センサー素子
【課題】この発明は、段差などを設けて勘合部保護を行い、気密封止性能が得られるセンサー素子を提供するものである。
【解決手段】主面上にダイヤフラムが構成される第１の基材と、前記第１の基材の反ダイヤフラム面側に配設される第２の基材と、前記第１の基材の前記ダイヤフラム直下に設けられるキャビティと、前記キャビティを気密封止するため前記第１の基材と前記第２の基材との接合位置に設けられる勘合部と、前記勘合部に設けられ、前記第１の基材と前記第２の基材との勘合状態を保護する段差部とを備えたものである。
【解決手段】主面上にダイヤフラムが構成される第１の基材と、前記第１の基材の反ダイヤフラム面側に配設される第２の基材と、前記第１の基材の前記ダイヤフラム直下に設けられるキャビティと、前記キャビティを気密封止するため前記第１の基材と前記第２の基材との接合位置に設けられる勘合部と、前記勘合部に設けられ、前記第１の基材と前記第２の基材との勘合状態を保護する段差部とを備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば半導体やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ：以下ＭＥＭＳと称す）技術を用いて得られるセンサー素子に関す
るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のセンサーデバイスは半導体やＭＥＭＳ技術を応用した微細加工や手法が取り入れられ、より繊細で複雑な構造を有する傾向にある。このセンサーデバイスのうち薄膜中空構造体を有するセンサー素子として、例えば圧力センサー、超音波センサー、流量センサーなどがある。
【０００３】
これらのセンサー素子はウェハから設けられ、例えば素子背面からのＩＣＰ−ＲＩＥ（inductively coupled plasma - reactive ion etching：以下ICP-RIEと称す）を用いた深堀エッチングやＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド：以下TMAHと称す）薬液によるウェットエッチングによって配線や回路などのウェハ主面上直下にキャビティを設けたものである。例えば圧力センサーの場合には、薄膜応力制御によって検知部がキャビティ上に支持されたダイヤフラムが設けられる。
【０００４】
また、圧力センサーには静電容量変化を電気信号に変換して検知する静電容量型とピエゾ抵抗型などがある。ピエゾ抵抗型は、ダイヤフラム内に複数のピエゾ抵抗からなるホイートストンブリッジ回路が形成される。このピエゾ抵抗型の圧力センサーは外圧によって起きるピエゾ抵抗の抵抗変化を電気信号に変換して検知する機能をセンサーに用いたものである。なお、ピエゾ抵抗型圧力センサーには、差圧センサーとキャビティを台座で気密封止して絶対圧を測定する絶対圧センサーがある。
【０００５】
次に、従来の絶対圧のセンサー素子１００構造について図７を用いて説明する。まず、図７（I）は従来のセンサー素子１００を上面から見た構造平面図である。
【０００６】
センサー素子１００はピエゾ抵抗４と端子パッド７並びにそれらに接続される配線５や絶縁膜６などから構成される。また、図中の点線はダイヤフラム９位置を示している。また、図に設けられた４つのピエゾ抵抗４は全てダイヤフラム９内に形成される。
【０００７】
更に、このダイヤフラム９直下にはキャビティ８ａが形成されており、このキャビティ８ａは真空で気密封止される。なお、１６はＳＯＩ（Silicon on Insulator：以下ＳＯＩと称す）ウェハ１０の背面側に出来たスクラッチであり、キャビティ８ａからセンサー素子１００の切断面までに達する。１７はＳＯＩウェハ１０背面に残る付着異物である。なお、このセンサー素子１００構造平面図はダイサー切断などによって切断、分離された形状を示している。
【０００８】
次に、図７（II）は図７（I）の構造平面図に記す一点鎖線のＡ−Ａ’部を切断して得
られるセンサー素子１００構造の仮想断面構造図である。センサー素子１００は、ＳＯＩウェハ１０に対してもう一方のガラスウェハからなる台座１１が貼り合わさって内部にキャビティ８ａを備える構造を有している。１３は勘合部である。
【０００９】
次に、ＳＯＩウェハ１０の主面上にはダイヤフラム９上に設けられたピエゾ抵抗４や配線５からなるホイートストンブリッジ回路が形成される。このホイートストンブリッジ回
路は絶縁膜６で被覆される。なお、スクラッチ１６による隙間はＳＯＩウェハ１０背面側の勘合部１３に出来たスクラッチを模している。
【００１０】
続いて、図７（III）の仮想断面構造図について説明を行う。この断面構造図は図７（II）と同じく図７（I）の構造平面図に記す一点鎖線のＢ−Ｂ’部を切断して得られるセンサー素子１００構造の断面構造を示している。１７は勘合部１３に出来た付着異物を模している。また、図では付着異物１７が段差となって勘合部１３が浮き上がる状態をイメージしている。
【００１１】
次に、従来のセンサー素子１００構造を得るための工程について図８のフロー図に添って番号順に説明を行う。図８は図７（I）の構造平面図に記す一点鎖線のＣ−Ｃ’部を切
断して得られるセンサー素子１００構造の仮想断面構造の工程フロー図を示している。
【００１２】
まず、この工程フロー図の１０はＳＯＩウェハであり、主面上側の面方位が（１００）でシリコンなどから構成されるｎ型の活性層１、埋め込み酸化膜２、背面側の支持基板３から構成される特殊なウェハである。このＳＯＩウェハ１０は例えばSmart Cut技術であ
るＵＮＩＢＯＮＤやＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）などによって製
造される。図８（１）では、ＳＯＩウェハ１０上に不純物拡散法やイオン注入法により形成されたピエゾ抵抗４、端子パッド７が図示された位置に形成される。
【００１３】
次に、ＳＯＩウェハ１０の主面上を絶縁膜６で被覆する（図８（２））。なお、絶縁膜６はスパッタリングや化学的気相成長法（Chemical Vaor Deposition：以下ＣＶＤと称す）などの手法を用いてＳＯＩウェハ１０の主面上全面を覆う。この絶縁膜６で被覆する工程では端子パッド７上も覆ってしまうため、端子パッド７を開口するためのエッチング処理が必要となる。まず、端子パッド７の開口部を除く領域にレジストマスクを設けた後、例えばフッ素系ガスと酸素（Ｏ２）の混合ガスを用いたドライエッチングで不要となる端子パッド７上の絶縁膜６の除去を行う。この工程を行うことで図８（２）の構造断面図が得られる。
【００１４】
図８（３）以降は、ＳＯＩウェハ１０の背面側処理が主体で処理される。図８（３）ではＳＯＩウェハ１０両面をマスクで覆うための処理を行う。まず、ＳＯＩウェハ１０の主面上に保護マスク１４を形成する。保護マスク１４は主面保護を目的としているので、例えばレジストの全面ベタ塗りでも構わない。
【００１５】
次に、ＳＯＩウェハ１０の背面にキャビティ８ａ形成のための裏面マスク１５のパターニングをレジストなどの感光剤にて行う。先ずレジスト塗布を行う。次に主面上のアライメントマークを利用して両面アライナーなどの設備でマスクとの重ね合わせ露光を行い、最後に現像液で現像処理することで図の開口部１２のパターンを得る。
【００１６】
次に、図８（４）ではＳＯＩウェハ１０の背面側よりＩＣＰ−ＲＩＥを用いた深堀エッチングが行われる。このエッチングを行うことでダイヤフラム９直下にはキャビティ８ａが形成される。なお、裏面マスク１５は図示されているようにＩＣＰ−ＲＩＥエッチング処理でプラズマに長時間晒されることで元の膜厚よりも薄くなる。このため裏面マスク１５に選択される材料はシリコンとのエッチング選択比が求められ、支持基板３から埋め込み酸化膜２に達するまで掘り下げて行く過程で無くならない量の裏面マスク１５膜厚若しくは材質選定が重要となる。
【００１７】
次に、図８（５）ではＳＯＩウェハ１０両面に覆われた保護マスク１４と裏面マスク１５を酸素ガスを用いたプラズマアッシング装置やレジスト剥離液などの処理法を用いて除去する。以上の処理を経てＳＯＩウェハ１０背面の工程処理が完了する。最後に、図８（
６）で台座１１との接合を行うことで従来のセンサー素子１００構造が得られる。
【００１８】
なお、図８（６）の１３は勘合部を示している。図のようにＳＯＩウェハ１０背面のキャビティ８ａ以外は全て勘合部１３として利用される。なお、特開２００８−１９０９７０号公報ではでＳＯＩウェハ１０を用いたピエゾ抵抗型の圧力センサー素子工程が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００８−１９０９７０号公報
【特許文献２】特開２００８−８８０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述した従来のセンサー素子において、図８に示す断面構造の工程フロー図では、図８（３）の工程でＳＯＩウェハ１０の主面上に保護マスク１４が設けられる。この段階ではＳＯＩウェハ１０背面は何も保護されておらず、工程処理に関わる設備に備えられる搬送系との接触が不可避となる。例えば、バキュームチャック接触によるスクラッチ１６の発生や搬送ベルト、搬送ビームなどに残る付着異物１７などがＳＯＩウェハ１０背面側に転写されて付着する。既存の半導体設備を流用してセンサー素子１００の工程処理を行う場合を例として挙げると、従来からある半導体設備は片面プロセスが主流であったため、搬送ロボットなどで接触するウェハ背面側へのスクラッチ１６などの傷や付着異物１７による汚れはあまりケアされていない。
【００２１】
図９にコーターデベロッパーにおける付着異物１７とスクラッチ１６の発生の一例を示す。図９（１）はコーターデベロッパーのコーターカップ２８にＳＯＩウェハ１０が搬送されて回転している構造をイメージした図である。以下、レジスト塗布工程を例に挙げて説明を行う。まず、コーターデベロッパーには、受入、搬出のためのカセットキャリアがそれぞれ設けられ、移送にはゴムベルトなどの搬送ベルトやメタル材で出来た搬送ビームが用いられる。例えば搬出先のカセットキャリアから出たＳＯＩウェハ１０は図のコーターカップ２８上に到着して、バキュームチャック２９が上昇することで接触と吸着が行われる。このバキュームチャック２９は例えばテフロン（登録商標）に吸引用の溝加工が施された３インチΦサイズのものである。
【００２２】
次に、バキュームチャック２９が図の位置に下降移動したのち、ノズル２７を介してレジスト塗布が行われる。ＳＯＩウェハ１０は高速回転により余分なレジストを飛ばしたのちに、ウェハ回転停止と吸着解除が行われてホットプレートが設けられた別の場所へ搬送ベルトによって移動を始める。図９（２）はレジスト塗布工程を完了したＳＯＩウェハ１０背面である。図のようにバキュームチャック２９跡には円状のスクラッチ１６が発生する。これはＳＯＩウェハ１０を吸着した段階で発生しており、バキュームチャック２９にシリコン破片等など硬質なものが突き刺さったりした場合に起こる。更に、接触と吸着の段階でＳＯＩウェハ１０が若干θ方向に動く。これも連続したスクラッチ１６がＳＯＩウェハ１０に出来る要因となる。このシリコン破片等はＳＯＩウェハ１０などから持ち込まれる。
【００２３】
次に、図９（２）の付着異物１７はＳＯＩウェハ１０高速回転中にレジストミスト３１が発生してホットプレート側に流れ込んだものが、搬送ベルトに付着したのちにＳＯＩウェハ１０背面側に転写された付着異物１７をイメージしたものである。この付着異物１７は、ホットプレートへの移動に用いる搬送ビームも汚染させる。また、付着異物１７が有機系であれば、陽極接合時に行う４００℃前後の加熱工程で付着異物１７からのガス放出が懸念される。このガス放出は勘合部１３の接合不良を招く恐れがある。また、コーターデベロッパーを除く付着異物１７の他の例として、メタル屑やシリコン片など無機質の付着異物１７が工程処理中にＳＯＩウェハ１０背面に付着する場合がある。例えば数十μｍ径程度の小さいものであれば、図７（III）の断面構造図のように周囲が浮き上がることはなく、接合された台座１１側から観察すると付着異物１７自体が核となりその周囲が浮き上がって見える。この浮き上がった領域は未接合部として存在するため、勘合部１３の接触面積が少なくなり気密封止性能低下が懸念される要因となっていた。以上のように、付着異物１７の硬い柔らかいに関わらず、台座１１との接合に至る過程で勘合部１３に残存する付着異物１７への対策が重要となっていた。
【００２４】
次に、スクラッチ１６は前述する設備の搬送系などとの接触で起きることが多い。ここでは搬送系との接触によって起こるスクラッチ１６発生状況について述べる。例えばピンセットなどで移載する検査工程、プロセス設備のバキュームチャックや治工具などとの接触で起きる。勘合部１３に出来るスクラッチ１６には、深く抉れてシリコン屑が周囲に散在したものや溝が浅くシリコン屑の出ない細かめのものがある。キャビティ８ａの気密性能に影響するものの例として、例えばスクラッチ１６の溝深さが１００Å（オングストローム）を超えるものや、周囲にシリコン屑を散りばめたものがあり、特にキャビティ８ａから絶対圧センサー素子１００切断面に達するスクラッチ１６が対象となる。このようなスクラッチ１６はリークパスとなってスローリークを引き起こす原因となるために、対策が必要となっていた。
