NO311110B1 - Fremgangsmåte for fremstilling av et antall kapasitive fölere for absolutt trykkmåling - Google Patents
Fremgangsmåte for fremstilling av et antall kapasitive fölere for absolutt trykkmåling Download PDFInfo
- Publication number
- NO311110B1 NO311110B1 NO19940472A NO940472A NO311110B1 NO 311110 B1 NO311110 B1 NO 311110B1 NO 19940472 A NO19940472 A NO 19940472A NO 940472 A NO940472 A NO 940472A NO 311110 B1 NO311110 B1 NO 311110B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- substrate
- layer
- sensors
- fixed electrode
- structuring
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 title claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 58
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 20
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 12
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000007865 diluting Methods 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 43
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 12
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
Oppfinnelsen angår en kapasitiv føler for absolutt trykkmåling, og særlig en sådan føler som er beregnet for å måle absolutt trykk og som tilveiebringer et stort referansevolum som minimerer det resterende indre trykk.
Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling av flere sådanne følere, idet det benyttes halvledermateriale og rnilaomaskineringsteknikker.
De trykkmålingsfølere, fremstilt av halvlederbaserte materialer, som er mest vanlig benyttet til å måle absolutt trykk, er silisiumfølere av den piezo-resistive type.
Disse piezo-resistive følere omfatter vanligvis en silisiummembran i hvilken det er innlemmet piezo-resistive elementer, dvs. elementer hvis resistivitet varierer i overensstemmelse med det trykk som de utsettes for.
Selv om disse følere har en meget enkel struktur og små dimensjoner, oppviser de en rekke ulemper.
Deres mangel på temperaturstabilitet nødvendiggjør anvendelse av en temperaturkompenserende krets for å oppnå en nøyaktig måling. I tillegg til dette kommer slike reaksjoner som interdiffusjoner mellom silisiumet i membranen og de piezo-resistive elementer, hvilket akselererer følernes aldringsprosess.
Dette er grunnen til at det vanligvis benyttes kapasitive følere for å måle absolutt trykk når anvendelsen av halvlederfølere krever holdbarhet, temperaturstabilitet, meget høy følsomhet og lavt effektforbruk.
Kapasitive følere omfatter vanligvis et første element i hvilket det er fremstilt en membran som danner en bevegelig elektrode, og et andre element i hvilket det er anordnet en sone som danner en fast elektrode, kjent som motelektrode. En isolerende ramme er innskutt mellom de første og andre elementer for å danne et kammer som er isolert fra den ytre omgivelse og i hvilket det er null trykk. Det frembringes således en kapasitiv føler for absolutt trykk da det ytre trykk måles i forhold til nulltrykket, eller nesten nulltrykket, som hersker inne i kammeret.
En ulempe ved disse følere skyldes teknologien for fremstilling av sistnevnte, i dette tilfelle halvledermateriale-rnikromaskmeringsteknologien.
I løpet av fremstillingen konstateres det at avgassing kan opptre inne i følerens struktur, hvilket fører til frembringelse av et resttrykk inne i kammeret. Under disse forhold gir føleren således ikke en nøyaktig avlesning av det absolutte trykk. Videre varierer volumet av gass som er inneholdt i kammeret, i overensstemmelse med temperaturen, slik at stabiliteten og/eller reproduserbarheten av avlesningene påvirkes.
En kjent løsning for å eliminere dette problem består i plassering av et hulrom i det første element, for å frembringe et såkalt referansevolum. Formålet med dette referansevolum i forbindelse med kammervolumet er å redusere det resttrykk som forårsakes av avgassingen.
Denne løsning oppviser imidlertid ulemper i seg selv.
Når referansevolumet er beliggende utenfor membranens aktive overflate, dvs. utenfor den overflate av føleren som utsettes for trykk, økes følerens totale overflate med et beløp som svarer til den overflate som opptas av referansevolumet, slik at antallet av realiserbare følere på den samme skive av silisium reduseres for følere som tilveiebringer aktive overflatedata, hvilket i seg selv øker omkostningen for hver føler.
Innbefatningen av referansevolumet i det første element krever videre maskinering av sistnevnte på to sider, hvilket kompliserer prosessen betydelig.
Da disse følere fremstilles i serier av silisiumsubstrat, må de ved slutten av prosessen atskilles fra hverandre i løpet av en skjæreoperasjon tvers igjennom de første og andre substrater. For dette formål er det nødvendig å tilveiebringe en supplerende overflate ved membranens omkrets, hvilket også reduserer antallet av følere som kan fremstilles på overflaten av en skive. Videre skjer denne avskjæring vanligvis ved hjelp av mekanisk saging, hvilket forårsaker spenninger, eller også sprekker, i følernes membran, hvilket vanligvis fører til uopprettelig skade på følerne.
