(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体内に製造された少なくとも一つの密閉されたキャビティ内にガス相を充填する方法において、
前記キャビティ内にガス相を生成することができるイオンを注入するために前記キャビティを密閉する構造体の壁部にイオン注入を行い、
前記注入は、前記イオンが前記キャビティに到達しうるのに十分な注入エネルギーでかつ、該キャビティ内で所定圧力を得るのに十分な量をもって行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ガス相は、１つ又はそれ以上の種類のイオンの注入により生じることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記イオンは、水素イオンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記イオンは、希ガスイオンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記イオンは、ヘリウムイオンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記イオン注入は、前記イオンが１ｋｅＶ未満の平均エネルギーを有して前記キャビティ内に到達するように注入エネルギーが選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記イオン注入は、マスクを使用することによって前記キャビティ内に限定される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記イオン注入は、前記キャビティ内で生成されるガス相に該キャビティの一つの壁部を変形させるのに十分な圧力を与えうる量をもって行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記壁部は、突起状に変形させられることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記壁部の外面が、前記構造体が外側の部材に対して電気接触を得ることができるように導電性を有して形成されていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉されたキャビティ内にガス相（gaseous phase）を充填する方法に関する。このキャビティは、導電体、半導体または誘電体等のいかなる種類の固体材料からも製造することができる。
【０００２】
【従来の技術】
密閉キャビティ内にガス相を充填することは、一定の技術分野では価値のあることである。特にマイクロエレクトロニクスの分野では、ガス相を充填することにより、圧力センサーとして使用したり、あるいは接触部を形成することができる加圧されたマイクロパッド（micro-pads）を製造することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロエレクトロニクスの分野におけるデバイス中に前述の加圧されたマイクロパッドを製造することは、従来の方法では特に困難であると考えられている。たいていのマイクロエレクトロニクスにおける方法は、低圧または大気圧で動作する装置により行われる。以上のような状況の下、所定圧力に対応するガスが充填された媒介物を備えた物理的な充填手段により、構造体中の微小キャビティ内に所定圧力でガス相を充填することは可能であるが、ガス相を所望圧力で維持しつつ微小キャビティを密閉することは困難であり、さらには不可能であるとさえ言える。
【０００４】
本発明の発明者は、キャビティと外部との間に物理的な充填手段を用いることなく、構造体内に存在する閉塞されたキャビティ内にガス相を充填できるとの知見を得た。すなわち、発明者は、キャビティ内でガスを生成することができるイオンを、該キャビティを密閉する壁部を通過させて注入することによりガス相を充填する方法を発明した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明の目的は、構造体内に存在する少なくとも一つの密閉されたキャビティ内にガス相を充填する方法を提供することである。
本発明による方法は、キャビティ内に所望のガス相を生成することができる複数のイオンを注入するためにイオン注入を行い、この注入は、キャビティに到達しうるのに十分なエネルギーを各イオンに対して供給するとともに、キャビティ内で所定圧力を得るのに十分な量をもって行われることを特徴とする。
【０００６】
“ガス相を生成することができる複数のイオン”とは、キャビティ内に供給される各イオンが、これらイオン間及び／又は周囲の複数の原子との間で相互作用を行った後に、前記各イオン間で中和された各イオン及び／又は前記各原子と中和された各イオンが結合することにより生成されるガス分子を製造することを意味する。
【０００７】
ガス相は、異なる種類の各イオンを注入することにより製造することができる。好ましくは、これらイオンは、水素イオン、または特にヘリウムイオン等の希ガスのイオンとされる。
【０００８】
好ましくは、注入に用いられるエネルギーは、キャビティ内における理論上最大のイオン濃度を提供するものとされる。
【０００９】
