(57)【要約】  本発明は、ベースチップ上に構成されており容量的に動作するＭＥＭＳセンサに関する。当該のＭＥＭＳセンサは、ベースチップ上に被着されパターニングされた層構造体を有する。当該の層構造体には切欠が形成されており、当該の切欠内に可動電極、例えばメンブレインが配置されている。当該の切欠はカバー層によって覆われており、当該のカバー層は層構造体上で切欠の周囲に載置され、内部に後面電極を含んでいる。
2009523341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースチップ（ＢＣ）と、
該ベースチップの表面に被着されパターニングされた層構造体（ＳＡ）と、
該層構造体内に設けられ、該層構造体の縁領域によって包囲された切欠（ＡＮ）と、
前記切欠内に配置され、前記層構造体に接続されている可動電極（ＭＥ）と、
後面電極（ＲＥ）を含み、前記切欠を覆うように前記層構造体上に載置されたカバー層（ＤＳ）と
を有している、
容量的に動作するＭＥＭＳセンサにおいて、
前記カバー層（ＤＳ）または該カバー層の部分層が前記層構造体（ＳＡ）内部の前記切欠（ＡＮ）を包囲する領域において前記ベースチップの表面に通じており、前記カバー層または該カバー層の部分層と前記ベースチップとが接続されて該切欠の側方を定めている
ことを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記切欠（ＡＮ）の領域の前記カバー層（ＤＳ）は導電性部分層を含む、請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記カバー層（ＤＳ）はポリシリコンから成る部分層を含む、請求項２記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記カバー層の表面は前記切欠（ＡＮ）の領域と前記縁領域とにおいて前記ベースチップ（ＢＣ）の表面上方の同じレベルに位置する、請求項１から３までのいずれか１項記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
前記導電性部分層または前記可動電極（ＭＥ）および／または前記カバー層（ＤＳ）の部分層はポリシリコンから形成されている、請求項２から４までのいずれか１項記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
前記切欠（ＡＮ）の領域の前記カバー層（ＤＳ）は複数の開口部（ＯＥ）のパターンを有する、請求項１から５までのいずれか１項記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
前記カバー層（ＤＳ）は窒化ケイ素層を含む、請求項１から６までのいずれか１項記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
前記カバー層（ＤＳ）は２つの窒化ケイ素層を含み、該２つの窒化ケイ素層のあいだにポリシリコン層（ＰＳ）が配置されている、請求項７記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項９】
前記可動電極（ＭＥ）はメンブレインとして形成されており、前記縁領域の前記カバー層または該カバー層（ＤＳ）の部分層は前記切欠（ＡＮ）の内部に前記ベースチップ（ＢＣ）の方向へ向かう突起部を有しており、該突起部は前記メンブレインの直上に達する、請求項１から８までのいずれか１項記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１０】
前記メンブレインは前記ベースチップ（ＢＣ）の全厚さにわたるスルーホール（ＤＢ）の上方に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１１】
犠牲層の材料は酸化ケイ素を含む、請求項１から９までのいずれか１項記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１２】