Hovedformålet med oppfinnelsen er således å overvinne de ovenfor omtalte ulemper ved den kjente teknikk ved å tilveiebringe en forenklet og økonomisk fremgangsmåte for fremstilling av et antall av disse følere, hvilken fremgangsmåte eliminerer et stort antall av farene for skade på de aktive deler av følerne, særlig ved tidspuktet for avskjæring.
For oppnåelse av ovennevnte formål er det ifølge oppfinnelsen tilveiebrakt en fremgangsmåte for fremstilling av et antall integrerte, kapasitive følere for måling av absolutt trykk, hvor hver føler omfatter en bevegelig elektrode og en fast elektrode, hvilken fremgangsmåte omfatter de trinn
å skaffe et første substrat av et halvledermateriale,
å skaffe et andre substrat av et halvledermateriale,
å danne et forbindende isolasjonslag på minst en første sideflate av det ene av de første og andre substrater,
å strukturere forbindelseslaget for å avdekke en del av den første sideflate for å danne minst én forbindelsesramme,
å strukturere den avdekkede del av den første sideflate for å avgrense den faste elektrode og et referansevolum, og
å sette sammen de første og andre substrater ved lodding under vakuum, idet forbindelsesrammen benyttes på en slik måte at den første sideflate av det andre substrat er beliggende vendende mot det første substrat, og slik at det avgrenses et kammer som er isolert fra den ytre omgivelse og i hvilket trykket er i hovedsaken null, idet kammeret er i kontakt med referansevolumet,
hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at den videre omfatter de trinn
å fortynne det andre substrat for å frembringe en membran som danner den bevegelige elektrode,
å strukturere det andre substrat ved anisotrop etsing for å avgrense konturen av membranen, og for hver av følerne
å danne en elektrisk kontakt for hver av den faste elektrode og den bevegelige elektrode, og at forbindelseslaget omfatter et nedre lag av et første materiale som reagerer i det vesentlige med et første etsemiddel, og et øvre lag av et andre materiale som reagerer i det vesentlige med et andre etsemiddel.
Anvendelsen av konvensjonelle halvledermateriale-milaomasldnerings-teknikker tillater, i tillegg til maksimal niiniatyrisering av følerne, minimering av de indre spenninger og driften i temperatur for disse følere ved realiseringen av en rekke meget enkle trinn.
Andre særtrekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå klarere ved å studere den etterfølgende beskrivelse av en utførelse av oppfinnelsen, gitt bare som et illustrerende og ikke-begrensende eksempel, idet beskrivelsen er laget i forbindelse med tegningene, der fig. 1 viser et delvis gjennomskåret grunnriss av en føler for absolutt trykkmåling ifølge oppfinnelsen, fig. 2 og 3 viser snittriss etter linjen II-II hhv. linjen III-III av føleren på fig. 1, og fig. 4 - 10 viser snittriss etter linjen II-II på fig. 1 av en kapasitiv føler for absolutt trykkmåling ifølge oppfinnelsen, og som er vist ved forskjellige trinn av fremgangsmåten for fremstilling ifølge oppfinnelsen.
Idet det først henvises til fig. 1 - 3, er det der vist en kapasitiv føler for absolutt trykkmåling ifølge oppfinnelsen og som er generelt betegnet med henvisningstallet 1.1 den etterfølgende beskrivelse vil den ovenfor definerte føler med henblikk på forenkling bli ;omtalt som "føler".
Føleren 1 som har stort sett rektangulær form, omfatter på konvensjonell måte et første halvlederelement 2 omfattende en bevegelig elektrode 4, et andre halvlederelement 6 omfattende en fast elektrode 8, kjent som motelektrode, som er beliggende mer eller mindre overfor eller vendende mot den bevegelige elektrode 4. Elektrodens 4 overflate i definerer den såkalte aktive overflate av føleren 1, dvs. den overflate som er følsom for det trykk som skal måles.
Elektroden 4 er isolert fra motelektroden 8, og for dette formål er det første element 2 atskilt fra det andre element 6 ved hjelp av en isolerende forbindelsesramme 10.
