環境的影響力を測定するためのデバイスおよび同デバイスを製作する方法
【課題】サイズが小さいばかりでなく効果的に大量生産することができる高感度圧力センサを製造する方法を提供する。
【解決手段】第１の絶縁層１５０によって第２のデバイス層２００から分離された第１のデバイス層１００を備えるデバイスウェーハを備える、環境的影響力を測定するためのデバイスおよび同デバイスを製作する方法が開示される。エッチングされた基板ウェーハ６００に第１のデバイスウェーハが接合されて、懸垂されたダイアフラム５００および突起５５０が作製され、その撓みが、内蔵された検出素子８５０によって測定される。
【解決手段】第１の絶縁層１５０によって第２のデバイス層２００から分離された第１のデバイス層１００を備えるデバイスウェーハを備える、環境的影響力を測定するためのデバイスおよび同デバイスを製作する方法が開示される。エッチングされた基板ウェーハ６００に第１のデバイスウェーハが接合されて、懸垂されたダイアフラム５００および突起５５０が作製され、その撓みが、内蔵された検出素子８５０によって測定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される内容は、小さな力、または例えば機械的応力、化学機械的応力、熱応力、電磁界などの環境要因から生成された撓みを検出するのに用いることができる半導体微小電子機械（ＭＥＭＳ）ベースのセンサに関する。より具体的には、本明細書に開示される内容は、圧力を検知するためのデバイス、および同デバイスを製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体マイクロエレクトロニクスに基づくセンサの進歩は、このようなセンサのサイズおよびコストを低減するのに大いに役立ってきた。シリコンマイクロセンサの電気的性質および力学的性質ならびにシリコン微細機械加工および半導体マイクロエレクトロニクスの技術は改善されている。例えば、微細機械加工されたシリコンの圧力センサ、加速度センサ、流量センサ、湿度センサ、マイクロホン、機械振動子、光学式およびＲＦ式のスイッチおよび減衰器、マイクロバルブ、インクジェットプリントヘッド、原子間力顕微鏡チップなどは、医学、航空宇宙、工業および自動車の市場に様々な用途が見出されることが広く知られている。シリコンは、大きな降伏強度、室温における伸縮性、および硬度特性により、例えばセンサ構造体に有用であり得る共振構造体用の理想的基材である。腕時計、スキューバダイビング装置および携帯用のタイヤ圧力計などの消費財でさえ、シリコンの微細機械加工されたセンサを組み込むことができる。
【０００３】
絶えず拡大している利用分野におけるシリコンセンサに対する需要が、新規の様々なシリコンマイクロセンサの、特定の環境および用途向けに最適化された寸法形状および構成に対する必要性を喚起し続けている。一般的には微小電子機械デバイスに関して拡大している利用分野により、具体的には圧力などの環境的影響力を測定するのに使用されるセンサにより、いっそう小さなデバイスに対する需要が生じている。残念ながら、より小さいうえに圧力の小さな変化に対しても高感度であるデバイスを作製するのには問題がある。デバイスが小さく形状が薄いために、通常の技法では、特に大量生産において、要求される厳格な公差を維持するのが困難である。さらに、製作中に、このようなＭＥＭＳデバイスの中に構造体が拡散または注入され得る深さの制約により、このようなデバイスの設計および動作特性が制限される。
【発明の概要】
【０００４】
サイズが小さいばかりでなく効果的に大量生産することができる高感度圧力センサを製造する方法を提供することが有利であろう。
【０００５】
上記の議論は、単に一般的な背景知識のために提供されたものであり、特許請求される内容の範囲を決定する助けとして用いられるようには意図されない。
【０００６】
第１の絶縁層によって第２のデバイス層から分離された第１のデバイス層を備えるデバイスウェーハを備える、環境的影響力を測定するためのデバイスおよび同デバイスを製作する方法が開示される。エッチングされた基板ウェーハに第１のデバイスウェーハが接合されて、懸垂されたダイアフラムおよび突起が作製され、その撓みが、内蔵された検出素子によって測定される。説明されたデバイスおよび製作方法のいくつかの実施形態の実施において実現され得る利点には、大量の電子回路基板の製作技法を用いて、ＭＥＭＳベース圧力センサのダイアフラムおよび突起の構造体の両方の厚さを正確に制御できることがある。そして、これらの正確な厚さによってセンサの動作特性が決定され、特に、例えば１気圧未満の低圧環境における改善された性能およびより低い位置感度がもたらされる。
【０００７】
例示の一実施形態では、デバイスが開示され、このデバイスは、デバイスウェーハの第１のデバイス層の一部分を備える突起であって、デバイスウェーハが、第１のデバイス層および第２のデバイス層を備え、第１のデバイス層が、第１の絶縁層によって第２のデバイス層から分離された突起と、基板ウェーハの頂面上に配置されたダイアフラムキャビティであって、基板ウェーハの頂面が、第１のデバイス層の頂面に接合されて、ダイアフラムキャビティの上にダイアフラムを形成し、ダイアフラムが第２のデバイス層の一部分を備え、突起がダイアフラムから延在するダイアフラムキャビティと、第２のデバイス層の中に配置されてダイアフラムの撓みを検知する検出素子とを備える。
【０００８】
別の例示的実施形態では、デバイスウェーハの第１のデバイス層の頂面に突起キャビティを形成して突起を形成するステップであって、デバイスウェーハが、第１のデバイス層、第１の絶縁層によって第１のデバイス層から分離された第２のデバイス層、および第２の絶縁層によって第２のデバイス層から分離されたハンドル層を備えるステップと、基板ウェーハの頂面にダイアフラムキャビティを形成するステップと、第１のデバイス層の頂面を基板ウェーハの頂面に接合して、ダイアフラムキャビティの上にダイアフラムを形成するステップであって、ダイアフラムが第２のデバイス層の一部分を備え、突起がダイアフラムから延在するステップと、デバイスウェーハからハンドル層および第２の絶縁層を除去するステップと、ダイアフラムの撓みを検知するために第２のデバイス層に検出素子を配置するステップとを含む、デバイスを製作する方法が開示される。
【０００９】
本発明のこの簡潔な説明は、１つまたは複数の例示的実施形態によって本明細書に開示される内容の概要を提供するようにのみ意図されており、特許請求の範囲を解釈するか、または添付の特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲を定義するかもしくは限定するための指針とし役立つものではない。この簡潔な説明は、以下で、詳細な説明でさらに説明される例示的選択を、簡易化した形の概念で導入するために提供される。この簡潔な説明は、特許請求される内容の主要な特徴または基本的特徴を識別するようには意図されておらず、特許請求される内容の範囲を決定する助けとして用いられることも意図されていない。特許請求される内容は、背景技術で示した不利益のいずれかまたはすべてを解決する実装形態に限定されるものではない。
【００１０】
