成
されることが好ましい。これらのポストまたは柱は、エ
ッチング溶液およびリンス溶液が蒸発する時、毛管力に
よって、構造体層が基板に向けて引っ張られるのを防止
する。したがって、構造体層の変形、および、構造体層
の基板に対する好ましくない永久的ピン止め、が避けら
れる。一時的ポストまたは柱は、湿式エッチング段階の
期間中、基板から構造体層に延長して存在する。そし
て、犠牲層が除去された後、一時的ポストまたは柱は、
プラズマによる乾式エッチングにより除去され、それに
より、ポストまたは柱のないマイクロ構造体が得られ
る。プラズマによる乾式エッチングのこの段階は、液体
を必要としない。したがって、毛管力は存在しなく、そ
して、この段階の期間中、付加的な支持体は必要でな
い。
【００１０】半導体基板の上にマイクロ加工された差圧
センサを製造する方法は、第１エッチング停止層を定め
るために、基板の中に添加材料を選択的に注入する段階
を有する。その後、第１エッチング停止層を被覆するた
めに、基板の上に、半導体材料の表面層が沈着され、そ
れにより、ダイアフラム領域が定められる。ダイアフラ
ム領域の上に不動態化導電体層が沈着され、それによ
り、ダイアフラム電極が定められる。ダイアフラム領域
の上に、犠牲層が選択的に沈着される。犠牲層が基板と
構造体層との間に配置されるように、導電性構造体層が
表面層に固定され、それにより、第２電極が作成され
る。この構造体層と反対の側から基板が選択的にエッチ
ングされ、それにより、第１エッチング停止層で終端す
る裏側開口部が作成される。その後、裏側開口部がダイ
アフラム層と結合するように、第１エッチング停止層が
除去される。少なくとも１つの一時的ポストが、構造体
層から表面層に向けて延長するように作成され、それに
より、それらの間での偏向が排除される。犠牲層が除去
され、そしてその後、一時的ポストが除去される。その
結果得られる差圧センサは、裏側開口部から圧力が作用
してダイアフラムの偏向が起こり、そして、第１電極と
第２電極との間の静電容量値に対応する変化が生ずる
時、出力静電容量値が変動する。ダイアフラムを有しな
いで構成された基準コンデンサがまた、この圧力センサ
に隣接して、基板の上に備えられる。
【００１１】
【実施例】本発明の他の目的、特徴、および、利点は、
下記説明および添付図面により明らかになるであろう。
【００１２】本発明は、ウエハ接合技術を用いることな
く製造することができ、かつ、液体圧力および気体圧力
の測定に適した、マイクロ加工された静電容量形表面セ
ンサに関する。
【００１３】本発明の圧力センサは、エンジン・オイ
ル、懸架装置オイル、および、伝動装置オイルのような
液体の差圧を測定するのに対して最適である。図１に示
されているように、このように設計された装置は、２個
の極板を有する空気誘電体コンデンサを有する。１つの
極板は、圧力によって機械的に変形するダイアフラムで
ある。このダイアフラムが圧力によって変形すると、空
隙が小さくなり、そして、その静電容量値が変化する。
液体の圧力は、圧力口を通して、ダイアフラムの裏側に
加わる。ダイアフラムの偏向を相対的に測定するため
に、このトランスジューサに隣接して、整合用コンデン
サが備えられる。この設計では、移動する電極に単結晶
シリコン・ダイアフラムが用いられ、そして、固定用電
極にポリシリコンが用いられる。この設計では、アナロ
グ・ダイアフラムのために、単結晶シリコンの機械的性
質に関する高い品質と高い再現性とを活用し、そして、
懸架装置の製造に対し、ポリシリコンのマイクロ加工に
対する適応性を活用する。空隙による分離距離は１マイ
クロメートル以下であり、それにより、この装置の静電
容量値は数ピコファラドとなる。この静電容量値は、オ
フ・チップ回路を用いて検出するのに十分な大きさであ
る。
【００１４】図２に示されているように、電極のための
４個の接合用パッドａ、ｂ、ｃ、および、ｄは、チップ
の同じ側に配置される。このことにより、チップと検出
回路との相互接続が容易になる。これらの装置は、圧力
特性に関して、それらの静電容量値を較正しなくても、
±１０％の誤差の範囲内で製造することができる。この
製造精度と再現性とにより、このセンサのコストが大幅
に低下する。
【００１５】
【設計の例】この装置の設計の例として、エンジン・オ