ステップＡ）一連の層形成プロセスおよび層パターニングプロセスにより、２つの犠牲層（ＯＳ）およびこれらのあいだに配置された可動電極（ＭＥ）を含む層構造体（ＳＡ）を形成し、該層構造体が平坦な表面を有するようにし、該層構造体の可動電極（ＭＥ）がベースチップ（ＢＣ）の上方の中央に位置するように該層構造体（ＳＡ）を該ベースチップ（ＢＣ）の表面に被着し、
ステップＢ）該層構造体内に、所定の距離を置いて前記可動電極を包囲し前記ベースチップの表面に達するトレンチ（ＧＲ）をエッチングし、
ステップＣ）前記層構造体の表面全体および前記トレンチ内にカバー層（ＤＳ）を被着し、
ステップＤ）前記可動電極の上方の前記カバー層に複数の開口部（ＯＥ）のパターンを形成し、
ステップＥ）前記トレンチ（ＧＲ）を少なくとも部分的にコーティングしているカバー層（ＤＳ）をエッチストップとして用い、エッチングにより前記可動電極の上方および下方の犠牲層（ＯＳ）を除去し、前記層構造体の環状の縁領域によって包囲される切欠（ＡＮ）を生じさせ、該切欠を前記カバー層が覆いかつ該切欠内に前記可動電極が位置するようにする
ことを特徴とするＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１３】
前記犠牲層（ＯＳ）は酸化ケイ素を含み、フッ化水素を含むエッチング剤により前記犠牲層を除去する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記カバー層（ＤＳ）を形成するために、前記ステップＣにおいて、
サブステップＣ１）エッジを覆うように第２のポリシリコン層（ＰＳ２）を堆積し、
サブステップＣ２）第２のポリシリコン層をパターニングして後面電極を形成し、
サブステップＣ３）酸化物層を堆積して平坦化し、
サブステップＣ４）第１の窒化ケイ素層（ＮＳ）を堆積する、
請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップＡにおいて、
サブステップＡ１）少なくとも１つの下方の犠牲層（ＯＳ）を形成し、
サブステップＡ２）ドープされた第１のポリシリコン層（ＰＳ）を形成し、
サブステップＡ３）該第１のポリシリコン層をパターニングして可動電極（ＭＥ）を形成し、
サブステップＡ４）少なくとも１つの上方の犠牲層（ＯＳ）を形成し、
サブステップＡ５）層構造体（ＳＡ）を平坦化する、
請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記サブステップＡ３において、前記第１のポリシリコン層（ＰＳ１）をパターニングしてメンブレインを形成し、続いて前記第２のポリシリコン層（ＰＳ２）から前記上方の犠牲層へ達する袋孔および前記メンブレインへ達する別の袋孔をエッチングし、前記サブステップＣ４において、エッジを覆うように窒化ケイ素層（ＮＳ）を全袋孔内に堆積させる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記サブステップＣ３の後、前記サブステップＣ４において、第３のポリシリコン層（ＰＳ）を前記窒化ケイ素層上に形成し、その上に、前記サブステップＣ５において、第２の窒化ケイ素層（ＮＳ）を形成する、請求項１４から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップＥの前に前記ベースチップ（ＢＣ）へ前記層構造体（ＳＡ）と反対側の後面からスルーホール（ＤＢ）をエッチングし、該スルーホールにおいてメンブレインとして構成された前記可動電極（ＭＥ）の下方の前記下方の犠牲層（ＯＳ）を露出させる、請求項１２から１７までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
容量的に動作するＭＥＭＳセンサ、特に慣性センサ、圧力センサまたはマイクロフォンとして用いられるＭＥＭＳセンサは、通常、可動電極として、求めるべき物理量によって運動するメンブレインまたは舌部を有し、また、このメンブレインまたは舌部に対して定められた距離を置いて対向する後面電極を有する。
【０００２】