Forbindelsesrammen 10 danner også en avstandsramme som frembringer et idielektrisk rom mellom den bevegelige elektrode 4 og den faste elektrode 8, og således danner en konvensjonell målekondensator. Forbindelsesrammen 10 er lukket og avgrenser sammen med membranen 2 og substratet 6 et kammer 12 som er isolert fra den ytre omgivelse og i hvilket trykket er null eller nesten null, slik at enhver bevegelse av den bevegelige elektrode 4 er representativ for det ytre trykk, eller med andre ord for det trykk som følerens aktive overflate utsettes for, og slik at den måling som indikerers, er representativ for det absolutte trykk.
Føleren omfatter også et referansevolum 14 i kontakt med kammeret 12 for å redusere trykket av den gass som er inneholdt i kammeret 12 og som skriver seg fra den avgassing som opptrer under fremstillingen av føleren 1.
Videre omfatter føleren 1 kontaktanordninger 16 for å etablere kontakt med en ytre målekrets (ikke vist) som på konvensjonell måte tolker variasjonene i kapasitet av kondensatoren som er dannet av den bevegelige elektrode 4 og den faste elektrode 8, når det ytre trykk forskyver den bevegelige elektrode 4.
Kontaktanordningene 16 er i det viste eksempel dannet av metalliseringer 16a, 16b som er anbrakt hhv. på en kontaktstift 18 som er knyttet til den bevegelige elektrode 4, og på en avdekket del 20 av det andre element 6.1 denne henseende skal det bemerkes at ; stiften 18 er understøttet av en kontaktknapp 22 med samme tykkelse som forbindelsrammen 10.
I det viste eksempel er de første og andre elementer dannet av monokrystallinsk silisium, og forbindelsesrammen er dannet av silisiumoksid.
Det første element 2 omfattende den bevegelige elektrode 4 har dessuten form i av en membran som har i hovedsaken samme tykkelse over hele sin overflate.
Denne membran har stort sett firkantet form og forblir i ett av sine hjørner knyttet til kontaktstiften 18. Videre strekker den vesentlige del av membranen seg innenfor kanten av det andre element 6 av grunner som vil bli klare i løpet av beskrivelsen.
Det innses således lettvint at for en identisk total overflate av føleren er den ;aktive overflate av føleren øket i forhold til overflaten av følerne ifølge den kjente teknikk i hvilke membranen er fremstilt ved hjelp av kjemisk etsing av en del av overflaten av det første silisiumelement <100> som oppnås i overensstemmelse med de krystallografiske plan som er skråttstilt ca. 57 % i forhold til denne overflate, og som følgelig fører til en reduksjon i den aktive overflate vis å vis følerens totale overflate.
) Tykkelsen av denne membran kan variere og kan justeres i overensstemmelse med følsomheten og/eller det trykkområde som skal måles.
Videre har føleren ifølge oppfinnelsen et referansevolum 14 som er plassert i det andre element 6. Mer spesielt er volumet 14 dannet av et spor som strekker seg rundt den faste elektrode 8 og hvis vegger 24 er traktformet. 5 Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for fremstilling av et antall følere 1 skal nå beskrives i forbindelse med flg. 4-10.
Man vil legge merke til, idet det tas hensyn til de små dimensjoner på følerne og av praktiske grunner som lett vil forstås, at fremstillingsmetoden ifølge oppfinnelsen gjelder for samtidig fremstilling av et stort antall følere som hver omfatter en fast elektrode 8 og en bevegelig elektrode 4 som er atskilt av et åpent rom 12 med liten tykkelse, ut fra to komplementære skiver som danner et første substrat 30 og et andre substrat 32 som vist på ;fig. 4. Imidlertid vil beskrivelsen og tegningene for enkelhets skyld referere bare til fremstillingen av en eneste føler 1.
Det er videre viktig å merke seg at verdiene av de forskjellige parametere, såsom temperaturene, tidene, de benyttede etsemidler, etc., som vil bli omtalt nedenfor, på ingen måte er begrensende og i hovedsaken avhenger av de materialer og innretninger som (benyttes. Disse verdier kan lett bestemmes av en fagmann på området.
Skivene (ikke vist) som danner de første og andre substrater 30, 32 av hvilke føleren 1 fremstilles, er dannet av et halvledermateriale, såsom monokrystallinsk silisium, og som fortrinnsvis har orienteringen <100>.
Fig. 4 viser det første substrat 30 og det andre substrat 32 etter disses iklargjøring og formingen av et forbindelseslag 34 av et isolerende materiale på en første sideflate 36 av det andre substrat 32.
Klargjøringen av substratene består f.eks. i rengjøring av disses overflater, f.eks. på den måte som er beskrevet i publikasjonen med tittelen "RCA Review" nr. 31 side 187,1970.
i Forbindelseslaget 34 omfatter et nedre lag 38 av et materiale som reagerer på et første etsemiddel, og et øvre lag 40 av et materiale som reagerer på et andre etsemiddel, men som knapt reagerer på det første.