イル圧力センサに対する応用例が示される。この場合、
４個の主要な設計変数がある。すなわち、ダイアフラム
の幅ｗ、ダイアフラムの厚さｔ、電極の間隔距離ｄ、お
よび、固定電極の厚さｓである。センサはいくつかの設
計基準を満たさなければならない。すなわち、（イ）セ
ンサの静電容量値は、指定された最小値Ｃmin 以上でな
ければならない。（ロ）装置は全圧力領域Ｐr を有しな
ければならなく、そして、装置は過大圧力Ｐovに耐える
ことができなければならない。（ハ）上側ポリシリコン
極板の引込み電圧はＶpminより大きくなければならな
い。（ニ）工程の変化による負荷偏向曲線の変化可能範
囲は、閾値εo 以下でなければならない。さらに、製造
コストをできるだけ低くするために、面積領域およびそ
のコストは最小でなければならない。
【００１６】圧力設計の問題は、均等な制約および不均
等な制約を有する、１つの最適化問題である。残留する
応力を無視するならば、ダイアフラムの中央偏向ｚm 曲
線を決定する方程式は、下記の式（１）および式（２）
により与えられる。
【００１７】
【数１】
【００１８】ここで、Ｄは極板の曲げ剛性率である。ダ
イアフラムが上側電極に突き当たることを防止するため
に、全圧力領域において、ダイアフラムがこの電極に接
触することがほとんどないように、空隙距離ｄが選定さ
れる。したがって、ｄ＝ｚm（Ｐr ）である。すなわ
ち、下記の式が得られる。
【００１９】
【数２】
【００２０】ダイアフラムの中の最大応力の位置は、４
つの辺の中点である。この最大応力は、過大圧力Ｐovに
おいての破壊応力σf より小さくなければならない。こ
のことにより、ダイアフラムの縦横比に関する１つの制
約が得られる。
【００２１】
【数３】
【００２２】ここで、βは約０．３１であり、そして、
単結晶シリコンに対し、σf は安全値として約６００Ｍ
Ｐａに等しく選定される。センサの静電容量値は、下記
の式で与えられる。
【００２３】
【数４】
【００２４】コンデンサの引込み電圧は、極板間の電気
力が十分に強くなってコンデンサが潰れてしまう電圧で
ある。この構造体では、上側電極はダイアフラムよりも
弱くできており、したがって、上側電極がこの引込み電
圧を決定する。締金で止められた厚さｓの弾性体極板の
引込み電圧は、下記の式で与えられる。
【００２５】
【数５】
【００２６】式（３）から次の式（６）までを用いて、
最大偏向の全相対誤差は、下記の式で与えられる。
【００２７】
【数６】
【００２８】装置の面積領域をできるだけ小さくするこ
とは、装置のコストをできるだけ低くすることと同じこ
とである。この面積領域には、ダイアフラムの面積領域
と共に、その周りのリムをも考慮しなければならない。
センサと基準コンデンサとを加えたチップの全面積領域
は、下記の式で与えられる。
【００２９】
【数７】
【００３０】ここで、ｔw はウエハの厚さ、ｒはチップ
の外側リム、ｃはダイシング刃の厚さである。実際の最
適化は、数値的に実行されるのが最もよい。けれども、
それをグラフ方式で実行するのは有益である。式（２）
は設計変数の１つを消去し、３つの設計変数だけが残
る。また、式（５）は、引込み電圧を最大にするため
に、固定電極はできる限り厚く作成されなければならな
いことを示している。このようにして、２個の設計変
数、すなわち、ダイアフラムの幅ｗおよびダイアフラム
の厚さｔ、だけが残る。可能な設計領域が、図３のｗ−
ｔ平面の中に示されている。この平面の中に、種々の制
約により決定される曲線が示されている。
【００３１】これらの曲線は、可能な設計領域の境界線
である。式（３）は、可能な領域を直線Ａの下の領域に
限定する。式（４）の静電容量値の制約と式（２）とを
組み合わせることにより、下記の方程式が得られる。
【００３２】
【数８】
【００３３】この式は、曲線Ｂを表す。式（５）の引込
み電圧および式（２）は、曲線Ｃを生ずる。
【００３４】
【数９】
【００３５】最後に、曲線Ｄは、εzm＝εo の場合の式
（６）の曲線である。最低空隙距離ｄ≧ｄmin を限定す
る付加的制約は、式（４）により曲線Ｅで与えられる。
したがって、下記の式が得られる。
【００３６】
【数１０】
【００３７】斜線で示された領域が、可能な設計領域で
ある。点Ｐは、装置の全体の幅（およびコスト）を最小
にし、一方、すべての制約を満たす点である。ある特定