公知のＭＥＭＳセンサでは、後面電極とこれを支持している機械的に安定な層とが協働して、ベースチップからキャップ状に突出する構造を形成している。機械的に安定な層を形成する材料として知られているのは窒化ケイ素である。当該の層は一定の特性の化学量論的に安定なプロセスによって形成される。ここで欠点となるのは、化学量論的に形成される窒化ケイ素がＭＥＭＳセンサの３次元構造に作用してその変形ひいては後面電極の位置ずれを引き起こす引張応力を形成するということである。このため、可動電極と後面電極とのあいだの距離が変化し、しばしば間隔が狭まってしまう。この場合、構造がＺ方向において変形して可動電極と後面電極とのあいだに定義された間隔が保持されないため、センサの感度が低下する。こうなると物理量の正確な測定は不可能である。
【０００３】
したがって、本発明の課題は、上述した問題を回避できるＭＥＭＳセンサを提供することである。
【０００４】
この課題は請求項１記載のＭＥＭＳセンサにより解決される。本発明の有利な実施形態およびＭＥＭＳセンサの製造方法は他の請求項に記載されている。
【０００５】
本発明は、ベースチップ上に構成されており容量的に動作するＭＥＭＳセンサに関する。本発明のＭＥＭＳセンサは中央に切欠を有するパターニングされた層構造体を有する。当該の切欠の内部では、ベースチップの近傍に可動電極が設けられる。当該の切欠そのものはカバー層によって覆われており、カバー層内部に後面電極が含まれる。当該のカバー層は切欠の周囲の層構造体の上に架けわたされている。
【０００６】
本発明のＭＥＭＳセンサは、カバー層が平坦に層構造体上に載置され、３次元的にベースチップまたは層構造体上に隆起するという利点を有する。したがって、カバー層の製造の際に形成される引張応力はカバー層の平面のみに作用する。同時にカバー層は切欠を包囲する層構造体によって支持され、これによりカバー層の変形、特に後面電極の変形が阻止される。反対側を見ると、カバー層の内部で発生する引張応力によって層構造体が安定し、後面電極の剛性が増大する。こうして、後面電極を含むカバー層に必要な機械的安定性および剛性が公知のＭＥＭＳセンサよりも小さい層厚さで達成される。
【０００７】
本発明の装置の別の利点として、公知のＭＥＭＳセンサでは忌避されてきたカバー層の材料へのアクセスが可能となるということが挙げられる。
【０００８】
例えばカバー層に対して冒頭に言及したように化学量論的な窒化ケイ素が使用され、製造の際に、ケイ素量の多い非化学量論的な窒化ケイ素に比べて、きわめて大きな引張応力が形成される。化学量論的な窒化ケイ素は機械的に安定であり、安定したプロセスにおいて、再現性を有し均等かつ一定の層特性で形成される。これに対して、非化学量論的な窒化ケイ素は不安定なプロセスにおいてしか製造できず、そのため、プロセスの制御が煩雑となり、不均一かつ再現不能な材料特性が生じてしまう。
【０００９】
本発明のＭＥＭＳセンサでは、切欠の領域のカバー層は導電性であるかまたは少なくとも１つの導電性部分層を含む。当該の部分層は、充分な導電性を形成するために高濃度にドープされたポリシリコンから成る。機械的に安定な層が窒化ケイ素から形成される。カバー層は少なくとも２つの層を含む。また、多数の層を含むカバー層を形成し、特に対称な層構造体を実現することができる。この場合、カバー層内に少なくとも１つのポリシリコン層を設け、このポリシリコン層を窒化ケイ素から成る２つの部分層のあいだに埋め込むこともできる。こうした対称な構造の多重層では応力が最適に補償され、変形をもたらさない機械的に安定な多層構造体が得られる。
【００１０】
層構造体の切欠の周囲の領域では、カバー層またはその少なくとも１つの部分層がベースチップの表面へ通じ、そこでベースチップに接続されている。相応に、切欠の全ての側面、或いは、カバー層またはその少なくとも１つの部分層の側方および上方の境界が定められる。可動電極の一部のみがカバー層またはその部分層を通して外側で電気的なコンタクトを形成している。ここで、カバー層は切欠を包囲しており、ベースチップの表面へ向かって引き下ろされている。当該の領域に直接に隣接して、つまり、切欠から離れたところで、カバー層は層構造体の表面上に延在し、これにより全体としてほぼ平坦な表面が形成され、引張応力が最適に補償される。