I dette tilfelle er det nedre lag 38 dannet av silisiumoksid (Si02) og det øvre lag 40 er dannet av silisiumnitrid (SiNx).
s I det viste eksempel er det nedre lag 38 blitt dannet ved termisk oksidering av det andre substrat 32 i en ovn ved en temperatur på rundt 1100 °C og under en oksiderende atmosfære i flere timer. Som eksempel, for å oppnå et lag 38 med en tykkelse på ca. 2000 Å, trenger dette andre substrat 32 å etterlates i en ovn i ca. 10 timer.
Man vil legge merke til at den andre sideflate 42 av det andre substrat 32 var ibeskyttet under dette trinn med forming av laget 38. Tilstedeværelsen eller fraværet av denne beskyttelse har imidlertid ingen innvirkning på utviklingen av prosessen ifølge oppfinnelsen.
Det sier seg selv at formingen av laget 38 i én utførelse kan oppnås ved hjelp av kjemisk eller fysisk dampfaseavsetning (CVD eller PVD).
; Det øvre lag 40 avsettes deretter på overflaten av det nedre lag 38, f.eks. ved lavtrykks kjemisk dampfaseavsetning, til en tykkelse på ca. 0,15 um.
Fig. 5-7 viser strukturermgstrinnet for forbindelseslaget 34 og av en del av det andre substrats 32 overflate 36 for å avgrense hhv. forbindelsesrammen 10 og sporet 14 som danner referansevolumet og som begrenser konturen av følerens 1 faste elektrode 8. Som vist på fig. 1, har forbindelsesrammen stort sett kvadratisk form, og den faste elektrode 8 har form av en kvadratisk flate som strekker seg konsentrisk med forbindelsesrammen 10.
For å gjøre dette, avsettes et første lag av fotoresist (ikke vist) på hele overflaten av det øvre lag 40, dette første lag av fotoresist isoleres via en maske (heller ikke vist), de isolerte deler av det første lysfølsomme lag elimineres på konvensjonell måte, f.eks. ved å benytte et fuktig etsemiddel, og de avdekkede deler av det øvre lag 40 etses ved benyttelse av det første etsemiddel til overflaten av det nedre lag 38, slik at de gjenværende deler 44 av det øvre lag 40 i form av en ramme danner en maske for forming av forbindelsesrammen 10 i det neste trinn, slik det er vist på fig. 5.
Et andre lag av fotoresist (ikke vist) avsettes deretter på de gjenværende deler 44 og på delene 46 av det nedre lag 38 som ble avdekket i det foregående trinn. Dette andre lag av fotoresist isoleres ved hjelp av en andre maske (heller ikke vist), idet de isolerte deler av det andre lag av fotoresist elimineres ved hjelp av konvensjonelle midler, f.eks. ved å benytte et fuktig etsemiddel, slik at den eneste fotoresist som er etterlatt, er anbrakt mer eller mindre konsentrisk med rammen 10 og dekker et kvadrat 48 av det nedre lag 38 hvis overflate svarer til overflaten av den faste elektrode 8. Idet det benyttes et andre etsemiddel, etses de avdekkede deler av det nedre lag 38 inntil sideflaten 36 av det andre substrat er avdekket. De gjenværende deler av det lysfølsomme lag blir deretter eliminert.
Det øvre lag 40 etses f.eks. ved hjelp av et klorplasma, mens etsingsoperasjonen for det nedre lag 38 oppnås f.eks. ved å benytte en oppløsning av fluorsyre (HF). Eliminasjonen av de gjenværende deler av de første og andre lag av fotoresist oppnås ved konvensjonelle midler, f.eks. ved å benytte et fuktig etsemiddel i et ipassende løsningsmiddel, eller ved hjelp av et plasma under oksygenatmosfære.
Dette fører til den struktur som er vist på fig. 6, hvor overflaten 36 av det andre substrat omfatter forbindelsesrammen 10 og det nedre lags kvadrat 48 som var beskyttet av fotoresisten i det foregående trinn.
De deler av sideflaten 36 som ikke er beskyttet av forbindelsesrammen og i kvadratet 48, vil bli etset i et senere trinn for å avgrense sporet 14 som utgjør referansevolumet av føleren ifølge oppfinnelsen.