の設計パラメータに対し、いくつかの制約が可能な領域
の境界の外にあるから、すべての制約が活用されている
わけではないことに注意されたい。
【００３８】これらの特定の装置に対し、ダイアフラム
の幅は５３０μｍ、厚さは１９μｍ、および、空隙距離
は０．７μｍである。その結果得られる静電容量値は、
最大目盛り範囲０．８ｐＦの場合、１個の装置当たり約
３．５ｐＦであり、１００ＰＳＩまでの圧力を測定する
ことができる。整合用コンデンサを有する装置のおのお
のは、２．６ｍｍ2 の面積領域を占め、それにより、１
００ｍｍウエハのおのおの当たり約３０００個の装置が
得られる。この設計方式を、他の圧力領域に対して繰り
返すことができる。
【００３９】
【製造工程の実施例】図４、図５、および、図６は、本
発明の好ましい実施例の製造工程を示す。この製造工程
は、Ｐ形シリコン・ウエハ１０を備えた図４Ａから開始
する。このＰ形シリコン・ウエハ１０は、１００結晶方
位を有し、そして、１０15ｃｍ-3の濃度のホウ素を含有
している。このシリコンは、先ず、ＳＦ6 プラズマを用
いて、約１μｍの深さにエッチングされる。レジスト１
２を除去し、そして、この試料をピラニア溶液の中で清
浄化した後、Ｐ＋エッチング領域２０を定めるために、
このウエハが再びパターンに作成される。１００ＫｅＶ
のエネルギを有するホウ素を２×１０16ｃｍ-2の強い照
射量で、露出された領域２０に対しイオン注入する。そ
れから、ピラニア溶液で清浄化される。次に、この試料
に対し、乾燥酸素雰囲気中で９００℃で３０分間、短い
焼き鈍しが行われ、イオン注入領域の結晶構造の回復が
行われる。その後、図４Ｂに示されているように、１
０：１のＨＦを用いて、薄い酸化物が除去される。
【００４０】次の段階において、１９μｍの厚さのシリ
コンの層３０が、１１５０℃の温度で約５分間、エピタ
クシャルに成長される。エピタクシャル層は、１％以上
のよい均一性を有する。この層は、１０15ｃｍ-3のホウ
素濃度で、原位置でのＰ形不純物添加が行われる。次
に、上側電極のための不動態化層３２が成長される。図
４Ｃに示されているように、ＬＰＣＶＤの低温酸化物
（ＬＴＯ）の３μｍの厚さの層３４が成長され、そし
て、パターンに作成される。このＬＴＯが、５：１のＢ
ＨＦエッチング溶液の中で、シリコン表面に達するまで
エッチングされる。次に、この試料に対し５×１０15ｃ
ｍ-2の照射量でヒ素の注入が行われ、それにより、裏側
電極４０が作成される。
【００４１】フォトレジストの除去とピラニア溶液での
清浄化の後、低残留応力のＬＰＣＶＤシリコン窒化物の
１００ｎｍの薄層４２が、図４Ｄに示されているよう
に、上側表面の上に成長される。この層の目的は、酸化
物不動態化層を、後の段階の犠牲層エッチングから保護
することであり、および、裏側のホールのエッチングの
ためのマスク層としての役割を果たすことである。次
に、厚さ０．５μｍのＬＴＯの層５０が成長され、そし
て、極板領域においてパターンに作成される。この酸化
物層は、窒化物エッチングに対するマスクとして作用す
る。フォトレジストの層４６が、裏側にまた付けられ
る。それは、ＬＴＯエッチングからそれを保護するため
である。ＬＴＯは５：１ＢＨＦでエッチングされ、その
後、この試料が清浄化される。下にある窒化物が、１５
０℃の高温Ｈ3 ＰＯ4 溶液の中でエッチングされる。次
に、試料が５：１ＢＨＦ溶液の中に浸され、それによ
り、ＬＴＯマスクが除去される。
【００４２】ウエハの清浄化の後、厚さ０．７μｍのＬ
ＴＯの層５０が、電極間犠牲酸化物スペーサのために成
長される。酸化物リソグラフィを実行した後、５：１Ｂ
ＨＦでパターンに作成され、図４Ｅに示された構造体が
得られる。レジストを除去した後、試料はピラニア溶液
の中で清浄化され、そして、厚さ１００ｎｍの低応力窒
化物の第２層５２が成長される。この層は、過大圧力が
加わった場合、コンデンサ電極が電気的に接触するのを
防止する誘電体スペーサである。
【００４３】次に、わずかに張力を受けかつ不純物が添
加されていないポリシリコンの厚さ２μｍの層６０が沈
着される。この層は、上側電極の厚さの約半分を表す。
次に、この試料に対し、１０16ｃｍ-2の照射量でリンが
イオン注入され、それにより、ポリシリコンが導電体に
される。試料がピラニア溶液で清浄化された後、図４Ｆ