【００１１】
可動電極は舌部として構成され、ベースチップの表面に対して距離を置いて、例えば層構造体の端部に固定される。また、可動電極をベースチップの表面の直上に載置されるメンブレインとして構成することもできる。この場合、当該のメンブレインの下方のベースチップに、このメンブレインによって覆われるスルーホール（打ち抜き部）が設けられる。こうして当該のメンブレインを圧力差の検出素子としてまたはマイクロフォンとして利用することができるようになる。
【００１２】
可動電極ないしメンブレインの電極特性は導電性を調整するためのポリシリコンによって達成される。ここで、可動電極はポリシリコンのみから形成してもよいし、また、ポリシリコン層と１つまたは複数の機械的に安定な支持体層或いは対称構造を有する他の層とを組み合わせて形成してもよい。
【００１３】
マイクロフォンまたは圧力センサとして構成されたＭＥＭＳセンサは、切欠の領域のカバー層内に複数の開口部のパターンを有する。これにより可動電極はカバー層によって機械的影響から保護され、しかも開口部を通して周囲圧に接続される。
【００１４】
メンブレインとして構成される可動電極は、ベースチップの表面でスルーホールによって露出されているが、有利には当該の位置で固定され、メンブレイン支持部によりベースチップに押し付けられている。このために、メンブレインの縁領域のカバー層内に切欠の内部へ入り込む突起部を設けることができる。この突起部はメンブレインの表面の直上に達し、後面電極の方向ないしカバー層の方向でのメンブレインの運動可能空間を最小にする。メンブレインの固定は専ら縁領域において保証されているだけであり、中央領域ではメンブレインは自由に偏向しうる。
【００１５】
カバー層の下方縁に向かってのメンブレインの偏向は製造プロセスにおいても駆動中においても発生し、メンブレインがカバー層に引っかかったり固着してしまったりすることがある。これは特にカバー層の下面とメンブレインの上面とが同じ材料（特にポリシリコン）から形成されている場合に顕著である。これによりメンブレインが破断してＭＥＭＳセンサの機能エラーが生じることもある。これを阻止するには、カバー層内に内側へ向かう突起部の形態のスペーサを複数設け、メンブレインの上方の領域に規則的に分布させるとよい。２つの材料の固着を回避するため、当該の突起部はポリシリコンではなく有利には窒化ケイ素から形成される。
【００１６】
層構造体は犠牲層、電極層および場合により構造体材料層を含み、これらの層は製造の際に有利には全面にわたって被着される。電極層および構造体材料層は、全面にわたって被着された後、所望の形状となるようにパターニングまたは平坦化される。犠牲層を用いることにより、特に層構造体の完成後、犠牲層材料を溶解またはエッチングにより除去して切欠を形成することができる。犠牲層に適した材料は他の複数の材料に対して特異的にエッチング可能な酸化ケイ素である。ドープされたガラス層はウェットケミカルエッチングにより特に簡単に溶解させることができる。
【００１７】
以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。図は説明のための概略的なものであり、縮尺通りに描かれていないことに注意されたい。
【００１８】
図１〜図１０には本発明の製造方法の第１の実施例の各ステップが示されている。図１１〜図１５には本発明の製造方法の第２の実施例の各ステップが示されている。図１６には本発明のＭＥＭＳセンサおよび従来のＭＥＭＳにおいて発生する引張応力および圧縮応力の比較が示されている。
【００１９】
以下にマイクロフォンとして構成されるＭＥＭＳセンサの製造方法を説明する。ＭＥＭＳセンサの基礎となる層はベースチップＢＣであり、この層は少なくとも１つの機械的な支持体としての機能を満足する。つまりベースチップは機械的に安定であり特に応力に強い材料、有利にはシリコンウェハなどの結晶材料から形成される。したがって、本発明のＭＥＭＳセンサは、個別素子としてではなく、複数ずつ並列にウェハ面上で製造ないし処理される。