【００２５】
また、この付着異物１７やスクラッチ１６のうち、ピエゾ抵抗４や配線５のあるＳＯＩウェハ１０主面上に出来たものは実体顕微鏡で判別出来るため良否判定が行い易い。しかし、ＳＯＩウェハ１０背面側にはチップアドレスなどが一切無く、発見しても場所の特定が難しい。また、深堀エッチング以降であれば、仮に付着異物１７を発見してもダイヤフラム９損傷などの危険性が付き纏うため積極的に除去し難い。また、汚染による勘合部１３の密着力低下は、ダイサー切断時に切断や分離時に欠けや剥がれが起こる恐れがあり、剥がれた部位が他のセンサー素子１００に損傷を与える恐れがある。
【００２６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、付着異物の段差やスクラッチを介して起こるキャビティ内の気密封止性能低下や勘合部の密着力低下の問題を解決することを目的とするセンサー素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
この発明に係わるセンサー素子は、主面上にダイヤフラムが構成される第１の基材と、前記第１の基材の反ダイヤフラム面側に配設される第２の基材と、前記第１の基材の前記ダイヤフラム直下に設けられるキャビティと、前記キャビティを気密封止するため前記第１の基材と前記第２の基材との接合位置に設けられる勘合部と、前記勘合部に設けられ、前記第１の基材と前記第２の基材との勘合状態を保護する段差部とを備えたものである。
【００２８】
また、前記段差部は、前記第１の基材の反ダイヤフラム面側に保護層を設け、前記保護層によって前記勘合部に段差を付けて設けられたものである。
【００２９】
また、前記段差部は、前記第１の基材と一体に構成されたものである。
【００３０】
また、前記第２の基材は、前記段差部を気密封止するための溝加工が施されているものである。
【００３１】
また、前記保護層にはゲッター効果を得るための機能を持たせた材料を選択して、前記キャビティ内の放出ガスを吸収して前記キャビティの気密性維持を図るようにしたもので
ある。
【００３２】
また、前記保護層にはアルミ（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など、または、ゲッタリング効果が得られるジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、セリウム（Ｃｅ）、トリウム（Ｔｈ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの少なくともいずれかを含む薄膜材料を選択したものである。
【００３３】
また、前記第２の基材には、対向する金型形状に沿って加工された断面構造を得る手法で前記溝加工が施された
【発明の効果】
【００３４】
この発明に係わるセンサー素子によれば、付着異物の段差やスクラッチを介して起こるキャビティ内の気密封止性能低下や勘合部の密着力低下の問題を解決することができるセンサー素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態１におけるＳＯＩウェハ背面側に保護層を形成して勘合領域が外部と接しないよう勘合保護を目的とした段差を設けたセンサー素子の構造平面図とＡ−Ａ’部を切断して得られる断面構造図である。
【図２】この発明の実施の形態１における図１（ａ）センサー素子の構造平面図のＡ−Ａ’部を切断して得られるセンサー素子を示す断面構造工程フロー図である。
【図３】この発明の実施の形態１における台座への溝加工を対向する金型形状に沿って加工を行い、断面構造を得る設備を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態1で得られたセンサー素子のホイートストンブリッジ回路と気密試験で検出されるゲージ抵抗の出力電圧値読み取り位置と電源電圧を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態1で得た気密信頼性試験結果のうち、窒素加圧日数に応じた出力変動値を測定してグラフ化した図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるＳＯＩウェハを加工して背面側に勘合部段差を設けた図１（ａ）センサー素子の構造平面図のＡ−Ａ’部を切断して得られるセンサー素子を示す断面構造工程フロー図である。
【００３６】
【図７】従来のセンサー素子の構造平面図とＡ−Ａ’部、Ｂ−Ｂ’部を切断して得られるセンサー素子の断面構造図であり、スクラッチ並びに付着異物段差によって起こる不具合事例をイメージした図である。
【図８】従来のセンサー素子の構造平面図である図７（Ｉ）のＣ−Ｃ’部を切断して得られるセンサー素子の断面構造工程フロー図である。
【図９】従来のセンサー素子のレジスト塗布工程におけるＳＯＩウェハ背面へのスクラッチ発生や付着異物が転写事例をイメージした図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１ないし図５に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１におけるＳＯＩウェハ背面側に保護層を形成して勘合領域が外部と接しないよう勘合保護を目的とした段差を設けたセンサー素子の構造平面図とＡ−Ａ’部を切断して得られる断面構造図である。図２はこの発明の実施の形態１における図１（ａ）センサー素子の構造平面図のＡ−Ａ’部を切断して得られるセンサー素子を示す断面構造工程フロー図である。図３はこの発明の実施の形態１における台座への溝加工を対向する金型形状に沿って加工を行い、断面構造を得る設備を示す図である。図４はこの発明の実施の形態1で得られたセンサー素子のホイートストンブリッジ回路と気密試験で検出されるゲージ抵抗の出力電圧値読み取り位置と電源電圧を示す図である。図５はこの発明の実施の形態1で得た気密信頼性試験結果のうち、窒素加圧日数に応じた出力変動値を測定してグラフ化した図である。
【００３８】
この発明の実施の形態１について、センサーデバイス装置の一つであるセンサー素子２００を例題に執って各図の説明を行う。
【００３９】
まず、図１（ａ）は第１の基材であるＳＯＩウェハ１１０からダイサーなどの手法によって切断、分離されたセンサー素子２００全体を示す構造平面図である。センサー素子２００は、図示されている通り正方形若しくは矩形の形状に切り出されており、この図中のセンサー素子２００は例えば１．２ｍｍ×１．２ｍｍの角サイズで設けられる。また、センサー素子２００は、ＳＯＩウェハ１１０内に規則的に配列された状態で複数個一括して設けられる。
【００４０】
以下、切断して得られたセンサー素子２００の図１（ａ）構造平面図に記載される各図番について説明を行う。なお、本図面ではセンサー素子２００の切断面に残存するダイシングラインの一部は省略する。
【００４１】
先ず、２００はこの発明の実施の形態１で得られるセンサー素子である。センサー素子２００にはＵＮＩＢＯＮＤ法で製造されたＳＯＩウェハ１１０を用いる。ＳＯＩウェハ１１０は、面方位が（１００）でシリコンなどから構成されるｎ型の活性層１０１とシリコン酸化膜からなる埋め込み酸化膜１０２、支持基板１０３で構成される。なお、ウェハ厚は例えば５００μｍである。
【００４２】
次に、７は端子パッドであり、アルミを主成分としたスパッタ薄膜で形成されている。配置に関しては図の通り各々４個が並列で設けられる。４は例えば純物拡散法やイオン注入で得られたピエゾ抵抗である。このピエゾ抵抗４はダイヤフラム９に計４個配列される。５はピエゾ抵抗４と端子パッド７を電気的に繋ぐ配線である。この配線５は例えばイオン注入による拡散配線やアルミを主成分としたメタル材料から構成される。この配線５とピエゾ抵抗４がホイートストン回路で構成される。
【００４３】
次に、６は例えば酸化シリコンや窒化シリコン膜などからなる絶縁膜であり、センサー素子２００を構成するピエゾ抵抗４や配線５、端子パッド７を含むＳＯＩウェハ１１０の主面上全面を被覆する。但し、端子パッド７上は開口する必要があるため、エッチングなどの加工法によって開口上の絶縁膜６は除去される。９はＳＯＩウェハ１１０など回路を設ける側の主面上に微細加工や膜応力制御によって検知機能を有したダイヤフラムである。このダイヤフラム９は絶縁膜６などを含めた薄膜の応力制御によって一定の張りを保ちながら状態を保持している。ダイヤフラム９とその周辺には配線５や端子パッド７が設けられて外部に信号が伝達される機能を有する。
【００４４】
次に、図中の構造平面図ではセンサー素子２００の背面より設けられるものは全て点線で示している。まず、ダイヤフラム９の直下に設けられる点線部はキャビティ１０８ａである。このキャビティ１０８ａはＳＯＩウェハ１１０の背面に例えば０．４ｍｍ角の四角型の開口部に形成したのち、ＩＣＰ−ＲＩＥなどの深堀エッチングによって設けられる。
【００４５】
次に、キャビティ１０８ａより外側の点線はギャップ１０８ｂが設けられる位置を示している。このギャップ１０８ｂとキャビティ１０８ａは空洞部１０８として繋がっており、同じ真空度に保たれる。また、ギャップ１０８ｂ位置からセンサー素子２００の切断面までに至る領域内には勘合部１１３が設けられる。この勘合部１１３の領域では第１の基材であるＳＯＩウェハ１１０と第２の基材である台座１１１が接合される。このキャビティ１０８ａより外側の点線から切断面に至る距離は例えば０．２５ｍｍ幅で設計されている。また、勘合部１１３は端子パッド７の背面付近に設けられる。
【００４６】
次に、図１（ｂ）を用いてこの発明の実施の形態１で形成されるセンサー素子２００について説明を行う。図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ’部を切断して得られる絶対圧センサー素子１００の仮想断面構造図である。センサー素子２００は、図のように第１の基材であるＳＯＩウェハ１１０と第２の基材である台座１１１となる厚さ１ｍｍのガラスが貼り合わさった構造を有している。この発明の実施の形態１では台座１１１に硼珪酸ガラスを用いた。
【００４７】
このセンサー素子２００は、従来のセンサー素子と比べて、（１）台座１１１となるガラス側にギャップ１０８ｂが設けられている。（２）このギャップ１０８ｂによってセンサー素子２００の空洞部１０８の体積が広くなっている。（３）ＳＯＩウェハ１１０の背面には保護層１１８が設けられている。（４）ＳＯＩウェハ１１０の背面には保護層１１８領域が設けられるため、勘合部１１３となる接合面積が上述した従来のセンサー素子１００よりも狭い点が異なる。
【００４８】
このギャップ１０８ｂは例えばセンサー素子２００の中心から例えば０．３５ｍｍで形成されており、ギャップ１０８ｂには保護層１１８が設けられる。この保護層１１８は、例えば厚さ０．５μｍ〜１μｍ程度のシリコン酸化膜であり、図１（ａ）の構造平面図に記すキャビティ１０８ａのある点線からもう一方の点線間の範囲内に設けられる。また、勘合部１１３と保護層１１８間には図示されるように間隔１２６が設けられる。
【００４９】
また、保護層１１８は勘合部１１３領域を保護する目的で形成される。この保護層１１８を設けることで勘合部１３は段差部１３２によって保護される。また、保護層１１８を空洞部１０８内に気密封止するには台座１１１側への溝加工が必要となる。この溝加工によってギャップ１０８ｂが設けられる仕組みになっている。この発明の実施の形態１では台座１１１の溝深さは例えば５μｍで加工した。
【００５０】
以下、台座１１１への溝加工について説明する。ガラス加工には、薬液による等方性エッチング、サンドブラスト加工、ドライエッチング、レーザー加工、ダイヤモンドドリルによる機械加工、超音波加工などがある。一般的なガラスエッチングにはフッ酸を用いた等方性エッチングが用いられるが、硼珪酸ガラスを用いた場合では、組成中にナトリウム（Ｎａ）や硼素（Ｂ）などを含むため、これらの成分が影響してエッチング面が粗れ易くなる。特開２００８−０８８０１７号公報ではドライプロセスによるガラス基板の加工法が紹介されている。なお、台座１１１に対して溝加工を行う場合には、溝形成と同時にアライメント形成も必要となる。この発明の実施の形態１ではサンドブラスト処理による溝加工を行った。
【００５１】
次に、この発明の実施の形態１で得られるセンサー素子２００の断面構造について図２の製造工程フロー図を用いて記号順に説明する。図２は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ’部を切断することで得られるセンサー素子２００の仮想断面構造図である。なお、ＳＯＩウェハ１１０の主面上に設けられるピエゾ抵抗４や絶縁膜６の形成方法については上述した従来の工程フローと同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００５２】
