WO2014050229A1 - キャビティーを備えたデバイス部材およびキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法 - Google Patents

キャビティーを備えたデバイス部材およびキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法 Download PDF

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藤田　博之
年吉　洋
裕幸 三屋
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University of Tokyo NUC
Saginomiya Seisakusho Inc
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University of Tokyo NUC
Saginomiya Seisakusho Inc
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
    • H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors

Definitions

  • the present invention belongs to the technical field of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and relates to a device member having a cavity and a method for manufacturing the device member having a cavity.
  • the device member provided with such a cavity can be used as, for example, a capacitance type pressure sensor, an ink jet printer head, a microchannel device used in medical treatment, biotechnology, or the like.
  • Such capacitive pressure sensors include, for example, refrigerant pressure sensors for refrigeration, refrigeration, and air conditioning equipment, water pressure sensors such as water supply and industrial pumps, steam pressure sensors for steam boilers, and air / hydraulic industrial equipment air pressure. / Used for various applications such as oil pressure sensors and pressure sensors for automobiles.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-260187
  • 9 to 13 are schematic views showing the steps of a method for manufacturing a device member having such a conventional cavity.
  • a device material 101 made of an SOI (Silicon On Insulator) wafer is prepared.
  • a positive photoresist layer 108 is formed on the upper surface of the upper surface layer 106.
  • the photoresist layer 108 is exposed with, for example, ultraviolet light (UV) through a photomask 110 having a predetermined pattern.
  • development is performed with a developer such as TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide).
  • TMAH Tetra Methyl Ammonium Hydroxide
  • the upper surface layer 106 is formed using a deep RIE (Deep Reactive Ion Etching) technique, for example, “Bosch process”.
  • RIE Deep Reactive Ion Etching
  • step of alternately performing etching with SF 6 and passivation with C 4 F 8 is carried out.
  • an opening 112 having the same pattern as that of the photoresist layer 108 remaining in a predetermined pattern is formed in the upper surface layer 106.
  • FIG. 10C all the photoresist layers 108 are removed.
  • voids 114 having a predetermined pattern are formed in the intermediate layer 104.
  • a metal such as aluminum, a semiconductor such as polysilicon, or a resin such as parylene is deposited from the upper surface of the upper surface layer 106 to form the sealing layer 116.
  • a part of the sealing layer 116 enters and is sealed in the opening 112 formed in the upper surface layer 106, thereby forming the cavity 118.
  • a positive photoresist layer 120 is spin-coated on the upper surface of the sealing layer 116.
  • the photoresist layer 120 is exposed from, for example, ultraviolet rays (UV) from the upper surface of the photoresist layer 120 through a photomask 122 having a predetermined pattern. Thereafter, development is performed with a developer such as TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide). As a result, as shown in FIG. 12B, the exposed portion of the photoresist is removed, and the photoresist layer 120 remains in a predetermined pattern.
  • TMAH Tetra Methyl Ammonium Hydroxide
  • the sealing layer 116 is aluminum, an aluminum etchant is used, and when the sealing layer 116 is resin, O 2 ashing using O 2 plasma is performed, as shown in FIG. As shown in C), unnecessary portions are removed from the sealing layer 116. Thereafter, by removing all the photoresist layers 120, the device member 100 in which the sealing layer 116 is formed in a predetermined pattern as shown in FIG. 13 is obtained.
  • a predetermined circuit is formed on the upper surface layer 106 of the device member 100 according to the application.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing an outline when the device member 100 manufactured by a conventional manufacturing method is used as a capacitance-type pressure sensor.
  • the pressure sensor 200 uses the upper surface layer 106 sealed with the sealing layer 116 as the diaphragm 202.
  • the diaphragm 202 is used as the counter electrode 204, and the substrate member 102 itself made of Si is also used as the counter electrode 206.
  • the pressure sensor detects this pressure difference.
  • the cavity 118 is sealed so that the inside of the cavity 118 is in a vacuum state, and as a result, the pressure reference chamber in which the pressure P1 in the cavity 118 is evacuated is configured as an absolute pressure type pressure. It is a sensor.
  • the capacitance C of a general capacitor composed of two electrodes separated from each other via a dielectric (insulator) is expressed by the following equation.
  • ⁇ represents the dielectric constant of the dielectric (insulator) between the electrodes
  • S represents the area of the electrode
  • d represents the distance between the electrodes.
  • the capacitance C is proportional to the dielectric constant ⁇ of the dielectric (insulator) between the electrodes and the area S of the electrodes, and inversely proportional to the distance d between the electrodes.
  • the capacitance-type pressure sensor 200 shown in FIGS. 15A and 15B is two electrodes separated from each other via an intermediate layer 104 which is a dielectric (insulator).
  • the counter electrode 204 and the counter electrode 206 are configured.
  • the counter electrode 204 constituting one electrode is used as a diaphragm 202 that is displaced by a change in pressure applied to the counter electrode 204.
  • the distance d between the electrodes between the counter electrode 204 functioning as the diaphragm 202 and the counter electrode 206 constituting the other electrode is changed.
  • the capacitance type pressure sensor 200 is formed between the electrodes between the counter electrode 204 and the counter electrode 206 due to a change in pressure applied to the counter electrode 204 functioning as the diaphragm 202.
  • the distance d changes, it can be regarded as a variable capacitor whose capacitance C changes in inverse proportion to the distance d between the electrodes.
  • one end of a wiring 208 is connected to the counter electrode 204, and one end of a wiring 210 is connected to the counter electrode 206.
  • Each of 208 and 210 has its other end connected to a measurement control device (not shown).
  • a voltage can be applied to the counter electrode 204 and the counter electrode 206 by the measurement control device via the wiring 208 and the wiring 206.
  • the change in the distance d between the electrodes can be regarded as a change in the capacitance C in inverse proportion to the distance d between the electrodes.
  • the capacitance applied to the counter electrode 204 at that time can be determined by measuring the capacitance C. Since it can be known, it can be used as a pressure sensor.
  • a pressure sensor based on such a principle is generally called a “capacitance type pressure sensor”.
  • a piezoresistor is generated by forming a strain gauge on the surface of the diaphragm and deforming the diaphragm due to external pressure.
  • a piezoresistive pressure sensor configured to convert a change in electrical resistance due to an effect into a pressure.
  • the “void 114” means a space formed by removing a part of the intermediate layer before being sealed with the sealing material
  • the “cavity 118” means It means a space formed after being sealed with the sealing layer 116.
  • the present invention eliminates the possibility of unnecessary sealing material invading into the gap and filling the gap unlike the conventional method of manufacturing a device member having a cavity. It is an object of the present invention to provide a device member having a desired function and a method for manufacturing the device member, which can form a cavity having a predetermined shape as an intended purpose by a simple process.
  • the present invention when used as a device member of a capacitance-type pressure sensor, can have a diaphragm structure having a cavity with a predetermined shape inside, and a predetermined capacitance corresponding to a pressure change.
  • An object of the present invention is to provide a highly accurate pressure sensor capable of measuring a change.
  • the device member of the present invention is a device member having a cavity, A substrate member made of a semiconductor, an insulating intermediate layer formed on the upper surface of the substrate member, A semiconductor upper surface layer formed on the upper surface of the intermediate layer, an opening formed in the upper surface layer, and a gas permeable seal formed so as to seal the opening formed in the upper surface layer.
  • the cavity is a cavity formed by removing the intermediate layer with an etching gas that permeates through the sealing layer.
  • the device member manufacturing method of the present invention is a device member manufacturing method provided with a cavity, and includes a substrate member made of a semiconductor, an insulating intermediate layer formed on the upper surface of the substrate member, A step of preparing a device material comprising a semiconductor upper surface layer formed on the upper surface of the intermediate layer, a step of forming an opening in the upper surface layer, and an opening formed in the upper surface layer. A step of sealing with a gas-permeable sealing layer, and a step of forming a cavity by removing the intermediate layer by allowing an etching gas to pass through the gas-permeable sealing layer. It is characterized by that.
  • the opening formed in the upper surface layer is sealed with a gas-permeable sealing layer, and the etching gas is allowed to pass through the sealing layer, so that the intermediate layer is formed.
  • the cavity is formed by removing.
  • the chemical reaction formula by the etching gas is expressed as follows. SiO 2 + 4HF (gas) ⁇ SiF 4 (gas) + H 2 O (gas)
  • this sealing layer has a condition that HF gas as an etching gas must be absolutely permeable.
  • gaseous SiF 4 and H 2 O pass through. That is, it is desirable that the sealing layer has gas permeability that allows gas generated by etching the intermediate layer with insulating gas to pass therethrough.
  • the opening formed in the upper surface layer is sealed with a gas-permeable sealing layer, for example, the liquid capillarity is generated by spin-coating the sealing material with a liquid photoresist. Therefore, the entire opening is sealed with a gas-permeable sealing material. Therefore, it is not necessary to form a sealing layer under strict conditions as in the prior art, no complicated process is required, the manufacturing cost can be reduced, and the device member of excellent quality is extremely stable. Can be provided.
  • the device member of the present invention is characterized in that a gas-impermeable protective film is provided on the upper surface of the sealing layer.
  • the device member manufacturing method of the present invention is characterized by comprising a step of forming a gas-impermeable protective film.
  • gas impermeable protective film is provided on the upper surface of the sealing layer, gas does not enter from the outside into the cavity of the device member, and the inside of the cavity may be contaminated. Absent.
  • gas does not enter and exit from the cavity, the internal pressure in the cavity does not change, and a device member having an intended function can be provided.
  • the device member of the present invention is characterized in that the cavity is in a vacuum state.
  • the device member manufacturing method of the present invention is characterized in that the cavity is brought into a vacuum state by carrying out a step of forming a gas-impermeable protective film under vacuum conditions.