【００２０】
まず、複数の層堆積プロセスおよび層パターニングプロセスにより、層構造体ＳＡが形成される。第１の実施例では、少なくとも１つの第１の犠牲層ＯＳ１が堆積され、その上に第１のポリシリコン層ＰＳ１が形成され、そこにメンブレインＭＥがパターニングされ、さらにその上に第２の犠牲層ＯＳ２が形成される。これに続いて選択的に平坦化プロセス、例えばＣＭＰプロセス（化学的機械的研磨法）を行い、後続の層形成プロセス、特にカバー層の形成のために平坦な表面を得ることができる。
【００２１】
図１には個々のＭＥＭＳセンサの領域の概略的断面図が示されている。ここでは、層構造体ＳＡ内でメンブレインＭＥの周囲にトレンチＧＲが形成され、このトレンチではベースチップＢＣの表面が露出されている。メンブレインＭＥは任意の底面を有することができるが、有利にはこの底面は円形または長方形である。このメンブレインは狭い導体によって層構造体ＳＡに続いているが、このことは図示されていない。また、トレンチＧＲはメンブレインの底面の形状に応じて円柱状の閉鎖空間または角柱状の閉鎖空間を形成する。
【００２２】
次のステップでは第２のポリシリコン層ＰＳ２がエッジを覆うように表面上に堆積され、トレンチＧＲの側壁および底部がポリシリコン層によってコーティングされる。図２にはこの段階での装置の様子が示されている。
【００２３】
ポリシリコン層ＰＳは高濃度にドープされているかまたは後に適切なプロセスによってドープされる。このことは図４に則して後述する。
【００２４】
図３には第２のポリシリコン層ＰＳ２のパターニングの様子が示されている。当該のパターニングはパターンを有する第１のレジスト層ＲＳ１により行われる。パターニングのために、ケイ素のエッチングに適した任意のプロセス、例えば反応性イオンエッチングプロセスを使用することができる。
【００２５】
図４には、誘電性補助層、有利には第２の犠牲層ＯＳ２が第１のレジスト層ＲＳ１の除去後にエッジを覆うように表面全体に被着される様子が示されている。別の実施例として、当該の第２の犠牲層を高濃度にドープされた酸化ケイ素層とし、後にこの酸化ケイ素層を用いてアニールプロセスによりドープ物質を第２のポリシリコン層ＰＳ２内へ拡散させることができる。このとき、第１のポリシリコン層ＰＳ１によって区切られているトレンチの幅は、誘電性補助層である第２の犠牲層の充填が可能となるよう、充分な大きさに選定される。図示の実施例では、誘電性補助層である第２の犠牲層はフォスフォシリケートガラスから成る。
【００２６】
図５には例えばＣＭＰプロセスにより表面を平坦化した後の装置の様子が示されている。ここでは第２のポリシリコン層ＰＳ２の表面が露出されている。ポリシリコン層のうち後面電極と他の領域とを分離して第２の圧電層をパターニングしているトレンチは埋め込まれたトレンチＧＲと同様に誘電性補助層である犠牲層によって充填される。
【００２７】
図６にはポリシリコン層の表面から犠牲層の内部へ向かって複数の開口部のパターンが形成されるステップが示されている。開口部は複数の第１の袋孔ＳＬ１の形態を有する。これらの開口部はポリシリコン層ＰＳからパターニングされる後面電極の領域ＲＥに均等に分散されている。
【００２８】
パターニングされた第２のレジスト層ＲＳ２を用いて、ポリシリコン層およびその下方の犠牲層に対して適切なエッチングプロセスが適用される。
【００２９】
次のステップでは、複数の第２の袋孔ＳＬ２がエッチングされ、メンブレイン支持部が形成される。このために第３のレジスト層ＲＳ３が用いられ、後面電極ＲＥとなるようにパターニングされた第２のポリシリコン層ＰＳ２の外側に配置される。
【００３０】
複数の第２の袋孔ＳＬ２はメンブレインＭＥの表面近くまでエッチングされる。第２の袋孔ＳＬ２は、有利には、メンブレインＭＥの縁領域に均等に分散するように２次元で配列される。
【００３１】