まず、図２（Ａ）はＳＯＩウェハ１１０の主面上にピエゾ抵抗４などを順次設けた後に絶縁膜６で被覆してパッド開口を設けたのちに、ＳＯＩウェハ１１０の背面に対して保護層１１８とレジストマスク２０を図示した位置に設けた構造断面図を示している。まず、
前述するまでの工程で発生したスクラッチ１６や付着異物１７を除去するため、ＳＯＩウェハ１１０の背面をクリーニングする。クリーニングはドライやウェットなどのエッチングや研磨など何れの手法でも良いが、ＳＯＩウェハ１１０の背面側の清浄性が要求される。
【００５３】
次に、スパッタリングやＣＶＤによってＳＯＩウェハ１１０の背面にシリコン酸化膜形成を行う。次に、図示された領域をレジストマスク２０で覆う。レジストマスク２０はレジスト塗布後の両面アライナーによる写真製版や現像処理によって設けられる。なお、この写真製版処理の段階で各々の保護層１１８にアドレスナンバーをパターニングしておく。
【００５４】
次に、図２（Ｂ）ではイオンビームなどの物理エッチングで、例えば４５度の傾斜角度で段差部１３２の加工を行っている。これは、付着異物１７が段差部１３２である保護層１１８の角で擦り取られた状態で残るため、付着異物１７の大きさや状態よっては勘合部１１３へ影響を与える可能性がある。そのため保護層１１８に傾斜を設けて勘合部１１３領域から傾斜角度分だけ離している。また、パターニングされた保護層１１８上に設けるレジストマスク２０の被覆性向上も兼ねる。
【００５５】
最後に、レジストマスク２０をプラズマアッシングなどで灰化して除去することで各々の保護層１１８にナンバーリングされる。なお、物理エッチング時に勘合部１１３は若干量ではあるがエッチングされる。
【００５６】
次に、図２（Ｃ）ではＳＯＩウェハ１１０の主面上を保護マスク１１４で全面塗布する。続いて保護層１１８が設けられたＳＯＩウェハ１１０の背面に裏面マスク１１５を設ける。ここで使用される互いの保護マスク１１４、裏面マスク１１５には塗布膜厚が例えば２μｍに厚さ調整されたポジ型のフォトレジストを用いた。なお、裏面マスク１１５は保護層１１８にパターニングされたアドレスナンバー領域も同様に覆われている。
【００５７】
次に、図２（Ｄ）ではＩＣＰ−ＲＩＥの深堀エッチングが行われる。まず、キャビティ１０８ａが設けられる開口部１１２上の保護層１１８を例えばウェットエッチングで除去する。この保護層１１８の端面形状は傾斜を設けた段差部１３２よりも垂直に近い状態で加工されている。これは、キャビティ１０８ａ側の保護層１１８にイオンビームで傾斜角を設けると断面が先細りになるため深堀エッチング時に先端領域が膜減りするため、キャビティ１０８ａ形状に影響することを考慮したものである。
【００５８】
次に、深堀エッチング後は、ＳＯＩウェハ１１０の背面から埋め込み酸化膜２に至るキャビティ１０８ａが形成される。なお、ＩＣＰ−ＲＩＥとは誘電結合プラズマによって高密度プラズマを発生するＩＣＰ源を用いた反応性エッチングであり、ボッシュプロセス法が採用される。この手法ではテフロン（登録商標）系のポリマーガスによるキャビティ１０８ａの加工部の側壁保護と六フッ化硫黄ガス(ＳＦ６)での底面エッチングを必要回数だけ繰り返すパルスエッチングが行われる。これによってアスペクト比の高いキャビティ１０８ａの形状が得られる。この深堀エッチングではＳＯＩウェハ１１０の活性層１０１がエッチング加工される。また、埋め込み酸化膜２がエッチングストッパーとしての機能を果たしている。なお、このＩＣＰ−ＲＩＥによる深堀エッチングでは裏面マスク１１５側もパルスエッチング回数に相応する量だけ目減りするが、エッチングの処理条件によっては無くなることもある。
【００５９】
この裏面マスク１１５と保護マスク１１４は、例えば酸素ガスを主成分としたエッチングガスでプラズマアッシングによって灰化されて除去される。なお、必要であればレジスト除去に剥離液を用いても良い。
【００６０】
次に、図２（Ｅ）ではＳＯＩウェハ１１０の活性層１０１と断面が矩形のギャップ１０８ｂが設けられた台座１１１がアライメント調整によって互いに接合されることで図の構造を得る。最後にダイサー切断によって素子単位に切断されることで図１（a）のセンサー素子２００が得られる。
【００６１】
なお、この発明の実施の形態１では保護層１１８が空洞部１０８内に内臓された構造を有しているが、図２（Ｆ）ように保護層１１８を除去してから接合を行っても構わない。例えば、図２（Ｄ）のキャビティ１０８ａの形成後に、例えばバッファードフッ酸液を用いて保護層１１８の除去を行い、図２（Ｅ）以降は同じ工程処理を踏むことで保護層１１８のレス構造が得られる。但し、キャビティ１０８ａ内の埋め込み酸化膜１０２も同じシリコン酸化膜のため、除去時に用いるエッチャントによってダメージを受ける。
【００６２】
図２（Ｆ）では保護層１１８のレス構造を図示しているが、例えば接触面積の大きい付着異物１７が保護層１１８上に残る場合は、それ自身がマスクとなるためウェットエッチングやドライエッチングなどの保護層１１８の除去だけでは前述する付着異物１７とその直下にある保護層１１８の一部がＳＯＩウェハ１１０の背面に残ることになる。
【００６３】
更に、保護層１１８を物理エッチングによるパターニングで設けていることにより、勘合部１１３面を若干量オーバーエッチングしていることもあるため、台座１１１側には最低でも若干量エッチングした深さ分の溝加工が必要となる。なお、前述するオーバーエッチングにてＳＯＩウェハ１１０の背面の活性層１０１に対して直接ナンバーリングを残すことが可能となる。
【００６４】
また、仮に保護層１１８をウェットエッチングで設けて、図２（Ｆ）の断面構造を得るために、ウェットエッチングで保護層１１８の除去を行うとした場合、付着異物１７とその直下の保護層１１８が完全にＳＯＩウェハ１１０の背面より完全に除去できれば、キャビティ１０８ａを除くＳＯＩウェハ１１０の背面はスクラッチ１６や付着異物１７の無い平坦な面が得られる。
【００６５】
このＳＯＩウェハ１１０に対して無加工の台座１１１を接合すれば、上述した従来のセンサー素子１００と同じ構造が得られる。但し、ＳＯＩウェハ１１０の背面のナンバーリングはウェットプロセスによって保護層１１８のパターニングが行われるために設けることが不可能になる。
【００６６】
次に、図２（E）で行われる接合方法について以下に説明を行う。センサー素子２００
のように、ダイヤフラム９直下のキャビティ１０８ａを気密封止するには、２枚のウェハを直接張り合わせた直接接合装置や中間材を用いた中間層接合装置が用いられる。直接接合には、例えばガラスとシリコンを張り合わせて成る陽極接合が一般的に知られており、他の例としてシリコン直接接合、プラズマ活性化低温接合、常温表面活性化接合などがある。中間層接合の場合はメタルを用いた共晶結合、はんだ結合、有機接着などがそれに該当する。シリコンとガラス接合には陽極接合を用いることが多い。
【００６７】
陽極接合法とは、ＳＯＩウェハ１１０のシリコンなどから構成されるｎ型の活性層１０１とガラスウェハからなる台座１１１を密着させてアルカリイオンが移動し易い４００℃前後の温度まで加熱した状態で、台座１１１側にマイナス５００Ｖ程度の直流電圧の印加を行うことで互いの基材が接合されて貼り合わされる。この処理を行うことで台座１１１に含まれるナトリウムイオンなどが負極側に移動して、台座１１１とＳＯＩウェハ１１０の界面で静電気引力が発生する。これによりシリコンと酸素イオンとで化学反応が起きて大きな結合力を得ることができる。
【００６８】
この陽極接合法の長所は、（１）強固な結合力が得られること、（２）ポリマーなどの中間材を用いないため脱ガス等の影響が少ない点が挙げられる。その反面、陽極接合後の熱応力によって変形が発生することが挙げられる。
【００６９】
この発明の実施の形態１では陽極接合による気密封止を用いて処理を行った。まず、ＳＯＩウェハ１１０と同径サイズで厚み１ｍｍの硼珪酸ガラスウェハからなる台座１１１を準備する。なお、台座１１１はＳＯＩウェハ１１０に設けられるセンサー素子２００と等間隔で同数の溝加工を施したウェハを用いる。この発明の実施の形態１では溝の深さを例えば５μｍとした。
【００７０】
次に、チャンバーを開放して装置内のステージ上に基材であるＳＯＩウェハ１１０と台座１１を重ね合わせた状態で配置する。次に、陰極、陽極の各プローブ針を接触させてチャンバーを閉じて真空引き、加熱、接合電圧印加、冷却の順に処理を進める。
【００７１】
この発明の実施の形態１では真空引き到達真空度×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒ、設定温度４００℃、セッティングから冷却までのトータル処理時間９０ｍｉｎで処理を行うことで必要とするセンサー素子２００を得た。
【００７２】
この発明の実施の形態１では、ＳＯＩウェハ１１０を用いたが、両面研磨された面方位が（１００）でｎ型の単結晶シリコンでも構わない。単結晶シリコン以外の他の材料として多結晶シリコン、サファイア等から形成されても構わない。
【００７３】
また、保護層１１８にはシリコン酸化膜を用いたが、これに限定されるものではなく、他の材料として、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、絶縁材料では窒化シリコン膜や酸化シリコン膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などの硬質な材料を用いても良い。これらはスパッタリングやＣＶＤによって形成できる。
【００７４】
また、保護層１１８にゲッタリング効果が得られる材料を選択しても構わない。ゲッター材として用いる材料を例としてあげると、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、セリウム（Ｃｅ）、トリウム（Ｔｈ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などがあり、少なくともいずれかを含む薄膜材料の選択する方が望ましい。
【００７５】
また、この発明の実施の形態１では保護層１１８の段差部１３２の加工をイオンビームを用いて傾斜角４５度で行っているが、裏面マスク１１５上の被覆性に問題なければ、保護層１１８のパターニングを例えば傾斜角０度の物理エッチングで設けても良い。例えば、図２（Ｂ）のうち、保護層１１８上にレジストマスク２０を設けて、開口部１１２と勘合部１１３を同時処理しても構わない。この場合は保護層１１８は両端とも垂直に近い形で加工される。
【００７６】
また、保護層１１８はキャビティ１０８ａ加工のためのハードマスクとして裏面マスク１１５と合わせて利用することが可能である。また、保護層１１８はキャビティ１０８ａ端と勘合部１１３間に設けているが、この範囲内であれば保護層１１８は何れの寸法幅で形成しても構わない。また、この発明の実施の形態１ではサンドブラストによる台座１１１の溝加工を行っているが、ウェットエッチングやドライエッチングによるガラス加工を用いても構わない。
【００７７】
また、他の例として、図３に静電力を用いたガラスの形成法の一例を示す。金型２３の形状に沿って台座１１１に外圧や静電引力を用いて溝加工を行う手法を用いても良い。これらの手法はガラスの熱ナノインプリントプロセス技術で得られるものである。この手法
を用いることでレジストなどのマスク形成過程が省かれる。
【００７８】
まず、図３に示す通り、台座１１１が設けられるガラスウェハを金型２３上に配置してヒーター２５で加温を行う。なお、金型２３にはガラスウェハ上に複数個の溝を一括して設けるための凹部２１が設けられている。次に、台座１１１と電極２４との間に電圧を加えると、金型２３に接触している台座１１１面にはマイナスの負電荷が集まり、対向する金型２３側にはプラスの正電荷が引き合う形で保持される。金型２３の凹部２１では、ガラス表面の成形部に静電引力が作用して凹部２１に引き込まれるように金型２３構造に応じた型形成が行われる。これによってガラスウェハには複数個の台座１１１が金型２３に沿って一括形成される。
【００７９】
また、この発明の実施の形態１では台座１１１の厚さを１ｍｍとしたが、これに限定されるものではない。次に、この発明の実施の形態１の勘合部１１３の幅は０．２５ｍｍ幅としたが、最低でも０．１ｍｍ以上の確保は必要である。０．１ｍｍ以下では空洞部１０８のリークが顕著に大きくなる確率が増してしまう。また、センサー素子２００のサイズは機能的に問題なければ何れの形状、大きさでも構わない。
【００８０】
この発明の実施の形態１では、０．５μｍ〜１μｍ程度のシリコン酸化膜で保護層１１８を形成して、台座１１１に深さ５μｍの溝加工を施したものを用いたが、保護層１１８の厚さはこれに限定されるものではなく、厚いほど勘合部１１３への影響が無く望ましいが、台座１１１の溝深さよりも少ない膜厚で設ける必要がある。また、保護層１１８にゲッタリング効果が得られる薄膜材料を用いる場合は、その効果が期待出来る厚さで形成する方が望ましく、数μｍ程度は必要となる。また、台座１１１の溝深さに関しては、保護層１１８と干渉しないだけの溝深さで設ける必要がある。この要件を満たすのであれば何れの溝深さでも構わない。