Ved å benytte forbindelsesrammen 10 og kvadratet 48 som er dannet av det nedre lag, som etsingsmasker, består det på fig. 7 viste trinn av en anisotrop etsing av de avdekkede deler av sideflaten 36, idet det benyttes et tredje etsemiddel som reagerer i ; hovedsaken med materialet i det andre substrat, men ikke reagerer med materialene i de øvre og nedre lag. Kvadratet 48 elimineres deretter ved etsing, idet det andre etsemiddel benyttes.
Som eksempel oppnås etsingen av sporet 14 ved å benytte et fuktig etsemiddel i en oppløsning av KOH til en dybde av størrelsesorden 100 um, og eliminasjonen av kvadratet 48 oppnås ved hjelp av en etsing, idet det benyttes et fuktig etsemiddel i en oppløsning av HF.
Som vist på fig. 7, er sporets 14 sidevegger 24 traktformet utover på grunn av forskjellen i etsingshastighet av de forskjellige krystallplan av substratet ved hjelp av etsemiddelet.
Når det andre substrat 32 er strukturert, består det neste trinn i å eliminere de gjenværende deler 44 av det øvre lag 40 (SiNx) med henblikk på det siste trinn med i sammenstilling med det første substrat 30, og for å danne det andre element 6.
I dette tilfelle oppnås eliminasjonen av delene 44 av det øvre lag 40 f.eks. ved hjelp av en plasmaetsing.
Det neste trinn består i å sette på plass det første substrat 30 slik at en første 50 av dets sideflater er beliggende vendende mot den strukturerte sideflate 36 av det andre i substrat 32 eller andre element 6.
Når de to substrater 30, 32 er klargjort, sammensettes deretter disse ved autogen lodding under vakuum. For å gjøre dette, plasseres de to substrater 30, 32 i en ovn som på forhånd er oppvarmet til en temperatur på ca. 1100 °C og i hvilken det er i hovedsaken null trykk.
I det etterfølgende trinn som er vist på fig. 8, fortynnes det første substrat 30, dvs. den andre sideflate 52 av dette andre substrat 32 som er avdekket, etses inntil det første substrat 30 oppnår en forutbestemt tykkelse.
For å gjøre dette, dyppes de to substrater 30 og 32, som er sammensatt ved hjelp av forbindelsesrammen 10, ned i en oppløsning av etsemiddel med en bestemt -konsentrasjon, med en bestemt temperatur og i en bestemt tidsperiode for å oppnå den ønskede tykkelse, omtrent 80 um i det beskrevne eksempel.
For å unngå etsing av sideflaten 42 av det andre substrat 32 under dette fortynningstrinn av det første substrat 30, beskyttes sideflaten 42 mekanisk mot eventuell kontakt med etsemiddelet. Ifølge en annen utførelse kan et beskyttende lag av et materiale )som ikke reagerer på en etsing med det tredje etsemiddel, også avsettes.
Fig. 9 illustrerer etsingstrinnet for det første substrat 30 med henblikk på å avgrense konturen av membranen som utgjør elektroden 4. Dette trinn består i avsetning av et beskyttende lag 54 som vil være utformet ved hjelp av konvensjonelle fotolitografiske teknikker for å etse de avdekkede deler av det første substrat og for å eliminere 5 beskyttelseslaget 54.
I det viste eksempel avsettes silisiumnitrid (SiNx) på hele overflaten av sideflaten 52, f.eks. ved hjelp av lavtrykks kjemisk dampavsetning.
Deretter avsettes et tredje lag av fotoresist (ikke vist) på beskyttelseslaget 54. Dette tredje lag av fotoresist isoleres via en tredje maske (heller ikke vist), idet de isolerte deler av det tredje lag elimineres på konvensjonell måte, f.eks. ved benyttelse av et fuktig etsemiddel, i dette tilfelle den ene del av en strimmel som strekker seg langs den ene side av sideflaten 52 såvel som en smal rand av sideflaten 52, for å utforme elektroden slik den er vist i omriss på fig. 1.
Idet det benyttes et etsemiddel, blir de avdekkede deler av det beskyttende lag deretter etset, og de gjenværende deler av fotoresisten elimineres. Dette fører til den struktur som er vist på fig. 9, hvor sideflaten 52 er fullstendig dekket av det beskyttende lag 54 med unntakelse av en strimmel som strekker seg langs kanten av sideflaten 52 av det første substrat, og den smale rand av sideflaten 52 som var dekket av fotoresisten.
De ubeskyttede deler av silisiumnitridet på sideflaten 52 av det første substrat 30 estes deretter i hele sin tykkelse, f.eks. ved å benytte det samme etsemiddel som det som ble benyttet under fortyrinmgstrinnet for det første substrat 30.