  • vacuum includes an absolute vacuum, a state close to absolute vacuum, or a state in which the pressure is reduced as compared with the atmospheric pressure to the extent that there is no problem using the pressure sensor.
  • a gas impermeable protection is applied to the upper surface of the sealing layer, for example, using a very simple process such as vacuum deposition of metal to evacuate the cavity.
  • a film member can be formed, and a device member including a pressure reference chamber sealed in a vacuum state in which no impure gas or the like remains in the cavity can be provided.
  • a capacitance type absolute pressure type pressure sensor can be easily manufactured at a low cost, and a pressure sensor having a more stable quality than the conventional one can be manufactured.
  • the substrate member is Si
  • the intermediate layer is SiO 2
  • the upper surface layer is Si
  • a method of manufacturing a device member of the present invention the device material, the substrate member is is Si, said intermediate layer is SiO 2, the upper surface layer is a Si, an SOI (Silicon On Insulator) wafer It is characterized by being.
  • an SOI (Silicon On Insulator) wafer in which the substrate member is Si, the intermediate layer is SiO 2 , and the upper surface layer is Si is used as the device material.
  • the thickness of the intermediate layer SiO 2 that is, the gap between the substrate member and the upper surface layer
  • the step of forming an opening in the upper surface layer is performed by, for example, forming and developing a pattern comprising a portion exposed by photolithography and a portion not exposed, and then deeply RIE.
  • An opening can be formed in the upper surface layer by etching using the (Deep Reactive Ion Etching) technique. Therefore, since photolithography is used, patterning is easy, and a predetermined pattern can be formed on the upper surface layer in a large amount with good reproducibility using this pattern.
  • the opening formed in the upper surface layer is sealed with a gas permeable sealing layer, and, for example, HF gas is passed through the gas permeable sealing layer.
  • the cavity can be easily formed by removing the intermediate layer by allowing the etching gas comprising
  • the present invention is a capacitance type pressure sensor using any of the device members described above.
  • the present invention is a capacitance-type pressure sensor using a device member obtained by any of the above-described device member manufacturing methods.
  • a diaphragm structure having a cavity with a predetermined shape when used as a device member of a capacitance-type pressure sensor, a diaphragm structure having a cavity with a predetermined shape can be formed, and a predetermined static force corresponding to a pressure change can be obtained.
  • a highly accurate pressure sensor that can measure a change in capacitance can be provided.
  • the opening formed in the upper surface layer is sealed with the gas permeable sealing layer, and the intermediate layer is removed by allowing the etching gas to pass through the sealing layer. This forms a cavity.
  • the opening formed in the upper surface layer is sealed with a gas-permeable sealing layer, for example, the liquid capillarity is generated by spin-coating the sealing material with a liquid photoresist. Therefore, the entire opening is sealed with a gas-permeable sealing material. Therefore, unlike the conventional case, when sealing with a sealing material, it is not necessary to form a sealing layer under severe conditions, a complicated process is unnecessary, and the manufacturing cost can be reduced. A device member of excellent quality can be provided extremely stably.
  • FIG. 1 is a partially enlarged cross-sectional view of a device member having a cavity according to the present invention.
  • FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a device member having a cavity according to the present invention.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining a method for producing a device member having a cavity according to the present invention.
  • FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a device member having a cavity according to the present invention.
  • FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a device member having a cavity according to the present invention.
  • FIG. 1 is a partially enlarged cross-sectional view of a device member having a cavity according to the present invention.
  • FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a device member having a cavity according to the present invention.
  • FIG. 3 is a partially
  • FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of another embodiment of a device member having a cavity according to the present invention.
  • FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a device member having a cavity according to the present invention.
  • FIG. 8 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a device member having a cavity according to the present invention.
  • FIG. 9 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a device member having a conventional cavity.
  • FIG. 10 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a device member having a conventional cavity.
  • FIG. 10 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a device member having a conventional cavity.
  • FIG. 11 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a device member having a conventional cavity.
  • FIG. 12 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a device member having a conventional cavity.
  • FIG. 13 is a partially enlarged cross-sectional view of a device member having a conventional cavity.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing an outline when the device member 10 manufactured by the manufacturing method of the present invention is used as a capacitive pressure sensor.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing an outline when the device member 100 manufactured by a conventional manufacturing method is used as a capacitance-type pressure sensor.
  • FIG. 1 is a partially enlarged cross-sectional view of a device member having a cavity according to the present invention.
  • reference numeral 10 denotes a device member having the cavity of the present invention as a whole.
  • the device member 10 of the present invention includes a substrate member 12 made of a semiconductor, and an insulating intermediate layer 14 is formed on the upper surface of the substrate member 12.
  • An upper surface layer 16 made of a semiconductor is formed on the upper surface of the intermediate layer 14.
  • the upper surface layer 16 includes an opening 18 formed in a predetermined pattern shape, and a gas-permeable seal formed so as to seal the opening 18 formed in the upper surface layer 16.
  • a layer 20 is provided.
  • a cavity 22 is formed in a part of the intermediate layer 14 corresponding to the gas permeable sealing layer 20.
  • the cavity 22 is formed by an etching gas that passes through the gas permeable sealing layer 20.
  • the substrate member 12 may be made of, for example, a semiconductor such as Si, and may be appropriately selected depending on the application of the device member 10 and is not particularly limited.
  • the intermediate layer 14 may be any material as long as it has an insulating property and can be etched by an etching gas that passes through the gas-permeable sealing layer 20, and can be selected as appropriate according to the type of etching gas used. Good.
  • an etching gas for example, an oxide such as SiO 2 can be used as the intermediate layer 14.
  • the upper surface layer 16 can use, for example, a semiconductor such as Si similarly to the substrate member 12, and may be appropriately selected according to the use of the device member 10, and is not particularly limited.
  • the gas-permeable sealing layer 20 is not particularly limited as long as the gas-permeable sealing layer 20 can be appropriately selected according to the type of etching gas used.
  • etching gas for example, a negative photoresist “SU-8 (trade name)” manufactured by Microchem is used. be able to.
  • the cavity formation by the etching gas is represented by the following chemical reaction formula. SiO 2 + 4HF (gas) ⁇ SiF 4 (gas) + H 2 O (gas)
  • the sealing layer 20 has a condition that HF gas as an etching gas must be absolutely transmitted. Furthermore, it is desirable that gaseous SiF 4 and H 2 O pass through the sealing layer 20. That is, it is desirable that the sealing layer 20 has gas permeability that allows gas generated when the intermediate layer 14 is etched by the etching gas to pass therethrough.
  • the “gas permeability” of the “gas permeable sealing layer 20” allows the etching gas and all the gas generated when the intermediate layer 14 is etched by the etching gas to pass therethrough. It means that.
  • the gas permeability required for the gas-permeable sealing layer 20 is, for example, an etching gas composed of HF gas, It is desirable that all reaction gases by etching such as SiF 4 gas and H 2 O gas can be transmitted.
  • the substrate member 12 made of Si, the intermediate layer 14 made of SiO 2 formed on the upper surface of the substrate member 12, and the upper surface of the intermediate layer 14 are formed.
  • a device material 1 made of an SOI (Silicon On Insulator) wafer composed of an upper surface layer 16 made of Si is prepared.
  • a positive photoresist layer 24 is formed on the upper surface of the upper surface layer 16.
  • the photoresist layer 24 is exposed with, for example, ultraviolet rays (UV) from the upper surface of the photoresist layer 24 through a photomask 26 having a predetermined pattern.
  • development is performed with a developer such as TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide).
  • the exposed portion of the photoresist is removed, and the photoresist layer 24 remains in a predetermined pattern.
  • the upper surface layer 16 is, for example, a “Bosch process” using a deep RIE (Deep Reactive Ion Etching) technique.
  • the so-called “step of alternately performing etching with SF 6 and passivation with C 4 F 8 ” is carried out.
  • openings 18 having the same pattern as the photoresist layer 24 remaining in a predetermined pattern are formed in the upper surface layer 16.
  • FIG. 3C all the photoresist layers 24 are removed.
  • a sealing material made of a negative photoresist “SU-8 (trade name)” manufactured by Microchem is applied to the upper surface of the upper surface layer 16.
  • the gas permeable sealing layer 20 is formed by spin coating.
  • SU-8 (trade name)
  • SU-8 (trade name)
  • SU-8 (trade name) is originally a liquid
  • SU-8 (trade name)” is formed in the opening 18 formed in the upper surface layer 16 due to the capillary action of the liquid. 18 enters and is sealed, the entire opening 18 is sealed with a sealing material.
  • SU-8 (trade name)” is exposed to, for example, ultraviolet rays (UV) through a photomask 28 having a predetermined pattern. Then, after baking at 95 ° C., development is performed with a developer such as PGMEA (Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate). As a result, as shown in FIG. 4C, the exposed portion of the sealing material “SU-8 (trade name)” remains, and the gas-permeable sealing layer 20 remains in a predetermined pattern. Will do.
  • PGMEA Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate
  • the device member 10 in which the cavity 22 is formed can be manufactured.
  • a cavity 22 is formed between the upper surface layer 16 made of Si and the substrate member 12 made of Si. Therefore, by using the upper surface layer 16 as a diaphragm that is displaced by a change in pressure and as a counter electrode that constitutes one electrode, and by using the substrate member 12 as a counter electrode that constitutes the other electrode, Can be considered.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing an outline when the device member 10 manufactured by the manufacturing method of the present invention is used as a capacitive pressure sensor.
  • the pressure sensor 50 uses the upper surface layer 16 sealed with the sealing layer 20 as the diaphragm 52. Further, the diaphragm 52 is used as the counter electrode 54, and the substrate member 12 itself made of Si is also used as the counter electrode 56.
  • the pressure sensor detects this pressure difference.