【００８１】
また、この発明の実施の形態１では、陽極接合による接合を用いているが、例えば図２（Ｆ）のように空洞部１０８に保護層１１８などを残さない構造が可能であれば、台座１１１をシリコンとした直接接合による気密封止を用いても良い。但し、接合温度が１０００℃前後必要であるため、ＳＯＩウェハ１１０の主面上に設ける端子パッド７やピエゾ抵抗４、配線５のパターニングは気密封止以降の処理となる。
【００８２】
次に、実施例の形態１で保護層１１８を設けた図２（Ｄ）のセンサー素子２００をコーターデベロッパーに空搬送した結果、保護層１１８にはスクラッチ１６が残ったが、勘合部１１３にはその影響は見られない。付着異物１７に関しては保護層１１８端の角部に擦り取ったような形跡が残る場合があったが、勘合部１１３への付着抑止効果は得られていた。また、異物段差になり得る付着異物１７も勘合部１１３には見られず、台座１１１が浮き上がるような不具合は発生していない。更に、保護層１１８に残る付着異物１７は顕微鏡検査などでナンバーリング位置を特定できるため、陽極接合後にダイサー切断で素子単位に分離したのち不良品として取り除くことができる。
【００８３】
図４はこの発明の実施の形態１のセンサー素子２００を用いて気密信頼性試験を行った際のホイートストンブリッジ回路と入出力電圧位置を示している。気密信頼性試験は、センサー素子２００を窒素加圧槽内に入れて、例えば５kgf/cm2以上の圧力で窒素加圧をダ
イヤフラムに常時加圧して出力電圧変化を見る試験である。
【００８４】
まず、図４に示す電源２２により５Ｖの電源電圧を加える。次に、Vout位置からの出力電圧２箇所を測定して双方の差分を求めた。なお、加圧信頼性試験は例えば最大４００日まで行われ、加圧日数に応じた計測は一旦窒素加圧槽から取出した状態で行われる。出力電圧計測は標準大気圧環境下でダイヤフラム９に全く加圧しない一定圧の温度条件下で行
われ、センサー素子２００の常温特性の出力電圧変動値を計測する。
【００８５】
なお、気密封止される勘合部１１３にスローリーク又はリークパスに起因する異物段差などがあれば、ピエゾ抵抗４の出力電圧も変化する。更に、勘合部１１３の接合不良の状態によっては加圧する初期段階から出力電圧が大きくずれてしまう。
【００８６】
図５は窒素加圧日数による出力変動値を計測した結果をグラフ化したものである。このグラフには上述した従来のセンサー素子１００とこの発明の実施の形態１および後述する実施の形態２で得られたセンサー素子２００の計３本の曲線が出力されている。なお、グラフの横軸は窒素加圧日数を示し、縦軸は出力変動値である。
【００８７】
図５の出力変動値は初期値を０Ｖとしており、点線内の領域までを変動誤差範囲内とする。この点線の枠内は上述した従来のセンサー素子１００を複数個計測した際に得られた出力変動の上限値と下限値の実績を示しており、この範囲内であれば上述した従来のセンサー素子１００と同等の試験結果が得られていることを表している。グラフ結果から分かるように、何れの条件で設けたセンサー素子２００でも点線内に納まることが分かった。以上の結果より、この発明の実施の形態で得られたセンサー素子２００は従来と同等の出力変動値を得ることが証明できた。
【００８８】
以上のように、ダイヤフラム９直下にキャビティ１０８ａが設けられ、このキャビティ１０８ａはＳＯＩウェハ１１０と台座１１１との貼り合せで気密封止されており、気密封止される勘合部１１３領域が外部と接しないよう段差部１３２を設けたことにより、勘合部１１３の清浄性が保たれることでセンサー素子２００の気密性能の保持機能が増して長期信頼性向上を図ることができる。
【００８９】
また、ＳＯＩウェハ１１０の背面に保護層１１８を設けて、この保護層１１８が段差部１３２としての役割を果たすことで、ＳＯＩウェハ１１０の背面側の処理工程で発生するスクラッチ１６や付着異物１７を勘合部１１３に発生するのを防ぐことができる。
【００９０】
また、付着異物１７の段差による乗り上げで隣接するセンサー素子２００に勘合部１１３の不良などのダメージを与えていたが、この付着異物１７は保護層１１８と共にセンサー素子２００内に内臓されて封止されたことで、他のセンサー素子２００に対して影響を無くすことが出来るため、歩留まり向上を図ることができる。
【００９１】
また、保護層１１８などにナンバーリングなどを取り入れることで不具合要因の場所特定が可能となり、検査機能の向上を図ることができる。
【００９２】
また、台座１１１の溝加工は、スクラッチ１６や付着異物１７が残存する保護層１１８全体を覆うためのキャビティ拡張機能を備えたことで、付着異物１７を対象のセンサー素子２００の空洞部１０８内に封じ込めることが出来るため、勘合部１１３への乗り上げの影響が無くなり、センサー素子２００の歩留まり向上を図ることができる。
【００９３】
また、保護層１１８に対してゲッター効果機能を付加したことで、キャビティ１０８ａ内の放出ガスを吸収してキャビティ１０８ａの気密性維持を図る効果を得ることができる。
【００９４】
また、金型２３の形状に沿った台座１１１の加工を行うことにより、上述した従来よりも簡便に必要形状を得ることができる。
【００９５】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図６に基づいて説明する。図６はこの発明の実施の形態２におけるＳＯＩウェハを加工して背面側に勘合部段差を設けた図１（ａ）センサー素子の構造平面図のＡ−Ａ’部を切断して得られるセンサー素子を示す断面構造工程フロー図である。以下、図面の番号順に添って説明を行う。
【００９６】
まず、図６（１）はピエゾ抵抗４や絶縁膜６などが設けられたＳＯＩウェハ１１０の構造断面図である。次に、図６（２）ではＳＯＩウェハ１１０の背面に例えばレジスト材からなる厚み１μｍのレジストマスク２０を設ける。次に、例えばフッ素系ガスと酸素（Ｏ２）の混合ガスによってＲＩＥ（reactive ion etching）ドライエッチング処理を行い、図中の勘合部１１３の段差部１３２を活性層１０１に設ける。この勘合部１１３の段差部１３２は１μｍ深さで設けた。次に、ＳＯＩウェハ１１０の背面に残るレジストマスク２０をプラズマアッシャーで灰化して除去する。
【００９７】
次に、図６（３）では、保護マスク１１４であるレジスト材をＳＯＩウェハ１１０の主面上に全面塗布したのち、ＳＯＩウェハ１１０の背面の勘合部１１３の段差部１３２からキャビティ１０８ａの開口部１１２までを裏面マスク１１５でパターニングする。なお、ここで用いるレジスト材は両面とも同一のフォトレジスト、同じ２μｍ膜厚である。
【００９８】
図６（４）ではＩＣＰ−ＲＩＥによる深堀エッチングが行われ、図６（５）にて保護マスク１１４、裏面マスク１１５をプラズマアッシングにて除去することにより、ＳＯＩウェハ１１０側への処理が完了する。最後に、深さが５μｍになるよう溝加工が施された台座１１１との陽極接合を行うことで必要とするセンサー素子２００の構造を得ることが出来る（図６（６））。
【００９９】
この発明の実施の形態２では、保護層１１８を形成する代わりにＳＯＩウェハ１１０の活性層１０１を加工して勘合部１１３の段差部１３２を設けたことを特徴としている。
【０１００】
この発明の実施の形態２では図６（２）の勘合部１１３と段差部１３２を混合ガスのＲＩＥドライエッチングで設けているが、イオンビームを用いた物理エッチングで傾斜を付けて加工しても良い。
【０１０１】
また、図６の工程処理前までにＳＯＩウェハ１１０の主面上のパターニング工程で発生したスクラッチ１６や付着異物１７を除去するため、ＳＯＩウェハ１１０の背面をクリーニングする方が望ましい。但し、図６（２）の勘合部１１３と段差部１３２の加工で勘合領域の清浄性が得られるのであれば、前述するクリーニングは不要である。
【０１０２】
また、裏面マスク１１５はレジスト単独で形成されているが、例えば図６（２）工程でＳＯＩウェハ１１０の背面側にゲッター材とレジストマスクを積層で順次設けても良い。
【０１０３】
また、勘合部１１３は端子パッド７直下付近に設けられるため、勘合部１１３の段差部１３２深さは１μｍ深さに限定されるものではなく、０．５μｍでも同様の効果は得られる。また、深い方に関してはワイヤボンド等による接合影響が無い程度に加工される方が望ましい。
【０１０４】
また、勘合部１１３の段差部１３２の深さと台座１１１に設けた溝の深さは一致せず、台座１１１の溝側を深く設ける必要がある。
【０１０５】
また、この発明の実施の形態２では、ＳＯＩウェハ１１０を用いているが、両面研磨された面方位が（１００）でｎ型の単結晶シリコンでも構わない。単結晶シリコン以外の他の材料として多結晶シリコン、サファイア等から形成されても構わない。
【０１０６】
また、この発明の実施の形態２では、ＳＯＩウェハ１１０と台座１１１との陽極接合であり、図６（６）で図示した断面構造を得ているが、溝加工された台座１１１を用いてシリコンとシリコンとを直接接合して空洞部１０８を得たのちに、ピエゾ抵抗４や配線５、端子パッド７を設けても構わない。
【０１０７】
以上のように、保護層１１８の代わりにＳＯＩウェハ１１０の背面に直接段差加工を施して勘合１１３領域が外部と接触しないようにしたことにより、保護層１１８を設けた場合と同様の効果を得ることができる。
【０１０８】
次に、この発明の実施の形態２で得られたセンサー素子２００を用いてコーターデベロッパーに空搬送した結果、この発明の実施の形態１と同じ効果がＳＯＩウェハ１１０の背面側に得られた。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
この発明は、付着異物の段差やスクラッチを介して起こるキャビティ内の気密封止の性能低下や勘合部の密着力低下の問題を解決することができるセンサー素子の実現に好適である。
【符号の説明】
【０１１０】
９ ダイヤフラム
２３ 金型
１０１ 活性層
１０２ 埋め込み酸化膜
１０３ 支持基板
１０８ 空洞部
１０８ａ キャビティ
１０８ｂ ギャップ
１００ センサー素子
１１０ ＳＯＩウェハ
１１１ 台座
１１３ 勘合部
１１８ 保護層
１３２ 段差部
２００ センサー素子
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば半導体やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ：以下ＭＥＭＳと称す）技術を用いて得られるセンサー素子に関す
るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のセンサーデバイスは半導体やＭＥＭＳ技術を応用した微細加工や手法が取り入れられ、より繊細で複雑な構造を有する傾向にある。このセンサーデバイスのうち薄膜中空構造体を有するセンサー素子として、例えば圧力センサー、超音波センサー、流量センサーなどがある。
【０００３】
これらのセンサー素子はウェハから設けられ、例えば素子背面からのＩＣＰ−ＲＩＥ（inductively coupled plasma - reactive ion etching：以下ICP-RIEと称す）を用いた深堀エッチングやＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド：以下TMAHと称す）薬液によるウェットエッチングによって配線や回路などのウェハ主面上直下にキャビティを設けたものである。例えば圧力センサーの場合には、薄膜応力制御によって検知部がキャビティ上に支持されたダイヤフラムが設けられる。
【０００４】
また、圧力センサーには静電容量変化を電気信号に変換して検知する静電容量型とピエゾ抵抗型などがある。ピエゾ抵抗型は、ダイヤフラム内に複数のピエゾ抵抗からなるホイートストンブリッジ回路が形成される。このピエゾ抵抗型の圧力センサーは外圧によって起きるピエゾ抵抗の抵抗変化を電気信号に変換して検知する機能をセンサーに用いたものである。なお、ピエゾ抵抗型圧力センサーには、差圧センサーとキャビティを台座で気密封止して絶対圧を測定する絶対圧センサーがある。
【０００５】
次に、従来の絶対圧のセンサー素子１００構造について図７を用いて説明する。まず、図７（I）は従来のセンサー素子１００を上面から見た構造平面図である。
【０００６】
センサー素子１００はピエゾ抵抗４と端子パッド７並びにそれらに接続される配線５や絶縁膜６などから構成される。また、図中の点線はダイヤフラム９位置を示している。また、図に設けられた４つのピエゾ抵抗４は全てダイヤフラム９内に形成される。
【０００７】
更に、このダイヤフラム９直下にはキャビティ８ａが形成されており、このキャビティ８ａは真空で気密封止される。なお、１６はＳＯＩ（Silicon on Insulator：以下ＳＯＩと称す）ウェハ１０の背面側に出来たスクラッチであり、キャビティ８ａからセンサー素子１００の切断面までに達する。１７はＳＯＩウェハ１０背面に残る付着異物である。なお、このセンサー素子１００構造平面図はダイサー切断などによって切断、分離された形状を示している。