本発明の特徴が理解されるように、上記で簡潔に要約された本発明の詳細な説明が、添付図面にいくつか示されている特定の実施形態を参照することによって得られるはずである。しかし、図面は、本発明の特定の実施形態のみを示しており、したがって、本発明の範囲は他の同様に有効な実施形態を包含するので、図面が本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではないことに留意されたい。図面は、必ずしも原寸に比例せず、一般に、発明の特定の実施形態の特徴を説明することが重視されている。図面では、様々な図を通じて、同じ数字は同じ部分を示すように用いられている。したがって、本発明のさらなる理解のために、以下の詳細な説明を参照し、図面に関連して読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の例示的実施形態のセンサの断面図である。
【図２】本発明の例示的実施形態におけるセンサの製作のステップを示すプロセスの流れ図である。
【図３】本発明の例示的実施形態における突起キャビティをエッチングしたデバイスウェーハの断面図である。
【図４】本発明の例示的実施形態におけるダイアフラムキャビティを有する基板ウェーハに結合された突起キャビティを有するデバイスウェーハの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の絶縁層によって第２のデバイス層から分離された第１のデバイス層を備えるデバイスウェーハを備える、環境的影響力を測定するためのデバイスおよび同デバイスを製作する方法が開示される。エッチングされた基板ウェーハに第１のデバイスウェーハが接合されて、懸垂されたダイアフラムおよび突起が作製され、その撓みが、内蔵された検出素子によって測定される。説明されたデバイスおよび製作方法のいくつかの実施形態の実施において実現され得る利点には、大量の電子回路基板の製作技法を用いて、ＭＥＭＳベース圧力センサのダイアフラムおよび突起の構造体の両方の厚さを正確に制御できることがある。その結果として、これらの正確な厚さによってセンサの動作特性が決定され、特に、例えば１気圧未満の低圧環境における改善された性能およびより低い位置感応性がもたらされる。
【００１３】
例示的圧力センサは、シリコン構造体の中にキャビティを形成し、キャビティに隣接してダイアフラムを形成することにより作製することができる。絶対圧センサの実施形態では、選択された基準圧力に対して測定が行なわれ、キャビティは、真空または選択された内部圧力に維持することができる。圧力センサは、ダイアフラムの撓み、例えばダイアフラム上に作用する圧力が、ダイアフラムを、ダイアフラムキャビティに近づく方向または遠ざかる方向に歪ませる様子を検知することにより圧力を測定する。ダイアフラムの縁端部の近くに形成された１つまたは複数の検出素子が、一般にダイアフラムの撓みまたは歪みを検知する。圧力差センサの実施形態では、センサが配置された環境の圧力に対するダイアフラムに作用する圧力に関して圧力測定が行なわれ、キャビティは周囲の環境に対して開放することができる。
【００１４】
図１は、本発明の例示的実施形態のセンサ１０の断面図を示す。センサ１０は、ダイアフラムキャビティ６５０をエッチングすることができる基板ウェーハ６００を備えることができる。一実施形態では、基板ウェーハ６００は、ｎ型またはｐ型のドーピングを有することができる両面研磨のシリコンウェーハであり得て、センサ１０の設計および製造の要件を満たす適切な厚さであり得る。他の実施形態では、基板ウェーハ６００は、デバイス層とハンドル層の間に配置された絶縁層を有するシリコンオンインシュレータウェーハのデバイス層であり得る。ダイアフラムキャビティ６５０の上に、懸垂されたダイアフラム５００があり得て、これは、第２のデバイス層２００の一部分と、例えばダブルシリコンオンインシュレータウェーハ（ＤＳＯＩ）といった絶縁層によって分離された２つのデバイス層を有するデバイスウェーハの第１の絶縁層１５０の一部分とを備えることができる。ダイアフラム５００から突起５５０が懸垂され得て、これは、１つまたは複数の突起キャビティ４００によって第１のデバイス層１００の残りから分離されたデバイスウェーハの第１のデバイス層１００の一部分であり得る。
【００１５】
図３は、本発明の例示的実施形態における突起キャビティ４００をエッチングしたデバイスウェーハ５０の断面図である。図３に示されるように、デバイスウェーハ５０は、第１のデバイス層１００と、第１の絶縁層１５０と、第２のデバイス層２００と、第２の絶縁層２５０と、ハンドル層３００とを備えることができる。第１のデバイス層１００は、単結晶シリコン基板であり得て、これは、一実施形態では、ｎ型またはｐ型のドーピングを有することができ、センサ１０の動作特性および物理的な設計特性を満たすための適切な厚さであり得る。第２のデバイス層２００は、単結晶シリコン基板であり得て、これは、一実施形態では、特定の設計仕様を満たすように選択された厚さであり得て、ｎ型またはｐ型のドーピングを有することができる。デバイスウェーハ５０の様々な層の厚さは、通常のウェーハ生産技術を用いて正確に設定することができて、層の正確な厚さが、センサ１０の後の動作特性および物理的特性を決定するように選択することができるが、このことは以下で説明される。
【００１６】
第１の絶縁層１５０および第２の絶縁層２５０は、例示的実施形態では二酸化シリコンであり得て、センサ１０の製造および設計の要件を満たすような適切な厚であり得る。ハンドル層３００は、製造プロセス中にデバイスウェーハ５０をつかむように使用することができる。第１の絶縁層１５０は、第１のデバイス層１００と第２のデバイス層２００の間に配置することができ、第２の絶縁層２５０は、第２のデバイス層２００とハンドル層３００の間に配置することができる。ハンドル層３００は、例えばｎ型またはｐ型のシリコンから成り得て、センサ１０の設計および製造の要件を満たすような適切な厚さであり得る。これに加えて、センサ１０を構成する様々な層の厚さは、デバイスの全体的な厚さが、センサ１０の動作上の設計特性および物理的設計特性を満たすように選択することができる。具体的には、基板ウェーハ６００の厚さは、ダイアフラム５００に伝達される実装応力を最小化するように選択することができる。
【００１７】
再び図１を参照して、例えば圧力といった、センサ１０に対して作用する環境的影響力に起因するシリコン構造体の撓み、具体的にはセンサ１０内の開放されたダイアフラムキャビティ６５０の上に懸垂されたダイアフラム５００の撓みを検知するために、例えば圧電抵抗検出素子である１つまたは複数の検出素子８５０を、第２のデバイス層２００の内部に有利に注入するかまたは拡散することができる。センサ１０は、例えば二酸化シリコン層、窒化シリコン層、または両者の組合せから成り得る不活性化層７００も含むことができる。不活性化層７００は、製造中および運転中に、センサ１０に対する電気的な絶縁および保護をもたらすことができる。基板ウェーハ６００の、接合されない外側に向く面は、その上に堆積された不活性化層を有することもできる（図示せず）。第２のデバイス層２００に形成された１つまたは複数の相互接続８２５は、１つまたは複数の検出素子８５０をセンサ１０の外表面に電気的に結合することができ、一方、１つまたは複数の金属化層８００は、センサ１０が、例えばリード取付けを通じて他のデバイスまたは接続に電気的に結合され得るように、相互接続８２５とセンサ１０上の外部接触の間の電気的接続をもたらすことができる。
【００１８】