に示されているように、上側電極層６０の残りの２μｍ
が成長される。その後、ホウ素注入を活性化するため
に、９００℃で３０分間、このウエハが焼き鈍しされ
る。
【００４４】次に、ポリシリコン電極リソグラフィが実
行される。厚さ４μｍのポリシリコンが、６４：３３：
３のＨＮＯ3 ：Ｈ2 Ｏ：ＮＨ4 Ｆ溶液で、窒化物層に達
するまで湿式エッチングされる。この段階の後、ウエハ
が清浄化され、そして、厚さ１μｍのＬＴＯ層６６が成
長される。次に、裏側電極接触体ホール・リソグラフィ
が実行され、そして、図５Ａに示されているように、基
板がエッチングされる。ＬＴＯ層は、裏側ダイアフラム
・エッチングから正面側電極を保護する。この段階の
後、ウエハの正面側は、フォトレジストの２重層で被覆
される。次に、裏側表面の上のＬＴＯが５：１ＢＨＦ溶
液で除去される。次に、裏側リソグラフィが実行され、
そして、ＳＦ6 プラズマで、裏側窒化物７０がシリコン
までエッチングされ、それにより、裏側開口部７２が作
成される。
【００４５】次に、これらのウエハが、２重量％のＴＭ
ＡＷＨ異方的シリコン・エッチング溶液（または、ＥＤ
Ｐ、ＫＯＨのような他のエッチング溶液）の中に浸さ
れ、そして、８０℃で約２０時間、加熱される。このエ
ッチングは、Ｐ＋埋め込み層２０で停止し、それによ
り、図５Ｂに示されているように、裏側開口部７６が作
成される。リンスの後、これらの試料は１：３：８のＨ
ＮＯ3 ：ＨＦ：ＣＨ3 ＣＯＯＨ溶液の中に浸され、Ｐ＋
層２０に対し約１５分間エッチングが行われる。Ｐ＋層
２０のこの除去により、凹部切欠き部分、すなわち、ア
ンダカット領域７６ａが作成され、それにより、ダイア
フラムの寸法および特性のさらに精密な制御が可能にな
る。ピラニア溶液による清浄化およびリンスの後、これ
らの試料が高温Ｈ3 ＰＯ4 浴の中に浸され、図５Ｃに示
されているように、接触体ホールおよび裏側の窒化物７
０が除去される。次に、これらの試料が５：１のＢＨＦ
の中に浸され、保護ＬＴＯ層が除去される。これらのウ
エハが清浄化され、そして、ダイアフラムの中に残って
いるすべての応力を除去するために、Ｎ2 の中で１００
０℃で３０分間、焼き鈍しされる。
【００４６】次に、エッチングされた極板ホール８０の
リソグラフィが実行される。これらのホールは、極板の
犠牲エッチング時間を短縮するのに用いられ、および、
この犠牲エッチングの期間中に発生する毛管圧力に対抗
する位置に極板を保持する「足」を構成するのに用いら
れる。次に、電極ホール８０が、ＳＦ6 ：Ｃ2 ＣｌＦ 5
プラズマ反応器の中で、窒化物５２までエッチングされ
る。次に、この窒化物層が、ＳＦ6 プラズマの中で、図
５Ｄに示されているように、酸化物５０に到達するまで
エッチングされる。次に、フォトレジストが除去され、
そして、支持用足のためのリソグラフィが実行される。
この段階において、いくつかの電極ホール８０ａがレジ
ストで被覆されるであろう。これらのホールは、犠牲エ
ッチングのためのアクセス・ホールである。露出された
ホール８０ｂを用いて、足の作成が行われる。次に、試
料は５：１のＢＨＦの中に浸され、そして犠牲ＬＴＯが
エッチングされ、そして、短い距離だけアンダカットが
行われ、それにより、図５Ｅの構造体が得られる。この
段階の後、試料はピラニア溶液で清浄化され、そして、
厚さが５μｍのパリレン−Ｃ８４の層を先ず沈着するこ
とにより、足が作成される。パリレンは、気相から沈着
されるポリマである。このポリマ８４はアンダカットを
再び埋め、それにより、極板の下にポリマのスペーサ８
６が作成される。この沈着の後、厚さ１００ｎｍのＡｌ
Ｓｉの薄層が、試料の上に蒸着される。次に、このアル
ミニウムがパターンに作成され、そして、図６Ａに示さ
れているように、エッチングされる。
【００４７】次に、このウエハが、４５０Ｗの酸素プラ
ズマに、４５分間、露出される。薄いアルミニウムは、
Ｏ2 エッチングに対するマスク８８としての役割を果た
す。このエッチングの後、試料はアルミニウム・エッチ
ング剤の中に浸され、そして、保護されていないアルミ
ニウムが除去される。その結果得られた構造体が図６Ｂ
に示されている。この構造体は、酸化物層６０の上に極
板８８を有することに注目されたい。上側電極は、その
下にあるＬＴＯ６０を除去するための犠牲エッチングに