イオン注入は、キャビティ内で生成されるガス相にキャビティの一つの壁部を変形させるのに十分な圧力を与えうる量で行うことができる。この変形された壁部は、突起状とすることができる。この壁部の外面が導電性を有して形成されている場合には、構造体は外側の部材に対して電気接触を提供することができる。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、ガス相が誘電体として作用する少なくとも一つのキャパシタを形成するように配置された複数の電極の並び（formation）を構成することができる。
【００１１】
上記態様によれば、前記製法は、キャパシタのキャパシタンスを計測する圧力センサーを製造するために用いることができる。前記製法はさらに、注入された複数のキャビティのマトリクスから形成された各キャパシタに対する各キャパシタンスを計測することによる複数の圧力センサーのマトリクスを製造するために用いることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して行う以下の非制限的な説明により、本発明はさらに理解されるとともに、さらなる有利点および特徴が明らかとされる。図１は、物質内に注入されるイオンの濃度分布を示した図である。図２は、キャビティを半導体の構造体内に形成する方法を示し、（Ａ）〜（Ｃ）は当該形成過程の各段階を示した断面図である。図３は、本発明による方法を適用して製造された圧力センサのマトリクスを示す平面図である。図４は、本発明による方法を適用することにより電気接触を有する構造体を示した断面図である。
【００１３】
固体材料の平板にイオンを衝突させると、イオンは、該イオンに印加されるエネルギーおよび前記材料の性質に応じて様々な深さまでプレート内に浸透する。前記プレートが均質な材料で形成されるとともに一つの平坦な表面を有し、かつ所定のエネルギーのイオンビームによりイオン衝突が行われたと仮定すると、プレート内に注入されるイオンは、平均深さ付近に最大濃度を有して該平均深さ周りに分布される。図１には、単結晶シリコンのプレート内にＨ+イオン（陽子）を注入した際のイオン濃度分布の一例が示されている。さらに詳しくは、“半導体材料薄膜の製造方法”について記載された仏国特許第2,681,472号公開公報明細書を参照されたい。
【００１４】
図１において、Ｙ軸は、各矢印で示すように、所定エネルギーのイオンビームが浸透するプレートの平坦表面に一致するものである。イオンビームの方向に平行なＸ軸は、プレートの深さｐを示す。軌跡１は、例えば周囲温度等の設定温度で注入が行われた際の注入イオンの濃度分布Ｃである。この軌跡１は、注入イオンの濃度は深さＲｐで最大値をもつということを示している。したがって、固体部材内の所定深さに相対的に多量のイオンを集中させることができるということである。
【００１５】
したがって、適切な方法で各注入パラメータを調節することにより、キャビティに侵入する、充填に必要なガス相を生成するイオンの最大濃度を達成することができる。キャビティ内にのみガス相を充填し、かつキャビティ周囲の材料内へのイオン注入を回避するために、マスキングを用いることができる。
【００１６】
キャビティは、構造体を形成する材質内に自然に存在しうるが、さらには通常の方法で製造することもできる。本発明は、これら両方の可能性に適用するものである。
【００１７】
一例として、半導体の構造体に形成されたキャビティ内にガス相の充填を行う場合について説明する。
【００１８】
図２（Ａ）〜（Ｃ）には、例えばドーピングされてｎ形とされた単結晶シリコンの基体１０から形成された半導体の構造体の断面が示されている。基体１０上には、厚さ５００ｎｍの酸化層１１が、加熱による酸化によって形成されている。得られた前記構造体の一つの表面上に、厚さ５００ｎｍの多結晶シリコン層１２が堆積されている（deposited）。この多結晶シリコン層１２上には、厚さ５００ｎｍの酸化層１３が、加熱による酸化によって形成されている。多結晶シリコン層１２の約２５０ｎｍは酸化により消費されるので、残された層の厚さは２５０ｎｍとなる。
【００１９】
従来のリソエッチング（lithoetching）手法を使用することにより、開口部１４が最上部の酸化層１３に形成される。この開口部１４は、例えば直径１ｍｍの孔とされる。この開口部１４を介して、テトラメチルアンモニウム酸化水素溶液（TMAH）により多結晶シリコン層１２を加工（attack）することができる。このようにして、開口部１４を中心とする直径２００ｍｍのキャビティ１５を得ることができる（図２（Ｂ）参照）。
【００２０】
乾燥段階後に、さらに酸化層１６が、開口部１４を閉塞するために酸化層１３上に堆積される。このように、密閉されたキャビティ１５が半導体構造体内に形成されることになる（図２（Ｃ）参照）。
【００２１】
この実施形態において、キャビティ１５は直径２００ｍｍの円盤状とされている。各層１３，１６から成るユニットは、その厚さを１ｍｍ程度とすることができ、これにより、キャビティ１５を密閉する膜として機能することとなる。この膜は、前記キャビティの内外の圧力差に対して高感度なものとなる。キャビティ内にガス相を充填することにより、所定圧力に設定することができる。
【００２２】