【０００８】
次に、図７（II）は図７（I）の構造平面図に記す一点鎖線のＡ−Ａ’部を切断して得
られるセンサー素子１００構造の仮想断面構造図である。センサー素子１００は、ＳＯＩウェハ１０に対してもう一方のガラスウェハからなる台座１１が貼り合わさって内部にキャビティ８ａを備える構造を有している。１３は勘合部である。
【０００９】
次に、ＳＯＩウェハ１０の主面上にはダイヤフラム９上に設けられたピエゾ抵抗４や配線５からなるホイートストンブリッジ回路が形成される。このホイートストンブリッジ回
路は絶縁膜６で被覆される。なお、スクラッチ１６による隙間はＳＯＩウェハ１０背面側の勘合部１３に出来たスクラッチを模している。
【００１０】
続いて、図７（III）の仮想断面構造図について説明を行う。この断面構造図は図７（II）と同じく図７（I）の構造平面図に記す一点鎖線のＢ−Ｂ’部を切断して得られるセンサー素子１００構造の断面構造を示している。１７は勘合部１３に出来た付着異物を模している。また、図では付着異物１７が段差となって勘合部１３が浮き上がる状態をイメージしている。
【００１１】
次に、従来のセンサー素子１００構造を得るための工程について図８のフロー図に添って番号順に説明を行う。図８は図７（I）の構造平面図に記す一点鎖線のＣ−Ｃ’部を切
断して得られるセンサー素子１００構造の仮想断面構造の工程フロー図を示している。
【００１２】
まず、この工程フロー図の１０はＳＯＩウェハであり、主面上側の面方位が（１００）でシリコンなどから構成されるｎ型の活性層１、埋め込み酸化膜２、背面側の支持基板３から構成される特殊なウェハである。このＳＯＩウェハ１０は例えばSmart Cut技術であ
るＵＮＩＢＯＮＤやＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）などによって製
造される。図８（１）では、ＳＯＩウェハ１０上に不純物拡散法やイオン注入法により形成されたピエゾ抵抗４、端子パッド７が図示された位置に形成される。
【００１３】
次に、ＳＯＩウェハ１０の主面上を絶縁膜６で被覆する（図８（２））。なお、絶縁膜６はスパッタリングや化学的気相成長法（Chemical Vaor Deposition：以下ＣＶＤと称す）などの手法を用いてＳＯＩウェハ１０の主面上全面を覆う。この絶縁膜６で被覆する工程では端子パッド７上も覆ってしまうため、端子パッド７を開口するためのエッチング処理が必要となる。まず、端子パッド７の開口部を除く領域にレジストマスクを設けた後、例えばフッ素系ガスと酸素（Ｏ２）の混合ガスを用いたドライエッチングで不要となる端子パッド７上の絶縁膜６の除去を行う。この工程を行うことで図８（２）の構造断面図が得られる。
【００１４】
図８（３）以降は、ＳＯＩウェハ１０の背面側処理が主体で処理される。図８（３）ではＳＯＩウェハ１０両面をマスクで覆うための処理を行う。まず、ＳＯＩウェハ１０の主面上に保護マスク１４を形成する。保護マスク１４は主面保護を目的としているので、例えばレジストの全面ベタ塗りでも構わない。
【００１５】
次に、ＳＯＩウェハ１０の背面にキャビティ８ａ形成のための裏面マスク１５のパターニングをレジストなどの感光剤にて行う。先ずレジスト塗布を行う。次に主面上のアライメントマークを利用して両面アライナーなどの設備でマスクとの重ね合わせ露光を行い、最後に現像液で現像処理することで図の開口部１２のパターンを得る。
【００１６】
次に、図８（４）ではＳＯＩウェハ１０の背面側よりＩＣＰ−ＲＩＥを用いた深堀エッチングが行われる。このエッチングを行うことでダイヤフラム９直下にはキャビティ８ａが形成される。なお、裏面マスク１５は図示されているようにＩＣＰ−ＲＩＥエッチング処理でプラズマに長時間晒されることで元の膜厚よりも薄くなる。このため裏面マスク１５に選択される材料はシリコンとのエッチング選択比が求められ、支持基板３から埋め込み酸化膜２に達するまで掘り下げて行く過程で無くならない量の裏面マスク１５膜厚若しくは材質選定が重要となる。
【００１７】
次に、図８（５）ではＳＯＩウェハ１０両面に覆われた保護マスク１４と裏面マスク１５を酸素ガスを用いたプラズマアッシング装置やレジスト剥離液などの処理法を用いて除去する。以上の処理を経てＳＯＩウェハ１０背面の工程処理が完了する。最後に、図８（
６）で台座１１との接合を行うことで従来のセンサー素子１００構造が得られる。
【００１８】
なお、図８（６）の１３は勘合部を示している。図のようにＳＯＩウェハ１０背面のキャビティ８ａ以外は全て勘合部１３として利用される。なお、特開２００８−１９０９７０号公報ではでＳＯＩウェハ１０を用いたピエゾ抵抗型の圧力センサー素子工程が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００８−１９０９７０号公報
【特許文献２】特開２００８−８８０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述した従来のセンサー素子において、図８に示す断面構造の工程フロー図では、図８（３）の工程でＳＯＩウェハ１０の主面上に保護マスク１４が設けられる。この段階ではＳＯＩウェハ１０背面は何も保護されておらず、工程処理に関わる設備に備えられる搬送系との接触が不可避となる。例えば、バキュームチャック接触によるスクラッチ１６の発生や搬送ベルト、搬送ビームなどに残る付着異物１７などがＳＯＩウェハ１０背面側に転写されて付着する。既存の半導体設備を流用してセンサー素子１００の工程処理を行う場合を例として挙げると、従来からある半導体設備は片面プロセスが主流であったため、搬送ロボットなどで接触するウェハ背面側へのスクラッチ１６などの傷や付着異物１７による汚れはあまりケアされていない。
【００２１】
図９にコーターデベロッパーにおける付着異物１７とスクラッチ１６の発生の一例を示す。図９（１）はコーターデベロッパーのコーターカップ２８にＳＯＩウェハ１０が搬送されて回転している構造をイメージした図である。以下、レジスト塗布工程を例に挙げて説明を行う。まず、コーターデベロッパーには、受入、搬出のためのカセットキャリアがそれぞれ設けられ、移送にはゴムベルトなどの搬送ベルトやメタル材で出来た搬送ビームが用いられる。例えば搬出先のカセットキャリアから出たＳＯＩウェハ１０は図のコーターカップ２８上に到着して、バキュームチャック２９が上昇することで接触と吸着が行われる。このバキュームチャック２９は例えばテフロン（登録商標）に吸引用の溝加工が施された３インチΦサイズのものである。
【００２２】
次に、バキュームチャック２９が図の位置に下降移動したのち、ノズル２７を介してレジスト塗布が行われる。ＳＯＩウェハ１０は高速回転により余分なレジストを飛ばしたのちに、ウェハ回転停止と吸着解除が行われてホットプレートが設けられた別の場所へ搬送ベルトによって移動を始める。図９（２）はレジスト塗布工程を完了したＳＯＩウェハ１０背面である。図のようにバキュームチャック２９跡には円状のスクラッチ１６が発生する。これはＳＯＩウェハ１０を吸着した段階で発生しており、バキュームチャック２９にシリコン破片等など硬質なものが突き刺さったりした場合に起こる。更に、接触と吸着の段階でＳＯＩウェハ１０が若干θ方向に動く。これも連続したスクラッチ１６がＳＯＩウェハ１０に出来る要因となる。このシリコン破片等はＳＯＩウェハ１０などから持ち込まれる。
【００２３】
次に、図９（２）の付着異物１７はＳＯＩウェハ１０高速回転中にレジストミスト３１が発生してホットプレート側に流れ込んだものが、搬送ベルトに付着したのちにＳＯＩウェハ１０背面側に転写された付着異物１７をイメージしたものである。この付着異物１７は、ホットプレートへの移動に用いる搬送ビームも汚染させる。また、付着異物１７が有機系であれば、陽極接合時に行う４００℃前後の加熱工程で付着異物１７からのガス放出が懸念される。このガス放出は勘合部１３の接合不良を招く恐れがある。また、コーターデベロッパーを除く付着異物１７の他の例として、メタル屑やシリコン片など無機質の付着異物１７が工程処理中にＳＯＩウェハ１０背面に付着する場合がある。例えば数十μｍ径程度の小さいものであれば、図７（III）の断面構造図のように周囲が浮き上がることはなく、接合された台座１１側から観察すると付着異物１７自体が核となりその周囲が浮き上がって見える。この浮き上がった領域は未接合部として存在するため、勘合部１３の接触面積が少なくなり気密封止性能低下が懸念される要因となっていた。以上のように、付着異物１７の硬い柔らかいに関わらず、台座１１との接合に至る過程で勘合部１３に残存する付着異物１７への対策が重要となっていた。
【００２４】
次に、スクラッチ１６は前述する設備の搬送系などとの接触で起きることが多い。ここでは搬送系との接触によって起こるスクラッチ１６発生状況について述べる。例えばピンセットなどで移載する検査工程、プロセス設備のバキュームチャックや治工具などとの接触で起きる。勘合部１３に出来るスクラッチ１６には、深く抉れてシリコン屑が周囲に散在したものや溝が浅くシリコン屑の出ない細かめのものがある。キャビティ８ａの気密性能に影響するものの例として、例えばスクラッチ１６の溝深さが１００Å（オングストローム）を超えるものや、周囲にシリコン屑を散りばめたものがあり、特にキャビティ８ａから絶対圧センサー素子１００切断面に達するスクラッチ１６が対象となる。このようなスクラッチ１６はリークパスとなってスローリークを引き起こす原因となるために、対策が必要となっていた。
【００２５】
また、この付着異物１７やスクラッチ１６のうち、ピエゾ抵抗４や配線５のあるＳＯＩウェハ１０主面上に出来たものは実体顕微鏡で判別出来るため良否判定が行い易い。しかし、ＳＯＩウェハ１０背面側にはチップアドレスなどが一切無く、発見しても場所の特定が難しい。また、深堀エッチング以降であれば、仮に付着異物１７を発見してもダイヤフラム９損傷などの危険性が付き纏うため積極的に除去し難い。また、汚染による勘合部１３の密着力低下は、ダイサー切断時に切断や分離時に欠けや剥がれが起こる恐れがあり、剥がれた部位が他のセンサー素子１００に損傷を与える恐れがある。
【００２６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、付着異物の段差やスクラッチを介して起こるキャビティ内の気密封止性能低下や勘合部の密着力低下の問題を解決することを目的とするセンサー素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
この発明に係わるセンサー素子は、主面上にダイヤフラムが構成される第１の基材と、前記第１の基材の反ダイヤフラム面側に配設される第２の基材と、前記第１の基材の前記ダイヤフラム直下に設けられるキャビティと、前記キャビティを気密封止するため前記第１の基材と前記第２の基材との接合位置に設けられる勘合部と、前記勘合部に設けられ、前記第１の基材と前記第２の基材との勘合状態を保護する段差部とを備えたものである。
【００２８】
また、前記段差部は、前記第１の基材の反ダイヤフラム面側に保護層を設け、前記保護層によって前記勘合部に段差を付けて設けられたものである。
【００２９】
また、前記段差部は、前記第１の基材と一体に構成されたものである。
【００３０】
また、前記第２の基材は、前記段差部を気密封止するための溝加工が施されているものである。
【００３１】
また、前記保護層にはゲッター効果を得るための機能を持たせた材料を選択して、前記キャビティ内の放出ガスを吸収して前記キャビティの気密性維持を図るようにしたもので
ある。
【００３２】
また、前記保護層にはアルミ（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など、または、ゲッタリング効果が得られるジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、セリウム（Ｃｅ）、トリウム（Ｔｈ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの少なくともいずれかを含む薄膜材料を選択したものである。
【００３３】
また、前記第２の基材には、対向する金型形状に沿って加工された断面構造を得る手法で前記溝加工が施された
【発明の効果】
【００３４】
この発明に係わるセンサー素子によれば、付着異物の段差やスクラッチを介して起こるキャビティ内の気密封止性能低下や勘合部の密着力低下の問題を解決することができるセンサー素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態１におけるＳＯＩウェハ背面側に保護層を形成して勘合領域が外部と接しないよう勘合保護を目的とした段差を設けたセンサー素子の構造平面図とＡ−Ａ’部を切断して得られる断面構造図である。
【図２】この発明の実施の形態１における図１（ａ）センサー素子の構造平面図のＡ−Ａ’部を切断して得られるセンサー素子を示す断面構造工程フロー図である。