対する、アクセス・ホール８０ａを有する。さらに、極
板はパリレン・スペーサ８５を有し、そして、このパリ
レン・スペーサは、エッチングの間、極板を所定の位置
に保持する。この段階の後、試料が高濃度のＨＦ溶液
に、５分間ないし１０分間浸され、それにより、犠牲Ｌ
ＴＯ層が除去される。パリレンの足により、上側電極が
ダイアフラムに接触するのが防止される。
【００４８】次に、厚さ１μｍのＡｌＳｉ層９０が試料
の上にスパッタ沈着され、そして、メタライゼーション
・リソグラフィが実行される。アルミニウム・エッチン
グ剤の中で金属がエッチングされ、それにより、ＡｌＳ
ｉが残る。アセトンの中でフォトレジストが除去された
後、図６Ｃの最終構造体が得られる。
【００４９】次に、これらの試料が劈開され、そして、
チップが切り出される。取り付けの後、パッケージされ
た装置が、パリレンの足をエッチングするために、酸素
プラズマ反応器の中に、４５０Ｗで約１時間ないし２時
間置かれ、それにより、上側電極が離れる。完成した装
置が図６Ｄに示されており、そして、典型的な伝達関数
が図７に示されている。
【００５０】別の製造工程の考察 犠牲層は、湿式エッチング技術により除去することが可
能な一群の犠牲層材料から選定される。さらに、犠牲層
は、その上に沈着される構造体層と融和性を有しなけれ
ばならなく、および、構造体層の沈着のために必要な温
度に耐えなければならない。また、犠牲層は、構造体層
の沈着のために必要な温度において、または、その温度
以下において、昇華してはならない。例えば、犠牲層材
料として好ましい材料は、二酸化シリコンである。
【００５１】構造体層が犠牲層の上に沈着される。この
沈着は、犠牲層の中の開口部を通して基板表面の固定さ
れた、端部の角のような、少なくとも１つの固定脚部を
有するように行われる。
【００５２】犠牲層に対するエッチング剤に耐えること
ができる保護層、例えば、フォトレジスト・ポリマのよ
うな保護ポリマが、構造体層の中の少なくとも１つのホ
ールを被覆するように、一方、少なくとも１つのホール
を被覆しないままに残すように、構造体層の表面に付け
られる。この保護層は、当業者には周知のリソグラフィ
技術または他の技術により、少なくとも１つのホールを
被覆しないままに残すようにして、周知の沈着法で沈着
することができる。次に、構造体層が犠牲層エッチング
剤溶液に浸されることが好ましい。それにより、構造体
層の被覆されていないホールを通して露出された、犠牲
層部分が除去される。ホールを通しての犠牲層のこの部
分エッチングは、ポストまたは柱を作成するために後で
埋めることができる空所領域を作成するように、基板ま
で延長されることが好ましい。この空所領域は、犠牲層
の中のアンダカット領域を含むことが好ましい。次に、
この保護層が、エッチング剤を作用させることによるよ
うな、選定された特定の保護層材料に対する周知の方法
により、除去される。
【００５３】通常、柱作成層は、乾式解離法により除去
可能である材料で作成することができる。柱作成層は、
整合的ポリマ、キシレンであることが好ましい。これら
の材料は、アンダカット領域を事実上埋めるために、気
相沈着することができる。柱作成層が空所領域およびア
ンダカット領域の中に沈着され、それにより、犠牲層の
中に埋め込まれ、そして、残っている犠牲層の湿式エッ
チングの間、構造層に対する支持体を後で与える、ポリ
マのポストまたは柱が得られる。好ましいアンダカット
領域がある場合、または、ない場合、空所領域を形成す
ることができる。アンダカット領域が存在しない場合、
空所領域がポストまたは柱を生ずるであろう。これらの
ポストまたは柱は、構造体層の上側表面とのみ重なり、
そして、それとの付着により構造体層を支える。このこ
とに関して、構造体層を支えるのに必要な付着力に応じ
て、付着のためにより大きな表面領域、または、より小
さな表面領域を得るために、この重なりの領域を変える
ことができる。
【００５４】空所領域は、構造体層と基板との間の深さ
よりも小さな深さまで、犠牲層の中でエッチングにより
作成することができる。それにより、構造体層から基板
に達しない位置まで延長されたポストまたは柱が、作成
される。エッチング溶液およびリンス溶液の蒸発の間、
構造体層はいくらか偏向するであろうが、基板に接触す
る前に、ポストまたは柱により停止するであろう。けれ