  • the cavity 18 is sealed so that the inside of the cavity 18 is in a vacuum state, and the pressure reference chamber in which the pressure P1 in the cavity 18 is evacuated thereby constitutes an absolute pressure type pressure. It is a sensor.
  • the capacitance C of a general capacitor composed of two electrodes separated from each other via a dielectric (insulator) is expressed by the following equation.
  • ⁇ represents the dielectric constant of the dielectric (insulator) between the electrodes
  • S represents the area of the electrode
  • d represents the distance between the electrodes.
  • the capacitance C is proportional to the dielectric constant ⁇ of the dielectric (insulator) between the electrodes and the area S of the electrodes, and inversely proportional to the distance d between the electrodes.
  • the capacitance-type pressure sensor 50 shown in FIGS. 14A and 14B is also two electrodes separated from each other via the intermediate layer 14 which is a dielectric (insulator).
  • the counter electrode 54 and the counter electrode 56 are configured.
  • the counter electrode 54 constituting one electrode is used as a diaphragm 52 that is displaced by a change in pressure applied to the counter electrode 54.
  • the distance d between the electrodes between the counter electrode 54 functioning as the diaphragm 52 and the counter electrode 56 constituting the other electrode is changed.
  • the capacitance type pressure sensor 50 is formed by the change in pressure applied to the counter electrode 54 functioning as the diaphragm 52 between the electrodes between the counter electrode 54 and the counter electrode 56.
  • the distance d changes, it can be regarded as a variable capacitor whose capacitance C changes in inverse proportion to the distance d between the electrodes.
  • one end of a wiring 58 is connected to the counter electrode 54, and one end of a wiring 60 is connected to the counter electrode 56.
  • Each of 58 and 60 has its other end connected to a measurement control device (not shown).
  • a voltage can be applied to the counter electrode 54 and the counter electrode 56 by the measurement control device via the wiring 58 and the wiring 56.
  • the change in the distance d between the electrodes can be regarded as a change in the capacitance C in inverse proportion to the distance d between the electrodes.
  • the pressure applied to the counter electrode 54 functioning as the diaphragm 52 can be determined. Since it can be known, it can be used as a pressure sensor.
  • a pressure sensor based on such a principle is generally called a “capacitance type pressure sensor”.
  • a piezoresistor is generated by forming a strain gauge on the surface of the diaphragm and deforming the diaphragm due to external pressure.
  • the present invention can also be applied to a piezoresistive pressure sensor configured to convert a change in electrical resistance due to an effect into a pressure.
  • the opening 18 formed in the upper surface layer 16 is sealed with the gas permeable sealing layer 20, and the etching gas is allowed to pass through the gas permeable sealing layer 20.
  • the cavity 22 is formed in the intermediate layer 14.
  • the cavity 22 having a predetermined shape as the intended purpose can be formed by a simple process, and the device member 10 having the intended function can be provided.
  • the opening 18 formed in the upper surface layer 16 is sealed, for example, by spin coating using a liquid photoresist as a sealing material, the opening 18 enters and is sealed by a liquid capillary phenomenon. Therefore, the entire opening 18 is sealed with the gas permeable sealing layer 20. Therefore, unlike the conventional case, when sealing with a sealing material, it is not necessary to form a sealing layer under severe conditions, a complicated process is unnecessary, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the device member 10 of excellent quality can be provided extremely stably.
  • an SOI (Silicon On Insulator) wafer in which the substrate member 12 is Si, the intermediate layer 14 is SiO 2 , and the upper surface layer 16 is Si is used as a device material.
  • the thickness of SiO 2 that is the intermediate layer 14 can be easily made constant in the wafer manufacturing process. it can.
  • SOI Silicon On Insulator
  • the SiO 2 that is the intermediate layer 14 is removed, so that the cavity 22 is formed between the substrate member 12 and the upper surface layer 16.
  • a gap 22 with small gap variation and a uniform gap can be formed.
  • SOI (Silicon On Insulator) wafers can be obtained in large quantities with uniform quality and are versatile, and the manufacturing method can be simplified, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • the step of forming the opening 18 in the upper surface layer 16 is performed by, for example, forming and developing a pattern including a portion exposed by photolithography and a portion not exposed.
  • the opening 18 can be formed in the upper surface layer 16 by etching using a deep RIE (Deep Reactive Ion Etching) technique. Therefore, since photolithography is used, patterning is easy, and a predetermined pattern can be formed on the upper surface layer 16 in large quantities and with good reproducibility using this pattern.
  • the intermediate layer 14 is made of SiO 2 , the opening 18 formed in the upper surface layer 16 is sealed with the gas permeable sealing layer 20, and the gas permeable sealing layer 20 is etched.
  • the gas permeate for example, by etching the intermediate layer 14 using HF gas, a part of the intermediate layer 14 can be removed, and the cavity 22 can be easily formed in a predetermined pattern. .
  • FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of another embodiment of a device member having a cavity according to the present invention.
  • the device member 10 of this embodiment has basically the same configuration as that of the device member 10 shown in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. To do.
  • the device member 10 of this embodiment includes a gas impermeable protective film 30 on the upper surface of the gas permeable sealing layer 20, as shown in FIG.
  • the gas-impermeable protective film 30 may be appropriately selected according to the use of the device member 10 and is not particularly limited.
  • a metal such as aluminum, polysilicon, or the like by vapor deposition or the like. It can be formed using a semiconductor such as, a resin such as parylene.
  • gas impermeable of “gas impermeable protective film 30” means that gas penetrates into the cavity 22 from the outside through the protective film 30 and the gas permeable sealing layer 20. It means not. As a result, the inside of the cavity 22 is not contaminated, the gas in the cavity 22 does not enter and exit, and the internal pressure in the cavity 22 does not change.
  • the film thickness of the protective film 30 may be appropriately selected according to the use of the device member 10 and is not particularly limited.
  • the film thickness is 100 nm to 5 ⁇ m, and preferably the protective film 30 is aluminum.
  • the range of 2 ⁇ m to 5 ⁇ m is desirable to prevent the gas from entering the cavity 22.
  • the gas impermeable protective film 30 is provided on the upper surface of the sealing layer 20, gas does not enter the cavity 22 of the device member 10 from the outside, The inside of the cavity 22 is not contaminated. Further, since the gas in and out of the cavity 22 is eliminated, the internal pressure in the cavity 22 does not change, and the device member 10 having an expected function can be provided.
  • the cavity 22 is in a vacuum state. That is, it is desirable that the cavity 22 be in a vacuum state by performing a step of forming the gas impermeable protective film 30 under vacuum conditions.
  • vacuum includes an absolute vacuum, a state close to absolute vacuum, or a state in which the pressure is reduced as compared with the atmospheric pressure to the extent that there is no problem using the pressure sensor.
  • a gas impermeable property is formed on the upper surface of the sealing layer 20 by using a very simple process such as vacuum deposition of metal.
  • the protective member 30 can be formed, and the device member 10 including the pressure reference chamber sealed in a vacuum state in which no impurity gas or the like remains in the cavity 22 can be provided.
  • a capacitance type absolute pressure type pressure sensor can be easily manufactured at a low cost, and a pressure sensor having a more stable quality than the conventional one can be manufactured.
  • the manufacturing method of the device member 10 of the first embodiment and the steps shown in FIGS. 2 to 5 are the same.
  • a part of the intermediate layer 14 is removed by allowing the gas permeable sealing layer 20 to permeate the etching gas, thereby etching the intermediate layer 14 to obtain a predetermined pattern.
  • the cavity 22 is formed.
  • a metal such as aluminum, a semiconductor such as polysilicon, a resin such as parylene, or the like is used on the upper surface of the gas-permeable sealing layer 20 by, for example, vapor deposition.
  • the protective film 30 is formed.
  • a positive photoresist layer 32 is spin-coated on the upper surface of the protective film 30.
  • the photoresist layer 32 is exposed with, for example, ultraviolet rays (UV) from the upper surface of the photoresist layer 32 through a photomask 34 having a predetermined pattern.
  • development is performed with a developer such as TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide).
  • the exposed portion of the photoresist is removed, and the photoresist layer 32 remains in a predetermined pattern.
  • the upper surface layer 16 is protected to a predetermined pattern by performing an etching process using, for example, an aluminum etchant such as a mixed acid, using the photoresist layer 32 as a mask.
  • an aluminum etchant such as a mixed acid
  • the film 30 is removed. Thereafter, all the photoresist layer 32 is removed.
  • the device member 10 including the gas impermeable protective film 30 on the upper surface of the sealing layer 20 can be manufactured.
  • the device member 10 provided with the gas-impermeable protective film 30 was manufactured. That is, as shown in FIG. 2A, the substrate member 12 made of Si, the intermediate layer 14 made of SiO 2 formed on the upper surface of the substrate member 12, and the upper surface of the intermediate layer 14 were formed. A device material 1 made of an SOI (Silicon On Insulator) wafer composed of an upper surface layer 16 made of Si was prepared.
  • SOI Silicon On Insulator
  • This device material 1 was washed with ammonia perwater. Further, it was washed with an HF aqueous solution (diluted to 1/100) for 1 min. Then, a primer is applied to the upper surface of the upper surface layer 16 of the device material 1, and a positive type made by Shipley (SHIPLEY) is applied to the upper surface of the upper surface layer 16 as shown in FIG.
  • a photoresist layer 24 was formed by spin coating at 4000 rpm / 30 sec using a photoresist “S1805G (trade name)”.
  • the photoresist layer 24 was exposed to ultraviolet rays (UV) for 3 seconds from the upper surface of the photoresist layer 24 through a photomask 26 having a predetermined pattern. Thereafter, development was performed for 1 min with TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) (developer “NMD-3 (trade name)” manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.).