Ifølge et særtrekk ved fremstillingsprosessen ifølge oppfinnelsen, og slik det fremgår av fig. 10 hvor en tilstøtende føler er vist stiplet, vil man legge merke til at under den etsing som nettopp er blitt utført, skilles omkretsdelene av det første substrat 30 som er dannet av det første element 2 og som selv danner den bevegelige elektrode 4 av hver av følerne 1, fra hverandre, på en slik måte at de individuelle følere kan atskilles fra hverandre ved hjelp av et enkelt sagmgstrinn for hele det andre substrat 32 eller element 6.
Det neste trinn består i forming av kontaktanordningene for hhv. de første to og de andre seks elementer.
Slik det fremgår av fig. 1, dannes kontakten 16a på tappen 18 som er knyttet til den bevegelige elektrode 4 og er plassert langs kanten av sistnevnte, og kontakten 16b dannes på den avdekkede kant 20 av det andre element 6. Kontaktputene 16a, 16b oppnås ved hjelp av vakuumpådampning av et metall, f.eks. aluminium, gjennom en maske (ikke vist). Disse kontaktputer 16a, 16b kan selvsagt også frembringes ved hjelp av katodepåspruting.
De således dannede følere, som hver har en bevegelig elektrode 4 og en fast elektrode 8 som er dannet hhv. av delene 2 og 6 av det første substrat 30 og det andre substrat 32, atskilles deretter fra hverandre ved tidspunktet for det konvensjonelle sagingstrinn, og hver føler innkapsles i et hus eller en pakning (ikke vist) som er anordnet for dette formål.
Det skal bemerkes at figurene ikke viser de nøyaktige relative dimensjoner av de forskjellige elementer i forhold til hverandre, idet disse dimensjoner noen ganger er kraftig overdrevet for større klarhet. For å gi en idé om dimensjonene, har en føler som er fremstilt i overensstemmelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, de generelle dimensjoner 1,9 x 2,2 x 0,5 mm<3>, membranens overflate er ca. 1,7 x 1,7 mm<2>, tykkelsen av membranen er ca. 60 x IO"<6> m, og tykkelsen av forbindelsesrammen er ca. 2 x IO"<6> m. Med slike dimensjoner er målingskapasiteten og den parasittiske kapasitet av størrelsesorden hhv. 6 pF og 5 pF.
Claims (7)
1. Fremgangsmåte for fremstilling av et antall kapasitive følere for absolutt trykkmåling, hvor hver føler omfatter en bevegelig elektrode (4) og en fast elektrode (8), hvor fremgangsmåten omfatter de trinn
å skaffe et første substrat (30) av et halvledermateriale,
å skaffe et andre substrat (32) av et halvledermateriale,
å danne et forbindende isolasjonslag (34) på minst én første sideflate (36) av det ene (32) av de første og andre substrater,
å strukturere forbindelseslaget (34) for å avdekke en del av den første sideflate for å danne minst én forbindelsesramme (10),
å strukturere den avdekkede del av den første sideflate (36) for å avgrense den faste elektrode (8) og et referansevolum (14), og
å sette sammen de første (30) og andre (32) substrater ved lodding under vakuum, idet forbindelsesrammen (10) benyttes på en slik måte at en første sideflate av det andre substrat er beliggende vendende mot det første substrat, og slik at det avgrenses et kammer (12) som er isolert fra den ytre omgivelse og i hvilket trykket er i hovedsaken null, idet kammeret er i kontakt med referansevolumet (14),
karakterisert ved at den videre omfatter de trinn
å fortynne det andre substrat (32) for å frembringe en membran som danner den bevegelige elektrode (4),
å strukturere det andre substrat (32) ved anisotrop etsing for å avgrense konturen av membranen, og for hver av følerne
å danne en elektronisk kontakt (16a, 16b) for hver av den faste elektrode (8) og den bevegelige elektrode (4), og at forbindelseslaget (34) omfatter et nedre lag (38) av et første materiale som reagerer i det vesentlige med et første etsemiddel, og et øvre lag (40) av et andre materiale som reagerer i det vesentlige med et andre etsemiddel.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at stmkturermgstrinnet for forbindelseslaget (34) også består i å avgrense en del av forbindelseslaget som er beregnet å tjene som etsingsmaske for strulctureirngslrinnet for den første sideflate (36).
3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den nevnte del av forbindelseslaget (34) som danner etsingsmasken, i det vesentlige strekker seg i sentrum av forbindelsesrammen (10) og over den faste elektrode (8).
4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at struktureirngstrinnet for den første sideflate (36) omfatter forming ved etsing av et spor (14) som strekker seg rundt den faste elektrode (8).
5. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forrynnmgstrinnet omfatter en ensartet etsing av den avdekkede overflate av det første substrat (30) til en bestemt tykkelse.
6. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående, karakterisert ved at stmktureringstrinnet for det andre substrat (32) omfatter en samtidig atskillelse av membranene (4) fra hverandre.
7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den etter kontaktforrnmgstrinnet også omfatter et trinn med atskillelse av de individuelle følere ved saging av det andre substrat (32).
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9301700A FR2701564B1 (fr) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | Capteur de mesure de pression absolue de type capacitif et procédé de fabrication d'une pluralité de tels capteurs. |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO940472D0 NO940472D0 (no) | 1994-02-11 |
NO940472L NO940472L (no) | 1994-08-15 |
NO311110B1 true NO311110B1 (no) | 2001-10-08 |
Family
ID=9444083
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO19940472A NO311110B1 (no) | 1993-02-12 | 1994-02-11 | Fremgangsmåte for fremstilling av et antall kapasitive fölere for absolutt trykkmåling |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5488869A (no) |
EP (1) | EP0610806B1 (no) |
JP (1) | JPH06249733A (no) |
DE (1) | DE69418740T2 (no) |
DK (1) | DK0610806T3 (no) |
FI (1) | FI111993B (no) |
FR (1) | FR2701564B1 (no) |
NO (1) | NO311110B1 (no) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5581226A (en) * | 1994-11-02 | 1996-12-03 | Motorola, Inc. | High pressure sensor structure and method |
WO1997021986A1 (de) * | 1995-12-08 | 1997-06-19 | Micronas Semiconductor S.A. | Mikrosensoren mit siliziummembranen und verfahren zur herstellung derselben |
DE19653427A1 (de) * | 1996-12-20 | 1998-07-02 | Siemens Ag | Kraftsensor |
US5916179A (en) * | 1997-04-18 | 1999-06-29 | Sharrock; Nigel | System and method for reducing iatrogenic damage to nerves |
DE19847563A1 (de) * | 1998-04-17 | 1999-10-28 | Micronas Intermetall Gmbh | Kapazitiver Sensor |
US6452427B1 (en) | 1998-07-07 | 2002-09-17 | Wen H. Ko | Dual output capacitance interface circuit |
WO2000036385A1 (de) * | 1998-12-15 | 2000-06-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zum erzeugen einer mikromechanischen struktur für ein mikro-elektromechanisches element |
US7273763B1 (en) | 1998-12-15 | 2007-09-25 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Method of producing a micro-electromechanical element |
US6431003B1 (en) | 2000-03-22 | 2002-08-13 | Rosemount Aerospace Inc. | Capacitive differential pressure sensor with coupled diaphragms |
DE10036433A1 (de) * | 2000-07-26 | 2002-02-07 | Endress Hauser Gmbh Co | Kapazitiver Drucksensor |
ATE431548T1 (de) | 2000-07-26 | 2009-05-15 | Endress & Hauser Gmbh & Co Kg | Kapazitiver drucksensor |
US8109149B2 (en) | 2004-11-17 | 2012-02-07 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Contact stress sensor |
JP4965827B2 (ja) * | 2005-07-13 | 2012-07-04 | アルプス電気株式会社 | 静電容量型圧力センサ素子及びその製造方法 |
US9737657B2 (en) | 2010-06-03 | 2017-08-22 | Medtronic, Inc. | Implantable medical pump with pressure sensor |
US8397578B2 (en) | 2010-06-03 | 2013-03-19 | Medtronic, Inc. | Capacitive pressure sensor assembly |
US9837935B2 (en) * | 2013-10-29 | 2017-12-05 | Honeywell International Inc. | All-silicon electrode capacitive transducer on a glass substrate |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4405970A (en) * | 1981-10-13 | 1983-09-20 | United Technologies Corporation | Silicon-glass-silicon capacitive pressure transducer |
US4530029A (en) * | 1984-03-12 | 1985-07-16 | United Technologies Corporation | Capacitive pressure sensor with low parasitic capacitance |
US4586109A (en) * | 1985-04-01 | 1986-04-29 | Bourns Instruments, Inc. | Batch-process silicon capacitive pressure sensor |
US4872945A (en) * | 1986-06-25 | 1989-10-10 | Motorola Inc. | Post seal etching of transducer diaphragm |