ども、さらに短いポストは好ましくない。それは、ポス
トの間の間隔がさらに小さくなければならないからであ
り、そして、構造体層の中にさらに多くのホールが必要
であり、そして、その上に利用可能な自由表面領域が小
さくなるからである。
【００５５】プラズマ・エッチングに耐える材料の膜の
ようなマスク層が、ホールを被覆している柱作成層の一
部部の上に、パターンに沈着される。これらのホールを
通して、空所領域およびアンダカット領域が埋められ
る。このことは、先行技術で周知であるように、蒸気沈
着技術または真空沈着技術または他の沈着技術により、
および、リソグラフィ法または他の周知の方法でパター
ンに作成することにより、膜を沈着することで達成する
ことができる。このマスク層は、厚さが約５０〜１００
ナノメートルのアルミニウムまたは他の従来の金属の膜
であることが好ましい。このマスク層は、パターンによ
り被覆された第１ポリマ層のこれらの部分を、エッチン
グから保護する。マスク層がいったん付けられると、柱
作成層の保護されていない部分は、酸素プラズマ・エッ
チングまたは他の周知の方法のような、乾式エッチング
により除去される。
【００５６】本発明の好ましい実施例が前記で説明され
たけれども、このような実施例は単に例示された実施例
に過ぎないことが理解されるであろう。本発明の範囲内
において、種々の変更、修正および置き換えの可能であ
ることは、当業者にはすぐに分かるであろう。したがっ
て、本発明の範囲は、このような変更実施例をすべて包
含するものと解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧力センサ素子および基準センサ素子を示す図
２の横断線１−１に沿っての基板の横断面図。
【図２】差圧センサの平面図。
【図３】差圧センサに対し設計を最適化する変数を示す
図。
【図４】本発明による圧力センサの横断面図であって、
Ａ〜Ｆは製造の逐次の段階を示す図。
【図５】同上の圧力センサの横断面図であって、Ａ〜Ｅ
は製造のその後の逐次の段階を示す図。
【図６】同上の圧力センサの横断面図であって、Ａ〜Ｄ
は製造のさらにその後の逐次の段階を示す図。
【図７】圧力伝達関数のグラフ。
【符号の説明】
１０ 基板 ３０ 表面層 ４０ 第１導電体領域 ６０ 橋絡導電体層 ７６ 裏側開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/306

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１エッチング停止層を定めるために基
    板の中に添加用材料を選択的に注入する段階と、 その上にダイアフラムを定めるために前記第１エッチン
    グ停止層を少なくとも被覆するように、前記基板の上に
    半導体材料の表面層を沈着する段階と、 ダイアフラム電極を作成するために前記ダイアフラムの
    上に不動態化導電体層を沈着する段階と、 前記ダイアフラムおよびその上の前記不動態化導電体層
    の上に、犠牲層を選択的に沈着する段階と、 前記犠牲層が前記基板と導電体構造層との間に配置され
    それにより第２電極を形成するように、前記導電体構造
    層を前記表面層に固定する段階と、 前記第１エッチング停止層で終端する開放裏側開口部を
    形成するために、前記基板を前記導電体構造層と反対の
    側から選択的にエッチングする段階と、 このような裏側開口部が前記導電体構造層と反対側の前
    記ダイアフラムに結合するように、前記第１エッチング
    停止層を選択的に除去する段階と、 それらの間の偏向を小さくするために前記表面層に向け
    て前記導電体構造層を通って延長される少なくとも１つ
    の一時的ポストを形成する段階と、 測定されるべき圧力に応答して前記ダイアフラムがその
    中に偏向することができるダイアフラム空洞を形成する
    ために、前記犠牲層を除去する段階と、 前記一時的ポストを除去する段階と、 を有し、それにより、前記裏側開口部を通して作用する
    圧力が、前記ダイアフラムの偏向と、および、前記第１
    電極と前記第２電極との間の静電容量値が対応して変化
    する、基板の上にマイクロ加工された静電容量形差圧セ