第３のレジスト層ＲＳ３の除去後、機械的に安定なカバー層の部分層が堆積される。この部分層には特に化学量論的な窒化ケイ素が用いられる。窒化ケイ素に代えて他の機械的に安定な材料を用いてもよい。ただし当該の材料は犠牲層の材料、特に酸化ケイ素に対して特異的にエッチング可能でなくてはならない。
【００３２】
当該の堆積はエッジを覆うように行われ、これにより図８に示されている第１の袋孔および第２の袋孔の双方の側壁および底部が窒化ケイ素層ＮＳによってコーティングされる。第１の袋孔の当該の層はスペーサＡＨを形成し、第２の袋孔の当該の層はメンブレイン支持部ＭＨを形成する。スペーサＡＨおよびメンブレイン支持部ＭＨは層構造体ＳＡでの深さの点で異なるが、それ以外の点では同様に形成されている。したがってこれらの袋孔の製造の順序は入れ替え可能である。上述した製造プロセスに代えて、第２の袋孔を第１の袋孔よりも先に相互に異なるパターニングステップにおいて製造してもよい。どちらのケースでも図８に示されている段階が得られる。
【００３３】
次の図９に示されているステップでは、後面電極ＲＥの領域に複数の開口部ＯＥのパターンが第２のポリシリコン層ＰＳ２および窒化ケイ素層ＮＳから成るカバー層を通してエッチングされる。開口部ＯＥはスペーサの間に配置される。開口部ＯＥは、有利には、前述の場合と同様に、任意の円形または長方形の底部を有する袋孔の形態で製造される。ここでは袋孔の深さは重要ではなく、任意の非特異的なエッチングプロセスを利用することができる。パターニングのために第４のレジスト層ＲＳ４が用いられる。
【００３４】
次のステップではメンブレインＭＥおよび後面電極ＲＥの領域の犠牲層の材料が除去される。メンブレインＭＥとカバー層ＤＳとのあいだの領域には開口部ＯＥを通してアクセス可能である。メンブレインＭＥからベースチップＢＣの表面までの距離が小さいので、メンブレインの下方の犠牲層の材料はベースチップＢＣの側からエッチングされる。これに対してベースチップＢＣでは後面または下面からスルーホールＤＢが形成され、最下方の犠牲層の表面が露出される。スルーホールは断面図で見ると後面電極の大きさにほぼ相応するが、いずれの場合にもメンブレインＭＥより小さな断面積を有し、これにより縁領域のメンブレインＭＥはスルーホールＤＢの周囲でベースチップ上に載置されることになる。
【００３５】
スルーホールＤＢは異方性エッチングにより形成され、図示されているようにほぼ垂直な側壁を有する。また、結晶軸に対して特異的なエッチングプロセスを利用することもでき、この場合には、ケイ素などのベースチップの結晶材料に斜めの側壁が形成される。エッチング材料の侵襲は上方から下方へ向かって生じ、最下方の犠牲層が除去された後、メンブレインＭＥはベースチップ上で露出され、ベースチップに対する固定の接続部を有さなくなる。メンブレインＭＥの上方の犠牲層も完全に除去され、ポリシリコンによって充填されたトレンチＧＲによって区切られる切欠ＡＮが形成される。
【００３６】
犠牲層の材料をエッチングするために、窒化ケイ素およびポリシリコンに対して特異的なエッチングプロセスが利用され、トレンチＧＲ内のポリシリコンをエッチストップとして利用することができる。
【００３７】
図１０には完成したＭＥＭＳセンサが示されている。このＭＥＭＳセンサは導電性のポリシリコンから構成された自由振動可能なメンブレインＭＥと、ポリシリコンから成る導電性部分層として機械的に安定な窒化ケイ素層上に被着され、この窒化ケイ素層とともにカバー層を形成している後面電極ＲＥとを有している。メンブレイン支持部ＭＨはメンブレインＭＥをベースチップの表面の縁領域で固定し、スペーサＡＨはメンブレインＭＥが大きく偏向してもメンブレインＭＥとカバー層の第２のポリシリコン層ＰＳ２とが直接に接触しないようにメンブレインＭＥに対して充分な距離を保持している。
【００３８】