【図３】この発明の実施の形態１における台座への溝加工を対向する金型形状に沿って加工を行い、断面構造を得る設備を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態1で得られたセンサー素子のホイートストンブリッジ回路と気密試験で検出されるゲージ抵抗の出力電圧値読み取り位置と電源電圧を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態1で得た気密信頼性試験結果のうち、窒素加圧日数に応じた出力変動値を測定してグラフ化した図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるＳＯＩウェハを加工して背面側に勘合部段差を設けた図１（ａ）センサー素子の構造平面図のＡ−Ａ’部を切断して得られるセンサー素子を示す断面構造工程フロー図である。
【００３６】
【図７】従来のセンサー素子の構造平面図とＡ−Ａ’部、Ｂ−Ｂ’部を切断して得られるセンサー素子の断面構造図であり、スクラッチ並びに付着異物段差によって起こる不具合事例をイメージした図である。
【図８】従来のセンサー素子の構造平面図である図７（Ｉ）のＣ−Ｃ’部を切断して得られるセンサー素子の断面構造工程フロー図である。
【図９】従来のセンサー素子のレジスト塗布工程におけるＳＯＩウェハ背面へのスクラッチ発生や付着異物が転写事例をイメージした図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１ないし図５に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１におけるＳＯＩウェハ背面側に保護層を形成して勘合領域が外部と接しないよう勘合保護を目的とした段差を設けたセンサー素子の構造平面図とＡ−Ａ’部を切断して得られる断面構造図である。図２はこの発明の実施の形態１における図１（ａ）センサー素子の構造平面図のＡ−Ａ’部を切断して得られるセンサー素子を示す断面構造工程フロー図である。図３はこの発明の実施の形態１における台座への溝加工を対向する金型形状に沿って加工を行い、断面構造を得る設備を示す図である。図４はこの発明の実施の形態1で得られたセンサー素子のホイートストンブリッジ回路と気密試験で検出されるゲージ抵抗の出力電圧値読み取り位置と電源電圧を示す図である。図５はこの発明の実施の形態1で得た気密信頼性試験結果のうち、窒素加圧日数に応じた出力変動値を測定してグラフ化した図である。
【００３８】
この発明の実施の形態１について、センサーデバイス装置の一つであるセンサー素子２００を例題に執って各図の説明を行う。
【００３９】
まず、図１（ａ）は第１の基材であるＳＯＩウェハ１１０からダイサーなどの手法によって切断、分離されたセンサー素子２００全体を示す構造平面図である。センサー素子２００は、図示されている通り正方形若しくは矩形の形状に切り出されており、この図中のセンサー素子２００は例えば１．２ｍｍ×１．２ｍｍの角サイズで設けられる。また、センサー素子２００は、ＳＯＩウェハ１１０内に規則的に配列された状態で複数個一括して設けられる。
【００４０】
以下、切断して得られたセンサー素子２００の図１（ａ）構造平面図に記載される各図番について説明を行う。なお、本図面ではセンサー素子２００の切断面に残存するダイシングラインの一部は省略する。
【００４１】
先ず、２００はこの発明の実施の形態１で得られるセンサー素子である。センサー素子２００にはＵＮＩＢＯＮＤ法で製造されたＳＯＩウェハ１１０を用いる。ＳＯＩウェハ１１０は、面方位が（１００）でシリコンなどから構成されるｎ型の活性層１０１とシリコン酸化膜からなる埋め込み酸化膜１０２、支持基板１０３で構成される。なお、ウェハ厚は例えば５００μｍである。
【００４２】
次に、７は端子パッドであり、アルミを主成分としたスパッタ薄膜で形成されている。配置に関しては図の通り各々４個が並列で設けられる。４は例えば純物拡散法やイオン注入で得られたピエゾ抵抗である。このピエゾ抵抗４はダイヤフラム９に計４個配列される。５はピエゾ抵抗４と端子パッド７を電気的に繋ぐ配線である。この配線５は例えばイオン注入による拡散配線やアルミを主成分としたメタル材料から構成される。この配線５とピエゾ抵抗４がホイートストン回路で構成される。
【００４３】
次に、６は例えば酸化シリコンや窒化シリコン膜などからなる絶縁膜であり、センサー素子２００を構成するピエゾ抵抗４や配線５、端子パッド７を含むＳＯＩウェハ１１０の主面上全面を被覆する。但し、端子パッド７上は開口する必要があるため、エッチングなどの加工法によって開口上の絶縁膜６は除去される。９はＳＯＩウェハ１１０など回路を設ける側の主面上に微細加工や膜応力制御によって検知機能を有したダイヤフラムである。このダイヤフラム９は絶縁膜６などを含めた薄膜の応力制御によって一定の張りを保ちながら状態を保持している。ダイヤフラム９とその周辺には配線５や端子パッド７が設けられて外部に信号が伝達される機能を有する。
【００４４】
次に、図中の構造平面図ではセンサー素子２００の背面より設けられるものは全て点線で示している。まず、ダイヤフラム９の直下に設けられる点線部はキャビティ１０８ａである。このキャビティ１０８ａはＳＯＩウェハ１１０の背面に例えば０．４ｍｍ角の四角型の開口部に形成したのち、ＩＣＰ−ＲＩＥなどの深堀エッチングによって設けられる。
【００４５】
次に、キャビティ１０８ａより外側の点線はギャップ１０８ｂが設けられる位置を示している。このギャップ１０８ｂとキャビティ１０８ａは空洞部１０８として繋がっており、同じ真空度に保たれる。また、ギャップ１０８ｂ位置からセンサー素子２００の切断面までに至る領域内には勘合部１１３が設けられる。この勘合部１１３の領域では第１の基材であるＳＯＩウェハ１１０と第２の基材である台座１１１が接合される。このキャビティ１０８ａより外側の点線から切断面に至る距離は例えば０．２５ｍｍ幅で設計されている。また、勘合部１１３は端子パッド７の背面付近に設けられる。
【００４６】
次に、図１（ｂ）を用いてこの発明の実施の形態１で形成されるセンサー素子２００について説明を行う。図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ’部を切断して得られる絶対圧センサー素子１００の仮想断面構造図である。センサー素子２００は、図のように第１の基材であるＳＯＩウェハ１１０と第２の基材である台座１１１となる厚さ１ｍｍのガラスが貼り合わさった構造を有している。この発明の実施の形態１では台座１１１に硼珪酸ガラスを用いた。
【００４７】
このセンサー素子２００は、従来のセンサー素子と比べて、（１）台座１１１となるガラス側にギャップ１０８ｂが設けられている。（２）このギャップ１０８ｂによってセンサー素子２００の空洞部１０８の体積が広くなっている。（３）ＳＯＩウェハ１１０の背面には保護層１１８が設けられている。（４）ＳＯＩウェハ１１０の背面には保護層１１８領域が設けられるため、勘合部１１３となる接合面積が上述した従来のセンサー素子１００よりも狭い点が異なる。
【００４８】
このギャップ１０８ｂは例えばセンサー素子２００の中心から例えば０．３５ｍｍで形成されており、ギャップ１０８ｂには保護層１１８が設けられる。この保護層１１８は、例えば厚さ０．５μｍ〜１μｍ程度のシリコン酸化膜であり、図１（ａ）の構造平面図に記すキャビティ１０８ａのある点線からもう一方の点線間の範囲内に設けられる。また、勘合部１１３と保護層１１８間には図示されるように間隔１２６が設けられる。
【００４９】
また、保護層１１８は勘合部１１３領域を保護する目的で形成される。この保護層１１８を設けることで勘合部１３は段差部１３２によって保護される。また、保護層１１８を空洞部１０８内に気密封止するには台座１１１側への溝加工が必要となる。この溝加工によってギャップ１０８ｂが設けられる仕組みになっている。この発明の実施の形態１では台座１１１の溝深さは例えば５μｍで加工した。
【００５０】
以下、台座１１１への溝加工について説明する。ガラス加工には、薬液による等方性エッチング、サンドブラスト加工、ドライエッチング、レーザー加工、ダイヤモンドドリルによる機械加工、超音波加工などがある。一般的なガラスエッチングにはフッ酸を用いた等方性エッチングが用いられるが、硼珪酸ガラスを用いた場合では、組成中にナトリウム（Ｎａ）や硼素（Ｂ）などを含むため、これらの成分が影響してエッチング面が粗れ易くなる。特開２００８−０８８０１７号公報ではドライプロセスによるガラス基板の加工法が紹介されている。なお、台座１１１に対して溝加工を行う場合には、溝形成と同時にアライメント形成も必要となる。この発明の実施の形態１ではサンドブラスト処理による溝加工を行った。
【００５１】
次に、この発明の実施の形態１で得られるセンサー素子２００の断面構造について図２の製造工程フロー図を用いて記号順に説明する。図２は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ’部を切断することで得られるセンサー素子２００の仮想断面構造図である。なお、ＳＯＩウェハ１１０の主面上に設けられるピエゾ抵抗４や絶縁膜６の形成方法については上述した従来の工程フローと同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００５２】
まず、図２（Ａ）はＳＯＩウェハ１１０の主面上にピエゾ抵抗４などを順次設けた後に絶縁膜６で被覆してパッド開口を設けたのちに、ＳＯＩウェハ１１０の背面に対して保護層１１８とレジストマスク２０を図示した位置に設けた構造断面図を示している。まず、
前述するまでの工程で発生したスクラッチ１６や付着異物１７を除去するため、ＳＯＩウェハ１１０の背面をクリーニングする。クリーニングはドライやウェットなどのエッチングや研磨など何れの手法でも良いが、ＳＯＩウェハ１１０の背面側の清浄性が要求される。
【００５３】
次に、スパッタリングやＣＶＤによってＳＯＩウェハ１１０の背面にシリコン酸化膜形成を行う。次に、図示された領域をレジストマスク２０で覆う。レジストマスク２０はレジスト塗布後の両面アライナーによる写真製版や現像処理によって設けられる。なお、この写真製版処理の段階で各々の保護層１１８にアドレスナンバーをパターニングしておく。
【００５４】
次に、図２（Ｂ）ではイオンビームなどの物理エッチングで、例えば４５度の傾斜角度で段差部１３２の加工を行っている。これは、付着異物１７が段差部１３２である保護層１１８の角で擦り取られた状態で残るため、付着異物１７の大きさや状態よっては勘合部１１３へ影響を与える可能性がある。そのため保護層１１８に傾斜を設けて勘合部１１３領域から傾斜角度分だけ離している。また、パターニングされた保護層１１８上に設けるレジストマスク２０の被覆性向上も兼ねる。
【００５５】
最後に、レジストマスク２０をプラズマアッシングなどで灰化して除去することで各々の保護層１１８にナンバーリングされる。なお、物理エッチング時に勘合部１１３は若干量ではあるがエッチングされる。
【００５６】
次に、図２（Ｃ）ではＳＯＩウェハ１１０の主面上を保護マスク１１４で全面塗布する。続いて保護層１１８が設けられたＳＯＩウェハ１１０の背面に裏面マスク１１５を設ける。ここで使用される互いの保護マスク１１４、裏面マスク１１５には塗布膜厚が例えば２μｍに厚さ調整されたポジ型のフォトレジストを用いた。なお、裏面マスク１１５は保護層１１８にパターニングされたアドレスナンバー領域も同様に覆われている。
【００５７】
次に、図２（Ｄ）ではＩＣＰ−ＲＩＥの深堀エッチングが行われる。まず、キャビティ１０８ａが設けられる開口部１１２上の保護層１１８を例えばウェットエッチングで除去する。この保護層１１８の端面形状は傾斜を設けた段差部１３２よりも垂直に近い状態で加工されている。これは、キャビティ１０８ａ側の保護層１１８にイオンビームで傾斜角を設けると断面が先細りになるため深堀エッチング時に先端領域が膜減りするため、キャビティ１０８ａ形状に影響することを考慮したものである。
【００５８】
次に、深堀エッチング後は、ＳＯＩウェハ１１０の背面から埋め込み酸化膜２に至るキャビティ１０８ａが形成される。なお、ＩＣＰ−ＲＩＥとは誘電結合プラズマによって高密度プラズマを発生するＩＣＰ源を用いた反応性エッチングであり、ボッシュプロセス法が採用される。この手法ではテフロン（登録商標）系のポリマーガスによるキャビティ１０８ａの加工部の側壁保護と六フッ化硫黄ガス(ＳＦ６)での底面エッチングを必要回数だけ繰り返すパルスエッチングが行われる。これによってアスペクト比の高いキャビティ１０８ａの形状が得られる。この深堀エッチングではＳＯＩウェハ１１０の活性層１０１がエッチング加工される。また、埋め込み酸化膜２がエッチングストッパーとしての機能を果たしている。なお、このＩＣＰ−ＲＩＥによる深堀エッチングでは裏面マスク１１５側もパルスエッチング回数に相応する量だけ目減りするが、エッチングの処理条件によっては無くなることもある。
【００５９】