イオン注入には、水素イオンまたは好ましくはヘリウムイオンとされる希ガスのイオンを用いることができる。ガス相は混合ガスで形成することもできる。最大イオン濃度がキャビティ内に位置するとともにガス相が所望圧力に到達する量をもって注入が行われる。
【００２３】
好ましくは、各イオンが前記キャビティを密閉する壁部を通過するときに、これらイオンがキャビティ内に到達する際の平均エネルギーが、例えば１ｋｅＶより小さくなるべく非常に低くなるように、注入エネルギーが選択される。いくつかのイオンは、キャビティ内に存在する各原子および各分子と相互作用することにより減速される。他のイオンはキャビティの底壁部で跳ね返る。さらに他のイオンはキャビティ底壁部に注入される。キャビティ底部の表面の濃度は、すぐさま飽和に達し、平衡となり、注入された各イオンに対して一つのイオンが放出されることになる。結果として、イオンが水素イオンとされた場合には、各イオンはキャビティ内で蓄積されととともに互いに再結合してＨ2ガスを生成し、これにより、ガス圧力が増大することになる。例えば、キャビティ上方の酸化層厚さが５００ｎｍとされた場合には、注入エネルギーは約６０ｋｅＶに選択されるべきである。
【００２４】
完全ガスに対する法則を適用することにより、以下の結果が導かれる。平均厚さ１ｍｍのキャビティに対して、水素による圧力１ｂａｒを得るには、６×１０15ions/cm2のＨ+イオンが必要とされる。したがって、同様のキャビティに対して、１０ｂａｒの圧力を得るには１０倍のＨ+イオンが必要とされる。
【００２５】
所定圧力に加圧された図２（Ｃ）に示す密閉キャビティは、誘電体として機能するガス相をキャビティ１５内に含んだ容量型圧力センサー（capacity
pressure sensor）として用いることができる。この場合において、キャパシタの各電極は、一方では図に破線で示したチャンバ１７を形成するために基体１０の一領域に第一の（initial）ｐ形層となるようにドーピングすることにより、他方では酸化層１６上に図に破線で示した金属電極１８（例えばアルミニウム）を堆積することにより、形成することができる。
【００２６】
同様の原理により、複数の圧力センサーからなるマトリクスを形成することもできる。これは、そのような構造の平面図である図３により示されている。この図において、加圧されたキャビティは符号１５０、上部の酸化層は符号１６０、導電体チャンバーは符号１７０、上部電極は符号１８０でそれぞれ示されている。符号１００は、各導電体チャンバー１７０に接続された複数の電気接触用スタッドを示しており、これらスタッドは、各チャンバーが形成された各層をエッチングした後に堆積される。
【００２７】
このように、複数の容量型圧力センサーからなるマトリクスが製造される。各圧力センサーは、加圧されたキャビティ１５０を介在して配置される一つの電極１８０と一つの電極１７０（又は導電体チャンバー）との交差部に配置された基本要素としてのキャパシタから構成されている。
【００２８】
したがって、得られた各圧力センサーのマトリクスは、複数の行（例えば金属製電極１８０）と、複数の列（例えば導電体チャンバー１７０）とを有している。行ｉと列ｊとの交差部の点に対応する前記センサーマトリクスの一つの成分（ｉ，ｊ）における圧力は、該成分（ｉ，ｊ）のキャパシタンスを計測することにより得られる。この目的のために、行ｉを除くすべての行および列ｊを除くすべての列は、高インピーダンスのもとに配置されている。そのため、行ｉと列ｊとの間に存在するキャパシタンスが測定される。
【００２９】
類似の形態として、外側要素に対して電気接触を行う電気接触部を有する構造体を製造することもできる。この形態は、多数のキャビティ２５が単結晶シリコン基体２０内に形成されているとともに酸化膜２１により密閉されているものとして図４に示されている。マスキング技術を用いることにより、キャビティ２５のみにイオン注入がなされる。注入されるイオンの量は、各キャビティを密閉する膜２１を膨張させかつ突起を形成するように各キャビティを加圧する量とされる。膜２１は、金属層２２で覆われている。このようにして、外側要素２８に対する電気接触部を形成することができる構造体を得ることになる。
【００３０】
上述した実施形態は、主要構成要素がシリコンおよび酸化シリコンとされた構造体について説明されたが、本発明の方法は、各要素の厚さが構造体内に形成されたキャビティ内に適切な方法でイオンを注入できるものとされるという条件で、他の固体材料にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  物質内に注入されるイオンの濃度分布を示した図である。
【図２】  キャビティを半導体の基体内に形成する方法を示し、（Ａ）〜（Ｃ）は当該形成過程の各段階を示した断面図である。
【図３】  本発明による方法を適用して製造された圧力センサのマトリクスを示す平面図である。
【図４】  本発明による方法を適用することにより電気接触部を有する構造体を示した断面図である。
【符号の説明】
１０  基体
１１  酸化層
１２  多結晶シリコン層
１３  酸化層
１４  開口部
１５  キャビティ
１６  酸化層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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