図１を参照すると、例示的センサ１０およびその動作が、本発明の一実施形態で説明される。センサ１０は、デバイスウェーハの第１のデバイス層１００に接合され得る基板ウェーハ６００の頂面に形成されたダイアフラムキャビティ６５０の上の第２のデバイス層２００に形成された薄い構造体、すなわちダイアフラム５００の撓みを測定することにより動作することができる。ダイアフラム５００は、センサ１０の撓み構造体として働くことができる。ダイアフラムキャビティ６５０の圧力と上のダイアフラム５００の圧力が異なるので、ダイアフラム５００は、ダイアフラムキャビティ６５０に対して近づくかまたは離れる方向に撓むことになる。ダイアフラム５００の撓みは、ダイアフラム５００の縁端部の上または近くの第２のデバイス層２００に配置され得る１つまたは複数の検出素子８５０によって検出することができる。圧電抵抗検出素子を用いる一実施形態では、検出素子８５０の抵抗は、１つまたは複数の金属化層８００に取り付けられた１つまたは複数の相互接続８２５を用いて相互接続されたホイートストンブリッジ回路などの回路を使用して求めることができる。センサ１０を別のデバイスと電気通信状態に配置するために、電気的インターフェースまたは他のこのようなデバイスを金属化層８００の終端に取り付けることができる。圧電抵抗検出素子８５０の抵抗は、ダイアフラム５００の撓みに応じて変化する。したがって、検出素子８５０の圧電抵抗の測定値を用いることでダイアフラム５００の撓み量を求めることができ、によってセンサ１０にかかる圧力を求められる。
【００１９】
図１に示されたものなどのシリコンセンサを製作するための例示的プロセスが、図１から図４を参照しながら説明される。図２は、本発明の一実施形態においてセンサ１０を製作するための例示的プロセスの流れ９００である。図２および図３を参照すると、図２のプロセスステップ９１０では、突起５５０を形成するために、デバイスウェーハ５０の第１のデバイス層１００に１つまたは複数の突起キャビティ４００をエッチングすることができる。突起５５０は、ダイアフラム５００に取り付けられてそこから延在する質量として機能することができ、物理的応力をダイアフラム５００に集中させてセンサの圧力レスポンスおよび感度を改善する。１つまたは複数の突起キャビティ４００によって決定される突起５５０の形状は、設計仕様を満たすように選択することができる。具体的には、突起５５０は、特に低圧を測定するために薄いダイアフラム５００を利用する実施形態では、センサ１０の圧力レスポンスの線形性を改善するように作用することができる。さらに、突起５５０のサイズ、厚さおよび質量は、第１のデバイス層１００の厚さに基づいて正確に制御することができ、それによってセンサ１０の位置感度を最小限にすることができる。突起キャビティ４００は、例えばＤＲＩＥ、ＫＯＨもしくはＴＭＡＨを用いるウェットエッチング、他のシリコンエッチャントなどのドライエッチングまたはウェットエッチングの技法を用いて、第１の絶縁層１５０まで第１のデバイス層１００にエッチングすることができる。第１の絶縁層１５０は、所定の位置に残すか、または同様に湿式または乾式の除去技法を用いてエッチング除去することができる。突起キャビティ４００の表面は、例えば、露出したシリコン、酸化シリコン、不純物添加シリコンであり得て、または後続のウェーハ接合および加工温度に耐えることができるその他の薄膜を用いてコーティングされ得る。
【００２０】
図４は、本発明の例示的実施形態におけるダイアフラムキャビティ６５０を有する基板ウェーハ６００に接合された突起キャビティ４００を有するデバイスウェーハ５０の断面図である。図４を参照すると、図２のプロセスステップ９２０では、例えばＤＲＩＥ、ＫＯＨもしくはＴＭＡＨを用いるウェットエッチング、あるいは他のシリコンエッチャントなどのドライエッチングまたはウェットエッチングの技法を用いて、基板ウェーハ６００にダイアフラムキャビティ６５０をエッチングすることができる。ダイアフラムキャビティ６５０は、例えば正方形、長方形、または円形といった様々な形状を有することができ、また、センサ１０の物理的要件および動作上の設計要件を満たすために任意の必要な深さも有することができ、深さは、センサの設計および動作特性および／または基板ウェーハ６００の選択された厚さに依存しうる。ダイアフラムキャビティ６５０の表面は、例えば、露出したシリコン、酸化シリコン、不純物添加シリコンであり得て、または後続のウェーハ接合および加工温度に耐えることができるその他の薄膜を用いてコーティングされ得る。基板ウェーハ６００がシリコンオンインシュレータウェーハのデバイス層を備える実施形態では、ダイアフラムキャビティ６５０を形成するエッチングは、絶縁層で終えるように選択され得る。さらに、シリコンオンインシュレータウェーハのデバイス層の厚さは、製作中に正確に制御することができ、それによって、基板ウェーハ６００の厚さを正確に制御することができる。
【００２１】
引き続き図４を参照して、図２のプロセスステップ９３０では、デバイスウェーハ５０の頂面、すなわち突起キャビティ４００をエッチングした第１のデバイス層１００の頂面が、基板ウェーハ６００の頂面、すなわちダイアフラムキャビティ６５０をエッチングした表面に従来型のシリコン融解結合技法を用いて接合される。例示的融解結合技法の１つでは、向かい合った表面を、親水性にする、すなわち強い酸化剤を用いて処理して、向かい合った表面に水を付着させるようにすることができる。次いで、接合を形成するために２つのウェーハを高温環境に置くことができ、接合の品質は、ウェーハが高温環境に晒される期間によって決定され得る。上記で説明されたシリコン融解結合技法により、単結晶シリコンウェーハと異なる熱膨張率を有する可能性がある中間の接着材料を用いることなく、第１のデバイス層１００と基板ウェーハ６００を接合することができる。ダイアフラムキャビティ６５０の上にダイアフラム５００が形成されて突起５５０がダイアフラム５００から延在するように、デバイスウェーハ５０と基板ウェーハ６００を接合することができる。
【００２２】
図２のプロセスステップ９４０では、第２の絶縁層２５０上で終わるＫＯＨもしくはＴＭＡＨなどのウェットエッチャントを用いて、デバイスウェーハ５０のハンドル層３００を除去することができる。さらに、ウェットエッチングまたはドライエッチングの技法を用いて第２の絶縁層２５０を除去することができ、第２のデバイス層２００を露出させる。他の実施形態では、ハンドル層３００および第２の絶縁層２５０の両方を、研削などの物理的な薄層化技法を用いて除去するかまたは薄くすることができる。
【００２３】
図２のプロセスステップ９５０では（図１を再び参照して）、例えば二酸化シリコン、窒化シリコン層、または両方の組合せを用いて、第２のデバイス層２００の露出した頂面の上に不活性化層７００を堆積することができる。プロセスステップ９５０の一部として、基板ウェーハ６００の、接合されない外側に向く面は、その上に堆積された不活性化層を有することもできる（図示せず）。図２のプロセスステップ９６０において、拡散またはイオン注入により、第２のデバイス層２００に１つまたは複数の検出素子８５０を配置することができ、圧電抵抗検出素子を用いる一実施形態では、第２のデバイス層２００の一部分として形成され得るダイアフラム５００に対する所定の位置において、ドープされたｎ型の第２のデバイス層２００の中に低ドープ濃度のｐ型材料を配置する。例えば、高温でのホウ素注入および拡散により、第２のデバイス層２００の内部に圧電抵抗検出素子８５０を形成することができる。ダイアフラム５００の撓みを検知するために、検出素子８５０を配置することができる。任意数の検出素子８５０を使用することができ、ダイアフラム５００に対するそれらの正確な配置は、特定の用途、予期される圧力、感度要件など次第で、様々であってよいことに留意されたい。さらに、例えばドープされたｎ型の第２のデバイス層２００の中に高ドープ濃度のｐ型材料を拡散させるかまたはイオン注入することにより、１つまたは複数の相互接続８２５を追加することができる。相互接続８２５は、検出素子８５０に電気伝導性を与えることができ、検出素子８５０に対してオーバラップする構成に配置され得る。プロセスステップ９６０における構成要素の拡散または注入は、単一のプロセスを用いて遂行するか、または複数のプロセスを用いて別個に行なうことができる。
【００２４】
次に、プロセスステップ９７０で、金属化層８００を付加することができ、センサ１０の外面から相互接続８２５を介して検出素子８５０まで電気伝導性をもたらす。相互接続８２５へのアクセスをもたらすために、ドライエッチングまたはウェットエッチングの技法を用いて、不活性化層７００に開口を作製することができる。次いで、例えば金またはアルミニウムの金属化層８００を付加することができ、デバイスの設計および製作の要件に適合するように所望の厚さに作製することができる。
【００２５】
図１に示されるように、センサ１０は、ダイアフラムキャビティ６５０の内部に確立された基準圧力に対する絶対圧測定をもたらすように構成することができる。しかし、差圧センサが所望であれば、ダイアフラムキャビティ６５０は、ＤＲＩＥ、ＫＯＨもしくはＴＭＡＨを用いるウェットエッチング、または他のシリコンエッチャントなどを用いて基板ウェーハ６００の底面の一部分を除去するかまたは薄くすることにより、基板ウェーハ６００を貫通して延在するように作製され得る。いくつかの実施形態では、基板ウェーハ６００の底部は、研削などの物理的な薄層化技法を用いて除去するかまたは薄くすることができる。基板ウェーハ６００がシリコンオンインシュレータウェーハを備える実施形態では、シリコンオンインシュレータウェーハのハンドル層および絶縁層は、必要に応じて遂行されるデバイス層のさらなる薄層化を用いて除去され得る。さらなる実施形態では、薄層化プロセスに続いて、基板ウェーハ６００の底部に不活性化層を付加することができる。
【００２６】
本明細書で説明された実施形態を参照して、センサ１０の製作中に行なわれたそれぞれのエッチングは、特定の用途次第で、任意の選択された寸法形状および任意の必要な深さを有することができる。それぞれのエッチングの選択された深さおよび寸法形状は、もたらされるセンサ１０の設計特性を変更するように選択され得る。さらに、第２のデバイス層２００の厚さとダイアフラムキャビティ６５０によって規定されるダイアフラム５００のサイズおよび形状とは、もたらされるセンサ１０の感度を決定するように選択することができる。第２のデバイス層２００の選択された厚さは、デバイスウェーハの製造において任意に選択して正確に制御することができ、ダイアフラム５００の可撓性に対する制御が改善され、したがって、もたらされるセンサ１０の性能特性に対する制御が改善される。同様に、従来のエッチングおよび／または注入の技法を用いる場合より、第１のデバイス層１００の厚さが、突起５５０の厚さ、質量および動作特性を正確に決定することができる。さらに、プレーナ製造プロセスは、製造にとって理想的であり、もたらされるデバイスの、製造歩留まりばかりでなく全体の信頼性および長期性能が向上され得る。したがって、センサ１０の性能特性に対する均一な制御を達成することができる。
【００２７】
上記の詳細な説明は、例示的実施形態を示すために提供されたものであり、限定するようには意図されていない。センサを製作する方法が示され、圧力を測定する実施形態に関して説明されてきたが、他のパラメータを測定することができるセンサを製作するのに、類似の技法を用いることができることが、当業者には明らかであろう。例えば、本明細書に説明された製造装置および製造の方法は、本明細書に明確に説明されていない多種多様な他の用途に役立つことを理解されたい。本発明の範囲内の多数の変更形態および変形形態が可能であることも、当業者には明らかであろう。さらに、説明された例示の方法および構造体の範囲内で、多くの他の材料およびプロセスを用いることができることも当業者には理解されよう。例えば、本明細書に説明されたｐ型材料とｎ型材料は、例えばｎ型材料をｐ型材料で置換し、ｐ型材料をｎ型材料で置換する代替のやり方で用いることができることを理解されたい。さらに、様々な例示的実施形態で記載して説明されたステップのシーケンスは、説明された順序で現われる必要がなく、他の実施形態では、様々なステップが、連続的または非連続的に、あるいは並行して、組み合わせられ、異なった順序で遂行され得て、それでもなお同じ結果を達成することが当業者には明らかであろう。
【００２８】
この書かれた説明は、最善の様式を含めて本発明を開示するために、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し使用することならびにあらゆる具体化された方法を実行することを含めて本発明を実施することも可能にするために、実例を用いている。本発明が特許権を受けられる範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想起される他の実施例を含み得る。そのような他の実例は、それらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉との実質のない相違点を有する同等な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲に入るように意図されている。
【符号の説明】
【００２９】
１０ センサ
５０ デバイスウェーハ
１００ 第１のデバイス層
１５０ 第１の絶縁層
２００ 第２のデバイス層
２５０ 第２の絶縁層
３００ ハンドル層
４００ 突起キャビティ
５００ ダイアフラム
５５０ 突起
６００ 基板ウェーハ
６５０ ダイアフラムキャビティ
７００ 不活性化層
８００ 金属化層
８２５ 相互接続
８５０ 検出素子
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される内容は、小さな力、または例えば機械的応力、化学機械的応力、熱応力、電磁界などの環境要因から生成された撓みを検出するのに用いることができる半導体微小電子機械（ＭＥＭＳ）ベースのセンサに関する。より具体的には、本明細書に開示される内容は、圧力を検知するためのデバイス、および同デバイスを製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体マイクロエレクトロニクスに基づくセンサの進歩は、このようなセンサのサイズおよびコストを低減するのに大いに役立ってきた。シリコンマイクロセンサの電気的性質および力学的性質ならびにシリコン微細機械加工および半導体マイクロエレクトロニクスの技術は改善されている。例えば、微細機械加工されたシリコンの圧力センサ、加速度センサ、流量センサ、湿度センサ、マイクロホン、機械振動子、光学式およびＲＦ式のスイッチおよび減衰器、マイクロバルブ、インクジェットプリントヘッド、原子間力顕微鏡チップなどは、医学、航空宇宙、工業および自動車の市場に様々な用途が見出されることが広く知られている。シリコンは、大きな降伏強度、室温における伸縮性、および硬度特性により、例えばセンサ構造体に有用であり得る共振構造体用の理想的基材である。腕時計、スキューバダイビング装置および携帯用のタイヤ圧力計などの消費財でさえ、シリコンの微細機械加工されたセンサを組み込むことができる。
【０００３】
絶えず拡大している利用分野におけるシリコンセンサに対する需要が、新規の様々なシリコンマイクロセンサの、特定の環境および用途向けに最適化された寸法形状および構成に対する必要性を喚起し続けている。一般的には微小電子機械デバイスに関して拡大している利用分野により、具体的には圧力などの環境的影響力を測定するのに使用されるセンサにより、いっそう小さなデバイスに対する需要が生じている。残念ながら、より小さいうえに圧力の小さな変化に対しても高感度であるデバイスを作製するのには問題がある。デバイスが小さく形状が薄いために、通常の技法では、特に大量生産において、要求される厳格な公差を維持するのが困難である。さらに、製作中に、このようなＭＥＭＳデバイスの中に構造体が拡散または注入され得る深さの制約により、このようなデバイスの設計および動作特性が制限される。
【発明の概要】
【０００４】
サイズが小さいばかりでなく効果的に大量生産することができる高感度圧力センサを製造する方法を提供することが有利であろう。
【０００５】
上記の議論は、単に一般的な背景知識のために提供されたものであり、特許請求される内容の範囲を決定する助けとして用いられるようには意図されない。
【０００６】
第１の絶縁層によって第２のデバイス層から分離された第１のデバイス層を備えるデバイスウェーハを備える、環境的影響力を測定するためのデバイスおよび同デバイスを製作する方法が開示される。エッチングされた基板ウェーハに第１のデバイスウェーハが接合されて、懸垂されたダイアフラムおよび突起が作製され、その撓みが、内蔵された検出素子によって測定される。説明されたデバイスおよび製作方法のいくつかの実施形態の実施において実現され得る利点には、大量の電子回路基板の製作技法を用いて、ＭＥＭＳベース圧力センサのダイアフラムおよび突起の構造体の両方の厚さを正確に制御できることがある。そして、これらの正確な厚さによってセンサの動作特性が決定され、特に、例えば１気圧未満の低圧環境における改善された性能およびより低い位置感度がもたらされる。
【０００７】
例示の一実施形態では、デバイスが開示され、このデバイスは、デバイスウェーハの第１のデバイス層の一部分を備える突起であって、デバイスウェーハが、第１のデバイス層および第２のデバイス層を備え、第１のデバイス層が、第１の絶縁層によって第２のデバイス層から分離された突起と、基板ウェーハの頂面上に配置されたダイアフラムキャビティであって、基板ウェーハの頂面が、第１のデバイス層の頂面に接合されて、ダイアフラムキャビティの上にダイアフラムを形成し、ダイアフラムが第２のデバイス層の一部分を備え、突起がダイアフラムから延在するダイアフラムキャビティと、第２のデバイス層の中に配置されてダイアフラムの撓みを検知する検出素子とを備える。
【０００８】
別の例示的実施形態では、デバイスウェーハの第１のデバイス層の頂面に突起キャビティを形成して突起を形成するステップであって、デバイスウェーハが、第１のデバイス層、第１の絶縁層によって第１のデバイス層から分離された第２のデバイス層、および第２の絶縁層によって第２のデバイス層から分離されたハンドル層を備えるステップと、基板ウェーハの頂面にダイアフラムキャビティを形成するステップと、第１のデバイス層の頂面を基板ウェーハの頂面に接合して、ダイアフラムキャビティの上にダイアフラムを形成するステップであって、ダイアフラムが第２のデバイス層の一部分を備え、突起がダイアフラムから延在するステップと、デバイスウェーハからハンドル層および第２の絶縁層を除去するステップと、ダイアフラムの撓みを検知するために第２のデバイス層に検出素子を配置するステップとを含む、デバイスを製作する方法が開示される。
【０００９】
本発明のこの簡潔な説明は、１つまたは複数の例示的実施形態によって本明細書に開示される内容の概要を提供するようにのみ意図されており、特許請求の範囲を解釈するか、または添付の特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲を定義するかもしくは限定するための指針とし役立つものではない。この簡潔な説明は、以下で、詳細な説明でさらに説明される例示的選択を、簡易化した形の概念で導入するために提供される。この簡潔な説明は、特許請求される内容の主要な特徴または基本的特徴を識別するようには意図されておらず、特許請求される内容の範囲を決定する助けとして用いられることも意図されていない。特許請求される内容は、背景技術で示した不利益のいずれかまたはすべてを解決する実装形態に限定されるものではない。
【００１０】
本発明の特徴が理解されるように、上記で簡潔に要約された本発明の詳細な説明が、添付図面にいくつか示されている特定の実施形態を参照することによって得られるはずである。しかし、図面は、本発明の特定の実施形態のみを示しており、したがって、本発明の範囲は他の同様に有効な実施形態を包含するので、図面が本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではないことに留意されたい。図面は、必ずしも原寸に比例せず、一般に、発明の特定の実施形態の特徴を説明することが重視されている。図面では、様々な図を通じて、同じ数字は同じ部分を示すように用いられている。したがって、本発明のさらなる理解のために、以下の詳細な説明を参照し、図面に関連して読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の例示的実施形態のセンサの断面図である。
【図２】本発明の例示的実施形態におけるセンサの製作のステップを示すプロセスの流れ図である。
【図３】本発明の例示的実施形態における突起キャビティをエッチングしたデバイスウェーハの断面図である。
【図４】本発明の例示的実施形態におけるダイアフラムキャビティを有する基板ウェーハに結合された突起キャビティを有するデバイスウェーハの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の絶縁層によって第２のデバイス層から分離された第１のデバイス層を備えるデバイスウェーハを備える、環境的影響力を測定するためのデバイスおよび同デバイスを製作する方法が開示される。エッチングされた基板ウェーハに第１のデバイスウェーハが接合されて、懸垂されたダイアフラムおよび突起が作製され、その撓みが、内蔵された検出素子によって測定される。説明されたデバイスおよび製作方法のいくつかの実施形態の実施において実現され得る利点には、大量の電子回路基板の製作技法を用いて、ＭＥＭＳベース圧力センサのダイアフラムおよび突起の構造体の両方の厚さを正確に制御できることがある。その結果として、これらの正確な厚さによってセンサの動作特性が決定され、特に、例えば１気圧未満の低圧環境における改善された性能およびより低い位置感応性がもたらされる。
【００１３】
例示的圧力センサは、シリコン構造体の中にキャビティを形成し、キャビティに隣接してダイアフラムを形成することにより作製することができる。絶対圧センサの実施形態では、選択された基準圧力に対して測定が行なわれ、キャビティは、真空または選択された内部圧力に維持することができる。圧力センサは、ダイアフラムの撓み、例えばダイアフラム上に作用する圧力が、ダイアフラムを、ダイアフラムキャビティに近づく方向または遠ざかる方向に歪ませる様子を検知することにより圧力を測定する。ダイアフラムの縁端部の近くに形成された１つまたは複数の検出素子が、一般にダイアフラムの撓みまたは歪みを検知する。圧力差センサの実施形態では、センサが配置された環境の圧力に対するダイアフラムに作用する圧力に関して圧力測定が行なわれ、キャビティは周囲の環境に対して開放することができる。
【００１４】
図１は、本発明の例示的実施形態のセンサ１０の断面図を示す。センサ１０は、ダイアフラムキャビティ６５０をエッチングすることができる基板ウェーハ６００を備えることができる。一実施形態では、基板ウェーハ６００は、ｎ型またはｐ型のドーピングを有することができる両面研磨のシリコンウェーハであり得て、センサ１０の設計および製造の要件を満たす適切な厚さであり得る。他の実施形態では、基板ウェーハ６００は、デバイス層とハンドル層の間に配置された絶縁層を有するシリコンオンインシュレータウェーハのデバイス層であり得る。ダイアフラムキャビティ６５０の上に、懸垂されたダイアフラム５００があり得て、これは、第２のデバイス層２００の一部分と、例えばダブルシリコンオンインシュレータウェーハ（ＤＳＯＩ）といった絶縁層によって分離された２つのデバイス層を有するデバイスウェーハの第１の絶縁層１５０の一部分とを備えることができる。ダイアフラム５００から突起５５０が懸垂され得て、これは、１つまたは複数の突起キャビティ４００によって第１のデバイス層１００の残りから分離されたデバイスウェーハの第１のデバイス層１００の一部分であり得る。
【００１５】
図３は、本発明の例示的実施形態における突起キャビティ４００をエッチングしたデバイスウェーハ５０の断面図である。図３に示されるように、デバイスウェーハ５０は、第１のデバイス層１００と、第１の絶縁層１５０と、第２のデバイス層２００と、第２の絶縁層２５０と、ハンドル層３００とを備えることができる。第１のデバイス層１００は、単結晶シリコン基板であり得て、これは、一実施形態では、ｎ型またはｐ型のドーピングを有することができ、センサ１０の動作特性および物理的な設計特性を満たすための適切な厚さであり得る。第２のデバイス層２００は、単結晶シリコン基板であり得て、これは、一実施形態では、特定の設計仕様を満たすように選択された厚さであり得て、ｎ型またはｐ型のドーピングを有することができる。デバイスウェーハ５０の様々な層の厚さは、通常のウェーハ生産技術を用いて正確に設定することができて、層の正確な厚さが、センサ１０の後の動作特性および物理的特性を決定するように選択することができるが、このことは以下で説明される。
【００１６】
第１の絶縁層１５０および第２の絶縁層２５０は、例示的実施形態では二酸化シリコンであり得て、センサ１０の製造および設計の要件を満たすような適切な厚であり得る。ハンドル層３００は、製造プロセス中にデバイスウェーハ５０をつかむように使用することができる。第１の絶縁層１５０は、第１のデバイス層１００と第２のデバイス層２００の間に配置することができ、第２の絶縁層２５０は、第２のデバイス層２００とハンドル層３００の間に配置することができる。ハンドル層３００は、例えばｎ型またはｐ型のシリコンから成り得て、センサ１０の設計および製造の要件を満たすような適切な厚さであり得る。これに加えて、センサ１０を構成する様々な層の厚さは、デバイスの全体的な厚さが、センサ１０の動作上の設計特性および物理的設計特性を満たすように選択することができる。具体的には、基板ウェーハ６００の厚さは、ダイアフラム５００に伝達される実装応力を最小化するように選択することができる。
【００１７】
再び図１を参照して、例えば圧力といった、センサ１０に対して作用する環境的影響力に起因するシリコン構造体の撓み、具体的にはセンサ１０内の開放されたダイアフラムキャビティ６５０の上に懸垂されたダイアフラム５００の撓みを検知するために、例えば圧電抵抗検出素子である１つまたは複数の検出素子８５０を、第２のデバイス層２００の内部に有利に注入するかまたは拡散することができる。センサ１０は、例えば二酸化シリコン層、窒化シリコン層、または両者の組合せから成り得る不活性化層７００も含むことができる。不活性化層７００は、製造中および運転中に、センサ１０に対する電気的な絶縁および保護をもたらすことができる。基板ウェーハ６００の、接合されない外側に向く面は、その上に堆積された不活性化層を有することもできる（図示せず）。第２のデバイス層２００に形成された１つまたは複数の相互接続８２５は、１つまたは複数の検出素子８５０をセンサ１０の外表面に電気的に結合することができ、一方、１つまたは複数の金属化層８００は、センサ１０が、例えばリード取付けを通じて他のデバイスまたは接続に電気的に結合され得るように、相互接続８２５とセンサ１０上の外部接触の間の電気的接続をもたらすことができる。
【００１８】
図１を参照すると、例示的センサ１０およびその動作が、本発明の一実施形態で説明される。センサ１０は、デバイスウェーハの第１のデバイス層１００に接合され得る基板ウェーハ６００の頂面に形成されたダイアフラムキャビティ６５０の上の第２のデバイス層２００に形成された薄い構造体、すなわちダイアフラム５００の撓みを測定することにより動作することができる。ダイアフラム５００は、センサ１０の撓み構造体として働くことができる。ダイアフラムキャビティ６５０の圧力と上のダイアフラム５００の圧力が異なるので、ダイアフラム５００は、ダイアフラムキャビティ６５０に対して近づくかまたは離れる方向に撓むことになる。ダイアフラム５００の撓みは、ダイアフラム５００の縁端部の上または近くの第２のデバイス層２００に配置され得る１つまたは複数の検出素子８５０によって検出することができる。圧電抵抗検出素子を用いる一実施形態では、検出素子８５０の抵抗は、１つまたは複数の金属化層８００に取り付けられた１つまたは複数の相互接続８２５を用いて相互接続されたホイートストンブリッジ回路などの回路を使用して求めることができる。センサ１０を別のデバイスと電気通信状態に配置するために、電気的インターフェースまたは他のこのようなデバイスを金属化層８００の終端に取り付けることができる。圧電抵抗検出素子８５０の抵抗は、ダイアフラム５００の撓みに応じて変化する。したがって、検出素子８５０の圧電抵抗の測定値を用いることでダイアフラム５００の撓み量を求めることができ、によってセンサ１０にかかる圧力を求められる。
【００１９】
図１に示されたものなどのシリコンセンサを製作するための例示的プロセスが、図１から図４を参照しながら説明される。図２は、本発明の一実施形態においてセンサ１０を製作するための例示的プロセスの流れ９００である。図２および図３を参照すると、図２のプロセスステップ９１０では、突起５５０を形成するために、デバイスウェーハ５０の第１のデバイス層１００に１つまたは複数の突起キャビティ４００をエッチングすることができる。突起５５０は、ダイアフラム５００に取り付けられてそこから延在する質量として機能することができ、物理的応力をダイアフラム５００に集中させてセンサの圧力レスポンスおよび感度を改善する。１つまたは複数の突起キャビティ４００によって決定される突起５５０の形状は、設計仕様を満たすように選択することができる。具体的には、突起５５０は、特に低圧を測定するために薄いダイアフラム５００を利用する実施形態では、センサ１０の圧力レスポンスの線形性を改善するように作用することができる。さらに、突起５５０のサイズ、厚さおよび質量は、第１のデバイス層１００の厚さに基づいて正確に制御することができ、それによってセンサ１０の位置感度を最小限にすることができる。突起キャビティ４００は、例えばＤＲＩＥ、ＫＯＨもしくはＴＭＡＨを用いるウェットエッチング、他のシリコンエッチャントなどのドライエッチングまたはウェットエッチングの技法を用いて、第１の絶縁層１５０まで第１のデバイス層１００にエッチングすることができる。第１の絶縁層１５０は、所定の位置に残すか、または同様に湿式または乾式の除去技法を用いてエッチング除去することができる。突起キャビティ４００の表面は、例えば、露出したシリコン、酸化シリコン、不純物添加シリコンであり得て、または後続のウェーハ接合および加工温度に耐えることができるその他の薄膜を用いてコーティングされ得る。
【００２０】
図４は、本発明の例示的実施形態におけるダイアフラムキャビティ６５０を有する基板ウェーハ６００に接合された突起キャビティ４００を有するデバイスウェーハ５０の断面図である。図４を参照すると、図２のプロセスステップ９２０では、例えばＤＲＩＥ、ＫＯＨもしくはＴＭＡＨを用いるウェットエッチング、あるいは他のシリコンエッチャントなどのドライエッチングまたはウェットエッチングの技法を用いて、基板ウェーハ６００にダイアフラムキャビティ６５０をエッチングすることができる。ダイアフラムキャビティ６５０は、例えば正方形、長方形、または円形といった様々な形状を有することができ、また、センサ１０の物理的要件および動作上の設計要件を満たすために任意の必要な深さも有することができ、深さは、センサの設計および動作特性および／または基板ウェーハ６００の選択された厚さに依存しうる。ダイアフラムキャビティ６５０の表面は、例えば、露出したシリコン、酸化シリコン、不純物添加シリコンであり得て、または後続のウェーハ接合および加工温度に耐えることができるその他の薄膜を用いてコーティングされ得る。基板ウェーハ６００がシリコンオンインシュレータウェーハのデバイス層を備える実施形態では、ダイアフラムキャビティ６５０を形成するエッチングは、絶縁層で終えるように選択され得る。さらに、シリコンオンインシュレータウェーハのデバイス層の厚さは、製作中に正確に制御することができ、それによって、基板ウェーハ６００の厚さを正確に制御することができる。
【００２１】
引き続き図４を参照して、図２のプロセスステップ９３０では、デバイスウェーハ５０の頂面、すなわち突起キャビティ４００をエッチングした第１のデバイス層１００の頂面が、基板ウェーハ６００の頂面、すなわちダイアフラムキャビティ６５０をエッチングした表面に従来型のシリコン融解結合技法を用いて接合される。例示的融解結合技法の１つでは、向かい合った表面を、親水性にする、すなわち強い酸化剤を用いて処理して、向かい合った表面に水を付着させるようにすることができる。次いで、接合を形成するために２つのウェーハを高温環境に置くことができ、接合の品質は、ウェーハが高温環境に晒される期間によって決定され得る。上記で説明されたシリコン融解結合技法により、単結晶シリコンウェーハと異なる熱膨張率を有する可能性がある中間の接着材料を用いることなく、第１のデバイス層１００と基板ウェーハ６００を接合することができる。ダイアフラムキャビティ６５０の上にダイアフラム５００が形成されて突起５５０がダイアフラム５００から延在するように、デバイスウェーハ５０と基板ウェーハ６００を接合することができる。
【００２２】
図２のプロセスステップ９４０では、第２の絶縁層２５０上で終わるＫＯＨもしくはＴＭＡＨなどのウェットエッチャントを用いて、デバイスウェーハ５０のハンドル層３００を除去することができる。さらに、ウェットエッチングまたはドライエッチングの技法を用いて第２の絶縁層２５０を除去することができ、第２のデバイス層２００を露出させる。他の実施形態では、ハンドル層３００および第２の絶縁層２５０の両方を、研削などの物理的な薄層化技法を用いて除去するかまたは薄くすることができる。
【００２３】
図２のプロセスステップ９５０では（図１を再び参照して）、例えば二酸化シリコン、窒化シリコン層、または両方の組合せを用いて、第２のデバイス層２００の露出した頂面の上に不活性化層７００を堆積することができる。プロセスステップ９５０の一部として、基板ウェーハ６００の、接合されない外側に向く面は、その上に堆積された不活性化層を有することもできる（図示せず）。図２のプロセスステップ９６０において、拡散またはイオン注入により、第２のデバイス層２００に１つまたは複数の検出素子８５０を配置することができ、圧電抵抗検出素子を用いる一実施形態では、第２のデバイス層２００の一部分として形成され得るダイアフラム５００に対する所定の位置において、ドープされたｎ型の第２のデバイス層２００の中に低ドープ濃度のｐ型材料を配置する。例えば、高温でのホウ素注入および拡散により、第２のデバイス層２００の内部に圧電抵抗検出素子８５０を形成することができる。ダイアフラム５００の撓みを検知するために、検出素子８５０を配置することができる。任意数の検出素子８５０を使用することができ、ダイアフラム５００に対するそれらの正確な配置は、特定の用途、予期される圧力、感度要件など次第で、様々であってよいことに留意されたい。さらに、例えばドープされたｎ型の第２のデバイス層２００の中に高ドープ濃度のｐ型材料を拡散させるかまたはイオン注入することにより、１つまたは複数の相互接続８２５を追加することができる。相互接続８２５は、検出素子８５０に電気伝導性を与えることができ、検出素子８５０に対してオーバラップする構成に配置され得る。プロセスステップ９６０における構成要素の拡散または注入は、単一のプロセスを用いて遂行するか、または複数のプロセスを用いて別個に行なうことができる。
【００２４】
次に、プロセスステップ９７０で、金属化層８００を付加することができ、センサ１０の外面から相互接続８２５を介して検出素子８５０まで電気伝導性をもたらす。相互接続８２５へのアクセスをもたらすために、ドライエッチングまたはウェットエッチングの技法を用いて、不活性化層７００に開口を作製することができる。次いで、例えば金またはアルミニウムの金属化層８００を付加することができ、デバイスの設計および製作の要件に適合するように所望の厚さに作製することができる。
【００２５】
図１に示されるように、センサ１０は、ダイアフラムキャビティ６５０の内部に確立された基準圧力に対する絶対圧測定をもたらすように構成することができる。しかし、差圧センサが所望であれば、ダイアフラムキャビティ６５０は、ＤＲＩＥ、ＫＯＨもしくはＴＭＡＨを用いるウェットエッチング、または他のシリコンエッチャントなどを用いて基板ウェーハ６００の底面の一部分を除去するかまたは薄くすることにより、基板ウェーハ６００を貫通して延在するように作製され得る。いくつかの実施形態では、基板ウェーハ６００の底部は、研削などの物理的な薄層化技法を用いて除去するかまたは薄くすることができる。基板ウェーハ６００がシリコンオンインシュレータウェーハを備える実施形態では、シリコンオンインシュレータウェーハのハンドル層および絶縁層は、必要に応じて遂行されるデバイス層のさらなる薄層化を用いて除去され得る。さらなる実施形態では、薄層化プロセスに続いて、基板ウェーハ６００の底部に不活性化層を付加することができる。
【００２６】
本明細書で説明された実施形態を参照して、センサ１０の製作中に行なわれたそれぞれのエッチングは、特定の用途次第で、任意の選択された寸法形状および任意の必要な深さを有することができる。それぞれのエッチングの選択された深さおよび寸法形状は、もたらされるセンサ１０の設計特性を変更するように選択され得る。さらに、第２のデバイス層２００の厚さとダイアフラムキャビティ６５０によって規定されるダイアフラム５００のサイズおよび形状とは、もたらされるセンサ１０の感度を決定するように選択することができる。第２のデバイス層２００の選択された厚さは、デバイスウェーハの製造において任意に選択して正確に制御することができ、ダイアフラム５００の可撓性に対する制御が改善され、したがって、もたらされるセンサ１０の性能特性に対する制御が改善される。同様に、従来のエッチングおよび／または注入の技法を用いる場合より、第１のデバイス層１００の厚さが、突起５５０の厚さ、質量および動作特性を正確に決定することができる。さらに、プレーナ製造プロセスは、製造にとって理想的であり、もたらされるデバイスの、製造歩留まりばかりでなく全体の信頼性および長期性能が向上され得る。したがって、センサ１０の性能特性に対する均一な制御を達成することができる。
【００２７】
上記の詳細な説明は、例示的実施形態を示すために提供されたものであり、限定するようには意図されていない。センサを製作する方法が示され、圧力を測定する実施形態に関して説明されてきたが、他のパラメータを測定することができるセンサを製作するのに、類似の技法を用いることができることが、当業者には明らかであろう。例えば、本明細書に説明された製造装置および製造の方法は、本明細書に明確に説明されていない多種多様な他の用途に役立つことを理解されたい。本発明の範囲内の多数の変更形態および変形形態が可能であることも、当業者には明らかであろう。さらに、説明された例示の方法および構造体の範囲内で、多くの他の材料およびプロセスを用いることができることも当業者には理解されよう。例えば、本明細書に説明されたｐ型材料とｎ型材料は、例えばｎ型材料をｐ型材料で置換し、ｐ型材料をｎ型材料で置換する代替のやり方で用いることができることを理解されたい。さらに、様々な例示的実施形態で記載して説明されたステップのシーケンスは、説明された順序で現われる必要がなく、他の実施形態では、様々なステップが、連続的または非連続的に、あるいは並行して、組み合わせられ、異なった順序で遂行され得て、それでもなお同じ結果を達成することが当業者には明らかであろう。
【００２８】
この書かれた説明は、最善の様式を含めて本発明を開示するために、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し使用することならびにあらゆる具体化された方法を実行することを含めて本発明を実施することも可能にするために、実例を用いている。本発明が特許権を受けられる範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想起される他の実施例を含み得る。そのような他の実例は、それらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉との実質のない相違点を有する同等な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲に入るように意図されている。
【符号の説明】
【００２９】
１０ センサ
５０ デバイスウェーハ
１００ 第１のデバイス層
１５０ 第１の絶縁層
２００ 第２のデバイス層
２５０ 第２の絶縁層
３００ ハンドル層
４００ 突起キャビティ
５００ ダイアフラム
５５０ 突起
６００ 基板ウェーハ
６５０ ダイアフラムキャビティ
７００ 不活性化層
８００ 金属化層
８２５ 相互接続
８５０ 検出素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスウェーハ（５０）の第１のデバイス層（１００）の一部分を備える突起（５５０）であって、前記デバイスウェーハ（５０）が、前記第１のデバイス層（１００）および第２のデバイス層（２００）を備え、前記第１のデバイス層（１００）が、第１の絶縁層（１５０）によって前記第２のデバイス層（２００）から分離された突起（５５０）と、
基板ウェーハ（６００）の頂面上に配置されたダイアフラムキャビティ（６５０）であって、前記基板ウェーハ（６００）の前記頂面が、前記第１のデバイス層（１００）の頂面に接合されて前記ダイアフラムキャビティ（６５０）の上にダイアフラム（５００）を形成し、前記ダイアフラム（５００）が前記第２のデバイス層（２００）の一部分を備え、前記突起（５５０）が前記ダイアフラム（５００）から延在するダイアフラムキャビティ（６５０）と、
前記第２のデバイス層（２００）の中に配置されて前記ダイアフラム（５００）の撓みを検知する検出素子（８５０）とを備えるデバイス。
【請求項２】
前記第２のデバイス層（２００）の中に配置されて前記検出素子（８５０）と電気通信する相互接続（８２５）と、
前記デバイスの外面と前記相互接続（８２５）の間に電気通信をもたらす金属化層（８００）とをさらに備える請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記検出素子（８５０）が圧電抵抗検出素子（８５０）を備える請求項１記載のデバイス。
【請求項４】
前記基板ウェーハ（６００）が両面研磨ウェーハを備える請求項１記載のデバイス。
【請求項５】
前記基板ウェーハ（６００）がシリコンオンインシュレータウェーハのデバイス層を備える請求項１記載のデバイス。
【請求項６】
絶対圧を測定する請求項１記載のデバイス。
【請求項７】
前記ダイアフラムキャビティ（６５０）が前記基板ウェーハ（６００）を貫通して延在する請求項１記載のデバイス。
【請求項８】
差圧を測定する請求項７記載のデバイス。
【請求項９】
低圧を測定する請求項１記載のデバイス。
【請求項１０】
前記基板ウェーハ（６００）の厚さが、前記ダイアフラム（５００）に伝達される実装応力を最小化するように選択される請求項１記載のデバイス。
【請求項１】
デバイスウェーハ（５０）の第１のデバイス層（１００）の一部分を備える突起（５５０）であって、前記デバイスウェーハ（５０）が、前記第１のデバイス層（１００）および第２のデバイス層（２００）を備え、前記第１のデバイス層（１００）が、第１の絶縁層（１５０）によって前記第２のデバイス層（２００）から分離された突起（５５０）と、
基板ウェーハ（６００）の頂面上に配置されたダイアフラムキャビティ（６５０）であって、前記基板ウェーハ（６００）の前記頂面が、前記第１のデバイス層（１００）の頂面に接合されて前記ダイアフラムキャビティ（６５０）の上にダイアフラム（５００）を形成し、前記ダイアフラム（５００）が前記第２のデバイス層（２００）の一部分を備え、前記突起（５５０）が前記ダイアフラム（５００）から延在するダイアフラムキャビティ（６５０）と、
前記第２のデバイス層（２００）の中に配置されて前記ダイアフラム（５００）の撓みを検知する検出素子（８５０）とを備えるデバイス。
【請求項２】
前記第２のデバイス層（２００）の中に配置されて前記検出素子（８５０）と電気通信する相互接続（８２５）と、
前記デバイスの外面と前記相互接続（８２５）の間に電気通信をもたらす金属化層（８００）とをさらに備える請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記検出素子（８５０）が圧電抵抗検出素子（８５０）を備える請求項１記載のデバイス。
【請求項４】
前記基板ウェーハ（６００）が両面研磨ウェーハを備える請求項１記載のデバイス。
【請求項５】
前記基板ウェーハ（６００）がシリコンオンインシュレータウェーハのデバイス層を備える請求項１記載のデバイス。
【請求項６】
絶対圧を測定する請求項１記載のデバイス。
【請求項７】
前記ダイアフラムキャビティ（６５０）が前記基板ウェーハ（６００）を貫通して延在する請求項１記載のデバイス。
【請求項８】
差圧を測定する請求項７記載のデバイス。
【請求項９】
低圧を測定する請求項１記載のデバイス。
【請求項１０】
前記基板ウェーハ（６００）の厚さが、前記ダイアフラム（５００）に伝達される実装応力を最小化するように選択される請求項１記載のデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４２３９８（Ｐ２０１２−２４２３９８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１１５６７２（Ｐ２０１２−１１５６７２）
【出願日】平成２４年５月２１日（２０１２．５．２１）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１５６７２（Ｐ２０１２−１１５６７２）
【出願日】平成２４年５月２１日（２０１２．５．２１）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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