この裏面マスク１１５と保護マスク１１４は、例えば酸素ガスを主成分としたエッチングガスでプラズマアッシングによって灰化されて除去される。なお、必要であればレジスト除去に剥離液を用いても良い。
【００６０】
次に、図２（Ｅ）ではＳＯＩウェハ１１０の活性層１０１と断面が矩形のギャップ１０８ｂが設けられた台座１１１がアライメント調整によって互いに接合されることで図の構造を得る。最後にダイサー切断によって素子単位に切断されることで図１（a）のセンサー素子２００が得られる。
【００６１】
なお、この発明の実施の形態１では保護層１１８が空洞部１０８内に内臓された構造を有しているが、図２（Ｆ）ように保護層１１８を除去してから接合を行っても構わない。例えば、図２（Ｄ）のキャビティ１０８ａの形成後に、例えばバッファードフッ酸液を用いて保護層１１８の除去を行い、図２（Ｅ）以降は同じ工程処理を踏むことで保護層１１８のレス構造が得られる。但し、キャビティ１０８ａ内の埋め込み酸化膜１０２も同じシリコン酸化膜のため、除去時に用いるエッチャントによってダメージを受ける。
【００６２】
図２（Ｆ）では保護層１１８のレス構造を図示しているが、例えば接触面積の大きい付着異物１７が保護層１１８上に残る場合は、それ自身がマスクとなるためウェットエッチングやドライエッチングなどの保護層１１８の除去だけでは前述する付着異物１７とその直下にある保護層１１８の一部がＳＯＩウェハ１１０の背面に残ることになる。
【００６３】
更に、保護層１１８を物理エッチングによるパターニングで設けていることにより、勘合部１１３面を若干量オーバーエッチングしていることもあるため、台座１１１側には最低でも若干量エッチングした深さ分の溝加工が必要となる。なお、前述するオーバーエッチングにてＳＯＩウェハ１１０の背面の活性層１０１に対して直接ナンバーリングを残すことが可能となる。
【００６４】
また、仮に保護層１１８をウェットエッチングで設けて、図２（Ｆ）の断面構造を得るために、ウェットエッチングで保護層１１８の除去を行うとした場合、付着異物１７とその直下の保護層１１８が完全にＳＯＩウェハ１１０の背面より完全に除去できれば、キャビティ１０８ａを除くＳＯＩウェハ１１０の背面はスクラッチ１６や付着異物１７の無い平坦な面が得られる。
【００６５】
このＳＯＩウェハ１１０に対して無加工の台座１１１を接合すれば、上述した従来のセンサー素子１００と同じ構造が得られる。但し、ＳＯＩウェハ１１０の背面のナンバーリングはウェットプロセスによって保護層１１８のパターニングが行われるために設けることが不可能になる。
【００６６】
次に、図２（E）で行われる接合方法について以下に説明を行う。センサー素子２００
のように、ダイヤフラム９直下のキャビティ１０８ａを気密封止するには、２枚のウェハを直接張り合わせた直接接合装置や中間材を用いた中間層接合装置が用いられる。直接接合には、例えばガラスとシリコンを張り合わせて成る陽極接合が一般的に知られており、他の例としてシリコン直接接合、プラズマ活性化低温接合、常温表面活性化接合などがある。中間層接合の場合はメタルを用いた共晶結合、はんだ結合、有機接着などがそれに該当する。シリコンとガラス接合には陽極接合を用いることが多い。
【００６７】
陽極接合法とは、ＳＯＩウェハ１１０のシリコンなどから構成されるｎ型の活性層１０１とガラスウェハからなる台座１１１を密着させてアルカリイオンが移動し易い４００℃前後の温度まで加熱した状態で、台座１１１側にマイナス５００Ｖ程度の直流電圧の印加を行うことで互いの基材が接合されて貼り合わされる。この処理を行うことで台座１１１に含まれるナトリウムイオンなどが負極側に移動して、台座１１１とＳＯＩウェハ１１０の界面で静電気引力が発生する。これによりシリコンと酸素イオンとで化学反応が起きて大きな結合力を得ることができる。
【００６８】
この陽極接合法の長所は、（１）強固な結合力が得られること、（２）ポリマーなどの中間材を用いないため脱ガス等の影響が少ない点が挙げられる。その反面、陽極接合後の熱応力によって変形が発生することが挙げられる。
【００６９】
この発明の実施の形態１では陽極接合による気密封止を用いて処理を行った。まず、ＳＯＩウェハ１１０と同径サイズで厚み１ｍｍの硼珪酸ガラスウェハからなる台座１１１を準備する。なお、台座１１１はＳＯＩウェハ１１０に設けられるセンサー素子２００と等間隔で同数の溝加工を施したウェハを用いる。この発明の実施の形態１では溝の深さを例えば５μｍとした。
【００７０】
次に、チャンバーを開放して装置内のステージ上に基材であるＳＯＩウェハ１１０と台座１１を重ね合わせた状態で配置する。次に、陰極、陽極の各プローブ針を接触させてチャンバーを閉じて真空引き、加熱、接合電圧印加、冷却の順に処理を進める。
【００７１】
この発明の実施の形態１では真空引き到達真空度×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒ、設定温度４００℃、セッティングから冷却までのトータル処理時間９０ｍｉｎで処理を行うことで必要とするセンサー素子２００を得た。
【００７２】
この発明の実施の形態１では、ＳＯＩウェハ１１０を用いたが、両面研磨された面方位が（１００）でｎ型の単結晶シリコンでも構わない。単結晶シリコン以外の他の材料として多結晶シリコン、サファイア等から形成されても構わない。
【００７３】
また、保護層１１８にはシリコン酸化膜を用いたが、これに限定されるものではなく、他の材料として、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、絶縁材料では窒化シリコン膜や酸化シリコン膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などの硬質な材料を用いても良い。これらはスパッタリングやＣＶＤによって形成できる。
【００７４】
また、保護層１１８にゲッタリング効果が得られる材料を選択しても構わない。ゲッター材として用いる材料を例としてあげると、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、セリウム（Ｃｅ）、トリウム（Ｔｈ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などがあり、少なくともいずれかを含む薄膜材料の選択する方が望ましい。
【００７５】
また、この発明の実施の形態１では保護層１１８の段差部１３２の加工をイオンビームを用いて傾斜角４５度で行っているが、裏面マスク１１５上の被覆性に問題なければ、保護層１１８のパターニングを例えば傾斜角０度の物理エッチングで設けても良い。例えば、図２（Ｂ）のうち、保護層１１８上にレジストマスク２０を設けて、開口部１１２と勘合部１１３を同時処理しても構わない。この場合は保護層１１８は両端とも垂直に近い形で加工される。
【００７６】
また、保護層１１８はキャビティ１０８ａ加工のためのハードマスクとして裏面マスク１１５と合わせて利用することが可能である。また、保護層１１８はキャビティ１０８ａ端と勘合部１１３間に設けているが、この範囲内であれば保護層１１８は何れの寸法幅で形成しても構わない。また、この発明の実施の形態１ではサンドブラストによる台座１１１の溝加工を行っているが、ウェットエッチングやドライエッチングによるガラス加工を用いても構わない。
【００７７】
また、他の例として、図３に静電力を用いたガラスの形成法の一例を示す。金型２３の形状に沿って台座１１１に外圧や静電引力を用いて溝加工を行う手法を用いても良い。これらの手法はガラスの熱ナノインプリントプロセス技術で得られるものである。この手法
を用いることでレジストなどのマスク形成過程が省かれる。
【００７８】
まず、図３に示す通り、台座１１１が設けられるガラスウェハを金型２３上に配置してヒーター２５で加温を行う。なお、金型２３にはガラスウェハ上に複数個の溝を一括して設けるための凹部２１が設けられている。次に、台座１１１と電極２４との間に電圧を加えると、金型２３に接触している台座１１１面にはマイナスの負電荷が集まり、対向する金型２３側にはプラスの正電荷が引き合う形で保持される。金型２３の凹部２１では、ガラス表面の成形部に静電引力が作用して凹部２１に引き込まれるように金型２３構造に応じた型形成が行われる。これによってガラスウェハには複数個の台座１１１が金型２３に沿って一括形成される。
【００７９】
また、この発明の実施の形態１では台座１１１の厚さを１ｍｍとしたが、これに限定されるものではない。次に、この発明の実施の形態１の勘合部１１３の幅は０．２５ｍｍ幅としたが、最低でも０．１ｍｍ以上の確保は必要である。０．１ｍｍ以下では空洞部１０８のリークが顕著に大きくなる確率が増してしまう。また、センサー素子２００のサイズは機能的に問題なければ何れの形状、大きさでも構わない。
【００８０】
この発明の実施の形態１では、０．５μｍ〜１μｍ程度のシリコン酸化膜で保護層１１８を形成して、台座１１１に深さ５μｍの溝加工を施したものを用いたが、保護層１１８の厚さはこれに限定されるものではなく、厚いほど勘合部１１３への影響が無く望ましいが、台座１１１の溝深さよりも少ない膜厚で設ける必要がある。また、保護層１１８にゲッタリング効果が得られる薄膜材料を用いる場合は、その効果が期待出来る厚さで形成する方が望ましく、数μｍ程度は必要となる。また、台座１１１の溝深さに関しては、保護層１１８と干渉しないだけの溝深さで設ける必要がある。この要件を満たすのであれば何れの溝深さでも構わない。
【００８１】
また、この発明の実施の形態１では、陽極接合による接合を用いているが、例えば図２（Ｆ）のように空洞部１０８に保護層１１８などを残さない構造が可能であれば、台座１１１をシリコンとした直接接合による気密封止を用いても良い。但し、接合温度が１０００℃前後必要であるため、ＳＯＩウェハ１１０の主面上に設ける端子パッド７やピエゾ抵抗４、配線５のパターニングは気密封止以降の処理となる。
【００８２】
次に、実施例の形態１で保護層１１８を設けた図２（Ｄ）のセンサー素子２００をコーターデベロッパーに空搬送した結果、保護層１１８にはスクラッチ１６が残ったが、勘合部１１３にはその影響は見られない。付着異物１７に関しては保護層１１８端の角部に擦り取ったような形跡が残る場合があったが、勘合部１１３への付着抑止効果は得られていた。また、異物段差になり得る付着異物１７も勘合部１１３には見られず、台座１１１が浮き上がるような不具合は発生していない。更に、保護層１１８に残る付着異物１７は顕微鏡検査などでナンバーリング位置を特定できるため、陽極接合後にダイサー切断で素子単位に分離したのち不良品として取り除くことができる。
【００８３】
図４はこの発明の実施の形態１のセンサー素子２００を用いて気密信頼性試験を行った際のホイートストンブリッジ回路と入出力電圧位置を示している。気密信頼性試験は、センサー素子２００を窒素加圧槽内に入れて、例えば５kgf/cm2以上の圧力で窒素加圧をダ
イヤフラムに常時加圧して出力電圧変化を見る試験である。
【００８４】
まず、図４に示す電源２２により５Ｖの電源電圧を加える。次に、Vout位置からの出力電圧２箇所を測定して双方の差分を求めた。なお、加圧信頼性試験は例えば最大４００日まで行われ、加圧日数に応じた計測は一旦窒素加圧槽から取出した状態で行われる。出力電圧計測は標準大気圧環境下でダイヤフラム９に全く加圧しない一定圧の温度条件下で行
われ、センサー素子２００の常温特性の出力電圧変動値を計測する。
【００８５】
なお、気密封止される勘合部１１３にスローリーク又はリークパスに起因する異物段差などがあれば、ピエゾ抵抗４の出力電圧も変化する。更に、勘合部１１３の接合不良の状態によっては加圧する初期段階から出力電圧が大きくずれてしまう。
【００８６】
図５は窒素加圧日数による出力変動値を計測した結果をグラフ化したものである。このグラフには上述した従来のセンサー素子１００とこの発明の実施の形態１および後述する実施の形態２で得られたセンサー素子２００の計３本の曲線が出力されている。なお、グラフの横軸は窒素加圧日数を示し、縦軸は出力変動値である。
【００８７】
図５の出力変動値は初期値を０Ｖとしており、点線内の領域までを変動誤差範囲内とする。この点線の枠内は上述した従来のセンサー素子１００を複数個計測した際に得られた出力変動の上限値と下限値の実績を示しており、この範囲内であれば上述した従来のセンサー素子１００と同等の試験結果が得られていることを表している。グラフ結果から分かるように、何れの条件で設けたセンサー素子２００でも点線内に納まることが分かった。以上の結果より、この発明の実施の形態で得られたセンサー素子２００は従来と同等の出力変動値を得ることが証明できた。
【００８８】
以上のように、ダイヤフラム９直下にキャビティ１０８ａが設けられ、このキャビティ１０８ａはＳＯＩウェハ１１０と台座１１１との貼り合せで気密封止されており、気密封止される勘合部１１３領域が外部と接しないよう段差部１３２を設けたことにより、勘合部１１３の清浄性が保たれることでセンサー素子２００の気密性能の保持機能が増して長期信頼性向上を図ることができる。
【００８９】
また、ＳＯＩウェハ１１０の背面に保護層１１８を設けて、この保護層１１８が段差部１３２としての役割を果たすことで、ＳＯＩウェハ１１０の背面側の処理工程で発生するスクラッチ１６や付着異物１７を勘合部１１３に発生するのを防ぐことができる。
【００９０】
また、付着異物１７の段差による乗り上げで隣接するセンサー素子２００に勘合部１１３の不良などのダメージを与えていたが、この付着異物１７は保護層１１８と共にセンサー素子２００内に内臓されて封止されたことで、他のセンサー素子２００に対して影響を無くすことが出来るため、歩留まり向上を図ることができる。
【００９１】
また、保護層１１８などにナンバーリングなどを取り入れることで不具合要因の場所特定が可能となり、検査機能の向上を図ることができる。
【００９２】
また、台座１１１の溝加工は、スクラッチ１６や付着異物１７が残存する保護層１１８全体を覆うためのキャビティ拡張機能を備えたことで、付着異物１７を対象のセンサー素子２００の空洞部１０８内に封じ込めることが出来るため、勘合部１１３への乗り上げの影響が無くなり、センサー素子２００の歩留まり向上を図ることができる。
【００９３】
また、保護層１１８に対してゲッター効果機能を付加したことで、キャビティ１０８ａ内の放出ガスを吸収してキャビティ１０８ａの気密性維持を図る効果を得ることができる。
【００９４】
また、金型２３の形状に沿った台座１１１の加工を行うことにより、上述した従来よりも簡便に必要形状を得ることができる。
【００９５】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図６に基づいて説明する。図６はこの発明の実施の形態２におけるＳＯＩウェハを加工して背面側に勘合部段差を設けた図１（ａ）センサー素子の構造平面図のＡ−Ａ’部を切断して得られるセンサー素子を示す断面構造工程フロー図である。以下、図面の番号順に添って説明を行う。
【００９６】
まず、図６（１）はピエゾ抵抗４や絶縁膜６などが設けられたＳＯＩウェハ１１０の構造断面図である。次に、図６（２）ではＳＯＩウェハ１１０の背面に例えばレジスト材からなる厚み１μｍのレジストマスク２０を設ける。次に、例えばフッ素系ガスと酸素（Ｏ２）の混合ガスによってＲＩＥ（reactive ion etching）ドライエッチング処理を行い、図中の勘合部１１３の段差部１３２を活性層１０１に設ける。この勘合部１１３の段差部１３２は１μｍ深さで設けた。次に、ＳＯＩウェハ１１０の背面に残るレジストマスク２０をプラズマアッシャーで灰化して除去する。
【００９７】
次に、図６（３）では、保護マスク１１４であるレジスト材をＳＯＩウェハ１１０の主面上に全面塗布したのち、ＳＯＩウェハ１１０の背面の勘合部１１３の段差部１３２からキャビティ１０８ａの開口部１１２までを裏面マスク１１５でパターニングする。なお、ここで用いるレジスト材は両面とも同一のフォトレジスト、同じ２μｍ膜厚である。
【００９８】
図６（４）ではＩＣＰ−ＲＩＥによる深堀エッチングが行われ、図６（５）にて保護マスク１１４、裏面マスク１１５をプラズマアッシングにて除去することにより、ＳＯＩウェハ１１０側への処理が完了する。最後に、深さが５μｍになるよう溝加工が施された台座１１１との陽極接合を行うことで必要とするセンサー素子２００の構造を得ることが出来る（図６（６））。
【００９９】
この発明の実施の形態２では、保護層１１８を形成する代わりにＳＯＩウェハ１１０の活性層１０１を加工して勘合部１１３の段差部１３２を設けたことを特徴としている。
【０１００】
この発明の実施の形態２では図６（２）の勘合部１１３と段差部１３２を混合ガスのＲＩＥドライエッチングで設けているが、イオンビームを用いた物理エッチングで傾斜を付けて加工しても良い。
【０１０１】
また、図６の工程処理前までにＳＯＩウェハ１１０の主面上のパターニング工程で発生したスクラッチ１６や付着異物１７を除去するため、ＳＯＩウェハ１１０の背面をクリーニングする方が望ましい。但し、図６（２）の勘合部１１３と段差部１３２の加工で勘合領域の清浄性が得られるのであれば、前述するクリーニングは不要である。
【０１０２】
また、裏面マスク１１５はレジスト単独で形成されているが、例えば図６（２）工程でＳＯＩウェハ１１０の背面側にゲッター材とレジストマスクを積層で順次設けても良い。
【０１０３】
また、勘合部１１３は端子パッド７直下付近に設けられるため、勘合部１１３の段差部１３２深さは１μｍ深さに限定されるものではなく、０．５μｍでも同様の効果は得られる。また、深い方に関してはワイヤボンド等による接合影響が無い程度に加工される方が望ましい。
【０１０４】
また、勘合部１１３の段差部１３２の深さと台座１１１に設けた溝の深さは一致せず、台座１１１の溝側を深く設ける必要がある。
【０１０５】
また、この発明の実施の形態２では、ＳＯＩウェハ１１０を用いているが、両面研磨された面方位が（１００）でｎ型の単結晶シリコンでも構わない。単結晶シリコン以外の他の材料として多結晶シリコン、サファイア等から形成されても構わない。
【０１０６】
また、この発明の実施の形態２では、ＳＯＩウェハ１１０と台座１１１との陽極接合であり、図６（６）で図示した断面構造を得ているが、溝加工された台座１１１を用いてシリコンとシリコンとを直接接合して空洞部１０８を得たのちに、ピエゾ抵抗４や配線５、端子パッド７を設けても構わない。
【０１０７】
以上のように、保護層１１８の代わりにＳＯＩウェハ１１０の背面に直接段差加工を施して勘合１１３領域が外部と接触しないようにしたことにより、保護層１１８を設けた場合と同様の効果を得ることができる。
【０１０８】
次に、この発明の実施の形態２で得られたセンサー素子２００を用いてコーターデベロッパーに空搬送した結果、この発明の実施の形態１と同じ効果がＳＯＩウェハ１１０の背面側に得られた。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
この発明は、付着異物の段差やスクラッチを介して起こるキャビティ内の気密封止の性能低下や勘合部の密着力低下の問題を解決することができるセンサー素子の実現に好適である。
【符号の説明】
【０１１０】
９ ダイヤフラム
２３ 金型
１０１ 活性層
１０２ 埋め込み酸化膜
１０３ 支持基板
１０８ 空洞部
１０８ａ キャビティ
１０８ｂ ギャップ
１００ センサー素子
１１０ ＳＯＩウェハ
１１１ 台座
１１３ 勘合部
１１８ 保護層
１３２ 段差部
２００ センサー素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面上にダイヤフラムが構成される第１の基材と、前記第１の基材の反ダイヤフラム面側に配設される第２の基材と、前記第１の基材の前記ダイヤフラム直下に設けられるキャビティと、前記キャビティを気密封止するため前記第１の基材と前記第２の基材との接合位置に設けられる勘合部と、前記勘合部に設けられ、前記第１の基材と前記第２の基材との勘合状態を保護する段差部とを備えたことを特徴とするセンサー素子。
【請求項２】
前記段差部は、前記第１の基材の反ダイヤフラム面側に保護層を設け、前記保護層によって前記勘合部に段差を付けて設けられたことを特徴とする請求項１に記載のセンサー素子。
【請求項３】
前記段差部は、前記第１の基材と一体に構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２項に記載のセンサー素子。
【請求項４】
前記第２の基材は、前記段差部を気密封止するための溝加工が施されていることを特徴とした請求項1ないし請求項３のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項５】
前記保護層にはゲッター効果を得るための機能を持たせた材料を選択して、前記キャビティ内の放出ガスを吸収して前記キャビティの気密性維持を図るようにしたことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項６】
前記保護層にはアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など、または、ゲッタリング効果が得られるジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、セリウム（Ｃｅ）、トリウム（Ｔｈ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの少なくともいずれかを含む薄膜材料を選択したことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項７】
前記段差部は、前記第１の基材の反ダイヤフラム面に段差を付けて設けられたことを特徴とする請求項１に記載のセンサー素子。
【請求項８】
前記第２の基材には、対向する金型形状に沿って加工された断面構造を得る手法で前記溝加工が施されたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項９】
前記第１の基材は、活性層、埋め込み酸化膜、支持基板で構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項１０】
前記第２の基材は、前記第１の基材と同質のもの若しくはガラスウェハからなる台座で構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項１１】
圧力センサーに適用されることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項１】
主面上にダイヤフラムが構成される第１の基材と、前記第１の基材の反ダイヤフラム面側に配設される第２の基材と、前記第１の基材の前記ダイヤフラム直下に設けられるキャビティと、前記キャビティを気密封止するため前記第１の基材と前記第２の基材との接合位置に設けられる勘合部と、前記勘合部に設けられ、前記第１の基材と前記第２の基材との勘合状態を保護する段差部とを備えたことを特徴とするセンサー素子。
【請求項２】
前記段差部は、前記第１の基材の反ダイヤフラム面側に保護層を設け、前記保護層によって前記勘合部に段差を付けて設けられたことを特徴とする請求項１に記載のセンサー素子。
【請求項３】
前記段差部は、前記第１の基材と一体に構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２項に記載のセンサー素子。
【請求項４】
前記第２の基材は、前記段差部を気密封止するための溝加工が施されていることを特徴とした請求項1ないし請求項３のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項５】
前記保護層にはゲッター効果を得るための機能を持たせた材料を選択して、前記キャビティ内の放出ガスを吸収して前記キャビティの気密性維持を図るようにしたことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項６】
前記保護層にはアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など、または、ゲッタリング効果が得られるジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、セリウム（Ｃｅ）、トリウム（Ｔｈ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの少なくともいずれかを含む薄膜材料を選択したことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項７】
前記段差部は、前記第１の基材の反ダイヤフラム面に段差を付けて設けられたことを特徴とする請求項１に記載のセンサー素子。
【請求項８】
前記第２の基材には、対向する金型形状に沿って加工された断面構造を得る手法で前記溝加工が施されたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項９】
前記第１の基材は、活性層、埋め込み酸化膜、支持基板で構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項１０】
前記第２の基材は、前記第１の基材と同質のもの若しくはガラスウェハからなる台座で構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項１１】
圧力センサーに適用されることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２３３８４７（Ｐ２０１２−２３３８４７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０４２４７（Ｐ２０１１−１０４２４７）
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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