  • TMAH Tetra Methyl Ammonium Hydroxide
  • the exposed portion of the photoresist is removed, and the photoresist layer 24 remains in a predetermined pattern.
  • the upper surface layer 16 is called a “Bosch process” using a deep RIE (Deep Reactive Ion Etching) technique. “The process of alternately performing etching with SF 6 and passivation with C 4 F 8 ” was carried out. Thus, openings 18 having the same pattern as the photoresist layer 24 remaining in a predetermined pattern were formed in the upper surface layer 16.
  • SU-8 (trade name) is originally a liquid
  • SU-8 (trade name) is formed in the opening 18 formed in the upper surface layer 16 due to the capillary action of the liquid. 18 enters and is sealed, the entire opening 18 is sealed with a sealing material.
  • FIG. 4B “SU-8 (trade name)” was exposed to ultraviolet rays (UV) for 30 seconds through a photomask 28 having a predetermined pattern.
  • a part of the intermediate layer 14 is removed by allowing the gas-permeable sealing layer 20 to pass through HF gas, which is an etching gas, for 20 minutes.
  • HF gas which is an etching gas
  • a protective film 30 having a thickness of 200 nm was formed on the upper surface of the gas-permeable sealing layer 20 by vacuum deposition using aluminum. Then, a primer is applied to the upper surface of the protective film 30, and as shown in FIG. 7B, a positive photoresist “S1818G manufactured by Shipley (SHIPLEY) is applied to the upper surface of the protective film 30. (Product name) was spin-coated at 3000 rpm / 30 sec to form a photoresist layer 32.
  • the photoresist layer 32 was exposed to ultraviolet rays (UV) for 3 seconds from the upper surface of the photoresist layer 32 through a photomask 34 having a predetermined pattern. Thereafter, development was performed for 1 min with TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) (developer “NMD-3 (trade name)” manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). As a result, as shown in FIG. 8A, the exposed portion of the photoresist is removed, and the photoresist layer 32 remains in a predetermined pattern.
  • TMAH Tetra Methyl Ammonium Hydroxide
  • the upper surface layer 16 is etched for 3 minutes using an aluminum etchant (aluminum mixed acid) using the photoresist layer 32 as a mask to form a predetermined pattern.
  • the protective film 30 was removed. Thereafter, all the photoresist layer 32 was removed.
  • the device member 10 including the gas impermeable protective film 30 on the upper surface of the sealing layer 20 could be manufactured.
  • this device member 10 was used to conduct an experiment as an absolute pressure type pressure sensor, it was clear that the relationship between pressure and capacitance had a linear correlation, and the pressure sensor was reliable. Met.
  • the device member 10 of the present invention can be used for, for example, a capacitance-type pressure sensor, an ink jet printer head, a microchannel device used in medical treatment, biotechnology, and the like. Various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
  • the present invention belongs to the technical field of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and relates to a device member having a cavity and a method for manufacturing the device member having a cavity.
  • the device member provided with such a cavity can be used as, for example, a capacitance type pressure sensor, an ink jet printer head, a microchannel device used in medical treatment, biotechnology, or the like.

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Description

キャビティーを備えたデバイス部材およびキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法
　本発明は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)の技術分野に属し、キャビティーを備えたデバイス部材およびキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法に関する。
　このようなキャビティーを備えたデバイス部材は、例えば、静電容量型の圧力センサ、インクジェットプリンターヘッド、医療やバイオテクノロジーなどに用いられるマイクロ流路デバイスなどとして利用することができる。
　このような静電容量型の圧力センサは、例えば、冷凍、冷蔵、空調機器用の冷媒圧力センサ、給水、産業用ポンプなどの水圧センサ、蒸気ボイラの蒸気圧センサ、空／油圧産業機器の空／油圧センサ、自動車などの圧力センサなど各種の用途に使用されている。
　ところで、従来より、この種のキャビティーを備えたデバイス部材として、例えば、静電容量型の圧力センサについては、特許文献１（特開２００４－２６０１８７号公報）に開示された製造方法が提案されている。
　図９～図１３は、このような従来のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法の工程を示す概略図である。
　図９（Ａ）に示したように、例えば、Ｓｉからなる基板部材１０２と、この基板部材１０２の上面に形成されたＳｉＯ２からなる中間層１０４と、中間層１０４の上面に形成されたＳｉからなる上面層１０６とから構成される、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーからなるデバイス材料１０１を用意する。
　次に、図９（Ｂ）に示したように、上面層１０６の上面に、例えば、ポジ型のフォトレジスト層１０８を形成する。そして、図９（Ｃ）に示したように、このフォトレジスト層１０８の上面から、所定のパターンのフォトマスク１１０を介して、フォトレジスト層１０８を、例えば、紫外線（ＵＶ）で露光する。
　その後、例えば、ＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide）などの現像液により現像する。この結果、図１０（Ａ）に示したように、露光された部分のフォトレジストが除去され、フォトレジスト層１０８が所定のパターンで残存することになる。
　この状態で、図１０（Ｂ）に示したように、フォトレジスト層１０８をマスクとして、上面層１０６を、深堀りＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）の手法を用いて、例えば、「ボッシュプロセス」と呼ばれる「ＳＦ６によるエッチングとＣ４Ｆ８によるパッシベーションを交互に行う工程」を進めていく。これにより、上面層１０６に、所定のパターンで残存しているフォトレジスト層１０８と同じパターンの開口部１１２が形成される。次に、図１０（Ｃ）に示したように、全てのフォトレジスト層１０８を除去する。
　そして、図１１（Ａ）に示したように、例えば、ＨＦガスを用いて、中間層１０４をエッチング処理することによって、中間層１０４には所定のパターンの空隙１１４が形成される。
　そして、図１１（Ｂ）に示したように、上面層１０６の上面から、例えば、アルミニウムなどの金属、ポリシリコンなどの半導体、または、パリレンなどの樹脂を蒸着させることによって、封止層１１６を形成する。これにより、上面層１０６に形成された開口部１１２に、封止層１１６の一部が入り込み封止され、キャビティー１１８が形成される。
　次に、図１１（Ｃ）に示したように、封止層１１６の上面に、例えば、ポジ型のフォトレジスト層１２０をスピンコートする。
　その後、図１２（Ａ）に示したように、このフォトレジスト層１２０の上面から、所定のパターンのフォトマスク１２２を介して、フォトレジスト層１２０を、例えば、紫外線（ＵＶ）で露光する。その後、例えば、ＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide）などの現像液により現像する。この結果、図１２（Ｂ）に示したように、露光された部分のフォトレジストが除去され、フォトレジスト層１２０が所定のパターンで残存することになる。
　次に、例えば、封止層１１６がアルミニウムの場合には、アルミニウムエッチング液を用いて、また、封止層１１６が樹脂の場合には、Ｏ２プラズマを用いたＯ２アッシングによって、図１２（Ｃ）に示したように、封止層１１６から不要な部分を除去する。
　その後、全てのフォトレジスト層１２０を除去することによって、図１３に示したように、所定のパターンに封止層１１６が形成されたデバイス部材１００が得られる。
　なお、図示しないが、デバイス部材１００には、その用途にしたがって、上面層１０６には、所定の回路、ストレンゲージ（Strain gauge）、対向電極などが形成されることになる。
　図１５は、従来の製造方法で製造したデバイス部材１００を、静電容量型の圧力センサとして用いる場合の概略を示す模式図である。
　図１５に示したように、圧力センサ２００は、ダイヤフラム２０２として、上記の封止層１１６で封止された上面層１０６を用いている。また、ダイヤフラム２０２は対向電極２０４として使用されるとともに、Ｓｉからなる基板部材１０２自体も対向電極２０６として使用される。
　そして、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示したように、キャビティー１１８の圧力をＰ１、外部からダイヤフラム２０２にかかる圧力をＰ２とした時に、この圧力差を検出するのが圧力センサである。
　また、キャビティー１１８内が真空の状態となるようにキャビティー１１８を封止し、これにより、キャビティー１１８内の圧力Ｐ１が真空となる圧力基準室として構成したものが、絶対圧力式の圧力センサである。
　ところで、誘電体（絶縁体）を介して相互に分離された２枚の電極から構成される一般的なコンデンサーの容量Ｃは、下記の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、εは電極間の誘電体（絶縁体）の誘電率、Ｓは電極の面積、ｄは、電極間の距離を表している。この式から明らかなように、容量Ｃは、電極間の誘電体（絶縁体）の誘電率ε、電極の面積Ｓにそれぞれ比例し、電極間の距離ｄに反比例する。
　図１５（Ａ）、（Ｂ）に示した静電容量型の圧力センサ２００も同様に、誘電体（絶縁体）である中間層１０４を介して相互に分離された２枚の電極である、対向電極２０４と対向電極２０６とから構成されている。
　この場合、一方の電極を構成する対向電極２０４が、対向電極２０４にかかる圧力の変化によって変位するダイヤフラム２０２として用いられている。これにより、ダイヤフラム２０２として機能する対向電極２０４と、もう一方の電極を構成する対向電極２０６との間の電極間の距離ｄが変化するように構成されている。
　従って、上記式からも明らかなように、静電容量型の圧力センサ２００は、ダイヤフラム２０２として機能する対向電極２０４にかかる圧力の変化によって、対向電極２０４と対向電極２０６との間の電極間の距離ｄが変化すると、電極間の距離ｄに反比例して容量Ｃが変化する可変容量コンデンサーとみなすことができる。
　また、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示したように、対向電極２０４には、配線２０８の一端が接続され、対向電極２０６には、配線２１０の一端が接続されており、これらの配線２０８、２１０のいずれも、それぞれの他端が図示しない測定制御装置に接続されている。
　これにより、これらの配線２０８、配線２０６を介して、測定制御装置によって対向電極２０４、対向電極２０６に対して電圧を印加することができるように構成されている。
　これによって、上記式からも明らかなように、ダイヤフラム２０２として機能する対向電極２０４にかかる圧力の変化による対向電極２０４の変位、すなわち、対向電極２０４の変位による対向電極２０４と対向電極２０６との間の電極間の距離ｄの変化を、電極間の距離ｄに反比例した容量Ｃの変化として捉えることができる。
　従って、この容量Ｃの変化と、ダイヤフラム２０２として機能する対向電極２０４にかかる圧力の変化量との関係が予め分かっていれば、容量Ｃを計測することによって、その時の対向電極２０４にかかる圧力を知ることができるので、圧力センサとして使用することができる。このような原理による圧力センサが、一般的に「静電容量型の圧力センサ」と呼ばれている。
　また、図示しないが、圧力センサとして、静電容量型の圧力センサ以外にも、ダイヤフラムの表面にストレンゲージ（Strain gauge）を形成して、外部からの圧力によってダイヤフラムが変形して発生するピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を圧力に換算するように構成したピエゾ抵抗型の圧力センサもある。
特開２００４－２６０１８７号公報
　しかしながら、従来の特許文献１に記載されているような、キャビティーを備えたデバイス部材の製造方法では、図１３に示したように、封止材が空隙１１４の内部に侵入して（符号１２４参照）、空隙１１４を埋めてしまうおそれがあり、所期の目的とする所定の形状を有するキャビティー１１８を形成できないことがある。
　なお、本明細書において、「空隙１１４」とは、封止材で封止される前に中間層の一部を除去することによって形成された空間を意味し、「キャビティー１１８」とは、封止層１１６で封止された後に形成された空間を意味する。
　このような場合、例えば、静電容量型の圧力センサのデバイス部材として使用する場合に、内部に所定の形状のキャビティー１１８を有するダイヤフラム構造とすることが困難となり、圧力変化に応じた所定の静電容量変化を測定することができないため、高精度の圧力センサを提供することができなくなる。
　また、このような状態を避けるためには、封止材が空隙１１４の内部に極力侵入しないようにする必要がある。そのため、従来のキャビティー１１８を備えたデバイス部材の製造方法では、厳しい条件で封止層１１６を形成する必要があったり、また、複雑な工程が必要であったりするため、製造コストが高くならざるを得ない。
　本発明は、このような現状に鑑み、従来のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法のように、空隙内に不要な封止材が侵入して、空隙を埋めてしまうおそれがなく、所期の目的とする所定の形状を有するキャビティーを、簡単な工程で形成することができ、所期の機能を有するデバイス部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
　また、本発明は、静電容量型の圧力センサのデバイス部材として使用する場合に、内部に所定の形状のキャビティーを有するダイヤフラム構造とすることができ、圧力変化に応じた所定の静電容量変化を測定することができる高精度の圧力センサを提供することを目的とする。
　本発明は、前述したような従来技術における課題を解決することを目的として発明されたものであって、本発明のデバイス部材は、キャビティーを備えたデバイス部材であって、
半導体からなる基板部材と、前記基板部材の上面に形成された絶縁性を有する中間層と、
前記中間層の上面に形成された半導体からなる上面層と、前記上面層に形成された開口部と、前記上面層に形成された開口部を封止するように形成されたガス透過性の封止層とを備え、前記キャビティーが、前記封止層を介して透過するエッチングガスによって、前記中間層を除去することにより形成されたキャビティーであることを特徴とする。
　また、本発明のデバイス部材の製造方法は、キャビティーを備えたデバイス部材の製造方法であって、半導体からなる基板部材と、前記基板部材の上面に形成された絶縁性を有する中間層と、前記中間層の上面に形成された半導体からなる上面層とを備えたデバイス材料を用意する工程と、前記上面層に、開口部を形成する工程と、前記上面層に形成された開口部を、ガス透過性の封止層で封止する工程と、前記ガス透過性の封止層を介して、エッチングガスを透過させることにより、前記中間層を除去してキャビティーを形成する工程とを備えることを特徴とする。
　このように構成することによって、上面層に形成された開口部を、ガス透過性の封止層で封止して、この封止層を介して、エッチングガスを透過させることにより、中間層を除去することによってキャビティーを形成している。
　なお、例えば、中間層がＳｉＯ２からなる場合において、エッチングガスによる化学反応式を表すと下記の式のようになる。
　ＳｉＯ２＋４ＨＦ（gas）→ＳｉＦ４（gas）＋Ｈ２Ｏ（gas）
　従って、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーにより、絶対圧力式の圧力センサを製作する場合を考慮すれば、この封止層は、エッチングガスであるＨＦガスが、絶対に透過しなければならないという条件の他に、ガス状のＳｉＦ４とＨ２Ｏが、透過して抜けるのが望ましい。
　すなわち、この封止層は、絶縁性を有する中間層が、エッチングガスによりエッチングされて発生するガスも透過させるガス透過性を有するのが望ましい。
　従って、従来のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法のように、空隙内に封止材が侵入して、キャビティー形成のための空隙を埋めてしまうおそれがない。
　これにより、所期の目的とする所定の形状を有するキャビティーを、簡単な工程で形成することができ、しかも、所期の機能を有するデバイス部材を提供することができる。
　また、上面層に形成された開口部を、ガス透過性の封止層で封止する際に、例えば、封止材には液体のフォトレジストを用いてスピンコートすることにより、液体の毛細管現象により開口部に入り込み封止されるので、開口部全体がガス透過性の封止材で封止される。
　従って、従来のように、厳しい条件で封止層を形成する必要がなく、また、複雑な工程が不要で、製造コストを低減することができ、しかも、極めて安定的に優れた品質のデバイス部材を提供することができる。
　また、本発明のデバイス部材は、前記封止層の上面に、ガス不透過性の保護膜を備えることを特徴とする。
　また、本発明のデバイス部材の製造方法は、ガス不透過性の保護膜を形成する工程を備えることを特徴とする。
　このように構成することによって、封止層の上面に、ガス不透過性の保護膜を備えるので、デバイス部材のキャビティー内に外部からガスが侵入せず、キャビティー内が汚染されることがない。また、キャビティー内のガスの出入りもなくなるために、キャビティー内の内圧が変化することがなく、所期の機能を有するデバイス部材を提供することができる。
　また、本発明のデバイス部材は、前記キャビティーが、真空の状態であることを特徴とする。
　また、本発明のデバイス部材の製造方法は、真空条件下で、ガス不透過性の保護膜を形成する工程を実施することによって、前記キャビティーを、真空の状態とすることを特徴とする。
　なお、この場合、「真空」とは、絶対真空、絶対真空に近い状態、または、圧力センサとして用いて支障のない程度に大気圧に比べて減圧した状態を包含する意味である。
　このように構成することによって、従来のデバイス部材の製造方法では、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）や、キャビティー内に残留した水素を燃焼させて真空室を形成しているため、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーなどからなるデバイス材料を、高温にする必要があった。このため、高温に対する耐性がない材料を使用することができず、材料が限定され、汎用性に欠けるなどの問題がある。
　これに対して、本発明によれば、キャビティー内を真空にするために、例えば、金属の真空蒸着などの非常に簡単なプロセスを用いて、封止層の上面にガス不透過性の保護膜を形成することができるとともに、キャビティー内に不純ガスなどが残留することのない真空の状態に封止された圧力基準室を備えたデバイス部材を提供することができる。
　従って、例えば、静電容量型の絶対圧力式の圧力センサなどを簡単に低コストで製造することができ、しかも、従来に比べて品質が安定した圧力センサなどを製造することが可能である。
　また、本発明のデバイス部材は、前記基板部材がＳｉであり、前記中間層がＳｉＯ２であり、前記上面層がＳｉであることを特徴とする。
　また、本発明のデバイス部材の製造方法は、前記デバイス材料が、前記基板部材がＳｉであり、前記中間層がＳｉＯ２であり、前記上面層がＳｉである、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーであることを特徴とする。
　このように、本発明では、基板部材がＳｉであり、中間層がＳｉＯ２であり、上面層がＳｉであるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーをデバイス材料として使用している。
　このようなＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーは、そのウェハー製造工程において、中間層ＳｉＯ２の厚さ（すなわち、基板部材と上面層間のギャップ）を容易に一定とすることができる。
　従って、このようなＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーをデバイス材料として用いて、中間層であるＳｉＯ２を除去することによって、キャビティー形成の際の、基板部材と上面層間のギャップばらつきが小さく、均一なギャップのキャビティーを形成することができる。
　さらに、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーは、均一な品質のものを大量に得ることができ汎用性があり、製造方法が簡単に済むため、製造コストも低減することができる。
　しかも、上面層がＳｉであるので、上面層に開口部を形成する工程を、例えば、フォトリソグラフィーにより露光された部分と露光されていない部分からなるパターンを形成し、現像した後、深堀りＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）の手法を用いて、エッチング処理することによって、上面層に開口部を形成することができる。
　従って、フォトリソグラフィーを用いているので、パターン化が容易であり、このパターンを用いて大量に、しかも、良好な再現性をもって上面層に所定のパターンを形成することができる。
　また、中間層がＳｉＯ２であるので、上面層に形成された開口部を、ガス透過性の封止層で封止して、このガス透過性の封止層を介して、例えば、ＨＦガスからなるエッチングガスを透過させることにより、中間層を除去することによってキャビティーを簡単に形成することができる。
　従って、複雑な工程が不要で、製造コストを低減することができ、しかも、極めて安定的に優れた品質のデバイス部材を提供することができる。
　また、本発明は、前述のいずれかに記載のデバイス部材を用いたことを特徴とする静電容量型の圧力センサである。
　また、本発明は、前述のいずれかに記載のデバイス部材の製造方法によって得られたデバイス部材を用いたことを特徴とする静電容量型の圧力センサである。
　このように構成することによって、静電容量型の圧力センサのデバイス部材として使用する場合に、内部に所定の形状のキャビティーを有するダイヤフラム構造とすることができ、圧力変化に応じた所定の静電容量変化を測定することができる高精度の圧力センサを提供することができる。
　本発明によれば、上面層に形成された開口部を、ガス透過性の封止層で封止して、この封止層を介して、エッチングガスを透過させることにより、中間層を除去することによってキャビティーを形成している。
　従って、従来のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法のように、空隙内に封止材が侵入して、キャビティー形成のための空隙を埋めてしまうおそれがない。
　これにより、所期の目的とする所定の形状を有するキャビティーを、簡単な工程で形成することができ、しかも、所期の機能を有するデバイス部材を提供することができる。
　また、上面層に形成された開口部を、ガス透過性の封止層で封止する際に、例えば、封止材には液体のフォトレジストを用いてスピンコートすることにより、液体の毛細管現象により開口部に入り込み封止されるので、開口部全体がガス透過性の封止材で封止される。
　従って、従来のように、封止材で封止する際に、厳しい条件で封止層を形成する必要がなく、また、複雑な工程が不要で、製造コストを低減することができ、しかも、極めて安定的に優れた品質のデバイス部材を提供することができる。
図１は、本発明のキャビティーを備えたデバイス部材の部分拡大断面図である。 図２は、本発明のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法を説明する部分拡大断面図である。 図３は、本発明のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法を説明する部分拡大断面図である。 図４は、本発明のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法を説明する部分拡大断面図である。 図５は、本発明のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法を説明する部分拡大断面図である。 図６は、本発明のキャビティーを備えたデバイス部材の別の実施例の部分拡大断面図である。 図７は、本発明のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法を説明する部分拡大断面図である。 図８は、本発明のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法を説明する部分拡大断面図である。 図９は、従来のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法を説明する部分拡大断面図である。 図１０は、従来のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法を説明する部分拡大断面図である。 図１１は、従来のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法を説明する部分拡大断面図である。 図１２は、従来のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法を説明する部分拡大断面図である。 図１３は、従来のキャビティーを備えたデバイス部材の部分拡大断面図である。 図１４は、本発明の製造方法で製造したデバイス部材１０を、静電容量型の圧力センサとして用いる場合の概略を示す模式図である。 図１５は、従来の製造方法で製造したデバイス部材１００を、静電容量型の圧力センサとして用いる場合の概略を示す模式図である。
　以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
　図１は、本発明のキャビティーを備えたデバイス部材の部分拡大断面図である。
　図１において、符号１０は、全体で本発明のキャビティーを備えたデバイス部材を示している。
　図１に示したように、本発明のデバイス部材１０は、半導体からなる基板部材１２を備えており、この基板部材１２の上面に絶縁性を有する中間層１４が形成されている。また、この中間層１４の上面には、半導体からなる上面層１６が形成されている。
　さらに、上面層１６には、所定のパターン形状に形成された開口部１８を備えており、この上面層１６に形成された開口部１８を封止するように形成されたガス透過性の封止層２０を備えている。
　また、図１に示したように、このガス透過性の封止層２０に対応する中間層１４の一部には、キャビティー２２が形成されている。なお、このキャビティー２２は、ガス透過性の封止層２０を透過するエッチングガスによって形成されたものである。
　また、基板部材１２は、例えば、Ｓｉなどの半導体を使用することができ、デバイス部材１０の用途に応じて、適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。
　一方、中間層１４としては、絶縁性を有し、ガス透過性の封止層２０を透過するエッチングガスによってエッチングされるものであれば良く、使用するエッチングガスの種類に応じて適宜選択すればよい。例えば、エッチングガスとしてＨＦガスを選択した場合、中間層１４としては、例えば、ＳｉＯ２などの酸化物などを使用することができる。
　さらに、上面層１６は、基板部材１２と同様に、例えば、Ｓｉなどの半導体を使用することができ、デバイス部材１０の用途に応じて、適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。
　また、ガス透過性の封止層２０としては、使用するエッチングガスの種類に応じて、このエッチングガスを透過するものを、適宜選択すれば良く、特に限定されるものではない。例えば、エッチングガスとしてＨＦガスを選択した場合、ガス透過性の封止層２０としては、例えば、マイクロケム（Microchem）社製のネガ型のフォトレジスト「ＳＵ－８（商品名）」などを用いることができる。
　なお、例えば、中間層１４がＳｉＯ２からなる場合において、エッチングガスによるキャビティー形成を化学反応式で表すと下記の式のようになる。
　ＳｉＯ２＋４ＨＦ（gas） →ＳｉＦ４（gas）＋Ｈ２Ｏ（gas）
　従って、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーにより絶対圧力式の圧力センサを製作する場合を考慮すれば、封止層２０は、エッチングガスであるＨＦガスが、絶対に透過しなければならないという条件の他に、ガス状のＳｉＦ４とＨ２Ｏが、封止層２０を透過するのが望ましい。
　すなわち、封止層２０は、中間層１４が、エッチングガスによりエッチングされる際に発生するガスも透過させるガス透過性を有するのが望ましい。
　このように本発明において、「ガス透過性の封止層２０」の「ガス透過性」とは、エッチングガスと、中間層１４がエッチングガスによりエッチングされる際に発生する全てのガスを透過させることを意味するものである。
　例えば、デバイス材料としてＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーを、エッチングガスとしてＨＦガスを用いる場合、ガス透過性の封止層２０に求められるガス透過性としては、例えば、ＨＦガスからなるエッチングガスと、ＳｉＦ４ガス、Ｈ２Ｏガスなどのエッチングによる反応ガスが全て透過させることができるのが望ましい。
　このように構成される本発明のデバイス部材１０の製造方法について、図２～図５について、以下に説明する。
　先ず、図２（Ａ）に示したように、例えば、Ｓｉからなる基板部材１２と、この基板部材１２の上面に形成されたＳｉＯ２からなる中間層１４と、中間層１４の上面に形成されたＳｉからなる上面層１６とから構成される、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーからなるデバイス材料１を用意する。
　次に、図２（Ｂ）に示したように、上面層１６の上面に、例えば、ポジ型のフォトレジスト層２４を形成する。そして、図２（Ｃ）に示したように、このフォトレジスト層２４の上面から、所定のパターンのフォトマスク２６を介して、フォトレジスト層２４を、例えば、紫外線（ＵＶ）で露光する。その後、例えば、ＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide）などの現像液により現像する。
　これにより、図３（Ａ）に示したように、露光された部分のフォトレジストが除去され、フォトレジスト層２４が所定のパターンで残存することになる。
　この状態で、図３（Ｂ）に示したように、フォトレジスト層２４をマスクとして、上面層１６を、深堀りＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）の手法を用いて、例えば、「ボッシュプロセス」と呼ばれる「ＳＦ６によるエッチングとＣ４Ｆ８によるパッシベーションを交互に行う工程」を進めていく。これにより、上面層１６に、所定のパターンで残存しているフォトレジスト層２４と同じパターンの開口部１８が形成される。次に、図３（Ｃ）に示したように、全てのフォトレジスト層２４を除去する。
　そして、図４（Ａ）に示したように、例えば、マイクロケム（Microchem）社製のネガ型のフォトレジスト「ＳＵ－８（商品名）」からなる封止材を、上面層１６の上面にスピンコートすることによって、ガス透過性の封止層２０を形成する。
　この場合、「ＳＵ－８（商品名）」がもともと液体であって、上面層１６に形成された開口部１８内に、「ＳＵ－８（商品名）」が、液体の毛細管現象により開口部１８に入り込み封止されるので、開口部１８全体が封止材で封止されることになる。
　次に、図４（Ｂ）に示したように、所定のパターンのフォトマスク２８を介して、「ＳＵ－８（商品名）」を、例えば、紫外線（ＵＶ）で露光する。そして、その後、９５℃でベーキング後、例えば、ＰＧＭＥＡ（Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate）などの現像液により現像する。これにより、図４（Ｃ）に示したように、露光された部分の封止材である「ＳＵ－８（商品名）」が残り、ガス透過性の封止層２０が所定のパターンで残存することになる。
　この状態で、図５の矢印で示したように、ガス透過性の封止層２０に、エッチングガスを透過させることにより、例えば、ＨＦガスを用いて、中間層１４をエッチング処理することによって、中間層１４の一部を除去し、所定のパターンで、キャビティー２２を形成する。
　これによって、図１に示したように、キャビティー２２が形成されたデバイス部材１０を製造することができる。
　この場合、Ｓｉからなる上面層１６と、Ｓｉからなる基板部材１２との間に、キャビティー２２が形成されている。従って、上面層１６を、圧力の変化によって変位するダイヤフラムとして、かつ一方の電極を構成する対向電極として用い、基板部材１２をもう一方の電極を構成する対向電極として用いることによって、可変容量コンデンサーとみなすことができる。
　図１４は、本発明の製造方法で製造したデバイス部材１０を、静電容量型の圧力センサとして用いる場合の概略を示す模式図である。
　図１４に示したように、圧力センサ５０は、ダイヤフラム５２として、上記の封止層２０で封止された上面層１６を用いている。また、ダイヤフラム５２は対向電極５４として使用されるとともに、Ｓｉからなる基板部材１２自体も対向電極５６として使用される。
　そして、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示したように、キャビティー１８の圧力をＰ１、外部からダイヤフラム５２にかかる圧力をＰ２とした時に、この圧力差を検出するのが圧力センサである。
　また、キャビティー１８内が真空の状態となるようにキャビティー１８を封止し、これにより、キャビティー１８内の圧力Ｐ１が真空となる圧力基準室として構成したものが、絶対圧力式の圧力センサである。
　ところで、誘電体（絶縁体）を介して相互に分離された２枚の電極から構成される一般的なコンデンサーの容量Ｃは、下記の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　ここで、εは電極間の誘電体（絶縁体）の誘電率、Ｓは電極の面積、ｄは、電極間の距離を表している。この式から明らかなように、容量Ｃは、電極間の誘電体（絶縁体）の誘電率ε、電極の面積Ｓにそれぞれ比例し、電極間の距離ｄに反比例する。
　図１４（Ａ）、（Ｂ）に示した静電容量型の圧力センサ５０も同様に、誘電体（絶縁体）である中間層１４を介して相互に分離された２枚の電極である、対向電極５４と対向電極５６とから構成されている。
　この場合、一方の電極を構成する対向電極５４が、対向電極５４にかかる圧力の変化によって変位するダイヤフラム５２として用いられている。これにより、ダイヤフラム５２として機能する対向電極５４と、もう一方の電極を構成する対向電極５６との間の電極間の距離ｄが変化するように構成されている。
　従って、上記式からも明らかなように、静電容量型の圧力センサ５０は、ダイヤフラム５２として機能する対向電極５４にかかる圧力の変化によって、対向電極５４と対向電極５６との間の電極間の距離ｄが変化すると、電極間の距離ｄに反比例して容量Ｃが変化する可変容量コンデンサーとみなすことができる。
　また、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示したように、対向電極５４には、配線５８の一端が接続され、対向電極５６には、配線６０の一端が接続されており、これらの配線５８、６０のいずれも、それぞれの他端が図示しない測定制御装置に接続されている。
　これにより、これらの配線５８、配線５６を介して、測定制御装置によって対向電極５４、対向電極５６に対して電圧を印加することができるように構成されている。
　これによって、上記式からも明らかなように、ダイヤフラム５２として機能する対向電極５４にかかる圧力の変化による対向電極５４の変位、すなわち、対向電極５４の変位による対向電極５４と対向電極５６との間の電極間の距離ｄの変化を、電極間の距離ｄに反比例した容量Ｃの変化として捉えることができる。
　従って、この容量Ｃの変化と、ダイヤフラム５２として機能する対向電極５４にかかる圧力の変化量との関係が予め分かっていれば、容量Ｃを計測することによって、その時の対向電極５４にかかる圧力を知ることができるので、圧力センサとして使用することができる。このような原理による圧力センサが、一般的に「静電容量型の圧力センサ」と呼ばれている。
　なお、図示しないが、圧力センサとして、静電容量型の圧力センサ以外にも、ダイヤフラムの表面にストレンゲージ（Strain gauge）を形成して、外部からの圧力によってダイヤフラムが変形して発生するピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を圧力に換算するように構成したピエゾ抵抗型の圧力センサに適用することもできる。
　このように構成することによって、上面層１６に形成された開口部１８を、ガス透過性の封止層２０で封止して、このガス透過性の封止層２０に、エッチングガスを透過させることにより、中間層１４にキャビティー２２を形成している。
　従って、従来のキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法のように、空隙内に封止材が侵入して、キャビティー形成のための空隙を埋めてしまうおそれがない。
　これにより、所期の目的とする所定の形状を有するキャビティー２２を、簡単な工程で形成することができ、しかも、所期の機能を有するデバイス部材１０を提供することができる。
　また、上面層１６に形成された開口部１８を、封止する際に、例えば、封止材に液体のフォトレジストを用いてスピンコートすることにより、液体の毛細管現象により開口部１８に入り込み封止するので、開口部１８全体がガス透過性の封止層２０で封止される。
　従って、従来のように、封止材で封止する際に、厳しい条件で封止層を形成する必要がなく、また、複雑な工程が不要で、製造コストを低減することができ、しかも、極めて安定的に優れた品質のデバイス部材１０を提供することができる。
　さらに、このように、基板部材１２がＳｉであり、中間層１４がＳｉＯ２であり、上面層１６がＳｉであるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーをデバイス材料として使用している。
　このようなＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーは、そのウェハー製造工程において、中間層１４であるＳｉＯ２の厚さ（すなわち、基板部材１２と上面層１６間のギャップ）を容易に一定とすることができる。
　従って、このようなＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーをデバイス材料として用いて、中間層１４であるＳｉＯ２を除去することによって、キャビティー２２の形成の際の、基板部材１２と上面層１６間のギャップばらつきが小さく、均一なギャップのキャビティー２２を形成することができる。
　さらに、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーは、均一な品質のものを大量に得ることができ汎用性があり、製造方法が簡単に済むため、製造コストも低減することができる。
　しかも、上面層１６がＳｉであるので、上面層１６に開口部１８を形成する工程を、例えば、フォトリソグラフィーにより露光された部分と露光されていない部分からなるパターンを形成し、現像した後、深堀りＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）の手法を用いて、エッチング処理することによって、上面層１６に開口部１８を形成することができる。
　従って、フォトリソグラフィーを用いているので、パターン化が容易であり、このパターンを用いて大量に、しかも、良好な再現性をもって上面層１６に所定のパターンを形成することができる。
　また、中間層１４がＳｉＯ２であるので、上面層１６に形成された開口部１８を、ガス透過性の封止層２０で封止して、このガス透過性の封止層２０に、エッチングガスを透過させることにより、例えば、ＨＦガスを用いて、中間層１４をエッチング処理することによって、中間層１４の一部を除去し、所定のパターンでキャビティー２２を簡単に形成することができる。
　従って、複雑な工程が不要で、製造コストを低減することができ、しかも、極めて安定的に優れた品質のデバイス部材１０を提供することができる。
　図６は、本発明のキャビティーを備えたデバイス部材の別の実施例の部分拡大断面図である。
　この実施例のデバイス部材１０は、図１に示したデバイス部材１０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
　この実施例のデバイス部材１０では、図６に示したように、ガス透過性の封止層２０の上面に、ガス不透過性の保護膜３０を備えている。
　この場合、ガス不透過性の保護膜３０としては、デバイス部材１０の用途に応じて適宜選択すれば良く、特に限定されるものではないが、例えば、蒸着などによって、アルミニウムなどの金属、ポリシリコンなどの半導体、パリレンなどの樹脂などを用いて形成することができる。
　この場合、「ガス不透過性の保護膜３０」の「ガス不透過性」とは、保護膜３０、ガス透過性の封止層２０を透過して、キャビティー２２内に外部からガスが侵入しないことを意味する。これによって、キャビティー２２内が汚染されることがなく、キャビティー２２内のガスの出入りもなくなり、キャビティー２２内の内圧が変化しなくなる。
　また、保護膜３０の膜厚についても、デバイス部材１０の用途に応じて適宜選択すれば良く、特に限定されるものではないが、例えば、１００ｎｍ～５μｍ、好ましくは、保護膜３０がアルミニウムの場合には、１００ｎｍ～２００ｎｍ、保護膜３０がパリレンの場合には、２μｍ～５μｍの範囲にあるのが、キャビティー２２内にガスが侵入しないようにするためには望ましい。
　このように構成されるデバイス部材１０によれば、封止層２０の上面に、ガス不透過性の保護膜３０を備えるので、デバイス部材１０のキャビティー２２内に外部からガスが侵入せず、キャビティー２２内が汚染されることがない。また、キャビティー２２内のガスの出入りもなくなるために、キャビティー２２内の内圧が変化することがなく、所期の機能を有するデバイス部材１０を提供することができる。
　この場合、キャビティー２２が、真空の状態であるのが望ましい。すなわち、真空条件下で、ガス不透過性の保護膜３０を形成する工程を実施することによって、キャビティー２２を、真空の状態とするのが望ましい。
　なお、この場合、「真空」とは、絶対真空、絶対真空に近い状態、または、圧力センサとして用いて支障のない程度に大気圧に比べて減圧した状態を包含する意味である。
　このように構成することによって、従来のデバイス部材の製造方法では、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）や、キャビティー内に残留した水素を燃焼させて真空室を形成しているため、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーなどからなるデバイス材料を、高温にする必要があった。このため、高温に対する耐性がない材料を使用することができず、材料が限定され、汎用性に欠けるなどの問題がある。
　これに対して、本発明によれば、キャビティー２２内を真空にするために、例えば、金属の真空蒸着などの非常に簡単なプロセスを用いて、封止層２０の上面にガス不透過性の保護膜３０を形成することができるとともに、キャビティー２２内に不純ガスなどが残留することのない真空の状態に封止された圧力基準室を備えたデバイス部材１０を提供することができる。