JPH0750789B2 (ja) * | 1986-07-18 | 1995-05-31 | 日産自動車株式会社 | 半導体圧力変換装置の製造方法 |
US5113868A (en) * | 1987-06-01 | 1992-05-19 | The Regents Of The University Of Michigan | Ultraminiature pressure sensor with addressable read-out circuit |
US4815472A (en) * | 1987-06-01 | 1989-03-28 | The Regents Of The University Of Michigan | Multipoint pressure-sensing catheter system |
US5207103A (en) * | 1987-06-01 | 1993-05-04 | Wise Kensall D | Ultraminiature single-crystal sensor with movable member |
GB8718637D0 (en) * | 1987-08-06 | 1987-09-09 | Spectrol Reliance Ltd | Sealing electrical feedthrough |
GB8718639D0 (en) * | 1987-08-06 | 1987-09-09 | Spectrol Reliance Ltd | Capacitive pressure sensors |
JPH03170826A (ja) * | 1989-11-29 | 1991-07-24 | Toshiba Corp | 容量型圧力センサ |
DE9105851U1 (de) * | 1991-01-14 | 1991-07-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München | Drucksensor |
DE9102748U1 (de) * | 1991-01-14 | 1991-07-04 | Plöchinger, Heinz, Dipl.-Ing., 82319 Starnberg | Drucksensor für niedere Drücke |
-
1993
- 1993-02-12 FR FR9301700A patent/FR2701564B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-01-28 US US08/187,677 patent/US5488869A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-02-03 DE DE69418740T patent/DE69418740T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-02-03 EP EP94101606A patent/EP0610806B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1994-02-03 DK DK94101606T patent/DK0610806T3/da active
- 1994-02-09 FI FI940589A patent/FI111993B/fi active
- 1994-02-11 NO NO19940472A patent/NO311110B1/no not_active IP Right Cessation
- 1994-02-14 JP JP6037517A patent/JPH06249733A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2701564B1 (fr) | 1995-05-19 |
NO940472L (no) | 1994-08-15 |
FI940589A (fi) | 1994-08-13 |
FI111993B (fi) | 2003-10-15 |
EP0610806B1 (fr) | 1999-06-02 |
DK0610806T3 (da) | 1999-12-06 |
US5488869A (en) | 1996-02-06 |
JPH06249733A (ja) | 1994-09-09 |
FI940589A0 (fi) | 1994-02-09 |
DE69418740D1 (de) | 1999-07-08 |
FR2701564A1 (fr) | 1994-08-19 |
EP0610806A1 (fr) | 1994-08-17 |
DE69418740T2 (de) | 1999-12-23 |
NO940472D0 (no) | 1994-02-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO311110B1 (no) | Fremgangsmåte for fremstilling av et antall kapasitive fölere for absolutt trykkmåling | |
US4625561A (en) | Silicon capacitive pressure sensor and method of making | |
EP0010204B1 (en) | Semiconductor absolute pressure transducer assembly | |
US5801313A (en) | Capacitive sensor | |
US4586109A (en) | Batch-process silicon capacitive pressure sensor | |
US4530029A (en) | Capacitive pressure sensor with low parasitic capacitance | |
US6584852B2 (en) | Electrical capacitance pressure sensor having electrode with fixed area and manufacturing method thereof | |
EP1860417B1 (en) | A pressure sensor having a chamber and a method for fabricating the same | |
US4853669A (en) | Sealed cavity semiconductor pressure transducers and method of producing the same | |
US6628501B2 (en) | Capacitive moisture sensor | |
EP1128174B1 (en) | Capacitance-type pressure sensor and its manufacture | |
EP0280905B1 (en) | A method for manufacturing semiconductor absolute pressure sensor units | |
US4617606A (en) | Capacitive pressure transducer | |
JP2003332587A (ja) | メンブレンを有する半導体装置およびその製造方法 | |
US5211058A (en) | Capacitive pressure sensor and method of manufacturing the same | |
US5317922A (en) | Capacitance transducer article and method of fabrication | |
US5444901A (en) | Method of manufacturing silicon pressure sensor having dual elements simultaneously mounted | |
EP0219543B1 (en) | Sealed cavity semiconductor pressure transducers and method | |
US5440931A (en) | Reference element for high accuracy silicon capacitive pressure sensor | |
CN1379228A (zh) | 静电键合密封电容腔体的压力传感器及制作工艺 | |
CN115452238A (zh) | 一种多量程单片集成的压力mems芯片及其制造方法 | |
JPH0554709B2 (no) | ||
JP2001050841A (ja) | 半導体圧力センサおよびその製造方法 | |
JPH06302834A (ja) | 薄膜構造の製造方法 | |
JPH06213747A (ja) | 容量型半導体センサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |