(57)【要約】      （修正有）【課題】微小電気機械デバイスを作製するための方法を提供する。【解決手段】基板５４の上に犠牲体を形成し、基板５４上に多層膜構造６４、７４を生成する。犠牲体の上および周囲に、平坦でない上面を有するようにベース膜層６４を形成する。ベース膜層６４に平坦な上面を付与するべく、ベース膜層６４の上部から所定の厚さの材料を除去する。ベース膜層６４の平坦な上面の上にキャップ膜層７４を形成する。該キャップ膜層７４は、ベース膜層６４との間の接合部分に、実質的に平行な粒子配向を有する多結晶シリコンを含む。多層膜構造６４，７４内に内部キャビティを形成するべく、犠牲体の少なくとも一部を除去する。【選択図】図１１
2014146802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械デバイスを作製するための方法であって、
基板の上に犠牲体を形成する犠牲体形成工程と、
前記基板上に多層膜構造を生成する多層膜構造生成工程であって、
前記犠牲体の上および周囲にベース膜層を形成する工程であって、ベース膜層が平坦でない上面を有するようにベース膜層を形成する工程と、
前記ベース膜層に平坦な上面を付与するべく、前記ベース膜層の上部から所定の厚さの材料を除去する工程と、
前記ベース膜層の平坦な上面の上にキャップ膜層を形成する工程であって、該キャップ膜層は、該キャップ膜層と前記ベース膜層との間の接合部分に、実質的に平行な粒子配向を有する多結晶シリコンを含む、形成する工程とを備える、多層膜構造生成工程と、
前記多層膜構造内に内部キャビティを形成するべく、前記犠牲体の少なくとも一部を除去する犠牲体除去工程と、を備える方法。
【請求項２】
前記ベース膜層は、前記犠牲体の上および周囲に多結晶シリコンを堆積することによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ベース膜層の外縁部分は非平行な粒子配向を有する領域を備え、該非平行な粒子配向を有する該領域の少なくとも一部は、前記所定の厚さを除去する工程において除去される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記所定の厚さを除去する工程の前に、前記ベース膜層の外縁部分に階段形状の高さを有する階段形状が付与され、前記ベース膜層から除去される前記所定の厚さは前記階段形状の高さ以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記キャップ膜層を形成する工程の後に、前記多層膜構造を通じて前記犠牲体までチャネルを形成する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記犠牲体除去工程は、前記多層膜構造内に前記内部キャビティを形成するべく、前記チャネルを通じて前記犠牲体の少なくとも一部をエッチングする工程を備え、前記方法は、前記チャネルを塞ぐことによって前記内部キャビティを密閉する工程をさらに備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記微小電気機械デバイスは微小電気機械容量性圧力センサを備え、前記方法は、前記内部キャビティを密閉する工程の前に、該内部キャビティ内に既知の基準圧力を生成する工程をさらに備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ベース膜層は、断面において、前記犠牲体の対向する両側に位置する第１のアンカ領域および第２のアンカ領域と、該第１のアンカ領域と該第２のアンカ領域との間で側方に伸長する架橋部分とを含むように形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記所定の厚さを除去する工程は、研磨後に前記犠牲体が前記ベース膜層によって包囲されたままであるように、前記ベース膜層の前記架橋部分を部分的に除去するべく化学機械研磨工程を利用する工程を備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記所定の厚さを除去する工程は、前記ベース膜層の前記架橋部分の実質的に全体を除去して前記犠牲体を前記ベース膜層を通じて露出させるべく、化学機械研磨工程を利用する工程を備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記犠牲体を部分的に除去し、該犠牲体に、前記ベース膜層の平坦な上面と実質的に同一平面上にある平坦な上面を付与するべく、前記犠牲体が最初に露出した後も継続される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板の上に電極層を堆積する工程と、
少なくとも１つのセンス電極と該センス電極から伸長する相互接続線とを形成するべく、前記電極層をパターニングする工程と、
前記基板と、前記センス電極と、前記相互接続線との上に、誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層に電極開口を内部に生成するべく前記誘電体層をパターニングし、前記センス電極を露出させる工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
微小電気機械デバイスを作製するための方法であって、
基板上にセンス電極を形成するセンス電極形成工程と、
前記センス電極の上に誘電体層を堆積する誘電体層堆積工程と、
前記誘電体層上に犠牲体を形成する犠牲体形成工程と、
複数の多結晶シリコン層を形成し、該複数の多結晶シリコン層のうち、その上に追加の多結晶シリコン層が堆積される少なくとも１つの多結晶シリコン層を平坦化することによって、前記犠牲体の上に多層ポリシリコン膜を形成する工程であって、少なくとも多層ポリシリコン膜の最上層に、実質的に平行な粒子構造が付与される、多層ポリシリコン膜形成工程と、
前記多層ポリシリコン膜を通じて前記犠牲体まで少なくとも１つのチャネルを形成するチャネル形成工程と、
前記多層ポリシリコン膜によって少なくとも部分的に封止される内部キャビティを形成するべく、前記犠牲体の少なくとも一部を除去する犠牲体除去工程と、
前記内部キャビティを密閉するべく、前記少なくとも１つのチャネル内に栓を形成する栓形成工程と、を備える方法。
【請求項１４】
前記センス電極形成工程は、
前記基板上に第１の多結晶シリコン層を堆積する工程と、
少なくとも部分的に、前記センス電極を形成するべく、前記第１の多結晶シリコン層をパターニングする工程と、を備え、
前記多層ポリシリコン膜形成工程は、
前記犠牲体の上および周囲に第２の多結晶シリコン層を形成する工程と、
前記第２の多結晶シリコン層に平坦な上面を付与するべく、前記第２の多結晶シリコン層から所定の厚さの多結晶シリコンを除去する工程と、
前記第２の多結晶シリコン層の前記平坦な上面の上に第３の多結晶シリコン層を形成する工程と、を備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
微小電気機械デバイスであって、
基板と、
前記基板上に形成された多層膜構造であって、
ベース膜層と、
前記ベース膜層の上に形成されたキャップ膜層であって、該キャップ膜層の外縁領域において実質的に平行な粒子配向を有する材料を備える、キャップ膜層を備える、多層膜構造と、
該多層膜構造によって少なくとも部分的に封止されるキャビティと、を備える微小電気機械デバイス。
【請求項１６】
前記キャップ膜層および前記ベース膜層は各々多結晶シリコンを含む、請求項１５に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１７】
前記多層膜構造の高さは該多層膜構造の幅および長さ以下である、請求項１５に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１８】
前記多層膜構造は、断面において、対向するアンカ領域と、該対向するアンカ領域の間に伸長する可撓性ダイヤフラム領域とを備える、請求項１５に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１９】
前記可撓性ダイヤフラム領域の下に配置され、前記キャビティ内に露出されている電極をさらに備え、前記キャビティは密閉されており、前記可撓性ダイヤフラム領域の内面に作用する既知の基準圧力を含む、請求項１８に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項２０】
前記アンカ領域は前記ベース膜層によって形成されており、前記可撓性ダイヤフラム領域は前記ベース膜層および前記キャップ膜層によって形成されている、請求項１８に記載の微小電気機械デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して微小電子デバイスに関し、より詳細には、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）圧力センサおよび他の閉キャビティＭＥＭＳデバイス、ならびにそのようなＭＥＭＳデバイスを作製するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、さまざまな異なる用途において、アクチュエータ、スイッチ、およびセンサ（たとえば、慣性センサ、圧力センサなど）として利用されている。たとえば、多くの電子デバイスは、空気などの周囲流体の圧力の変化を検出するために、ＭＥＭＳ容量性圧力センサを利用する。一般的な設計によると、ＭＥＭＳ容量性圧力センサは、既知の基準圧力を含む密閉キャビティを封止する、少なくとも１つの可撓性ポリシリコンダイヤフラムのたわみを測定することによって機能する。基準圧力が、可撓性ポリシリコンダイヤフラムの内面に対して作用し、一方でダイヤフラムの反対面は、圧力測定が行われる流体にさらされている。ＭＥＭＳセンサの動作中、ダイヤフラムは、外部圧力の変動、およびダイヤフラムの本体にわたる圧力差の対応する変動によってたわむ。電極（一般的に「底部プレート」と称される）がダイヤフラムの下に設けられ、垂直間隙によってダイヤフラムから分離されている。可撓性膜も導電性ポリシリコン材料から作製されるため、膜は底部プレートとの容量結合を形成する上部プレートとしての役割を果たす。この容量は、底部プレートに向かう、または底部プレートから外方に向かう導電性ダイヤフラムのたわみとともに変化する。従って、この容量の変化を測定することによって、ダイヤフラムの露出面に作用する外部圧力の変動を求めることができる。特許文献１には、ポリシリコン厚膜の堆積によってウエハの変形を低減することについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４，７４２，０２０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
亀裂抵抗性膜構造を有する微小電気機械システムデバイスおよびその作製方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、微小電気機械デバイスを作製するための方法であって、基板の上に犠牲体を形成する犠牲体形成工程と、前記基板上に多層膜構造を生成する多層膜構造生成工程であって、前記犠牲体の上および周囲にベース膜層を形成する工程であって、ベース膜層が平坦でない上面を有するようにベース膜層を形成する工程と、前記ベース膜層に平坦な上面を付与するべく、前記ベース膜層の上部から所定の厚さの材料を除去する工程と、前記ベース膜層の平坦な上面の上にキャップ膜層を形成する工程であって、該キャップ膜層は、該キャップ膜層と前記ベース膜層との間の接合部分に、実質的に平行な粒子配向を有する多結晶シリコンを含む、形成する工程とを備える、多層膜構造生成工程と、前記多層膜構造内に内部キャビティを形成するべく、前記犠牲体の少なくとも一部を除去する犠牲体除去工程と、を備えることを要旨とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、前記ベース膜層は、前記犠牲体の上および周囲に多結晶シリコンを堆積することによって形成される、ことを要旨とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の方法において、前記ベース膜層の外縁部分は非平行な粒子配向を有する領域を備え、該非平行な粒子配向を有する該領域の少なくとも一部は、前記所定の厚さを除去する工程において除去される、ことを要旨とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、前記所定の厚さを除去する工程の前に、前記ベース膜層の外縁部分に階段形状の高さを有する階段形状が付与され、前記ベース膜層から除去される前記所定の厚さは前記階段形状の高さ以上である、ことを要旨とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、前記キャップ膜層を形成する工程の後に、前記多層膜構造を通じて前記犠牲体までチャネルを形成する工程をさらに備える、ことを要旨とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の方法において、前記犠牲体除去工程は、前記多層膜構造内に前記内部キャビティを形成するべく、前記チャネルを通じて前記犠牲体の少なくとも一部をエッチングする工程を備え、前記方法は、前記チャネルを塞ぐことによって前記内部キャビティを密閉する工程をさらに備える、ことを要旨とする。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の方法において、前記微小電気機械デバイスは微小電気機械容量性圧力センサを備え、前記方法は、前記内部キャビティを密閉する工程の前に、該内部キャビティ内に既知の基準圧力を生成する工程をさらに備える、ことを要旨とする。
【００１２】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、前記ベース膜層は、断面において、前記犠牲体の対向する両側に位置する第１のアンカ領域および第２のアンカ領域と、該第１のアンカ領域と該第２のアンカ領域との間で側方に伸長する架橋部分とを含むように形成される、ことを要旨とする。
【００１３】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の方法において、前記所定の厚さを除去する工程は、研磨後に前記犠牲体が前記ベース膜層によって包囲されたままであるように、前記ベース膜層の前記架橋部分を部分的に除去するべく化学機械研磨工程を利用する工程を備える、ことを要旨とする。
【００１４】
請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の方法において、前記所定の厚さを除去する工程は、前記ベース膜層の前記架橋部分の実質的に全体を除去して前記犠牲体を前記ベース膜層を通じて露出させるべく、化学機械研磨工程を利用する工程を備える、ことを要旨とする。
【００１５】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の方法において、前記犠牲体を部分的に除去し、該犠牲体に、前記ベース膜層の平坦な上面と実質的に同一平面上にある平坦な上面を付与するべく、前記犠牲体が最初に露出した後も継続される、ことを要旨とする。
【００１６】
請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、前記基板の上に電極層を堆積する工程と、少なくとも１つのセンス電極と該センス電極から伸長する相互接続線とを形成するべく、前記電極層をパターニングする工程と、前記基板と、前記センス電極と、前記相互接続線との上に、誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層に電極開口を内部に生成するべく前記誘電体層をパターニングし、前記センス電極を露出させる工程をさらに備える、ことを要旨とする。
【００１７】
請求項１３に記載の発明は、微小電気機械デバイスを作製するための方法であって、基板上にセンス電極を形成するセンス電極形成工程と、前記センス電極の上に誘電体層を堆積する誘電体層堆積工程と、前記誘電体層上に犠牲体を形成する犠牲体形成工程と、複数の多結晶シリコン層を形成し、該複数の多結晶シリコン層のうち、その上に追加の多結晶シリコン層が堆積される少なくとも１つの多結晶シリコン層を平坦化することによって、前記犠牲体の上に多層ポリシリコン膜を形成する工程であって、少なくとも多層ポリシリコン膜の最上層に、実質的に平行な粒子構造が付与される、多層ポリシリコン膜形成工程と、前記多層ポリシリコン膜を通じて前記犠牲体まで少なくとも１つのチャネルを形成するチャネル形成工程と、前記多層ポリシリコン膜によって少なくとも部分的に封止される内部キャビティを形成するべく、前記犠牲体の少なくとも一部を除去する犠牲体除去工程と、前記内部キャビティを密閉するべく、前記少なくとも１つのチャネル内に栓を形成する栓形成工程と、を備えることを要旨とする。
【００１８】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の方法において、前記センス電極形成工程は、前記基板上に第１の多結晶シリコン層を堆積する工程と、少なくとも部分的に、前記センス電極を形成するべく、前記第１の多結晶シリコン層をパターニングする工程と、を備え、前記多層ポリシリコン膜形成工程は、前記犠牲体の上および周囲に第２の多結晶シリコン層を形成する工程と、前記第２の多結晶シリコン層に平坦な上面を付与するべく、前記第２の多結晶シリコン層から所定の厚さの多結晶シリコンを除去する工程と、前記第２の多結晶シリコン層の前記平坦な上面の上に第３の多結晶シリコン層を形成する工程と、を備えることを要旨とする。
【００１９】
請求項１５に記載の発明は、微小電気機械デバイスであって、基板と、前記基板上に形成された多層膜構造であって、ベース膜層と、前記ベース膜層の上に形成されたキャップ膜層であって、該キャップ膜層の外縁領域において実質的に平行な粒子配向を有する材料を備える、キャップ膜層を備える、多層膜構造と、該多層膜構造によって少なくとも部分的に封止されるキャビティと、を備えることを要旨とする。
【００２０】
請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の微小電気機械デバイスにおいて、前記キャップ膜層および前記ベース膜層は各々多結晶シリコンを含む、ことを要旨とする。
請求項１７に記載の発明は、請求項１５に記載の微小電気機械デバイスにおいて、前記多層膜構造の高さは該多層膜構造の幅および長さ以下である、ことを要旨とする。
【００２１】
請求項１８に記載の発明は、請求項１５に記載の微小電気機械デバイスにおいて、前記多層膜構造は、断面において、対向するアンカ領域と、該対向するアンカ領域の間に伸長する可撓性ダイヤフラム領域とを備える、ことを要旨とする。
【００２２】
請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の微小電気機械デバイスにおいて、前記可撓性ダイヤフラム領域の下に配置され、前記キャビティ内に露出されている電極をさらに備え、前記キャビティは密閉されており、前記可撓性ダイヤフラム領域の内面に作用する既知の基準圧力を含む、ことを要旨とする。
【００２３】
請求項２０に記載の発明は、請求項１８に記載の微小電気機械デバイスにおいて、前記アンカ領域は前記ベース膜層によって形成されており、前記可撓性ダイヤフラム領域は前記ベース膜層および前記キャップ膜層によって形成されている、ことを要旨とする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】先行技術の教示に応じて示されている、各々が気密キャビティを封止する隣接するポリシリコン膜構造を含むＭＥＭＳ容量性圧力センサ（部分的に図示）の簡略断面図。
【図２】概してその不規則または非平行結晶粒構造を示す、図１に示すポリシリコン膜構造の１つの外周コーナー領域の断面図。
【図３】ポリシリコン膜構造内に亀裂が形成し、近傍ダイヤフラム領域の中心線に向かって広がり得る１つの様態を示す、図１に示すＭＥＭＳ容量性圧力センサの上面の光学顕微鏡画像の図。
【図４】製造の一段階において示され、本発明の第１の例示的な実施形態に応じて生産される、亀裂抵抗性多層膜構造を有するＭＥＭＳ容量性圧力センサの断面図。
【図５】製造の一段階において示され、本発明の第１の例示的な実施形態に応じて生産される、亀裂抵抗性多層膜構造を有するＭＥＭＳ容量性圧力センサの断面図。
【図６】製造の一段階において示され、本発明の第１の例示的な実施形態に応じて生産される、亀裂抵抗性多層膜構造を有するＭＥＭＳ容量性圧力センサの断面図。
【図７】製造の一段階において示され、本発明の第１の例示的な実施形態に応じて生産される、亀裂抵抗性多層膜構造を有するＭＥＭＳ容量性圧力センサの断面図。
【図８】製造の一段階において示され、本発明の第１の例示的な実施形態に応じて生産される、亀裂抵抗性多層膜構造を有するＭＥＭＳ容量性圧力センサの断面図。
【図９】製造の一段階において示され、本発明の第１の例示的な実施形態に応じて生産される、亀裂抵抗性多層膜構造を有するＭＥＭＳ容量性圧力センサの断面図。
【図１０】製造の一段階において示され、本発明の第１の例示的な実施形態に応じて生産される、亀裂抵抗性多層膜構造を有するＭＥＭＳ容量性圧力センサの断面図。
【図１１】製造の一段階において示され、本発明の第１の例示的な実施形態に応じて生産される、亀裂抵抗性多層膜構造を有するＭＥＭＳ容量性圧力センサの断面図。
【図１２】亀裂の形成および広がりに対して抵抗性である、図１１に示す層状膜構造の外周コーナー領域の実質的に平行な結晶粒構造を示す断面図。
【図１３】製造の一段階において示され、本発明の第２の例示的な実施形態に応じて生産される、亀裂抵抗性多層膜構造を有するＭＥＭＳ容量性圧力センサの断面図。
【図１４】製造の一段階において示され、本発明の第２の例示的な実施形態に応じて生産される、亀裂抵抗性多層膜構造を有するＭＥＭＳ容量性圧力センサの断面図。
【図１５】製造の一段階において示され、本発明の第２の例示的な実施形態に応じて生産される、亀裂抵抗性多層膜構造を有するＭＥＭＳ容量性圧力センサの断面図。
【図１６】製造の一段階において示され、本発明の第２の例示的な実施形態に応じて生産される、亀裂抵抗性多層膜構造を有するＭＥＭＳ容量性圧力センサの断面図。
【図１７】亀裂に対して抵抗性である、図１６に示す層状膜構造の外周コーナー領域の実質的に平行な結晶粒構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付の図面とともに本発明の少なくとも１つの例を説明する。図面において同様の参照符号は同様の要素を示す。
簡潔かつ明瞭な説明のために、図面は一般的な構築様式を示し、既知の特徴および技法の説明および詳細を、後続の詳細な説明に記載の本発明の例示的で非限定的な実施形態を不必要に曖昧にすることを回避するために省略する場合がある。さらに、添付の図面に見られる特徴または要素は、別途記載されない限り、原寸に比例して描かれてはいないことを理解されたい。たとえば、本発明の実施形態の理解の向上のために、図面内のいくつかの要素または領域の寸法は他の要素または領域に対して誇張されている場合がある。
【００２６】
下記の詳細な記載は本質的に例示に過ぎず、本発明または本発明の適用および使用を限定することは意図されていない。例示として本明細書に記載される一切の実施態様は、必ずしも他の実施態様よりも好適または有利であるとは解釈されない。さらに、上記背景技術、または以下の詳細な説明で提示される、いかなる理論によっても束縛されることは意図されていない。
【００２７】
本記載および特許請求の範囲に見られる場合、「第１」、「第２」、「第３」、「第４」などの用語は、同様の要素間で区別するために使用されることができ、必ずしも特定の連続する、または経時的な順序を説明するためのものではない。従って、そのような用語は相互交換可能に使用されてもよい。さらに、本発明のその実施形態は、本明細書に図示または他の様態で記載されている以外の順序で動作することが可能である。さらに本明細書に見られるものとしての、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」などの用語は非排他的な包含をカバーするように意図され、それによって、１つ以上の要素を備える、含む、または有するものとして記載されている工程、方法、製品、または装置は必ずしもそれらの要素に限定されず、明示的に列挙されていないまたはこのような工程、方法、製品、または装置に内在する他の要素を含むことができる。「実質的な（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌ）」および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などのような用語は、特定の特徴または状態が、記載されている目的を実際的な様式で達成するのに十分であること、および、わずかな欠陥または差異がある場合、それらは記載されている目的にとって重大でないことを示すために利用される。最後に、またさらに本明細書に見られるものとしての、「〜の上（ｏｖｅｒ）」、「〜の下（ｕｎｄｅｒ）」、「〜上（ｏｎ）」などの用語は、２つの構造要素または層の間の相対位置を示すために利用され、必ずしも構造要素または層の間の物理的接触を意味するものではない。従って、構造または層は、当該構造または層が、たとえば、１つ以上の介在する層が存在することに起因して必ずしも基板に接触していることを示さずに、基板「の上」または基板「上」に作製されるものとして記載されている場合がある。
【００２８】
下記に説明する作製方法の実施形態は、ＭＥＭＳ容量性圧力センサの製造に特に有用であり、それゆえ、下記において主にそのようなデバイスの文脈において説明する。しかしながら、下記に説明する作製方法の実施形態は、多層膜構造によって少なくとも部分的に封止され、犠牲体材料を堆積および除去することによって生成される内部キャビティを有する、ＭＥＭＳ慣性センサ（たとえば、加速度計、ジャイロスコープ、磁気探知器など）およびアクチュエータを含む、他のＭＥＭＳデバイスを製造するのに利用することができることを強調しておく。下記に説明するように、膜構造の少なくとも最上層は、そうでなければ膜を構造的に弱くする可能性がある粒子配向の不規則性または不均衡が実質的にない、実質的に平行な結晶粒構造を有する多結晶シリコンから形成される。ＭＥＭＳ圧力センサの場合、膜構造は一般的に、可撓性ダイヤフラム部分を含み、膜構造によって封止されるキャビティは一般的に密閉され、既知の基準圧力を含む。それにもかかわらず、すべての実施形態において膜構造が密閉される必要はなく、かつ／または可撓性ダイヤフラム部分を含まなくてもよい。たとえば、代替的な実施形態において、膜構造は、トランスデューサヨ要素または試験質量部（ＭＥＭＳデバイスが加速度計またはジャイロスコープの形態をとる実施形態において）、共振器構造（ＭＥＭＳデバイスが発振器の形態をとる実施形態において）、または同様の構造またはデバイスを密閉して封入する実質的に剛性のキャップまたはカバーとしての役割を果たしてもよい。
【００２９】
図１は、先行技術の教示に応じて示されている、ＭＥＭＳ容量性圧力センサ２０（部分的に図示）の簡略断面図である。ＭＥＭＳ圧力センサ２０の示されている部分は、共通の基板２４の上に形成され、各々が内部空間またはキャビティ２６を封入する２つの隣接する膜構造２２を含む。断面に見られるように、膜構造２２は各々、２つの対向するアンカ領域２８および可撓性ダイヤフラム領域３０を含む。ダイヤフラム領域３０は、アンカ領域２８を通じて横方向（側方）に延在し、キャビティ２６の上に実効的に懸垂される。膜構造２２は多結晶シリコンから形成され、それゆえ、以下「ポリシリコン膜構造２２」と称する。基板２４はまた、単結晶シリコンなどの導電性シリコン材料から作製されてもよい。導電性膜構造２２と下方にある基板２４との間の電気的遮蔽をもたらすために、基板２４の上に誘電体層３２が形成される。各キャビティ２６内にセンス電極３４がさらに設けられ、各ポリシリコン膜構造２２の可撓性ダイヤフラム領域３０の直下に配置される。図１には明瞭に示されていないが、熱成長酸化物などの追加の誘電体層が一般的に、電極３４と基板２４との間に形成される。各電極３４は、上方にある誘電体層３２内に設けられている開口を通じて露出しており、垂直間隙によってそのそれぞれのダイヤフラム領域３０から離間されている。この構成の結果として、下側プレートとしての役割を果たす各電極３４、上側プレートとしての役割を果たす隣接する導電性ダイヤフラム領域３０、および、電気絶縁体としての役割を果たす各キャビティ２６内の気体または真空による容量結合が生成される。
【００３０】
ＭＥＭＳ圧力センサ２０の内部キャビティ２６は密閉され、各々既知の基準圧力を含み、たとえば、各内部キャビティ２６はシールされる前に、部分的に排気されるか、または代わりに、窒素または別の不活性ガスによって加圧されてもよい。図１に示す例示的な向きを参照すると、各ダイヤフラム領域３０の下面または底面は、そのそれぞれのキャビティ２６内に含まれる基準圧力にさらされており、一方で各ダイヤフラム領域３０の上面または頂面は周囲環境に対して開いており、または露出している。ＭＥＭＳ圧力センサ２０の動作中、ダイヤフラム領域３０の露出した上面は圧力測定が行われるべき液体または気体と流体連通されている。ＭＥＭＳ圧力センサ２０の外部の圧力が変化すると、ダイヤフラム領域３０にわたる圧力差も変化する。これらの圧力差の変化に応答して導電性ダイヤフラム領域３０は内向きまたは外向きにたわみ、ダイヤフラム領域３０、電極３４、およびそれらの間の間隙を含む容量性構造の容量がそれに応じて変動する。ダイヤフラム領域３０および電極３４に電気的に結合されている、示されていない相互接続線を利用して、容量の変化が（たとえば、ＭＥＭＳ圧力センサ２０とともにパッケージされている、示されていない集積回路によって）モニタリングされることができ、ＭＥＭＳ圧力センサ２０の外部の圧力が計算されることができる。
【００３１】
ＭＥＭＳ圧力センサ２０の作製中、膜構造２２は、その後、内部キャビティ２６を生成するために除去される犠牲体材料の上に多結晶シリコンをブランケット堆積することによって形成されてもよい。従って、ポリシリコン膜構造２２は、平坦でない、または起伏のある表面、すなわち、約０．１ミクロン（μｍ）よりも大きい粗さまたは形状高さを有する表面の上にシリコン結晶格子が累積または蓄積することに起因して、膜構造２２の外周縁またはコーナー部分付近（図１において範囲３６によって特定される）など、その特定の領域内に不規則または非平行結晶構造を付与され得る。図２は、概してこの不規則な結晶形態を示す１つの膜構造２２の１つのそのような外縁部分の断面図である。見てとれるように、外縁部分３６は、階段状遷移領域３８を含み、これは、隣接するダイヤフラム領域３０およびアンカ領域２８と比較して異なる粒子配向を有する。従って、外縁部分３６にわたる粒子構造は不均一または非平行であり、配向がまったく異なる粒子が混合する接合部分または境界（図２において破線４１によって特定される）を含む。そのような非平行粒子境界は構造的に弱く、集中した機械的応力を受けると、亀裂（クラック）または破砕を生じる場合がある。特に、図２に矢印４０によって特定される亀裂開始点など、高い応力が集中した領域における異なる結晶形態の間の接合部分に沿って亀裂が形成する場合がある。形成後、亀裂は次いで隣接するダイヤフラム領域３０の中心線に向かって外向きに広がる場合がある。これは、平面図におけるＭＥＭＳ圧力センサ２０の物理的実施態様の光学顕微鏡画像である図３を参照することによって、さらに諒解され得る。図３において、矢印４０は亀裂開始点を特定し、矢印４２は伸長した亀裂を特定し、この亀裂は、開始点４０から近傍のダイヤフラム領域３０の中心線に向かって外向きに広がっている。
【００３２】
ポリシリコン膜構造２２の亀裂は、複数の理由から問題になる可能性がある。ポリシリコン膜構造２２の亀裂は、ダイヤフラム領域３０の構造的特性を変化させ、それによって、ＭＥＭＳ圧力センサ２０の容量出力の信頼性に影響を与える可能性がある。深刻な場合には、ポリシリコン膜構造２２の亀裂は、キャビティ２６の密閉環境を危険にさらし、気体の流入または流出を容認し、所定の基準圧力を変化させ、これも同様にＭＥＭＳ圧力センサ２０の出力の信頼性を低くする可能性がある。亀裂を生じた多結晶膜構造の修復は一般的に非現実的であり、そのような構造的欠陥を有するＭＥＭＳ圧力センサは概して救済することができない。従って、多結晶膜構造の亀裂は、結果として、特定の製造工程において５％ほどに高くなる可能性がある、生産収率の大幅な損失をもたらす可能性がある。多結晶膜構造の亀裂を検出するために内包テストを実行することができるが、そのようなテストは費用がかかり、多大な時間を必要とし、ＭＥＭＳ圧力センサを消費者向けに発売する前に、亀裂の生じたポリシリコン膜構造をなお検出することができない可能性がある。
【００３３】
以下に、機械的強度が改善され、亀裂の形成および広がりに対する抵抗性が増強された多層膜構造を含む、ＭＥＭＳ容量性圧力センサなどのＭＥＭＳデバイスを作製するための方法の実施形態を説明する。下記に説明する作製方法の実施形態は、膜構造の少なくとも上側部分にわたる、最も顕著にはそのアンカ領域の上に配置される上側ポリシリコン膜層の外縁またはコーナー領域における、多結晶シリコン粒子均一性を改善する。これを行うに際して、膜構造から亀裂開始点が大きく取り除かれる。ＭＥＭＳ圧力センサの場合、これによって、作製および圧力がかかっている間に亀裂がより生じにくい、より強いダイヤフラムが製造される。下記に説明する作製方法の実施形態は、有利には、内部空間またはキャビティを少なくとも部分的に封止する膜構造を有するさまざまな異なるタイプのＭＥＭＳデバイスの作製に利用することができる。非限定的な例示として、ＭＥＭＳ容量性圧力センサを作製するのに適した第１の方法の一例を図４〜図１２とともに下記に説明し、ＭＥＭＳ容量性圧力センサを作製するのに適した第２の方法の一例を図１３〜図１７とともに下記に説明する。
【００３４】
図４〜図１１は、製造のさまざまな段階において示され、本発明の第１の例示的な実施形態に応じて生産される、ＭＥＭＳ容量性圧力センサ５０（部分的に図示）の簡略断面図である。図４〜図１１に示し、さらに下記のように、ＭＥＭＳ圧力センサ５０は非限定的な例としてのみ提供され、下記に説明する作製工程は容量性圧力センサ以外のＭＥＭＳデバイスを製造するのに利用することができることを強調しておく。さらに、図４〜図１１とともに下記に説明する作製ステップは代替的な順序において実行することができ、特定のステップは代替的な実施形態において省略されてもよく、追加のステップが代替的な実施形態において実行されてもよい。微小電子デバイスおよび半導体産業において既知の構造および工程の説明は、周知の工程の詳細を提供することなく制限または全体を省略されている場合がある。
【００３５】
最初に図４を参照すると、ＭＥＭＳ圧力センサ５０の作製は、基板５４を設け、その上に電極層５２を形成することによって開始する。基板５４は、少なくとも１つの半導体材料から成ってもよく、好ましくはシリコンから成る。一実施態様において、基板５４は、バルク・シリコン・ウェハを単離することによって製造される単結晶シリコン基板を含む。一実施形態において、バルク・シリコン・ウェハ上に複数の圧力センサが同時に作製され、工程において後に単離が行われる。しかしながら、説明を容易にするために、図４〜図１１および図１３〜図１６とともに示す作製方法は、単一のデバイスの部分を示す。基板５４が導電性である実施形態において、介在する誘電体層５６が電極層５２と基板５４の上面との間に形成されてもよい。その後、導電性材料が誘電体層５６の上に堆積され、パターニングされて、少なくとも１つのセンス電極５２（ａ）（図５）と、電気信号をセンス電極へ／からルーティングする導電性相互接続線またはトレース５２（ｂ）（図５）とを含む電極層５２がもたらされてもよい。図４には明瞭にするために示されていないが、後に形成される膜構造（後述）へ／から電気信号をルーティングするために同様の相互接続線が形成されてもよい。誘電体層５６は好都合には、基板５４の上面の上に酸化物を成長させることによって形成され、たとえば、基板５４が多結晶シリコンを含む一実施形態では、基板５４が酸化環境内で加熱されて、その酸化ケイ素の層が成長されてもよい。電極層５２は好都合には、誘電体層５６の上に導電性材料をブランケット堆積し、続いてリソグラフィパターニングすることによって形成される。たとえば、誘電体層５６は、多結晶シリコンの化学気相成長（ＣＶＤ）または物理気相成長（ＰＶＤ）によって形成されてもよい。一実施形態において、誘電体層５６は約２ミクロン（μｍ）の厚さまで成長され、電極層５２は約０．３５μｍの厚さまで堆積されるが、誘電体層５６および／または電極層５２は他の実施形態ではより厚くてもよく、またはより薄くてもよい。
【００３６】
図５に示すように、次に、パターン化電極層５２および第１の誘電体層５６の上に第２の誘電体層５８が形成される。一実施形態において、誘電体層５８は、窒化物を堆積することによって形成され、当該窒化物は約０．５μｍの厚さまで堆積されてもよいが、誘電体層５８はまた、より厚くてもよく、またはより薄くてもよい。その堆積後、誘電体層５８はパターニングされて、センス電極５２（ａ）がそれを通じて少なくとも部分的に露出する少なくとも１つの電極開口６０が作成される。その後、犠牲材料層または犠牲体材料６２（本明細書において「犠牲体６２」と称する）が、基板５４の上、具体的には誘電体層５８上、電極開口６０内、およびセンス電極５２（ａ）の上に堆積されて、図６に示す構造が生成される。犠牲体６２は、たとえば、図９〜図１２とともに下記に説明する、続いて作製される多層膜構造６４、７４内に１つ以上のキャビティを生成するためのウェットエッチャントを利用して後に除去しやすい任意の材料を堆積することによって形成されてもよい。犠牲体６２から成る層の堆積物が形成された後、次いでその層はパターニングされて、犠牲体６２が形成され、犠牲体６２にその所望の幅および長さが付与される。一実施形態において、犠牲体６２は、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）を堆積することによって形成され、リンケイ酸ガラスは続いて、フッ化水素（ＨＦ）エッチ化学種を利用して除去されることができる。犠牲物を形成するのに適した他の材料は、限定ではないが、非ドープ酸化ケイ素またはボロン・リンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含む。非限定的な例として、犠牲体６２は、約０．５μｍの厚さまで堆積されてもよいが、犠牲体６２はさらなる実施形態においてはより厚くても、またはより薄くてもよい。
【００３７】
例示的なＭＥＭＳ作製方法を継続して、ここで図７を参照すると、次に、第１のまたはベース膜層６４が犠牲体６２の上および周囲に形成される。より具体的には、犠牲体６２の直上にベース膜層６４が堆積され、犠牲体６２の縁部を越えて側方に伸長して、断面において、２つの対向するアンカ領域６６、ならびに、アンカ領域６６の間および犠牲体６２の上で側方に伸長する側方伸長体または架橋領域６７が形成される。示されている例において、ベース膜層６４は犠牲体６２を完全に封止または包囲しており、アンカ領域６６は集合的に、上面または平面図で見ると犠牲体６２の外周の周囲に延在する環状構造を形成する。下記に説明するように、後に、多結晶シリコンから成るキャップ膜層がベース膜層６４が研磨された後にその上に堆積される。従って、接合を促し、熱膨張率（ＣＴＥ）の任意の不整合を最小限に抑えるために、ベース膜層６４はまた、好ましくはキャップ膜層が形成される多結晶シリコンと実質的に同一の構成を有する多結晶シリコンを堆積することによっても形成されるが、ベース膜層６４が異なる材料から作製されることができる可能性は決して除外されるものではない。ベース膜層６４は一実施形態において約２μｍの厚さまで堆積されてもよいが、膜層６４の厚さは複数の実施形態の間で変化してもよい。層６４の相当の部分は図８とともに下記に説明する研磨工程中に除去され得るため、層６４の厚さはいくぶん任意であることを諒解されたい。
【００３８】
その上に膜層６４が形成されている（犠牲体６２から誘電体層５８へと遷移するときに高さが低減することから生じる）表面の不規則な表面トポロジと併用される、ベース膜層６４を形成するために利用される堆積工程の必然的な結果として、ベース膜層６４は同様に、その上面６８に沿って平坦でないまたは不均一な形状を付与される。たとえば、図７に示すように、ベース膜層６４の外周縁またはコーナー領域７０は、階段状特徴部を含み、当該階段状特徴部は、アンカ領域６６とその上に膜層６４が堆積されている犠牲体６２の側壁との間の接合部分と垂直に位置整合されている。３次元で考えると、これらの階段状特徴部は、ベース膜層６４の周縁全体の周りに伸長する継続的な突出部または棚であってもよい。これらの階段状特徴部の高さはたとえば、おおよそ犠牲体６２の高さ（たとえば、図７において「Ｈ１」として特定される約０．５μｍ）であってもよい。特に、ベース膜層６４が多結晶シリコンを含む実施形態において、ベース膜層６４の外縁またはコーナー領域７０におけるモルホロジは、図２とともに上述したＭＥＭＳ圧力センサ２０のコーナー領域３６の不規則または非平行なモルホロジに類似していてもよい。
【００３９】
ベース膜層６４の上側領域から好ましくない粒子構造を除去するために、少なくとも実質的な部分において、ベース膜層６４の上側領域が除去される。これは、たとえば、一実施形態においてはエッチング工程を利用して達成することができるが、ベース膜層６４の上側領域を除去するために研磨工程が実行されることが好ましい。より具体的には、化学機械平坦化（ＣＭＰ）工程を利用して、ベース膜層６４から所定の厚さを除去して層６４に平坦な上面を付与してもよく、たとえば、ＣＭＰ研磨の後に、膜層６４の上面は約０．１μｍ未満の表面粗さまたは形状高さを有してもよいが、表面粗さまたは形状高さは特定の実施形態ではより大きくてもよい。好ましい実施形態において、ベース膜層６４から除去される厚さは、犠牲体６２の上に架橋領域６７の一部を確保するのに十分制限されながら、外縁またはコーナー領域７０から階段状特徴部全体を取り除くのに十分である。これに関連して、研磨中に除去される所定の厚さは、ベース膜層６４の架橋領域６７の厚さ未満でありながら、図７に示す階段状特徴部の高さ（たとえば、約０．５μｍ）以上であってもよい。架橋領域６７が約２μｍの厚さを有する一実施形態において、研磨に従って除去される所定の厚さは約１μｍであってもよいが、除去される所定の厚さは種々の実施形態の間で変化してもよい。そのような部分ＣＭＰ研磨の結果が図８に示されている。見てとれるように、ベース膜層６４は平坦な上面７２を付与されており、最初に堆積されていたベース膜層６４の階段状外周コーナー領域７０（図７）はこの段階では除去されている。
【００４０】
上述の研磨工程に続いて、図９を参照すると、第２のまたはキャップ膜層７４が、ベース膜層６４の新たに平坦化された上面７２の上に堆積される。キャップ膜層７４は、たとえば、ＣＶＤまたはＰＶＤ堆積技法を利用して多結晶シリコンを堆積することによって形成される。ベース膜層６４の平坦な表面トポロジに起因して、キャップ膜層７４の上面７５も、平坦な表面トポロジ、および、図１２とともに下記により十分に説明するような実質的に平行な結晶粒構造を付与される。キャップ膜層７４は、実効的に、研磨中にベース膜層６４から除去された材料に置き換わってもよい。集合的に、キャップ膜層７４およびベース膜層６４は、アンカ領域６６の間で側方に伸長する可撓性ダイヤフラム領域７７を含む多層膜構造６４、７４を形成する。一実施形態において、キャップ膜層７４は、ダイヤフラム領域７７に約１．０μｍ〜約３．０μｍの厚さ、より具体的には、約２．０μｍの厚さを付与するのに十分な厚さまでＣＶＤまたはＰＶＤ工程を利用して堆積されるが、ダイヤフラム領域７７はまた、より厚くても、またはより薄くてもよい。非限定的な例として、多層膜構造６４、７４の高さは、膜構造６４、７４が概して高アスペクト比構造とみなされることがないように、その幅および長さ以下であってもよく、たとえば、一実施形態において、膜構造６４、７４の高さは約１〜約５μｍであってもよく、構造６４、７４の幅は約３０〜約８０μｍであってもよく、膜構造６４、７４の長さは約１００〜約３００μｍであってもよいが、これらの寸法はまた、より大きくても、またはより小さくてもよい。
【００４１】
キャップ膜層７４を堆積した後、少なくとも１つの貫通孔、開口、またはチャネル７６が、多層膜構造６４、７４のダイヤフラム領域７７の上面７５から犠牲体６２までエッチングされる（図９に示す）。層６４および７４がダイヤフラム領域７７を形成している、示されている例において、チャネル７６は、キャップ膜層７４およびベース膜層６４の両方を通じてエッチングされてもよい。チャネル７６は、異方性ドライエッチングを利用して実行されてもよく、当該エッチングは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）エッチ化学種などのシリコン選択的化学種を利用して実行されてもよい。チャネル７６は、犠牲体６２が適切なエッチャントにさらされ、それによって除去されることを可能にし、たとえば、犠牲体６２がＰＳＧから成る一実施形態において、ウェットＨＦエッチングが利用されてもよい。図１０に示すように、犠牲体６２が除去される結果として、二重層膜構造６４、７４内に内部空間またはキャビティ７８が形成される。その後、たとえば、キャビティ７８を排気するか、またはキャビティ７８に窒素などの加圧気体を充填することによって、基準圧力がキャビティ７８内に生成されてもよい。その後、図１１に示すように、たとえば、密封剤８０をチャネル７６内に堆積してチャネル７６内に栓８１を形成することによって、キャビティ７８が密閉されてもよい。一実施形態において、密封剤８０は、シラン（ＳｉＨ４）またはオルトケイ酸テトラエチル（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４または「ＴＥＯＳ」）化学種を用いて実行される低温プラズマ増強ＣＶＤまたは低圧ＣＶＤを利用して堆積される酸化ケイ素である。その後、従来から既知であるように、ＭＥＭＳ容量性圧力センサ５０の作製および／またはパッケージングを完了するために追加の処理ステップが利用されてもよい。
【００４２】
上述の作製工程に起因して、二重層膜構造６４、７４、より具体的にはポリシリコンキャップ膜層７４の外周縁またはコーナー領域８２において実質的に均一なまたは平行な粒子構造が作成される。これは、概して膜構造６４、７４の１つのコーナー領域８２のモルホロジまたは結晶粒構造を断面で示す図１２を参照することによってより十分に諒解され得る。見てとれるように、ポリシリコンキャップ層７４は、キャップ層７４とベース膜層６４との間の接合部分（図１２において破線８４によって特定される）に沿った部分を含め、全体を通じて実質的に平行な粒子構造を特徴とする。ベース膜層６４内に非平行粒子構造８６が依然として存在するが、この領域は体積が大きく低減されており、周囲の平行粒子構造によって機械的応力から概して遮蔽されている。結果として、多層膜構造６４、７４の強度が増大され、亀裂開始点が取り除かれる。好ましい実施形態において、ポリシリコンキャップ膜層７４は、実質的にその全体が平行粒子構造から成る。図１２に概して示すように、粒子が概して平行であり、基板５４の上面に実質的に垂直な、またはそれに直交する成長線によって配向されているため、多層膜構造６４、７４の上部領域７４における粒子構造は好適である。
【００４３】
このように、上記で封止キャビティＭＥＭＳデバイスを作製するための工程の例示的な実施形態を説明した。当該工程においては、膜構造が、その外周領域を含め、実質的に平行な粒子モルホロジを特徴する上側シリコン層を含むように、ベース基板の上に多層膜構造が形成または蓄積される。多層膜構造の上側シリコン層は、たとえば、ＣＭＰ工程を利用して平坦化された下側またはベース膜層の上に堆積される。上述の例示的な実施形態において、ＣＭＰ工程は犠牲体の上に重なるベース膜層の部分を部分的にしか除去しない、すなわち、図８を再び手短に参照すると、ベース膜層６４の側方伸長体または架橋領域６７の一部のみが、上述の工程における研磨中に除去された。しかしながら、代替的な実施形態において、ベース膜層６４の側方伸長架橋領域は、ＣＭＰ研磨中にその全体が除去されてもよい。そのような完全なＣＭＰ工程の結果が図１３に示されており、同様の参照符号が同様の構造要素を示すために利用されているが、プライム（’）記号が付加されて、デバイス５０（図４〜図１２に示す）およびデバイス５０’（図１３〜図１７に示す）、ならびにそれらのそれぞれの特徴部がさまざまな程度で異なっている場合があることが示されている。図１３から見てとれるように、そのような完全なＣＭＰ工程に従って、ベース膜層６４’のアンカ領域６６’のみが残っている。さらに、研磨によって犠牲体６２’が露出しており、犠牲体６２’に平坦な上面９０’が付与されている。言い換えれば、ＣＭＰ研磨中に、ベース膜層６２’の架橋部分の実質的に全体を取り除いてそこを通じて犠牲体６２’を露出させるのに十分な厚さが除去されただけでなく、研磨が、犠牲体６２’が最初に露出した後も継続されて、その上側部分を除去し、犠牲体６２’に、ベース膜層６４’の平坦化された上面７２’と同一平面上または同じ高さにある平坦な上面７２’が付与されている。
【００４４】
引き続き図１３に示す製造段階を参照すると、その後、ＭＥＭＳ圧力センサ５０’の製造を完了するために上述のものに類似の処理ステップが実行されてもよい。たとえば、実質的に平坦な上面７５’を有するキャップ膜層７４’が、ベース膜層６４’および犠牲体６２’の平坦化された上面の上に堆積されてもよく、それによって二重層膜構造６４’、７４’が形成され（図１４）、キャップ膜層７４’を通じて犠牲体６２’まで少なくとも１つのチャネル７６’がエッチングされてもよく（図１４）、たとえば、ウェットエッチャントにさらすことによってチャネル７６’を通じて犠牲体６２’が除去されて膜構造６４’、７４’内に内部空間またはキャビティ７８’が生成されてもよく（図１５）、キャビティ７８’内に基準圧力が生成されてもよく、キャビティ７８’がチャネル７６’の上および中に密封剤８０’を堆積することによって密閉されてもよい（図１６）。前述の事例のように、そのような製造工程は、アンカ領域６６’と垂直に位置整合されている膜構造６４’、７４’の周縁コーナーを含む、二重層膜構造６４’、７４’の上側部分に、亀裂の形成および広がりに耐える実質的に平行な結晶粒構造を付与する。
【００４５】
このように、上記において、機械的強度が改善され、亀裂の形成および広がりに対する抵抗性が増強された多層膜構造を含む、ＭＥＭＳ圧力センサなどのＭＥＭＳデバイス、およびＭＥＭＳデバイスを作製するための方法の複数の例示的な実施形態が提供された。上述の作製方法の実施形態は、膜構造の少なくとも上側部分にわたる、最も顕著には上側ポリシリコン膜層の外周縁またはコーナー領域における、多結晶シリコン粒子均一性を改善する。これを行うに際して、膜構造から亀裂開始点が完全にまたは大きく取り除かれてもよい。ＭＥＭＳ圧力センサの場合、これによって、作製および圧力がかかっている間に亀裂がより生じにくい、より強いダイヤフラムが製造される。従って、ＭＥＭＳデバイスの製造収率および市場品質の改善が達成される。２つの膜層を含むものとして上述されているが、多層膜構造はさらなる実施形態において追加の層を含んでもよい。
【００４６】
一実施形態において、上述のＭＥＭＳ作製方法は、基板の上に犠牲体を堆積または他の様態で形成する工程と、基板上に多層膜構造を生成する工程と、多層膜構造内に内部キャビティを形成するために犠牲体の少なくとも一部を除去する工程とを含む。多層膜構造は、最初に、ベース膜層が平坦でない上面を有するように、犠牲体の上および周囲にベース膜層を形成することによって生成される。ベース膜層に平坦な上面を付与するために、たとえば、研磨によって、ベース膜層から所定の厚さが除去される。その後、キャップ膜層が、ベース膜層の平坦な上面の上に堆積または他の様態で形成される。キャップ膜層は、実質的に平行な粒子配向を有する多結晶シリコンから成る。
【００４７】
さらなる実施形態において、ＭＥＭＳ作製方法は、基板上にセンス電極を形成する工程と、電極の上に誘電体層を堆積する工程と、誘電体層上に犠牲体を形成する工程と、犠牲体の上に多層ポリシリコン膜を形成または蓄積する工程とを含む。多層ポリシリコン膜は、多結晶シリコンの複数の層を堆積または他の様態で形成し、多層ポリシリコン膜の少なくとも最上層が実質的に平行な粒子構造を付与されるように、多結晶シリコンの各層を平坦化し、その上に多結晶シリコンの追加の層を堆積することによって形成される。多層ポリシリコン膜を通じて犠牲体まで少なくとも１つのチャネルがエッチングまたは他の様態で形成される。多層ポリシリコン膜によって少なくとも部分的に封止された内部キャビティを形成するために犠牲体の少なくとも一部が除去またはエッチング除去され、その後、内部キャビティを密閉するために少なくとも１つのチャネル内に栓が形成される。
【００４８】
上記は、亀裂抵抗性微小ＭＥＭＳデバイスの実施形態も説明した。ＭＥＭＳデバイスは、たとえば、基板と、基板上に形成された多層膜構造と、多層膜構造によって少なくとも部分的に密閉されたキャビティとを含んでもよい。次に、多層膜構造は、ベース膜層と、ベース膜層の上に形成されたキャップ膜層とを含む。キャップ膜層は、当該キャップ膜層の外縁領域において実質的に平行な粒子配向を有する多結晶シリコンまたは別の材料を含む。
【００４９】
前述の詳細な説明の中で少なくとも１つの例示的な実施形態を提示してきたが、膨大な数でさまざまな実施形態が存在することを理解されたい。１つまたは複数の例示的な実施形態は例に過ぎず、本発明の範囲、適用性または構成を限定することは決して意図されていないことも理解されるべきである。そうではなく、前述の詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を実行するための有意義な指針を当業者に提供するものである。添付の特許請求項に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態に記載されている要素の機能および構成にさまざまな変更を行うことができることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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