　従って、例えば、静電容量型の絶対圧力式の圧力センサなどを簡単に低コストで製造することができ、しかも、従来に比べて品質が安定した圧力センサなどを製造することが可能である。
　このように構成される本発明のデバイス部材１０の製造方法について、図７～図８について、以下に説明する。
　先ず、上記実施例１のデバイス部材１０の製造方法と、図２～図５までの工程は同じである。
　図５に示したように、ガス透過性の封止層２０に、エッチングガスを透過させることにより、中間層１４をエッチング処理することによって、中間層１４の一部を除去し、所定のパターンで、キャビティー２２を形成する。
　その後、図７（Ａ）に示したように、このガス透過性の封止層２０の上面に、例えば、蒸着などによって、アルミニウムなどの金属、ポリシリコンなどの半導体、パリレンなどの樹脂などを用いて、保護膜３０を形成する。
　次に、図７（Ｂ）に示したように、保護膜３０の上面に、例えば、ポジ型のフォトレジスト層３２をスピンコートする。そして、図７（Ｃ）に示したように、このフォトレジスト層３２の上面から、所定のパターンのフォトマスク３４を介して、フォトレジスト層３２を、例えば、紫外線（ＵＶ）で露光する。その後、例えば、ＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide）などの現像液により現像する。
　これにより、図８（Ａ）に示したように、露光された部分のフォトレジストが除去され、フォトレジスト層３２が所定のパターンで残存することになる。
　この状態で、図８（Ｂ）に示したように、フォトレジスト層３２をマスクとして、上面層１６を、例えば、混酸などのアルミニウムエッチャントを用いて、エッチング処理することによって、所定のパターンに保護膜３０を除去する。その後、全てのフォトレジスト層３２を除去する。
　これにより、図８（Ｃ）に示したように、封止層２０の上面に、ガス不透過性の保護膜３０を備えたデバイス部材１０を製造することができる。
　上記実施例１、実施例２と同様にして、ガス不透過性の保護膜３０を備えたデバイス部材１０を製造した。
　すなわち、図２（Ａ）に示したように、Ｓｉからなる基板部材１２と、この基板部材１２の上面に形成された、ＳｉＯ２からなる中間層１４と、中間層１４の上面に形成された、Ｓｉからなる上面層１６とから構成される、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーからなるデバイス材料１を用意した。
　このデバイス材料１を、アンモニア過水を用いて洗浄した。また、ＨＦ水溶液（１／１００に希釈）により、１ｍｉｎ、洗浄した。
　そして、デバイス材料１の上面層１６の上面に、プライマーを塗布し、その上面に、図２（Ｂ）に示したように、上面層１６の上面に、シップレイ（SHIPLEY）社製のポジ型のフォトレジスト「Ｓ１８０５Ｇ（商品名）」を用いて、４０００ｒｐｍ／３０ｓｅｃでスピンコートすることによって、フォトレジスト層２４を形成した。
　次に、図２（Ｃ）に示したように、このフォトレジスト層２４の上面から、所定のパターンのフォトマスク２６を介して、フォトレジスト層２４を、３ｓｅｃ、紫外線（ＵＶ）で露光した。
　その後、ＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide）（東京応化工業株式会社製の現像液「ＮＭＤ－３（商品名）」）により、１ｍｉｎ、現像を行った。
　これにより、図３（Ａ）に示したように、露光された部分のフォトレジストが除去され、フォトレジスト層２４が所定のパターンで残存することになる。
　この状態で、図３（Ｂ）に示したように、フォトレジスト層２４がマスクとして、上面層１６を、深堀りＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）の手法を用いて、「ボッシュプロセス」と呼ばれる「ＳＦ６によるエッチングとＣ４Ｆ８によるパッシベーションを交互に行う工程」を進めていった。これにより、上面層１６に、所定のパターンで残存しているフォトレジスト層２４と同じパターンの開口部１８を形成した。
　次に、図３（Ｃ）に示したように、Ｏ２プラズマを用いたＯ２アッシング、２ｍｉｎによって、全てのフォトレジスト層２４を除去した。そして、図４（Ａ）に示したように、マイクロケム（Microchem）社製のネガ型のフォトレジスト「ＳＵ－８（商品名）」からなる封止材を、上面層１６の上面に２０００ｒｐｍ／３０ｓｅｃでスピンコートすることによって、ガス透過性の封止層２０を形成した。
　この場合、「ＳＵ－８（商品名）」がもともと液体であって、上面層１６に形成された開口部１８内に、「ＳＵ－８（商品名）」が、液体の毛細管現象により開口部１８に入り込み封止されるので、開口部１８全体が封止材で封止されることになる。
　次に、図４（Ｂ）に示したように、所定のパターンのフォトマスク２８を介して、「ＳＵ－８（商品名）」を、３０ｓｅｃ、紫外線（ＵＶ）で露光した。
　そして、その後、９５℃、３ｍｉｎ、ベーキング後、現像液であるＰＧＭＥＡ（Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate）により、１ｍｉｎ、現像を行った。これにより、図４（Ｃ）に示したように、露光およびベーキングされた部分の封止材である「ＳＵ－８（商品名）」が残り、ガス透過性の封止層２０が所定のパターンで残存することになる。
　この状態で、図５の矢印で示したように、ガス透過性の封止層２０に、エッチングガスであるＨＦガスを、２０ｍｉｎ、透過させることによって、中間層１４の一部を除去し、所定のパターンで、キャビティー２２を形成した。
　次に、図７（Ａ）に示したように、このガス透過性の封止層２０の上面に、真空蒸着によって、アルミニウムを用いて、２００ｎｍの厚さの保護膜３０を形成した。
　そして、保護膜３０の上面に、プライマーを塗布し、その上面に、図７（Ｂ）に示したように、保護膜３０の上面に、シップレイ（SHIPLEY）社製のポジ型のフォトレジスト「Ｓ１８１８Ｇ（商品名）」を、３０００ｒｐｍ／３０ｓｅｃでスピンコートすることによって、フォトレジスト層３２を形成した。
そして、図７（Ｃ）に示したように、このフォトレジスト層３２の上面から、所定のパターンのフォトマスク３４を介して、フォトレジスト層３２を、３ｓｅｃ、紫外線（ＵＶ）で露光した。
　その後、ＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide）（東京応化工業株式会社製の現像液「ＮＭＤ－３（商品名）」）により、１ｍｉｎ、現像を行った。
　これにより、図８（Ａ）に示したように、露光された部分のフォトレジストが除去され、フォトレジスト層３２が所定のパターンで残存することになる。
　この状態で、図８（Ｂ）に示したように、フォトレジスト層３２をマスクとして、上面層１６を、アルミニウムエッチャント（混酸アルミニウム）を用いて、３ｍｉｎ、エッチング処理することによって、所定のパターンに保護膜３０を除去した。その後、全てのフォトレジスト層３２を除去した。
　これにより、図８（Ｃ）に示したように、封止層２０の上面に、ガス不透過性の保護膜３０を備えたデバイス部材１０を製造することができた。
　このデバイス部材１０を用いて、絶対圧力式の圧力センサとして用いて実験を行ったところ、圧力と静電容量との関係が、リニアな相関関係があり、圧力センサとして信頼性を有することが明らかであった。
　以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはない。本発明のデバイス部材１０は、例えば、静電容量型の圧力センサ、インクジェットプリンターヘッド、医療やバイオテクノロジーなどに用いられるマイクロ流路デバイスなどに利用することができるものであるが、種々のデバイス部材として使用できるなど本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　本発明は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)の技術分野に属し、キャビティーを備えたデバイス部材およびキャビティーを備えたデバイス部材の製造方法に関する。
　このようなキャビティーを備えたデバイス部材は、例えば、静電容量型の圧力センサ、インクジェットプリンターヘッド、医療やバイオテクノロジーなどに用いられるマイクロ流路デバイスなどとして利用することができる。
１　　デバイス材料
１０　　デバイス部材
１２　　基板部材
１４　　中間層
１６　　上面層
１８　　開口部
２０　　封止層
２２　　キャビティー
２４　　フォトレジスト層
２６　　フォトマスク
２８　　フォトマスク
３０　　保護膜
３２　　フォトレジスト層
３４　　フォトマスク
５０　　圧力センサ
５２　　ダイヤフラム
５４、５６　　対向電極
５８、６０　　配線
１００　　デバイス材料
１０２　　基板部材
１０４　　中間層
１０６　　上面層
１０８　　フォトレジスト層
１１０　　フォトマスク
１１２　　開口部
１１４　　空隙
１１６　　封止層
１１８　　キャビティー
１２０　　フォトレジスト層
１２２　　フォトマスク
２００　　圧力センサ
２０２　　ダイヤフラム
２０４、２０６　　対向電極
２０８、２１０　　配線

Claims (10)

  1. 　キャビティーを備えたデバイス部材であって、
    　半導体からなる基板部材と、
    　前記基板部材の上面に形成された絶縁性を有する中間層と、
    　前記中間層の上面に形成された半導体からなる上面層と、
    　前記上面層に形成された開口部と、
    　前記上面層に形成された開口部を封止するように形成されたガス透過性の封止層とを備え、
    　前記キャビティーが、前記封止層を介して透過するエッチングガスによって、前記中間層を除去することにより形成されたキャビティーであることを特徴とするデバイス部材。
  2. 　前記封止層の上面に、ガス不透過性の保護膜を備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイス部材。
  3. 　前記キャビティーが、真空の状態であることを特徴とする請求項２に記載のデバイス部材。
  4. 　前記基板部材がＳｉであり、前記中間層がＳｉＯ２であり、前記上面層がＳｉであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のデバイス部材。
  5. 　請求項１から４のいずれかに記載のデバイス部材を用いたことを特徴とする静電容量型の圧力センサ。
  6. 　キャビティーを備えたデバイス部材の製造方法であって、
    　半導体からなる基板部材と、
    　前記基板部材の上面に形成された絶縁性を有する中間層と、
    　前記中間層の上面に形成された半導体からなる上面層とを備えたデバイス材料を用意する工程と、
    　前記上面層に、開口部を形成する工程と、
    　前記上面層に形成された開口部を、ガス透過性の封止層で封止する工程と、
    　前記ガス透過性の封止層を介して、エッチングガスを透過させることにより、前記中間層を除去してキャビティーを形成する工程と、
    を備えることを特徴とするデバイス部材の製造方法。
  7. 　前記封止層の上面に、ガス不透過性の保護膜を形成する工程を備えることを特徴とする請求項６に記載のデバイス部材の製造方法。
  8. 　真空条件下で、ガス不透過性の保護膜を形成する工程を実施することによって、前記キャビティーを、真空の状態とすることを特徴とする請求項７に記載のデバイス部材の製造方法。
  9. 　前記デバイス材料が、前記基板部材がＳｉであり、前記中間層がＳｉＯ２であり、前記上面層がＳｉであるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハーであることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載のデバイス部材の製造方法。
  10. 　請求項６から９のいずれかに記載のデバイス部材の製造方法によって得られたデバイス部材を用いたことを特徴とする静電容量型の圧力センサ。
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