    ンサを製造する方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のマイクロ構造体の製造法
    において、少なくとも１つの一時的ポストを形成する前
    記段階が前記構造体層の中に少なくとも１つのホールを
    エッチングする段階と、 前記犠牲層の中に空所領域を形成するために、前記少な
    くとも１つのホールを通して選定されたエッチング剤を
    作用させる段階と、 前記空所領域を事実上満たすために、および、前記犠牲
    層の中に埋め込まれかつ前記少なくとも１つのホールを
    通して前記構造体層を支持するように結合されたポスト
    を形成するために、前記構造体層の中の前記ホールの少
    なくとも１つを通して前記犠牲層エッチング剤に耐える
    柱形成層を沈着する段階、およびその後、前記柱形成層
    を前記犠牲層の少なくとも一部分に取り付ける段階と、 前記柱形成層が前記少なくとも１つのホールの上に展開
    している場所を除いて、前記構造体層から前記柱形成層
    を除去する段階と、 を有する、マイクロ構造体の前記製造法。
  3. 【請求項３】 請求項２記載のマイクロ構造体の製造法
    において、前記構造体層から前記柱形成層を除去する前
    記段階が前記柱形成層の表面上にあり、かつ、それを通
    して前記柱形成層が前記空所領域を事実上埋めるように
    配置される前記ホールのおのおのの上にある１つのパタ
    ーンに、プラズマ・エッチングに耐える材料の膜を沈着
    する段階と、 前記パターンの通常外側の前記柱形成層を、前記構造体
    層からプラズマ・エッチングにより除去する段階と、次
    に、 前記パターンの中の前記材料の膜を除去する段階と、 を有する、マイクロ構造体の前記製造法。
  4. 【請求項４】 請求項２記載のマイクロ構造体の製造法
    において、前記少なくとも１つのホールを通してエッチ
    ング剤を作用させる前記段階が、前記犠牲層の中にアン
    ダカット領域を形成する段階を有する、マイクロ構造体
    の前記製造法。
  5. 【請求項５】 請求項２記載のマイクロ構造体の製造法
    において、前記少なくとも１つのホールを通してエッチ
    ング剤を作用させる前記段階が、前記構造体層の中の前
    記ホールから前記基板まで広がった前記空所領域を作成
    する段階を有する、マイクロ構造体の前記製造法。
  6. 【請求項６】 請求項２記載のマイクロ構造体の製造法
    において、前記少なくとも１つのホールを通して前記犠
    牲層エッチング剤に耐える柱形成層を沈着する前記段階
    が、気相沈着により前記空所領域の中にポリマを沈着す
    る段階を有する、マイクロ構造体の前記製造法。
  7. 【請求項７】 請求項２記載のマイクロ構造体の製造法
    において、前記犠牲層エッチング剤に耐える柱形成層を
    沈着する前記段階が、整合したポリマを沈着する段階を
    有する、マイクロ構造体の前記製造法。
  8. 【請求項８】 請求項２記載のマイクロ構造体の製造法
    において、 少なくとも１つのホールをエッチングする前記段階が前
    記構造体層の中に複数個のホールをエッチングする段階
    を有し、かつ、 前記複数個のホールの少なくとも１つを前記犠牲層エッ
    チング剤に耐える保護層で被覆する段階と、 前記ダイアフラム空洞を形成するために少なくとも１つ
    のホールを通してエッチング剤を作用させる段階の後、
    前記保護層を除去する段階と、 をさらに有する、マイクロ構造体の前記製造法。
  9. 【請求項９】 請求項８記載のマイクロ構造体の製造法
    において、 構造体層を沈着する前記段階がポリシリコンを有する層
    を沈着する段階を有し、かつ、 前記複数個のホールの少なくとも１つを保護層で被覆す
    る前記段階がフォトレジスト・ポリマを適用することに
    より実行される、 マイクロ構造体の前記製造法。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載のマイクロ構造体の製造
    法において、前記一時的ポストを除去する前記段階が乾
    式エッチング法を用いて前記一時的ポストをエッチング