トレンチＧＲによって包囲されている切欠ＡＮの外側には、層構造体ＳＡがエッチングプロセスによる損傷を受けずに存在している。層構造体は切欠を安定に包囲しており、その上に載置される外側または上方へ向かってほぼ平坦なカバー層の高さを定めている。窒化ケイ素層および第２のポリシリコン層から成るカバー層は、点状に配置されているスペーサおよびメンブレイン支持部を除いて、層構造体の形状にほぼ一致するように平坦に構成されている。したがって、引張応力および圧縮応力は均等に分散され、層構造体ＳＡでの支持により補償される。これにより、カバー層ひいては後面電極がメンブレインＭＥの方向へたわむことはない。カバー層が残りの層構造体に対して応力を有することにより、機械的安定のための窒化ケイ素層を従来よりも薄くすることができ、しかもその際にカバー層の充分な剛性が得られる。公知のＭＥＭＳマイクロフォンでは約１．５μｍの層厚さのケイ素の過剰な非化学量論的に窒化ケイ素が用いられており、約１００ＭＰａの応力が形成されるが、これに対して、本発明のＭＥＭＳセンサでは、約０．５μｍの層厚さの化学量論的な標準の窒化ケイ素が用いられ、約１．３ＧＰａの応力が形成される。本発明の構造による当該の応力は悪影響をもたらさず、カバー層によってただちに補償される。材料層を薄くできるため、製造およびパターニングにかかる材料および時間を節約できる。このように、本発明のＭＥＭＳセンサは低コストに実現することができる。
【００３９】
対称なカバー層を有するＭＥＭＳセンサの製造方法を図１１〜図１５に則して説明する。図１１に示されている段階は図８に示されている第２のポリシリコン層ＰＳ２の堆積のステップの後であり、ここから出発して、次のステップにおいて、まず窒化ケイ素層ＮＳ１の上方に第３のポリシリコン層ＰＳ３がエッジを覆うように被着され、場合により続いて平坦化される。図１２にはこの段階の装置が示されている。平坦な表面の上方に第２の窒化ケイ素層ＮＳ２が有利には第１の窒化ケイ素層ＮＳ１と同じ層厚さで形成される。
【００４０】
図９と同様に、当該の３重層ないし下方に位置する第２のポリシリコン層ＰＳ２を含めて４重層の内部へ、第４のレジスト層ＲＳ４を用いて開口部ＯＥがエッチングされる。当該の開口部はその底部に犠牲層の表面が露出される深さに選定される。この場合、犠牲層ＯＳの領域にとどまる限り、深いエッチングを行っても問題は生じない。
【００４１】
図１０に則して説明したのと同様に、メンブレインＭＥの下方のベースチップＢＣにスルーホールＤＢが形成され、続いて切欠の領域の犠牲層の材料が溶解により除去される。この場合にも適切な選択的エッチングプロセスを利用することができる。犠牲層として高濃度にドープされた酸化ケイ素層および例えばフォスフォシリケートガラスが用いられる場合、フッ化水素酸ベースのウェットケミカルエッチングプロセスが行われる。ただし気体状のフッ化水素ガスを用いてエッチングプロセスを行うこともできる。ここで、有利には、気相エッチングにおいてフッ化水素ガスとドープ物質との霧状の固体生成物を生じさせないために、犠牲層の材料はあまり高濃度にはドープされない。霧状の固体生成物が生じると切欠の領域に望ましくない残留物が形成されてしまうからである。
【００４２】
図１５にはエッチングステップ後にカバー層を有するＭＥＭＳセンサの構造体が完成した様子が示されている。このカバー層は窒化ケイ素／ポリシリコン／窒化ケイ素の３重層を含む。
【００４３】
図示されていないＭＥＭＳセンサの電気端子は、メンブレインＭＥおよび後面電極ＲＥを形成する第２のポリシリコン層ＰＳ２に対するパターニングステップにおいてともにパターニングされる。ここでは特に相応の端子面に電気的に接続される電気導体が形成される。当該の端子面は層構造体の表面上に形成される。また、ベースチップの表面の一部または全体に端子を配置することができる。このために、図示されているセンサ領域の外側では、層構造体がその位置ごとに、ベースチップの表面が露出されるように大きく離れて配置される。そこでは、相応の端子面、特にボンディング可能な表面が形成され、適切に第２のポリシリコン層ＰＳ２およびメンブレインＭＥに接続される。
【００４４】
ウェハ面で複数のセンサを並列に製造する際には、個々のセンサの個別化が最終ステップで行われる。例えば個別化にはソーダイシングによる分離が利用される。
【００４５】
図１６には本発明の構造のセンサと従来の構造のセンサとにおける利点の比較が示されている。図１６のＡでは、公知のように、ベースチップ上にカバー層が載置されている。このカバー層はセンサの領域に３Ｄ構造を有し、ベースチップの上方または外側へ向かって隆起して湾曲している。製造プロセスに起因して、特に窒化ケイ素層を堆積する際に生じる引張応力ＺＳが互いに反対向きの水平な２つの矢印によって示されている。これにより、公知のセンサでのカバー層の３次元構造が見て取れる。ここで、カバー層はベースチップＢＣの表面ないしそこに配置された可動電極へ向かって偏向している。この偏向は矢印ＡＬによって示されている。
【００４６】
図１６のＢには本発明のＭＥＭＳセンサの構造が概略的に示されている。ここでは一貫してほぼ平坦なカバー層ＤＳが層構造体ＳＡ上に載置されている。この場合、発生する引張応力ＺＳは補償され、切欠ＡＮの領域におけるカバー層の偏向をもたらさない。これによりセンサの寸法は一定となり、特に後面電極ＲＥから可動電極、例えばメンブレインＭＥまでの距離も変化しない。後面電極ＲＥからメンブレインＭＥまでの距離が確実に保持されるので、監視すべき物理量、例えばメンブレインに作用する音圧が正確に測定される。
【００４７】
本発明は上述した実施例に限定されない。本発明のＭＥＭＳセンサの正確な構造ないし構成は特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の製造方法の第１の実施例の第１のステップを示す図である。
【図２】本発明の製造方法の第１の実施例の第２のステップを示す図である。
【図３】本発明の製造方法の第１の実施例の第３のステップを示す図である。
【図４】本発明の製造方法の第１の実施例の第４のステップを示す図である。
【図５】本発明の製造方法の第１の実施例の第５のステップを示す図である。
【図６】本発明の製造方法の第１の実施例の第６のステップを示す図である。
【図７】本発明の製造方法の第１の実施例の第７のステップを示す図である。
【図８】本発明の製造方法の第１の実施例の第８のステップを示す図である。
【図９】本発明の製造方法の第１の実施例の第９のステップを示す図である。
【図１０】本発明の製造方法の第１の実施例の第１０のステップを示す図である。
【図１１】本発明の製造方法の第２の実施例の第１のステップを示す図である。
【図１２】本発明の製造方法の第２の実施例の第２のステップを示す図である。
【図１３】本発明の製造方法の第２の実施例の第３のステップを示す図である。
【図１４】本発明の製造方法の第２の実施例の第４のステップを示す図である。
【図１５】本発明の製造方法の第２の実施例の第５のステップを示す図である。
【図１６】本発明のＭＥＭＳセンサおよび従来のＭＥＭＳにおいて発生する引張応力および圧縮応力の比較を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
ＢＣ  ベースチップ、  ＳＡ  層構造体、  ＡＮ  切欠、  ＧＲ  トレンチ、  ＭＥ  可動電極、  ＤＳ  カバー層、  ＤＢ  スルーホール、  ＲＥ  後面電極、  ＯＳ  犠牲層、  ＮＳ  窒化ケイ素層、  ＰＳ  ポリシリコン層、  ＲＳ  レジスト層、  ＡＨ  スペーサ（間隔保持部）、  ＭＨ  メンブレイン支持部、  ＳＬ  袋孔、  ＯＥ  開口部、  ＺＳ  引っ張り応力、  ＡＫ  偏向
【図１】
2009523341.tif 000003
【図２】
2009523341.tif 000004
【図３】
2009523341.tif 000005
【図４】
2009523341.tif 000006
【図５】
2009523341.tif 000007
【図６】
2009523341.tif 000008
【図７】
2009523341.tif 000009
【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１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【国際調査報告】
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