    する段階を有する、マイクロ構造体の前記製造法。
  11. 【請求項１１】 請求項１記載のマイクロ構造体の製造
    法において、前記犠牲層を沈着する前記段階が、少なく
    とも約６００℃の温度によって事実上影響を受けないで
    残ることができる、高温度に耐える犠牲層を沈着する段
    階を有する、マイクロ構造体の前記製造法。
  12. 【請求項１２】 請求項２記載のマイクロ構造体の製造
    法において、前記添加材料を選択的に注入する前記段階
    が、前記ダイアフラムの寸法にほぼ等しいようにしかし
    前記裏側開口部の閉端よりは大きいように前記エッチン
    グ停止層の寸法を定める段階をさらに有し、それによ
    り、前記裏側開口部をエッチングする前記段階の後、前
    記ダイアフラムに隣接した凹部切り欠き部分が形成され
    る、マイクロ構造体の前記製造法。
  13. 【請求項１３】 請求項１記載のマイクロ構造体の製造
    法において、表面層を沈着する前記段階と、不動態化導
    電体層を沈着する前記段階と、犠牲層を選択的に沈着す
    る前記段階と、導電体構造層を固定する前記段階と、少
    なくとも１つの一時的ポストを形成する前記段階と、前
    記犠牲層を除去する前記段階と、次に、前記一時的ポス
    トを除去する前記段階とのおのおのがさらに、前記裏側
    開口部に隣接し、しかし、前記裏側開口部から横方向に
    離れた前記基板の上に、整合用基準コンデンサを形成す
    るための対応する段階を有する、マイクロ構造体の前記
    製造法。
  14. 【請求項１４】 基板と、 前記基板の１つの側面上の表面層と、 前記表面層の中に横方向に相互に隣接した１対の第１導
    電体領域と、 前記基板におのおのが結合し、および、前記第１導電体
    領域の対応する領域の上をおのおのが橋絡し、それによ
    り、それらとコンデンサを形成しおよびそれらの間にダ
    イアフラム空洞を形成する、１対の橋絡用導電体層と、 前記第１導電体領域に並置された小さな厚さを有しかつ
    可撓性を有するダイアフラム層を定めるために、前記基
    板の前記１つの側面とは反対側の側面から開口しかつ前
    記基板の中に連絡している裏側開口部と、 を有し、それにより、前記裏側開口部を通して作用する
    圧力が前記可撓性を有するダイアフラムに変位を生じ、
    そして、前記裏側開口部に並置された前記第１導電体領
    域と前記橋絡用導電体層との間の静電容量値飲みに変化
    を生ずる、 マイクロ加工された表面差圧センサ。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載のマイクロ加工された
    表面差圧センサにおいて、前記橋絡用導電体層のおのお
    のが、それらの間の前記ダイアフラム空洞の中にそれら
    を通して連絡する少なくとも２個の開口部を有する、前
    記マイクロ加工された表面差圧センサ。
  16. 【請求項１６】 請求項１４記載のマイクロ加工された
    表面差圧センサにおいて、前記表面層がポリシリコンを
    有する、前記マイクロ加工された表面差圧センサ。
  17. 【請求項１７】 請求項１４記載のマイクロ加工された
    表面差圧センサにおいて、前記橋絡用導電体層の中の前
    記開口部の１つを通して結合され、かつ、前記橋絡用導
    電体層の偏向に応答して前記基板と実効的に隣接するよ
    うに前記ダイアフラム空洞を通して延長された、支持ポ
    ストを、さらに有する、前記マイクロ加工された表面差
    圧センサ。
  18. 【請求項１８】 請求項１７記載のマイクロ加工された
    表面差圧センサにおいて、 前記支持ポストが乾式エッ
    チング技術により除去することが可能なポリマで作成さ
    れる、前記マイクロ加工された表面差圧センサ。
JP5324832A 1993-02-05 1993-12-22 マイクロ加工された静電容量形表面差圧センサ Pending JPH077161A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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