(57)【要約】      （修正有）【課題】圧力導入開口からダイアフラムエッチング空洞への移行部に段部が形成されないようにして耐圧性を高める。【解決手段】第１のトレンチエッチングによりセンサチップにダイアフラムエッチング空洞１０を形成し，ガラスプレートに設けた圧力導入開口１１が、空洞の延長部を成しているように陽極接合が行われるようにした。【選択図】図２
2005043351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロマシニング型の圧力センサであって、少なくとも１つの第１の構成エレメント（１４，１００）と、該第１の構成エレメント（１４，１００）に隣接した少なくとも１つの第２の構成エレメント（２，１１０）とが設けられており、第１の構成エレメント（１４，１００）が、少なくとも１つのダイヤフラムと、少なくとも１つの空洞（１０，１１）とを有しており、該空洞（１０，１１）が、ダイヤフラムへの、測定したい媒体の接近を可能にしており、第２の構成エレメント（２，１１０）が、開口を有している形式のものにおいて、
空洞（１０，１１）が、開口の延長部を成していることを特徴とする、マイクロマシニング型の圧力センサ。
【請求項２】
第１の構成エレメント（１４，１００）に設けられた空洞（１０，１１）が、第１の空洞（１１）と、少なくとも１つの第２の空洞（１０）とを有しており、該第２の空洞（１０）が、ダイヤフラムに隣接しており、第１の空洞（１１）が、第２の構成エレメント（２，１１０）に設けられた開口から第２の空洞（１０）への移行部を成しており、特に、第２の空洞（１０）が、第１の空洞（１１）よりも小さな直径（２００）を有しており、かつ／または第２の空洞（１０）が、第１の空洞（１１）の少なくとも一部を成している、請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
第１の構成エレメント（１４，１００）が、第２の構成エレメント（２，１１０）に陽極接合されており、かつ／または第１の構成エレメント（１４，１００）が、少なくとも部分的にシリコンを有しており、かつ／または第１の構成エレメント（１４，１００）に設けられたダイヤフラムが、第１の構成エレメント（１４，１００）と同じ材料から成っており、かつ／または第２の構成エレメント（２，１１０）が、少なくとも部分的に金属化層を、第１の構成エレメント（１４，１００）と反対に位置する側に有しており、かつ／または第２の構成エレメント（２，１１０）が、ガラス、特にパイレックス、デュランまたはテンパックスを有しており、かつ／または当該圧力センサの圧力測定が、ダイヤフラムに設けられた圧電素子（６）によって行われるようになっており、かつ／または測定したい圧力を備えた媒体が、第２の構成エレメント（２，１１０）に設けられた開口を通って案内されるようになっており、かつ／または第１の空洞と開口との寸法が互いに調和されており、これによって、開口の壁から第１の空洞の壁への移行部が、不変の経過を有しており、かつ／または開口と第１の空洞とが、ほぼ同じ直径を有している、請求項１または２記載の圧力センサ。
【請求項４】
圧力センサ、特に請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力センサを製作するための方法であって、この場合、製作のために、第１の構成エレメント（１４，１００，１０１）を、少なくとも１つの開口もしくは孔を有する第２の構成エレメント（２，１１０）に結合して、圧力センサを製作するための方法において、
第２の構成エレメント（２，１１０）に設けられた開口もしくは孔を通してトレンチエッチングプロセスを第１の構成エレメント（１４，１００，１０１）に実施することを特徴とする、圧力センサを製作するための方法。
【請求項５】
ダイヤフラムを第１の構成エレメント（１４，１００，１０１）に第１のトレンチエッチングプロセスによって製作し、第１の構成エレメント（１４，１００，１０１）を、少なくとも１つの開口を有する第２の構成エレメント（２，１１０）に結合して、圧力センサを製作するための請求項４記載の方法において、
第２のトレンチエッチングプロセスを第１の構成エレメント（１４，１００，１０１）に第２の構成エレメント（２，１１０）の孔を通して実施することを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
第１のトレンチエッチングプロセスと第２のトレンチエッチングプロセスとを同時に実施するかまたは第１のトレンチエッチングプロセスと第２のトレンチエッチングプロセスとのトレンチ深さを互いに調和し、特に、第２のトレンチエッチングプロセスのトレンチ深さが、第１のトレンチエッチングプロセスのトレンチ深さに相当しているかまたはトレンチ深さが、空洞（１０，１１）の深さに相当している、請求項５記載の方法。
【請求項７】
第１のトレンチエッチングプロセスが、第１の構成エレメント（１４，１００）に第２の構成エレメント（２，１１０）との結合前に少なくとも１つの空洞（１０，１１）を形成し、この場合、特に、第１のトレンチエッチングプロセスによって、第１の構成エレメント（１４，１００）に対する第２の構成エレメント（２，１１０）の位置決めを可能にするマーキング部を第１の構成エレメント（１４，１００）に設け、この場合、特に、第２の構成エレメント（２，１１０）に設けられた開口を空洞に対して位置決めする、請求項５記載の方法。
【請求項８】
第１のトレンチエッチングプロセスによって第１の構成エレメント（１４，１００）に第２の空洞（１０）を形成し、第２のトレンチエッチングプロセスによって第１の構成エレメント（１４，１００）に第１の空洞（１１）を形成し、この場合、第２の空洞（１０）が、ダイヤフラムに隣接しており、第１の空洞（１１）が、第２の構成エレメント（２，１１０）に設けられた開口から第２の空洞（１０）への移行部を成しており、この場合、特に、第２の空洞（１０）が、第１の空洞（１１）よりも小さな直径を（２００）有しており、かつ／または第２の空洞（１０）が、第１の空洞（１１）の少なくとも一部を成している、請求項５記載の方法。
【請求項９】
第１の構成エレメント（１４，１００）を第２の構成エレメント（２，１１０）に陽極接合し、かつ／または第１の構成エレメント（１４，１００）が、少なくとも部分的にシリコンを有しており、かつ／または第１の構成エレメント（１４，１００）に設けられたダイヤフラムが、第１の構成エレメント（１４，１００）と同じ材料から成っており、かつ／または第２の構成エレメント（２，１１０）の、第１の構成エレメント（１４，１００）と反対に位置する側に少なくとも部分的に金属化層（１２０）を被着し、かつ／または第２の構成エレメント（２，１１０）が、ガラス、特にパイレックス、デュランまたはテンパックスを有しており、かつ／または圧力センサの圧力測定を、ダイヤフラムに設けられた圧電素子（６）によって行い、かつ／または測定したい圧力を備えた媒体を、第２の構成エレメント（２，１１０）に設けられた開口を通して案内し、かつ／または第１の空洞（１１）と開口との寸法を互いに調和し、これによって、開口の壁から第１の空洞（１１）の壁への移行部が、不変の経過を有しており、かつ／または孔と第１の空洞（１１）とが、ほぼ同じ直径を有している、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
トレンチエッチングプロセスとして、高いアスペクト比を備えた、特にマイクロマシニング技術を用いたプロセスを使用する、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
第２の構成エレメント（２，１１０）として、ガラス材料から成るガラスウェーハを使用し、この場合、該ガラスウェーハへの少なくとも１つの開口の製作が、少なくともステップ：すなわち、
−ガラス表面を研削、ポリッシングまたはラッピングし、
−１つまたはそれ以上の開口をガラスウェーハに、特にマスクを用いた超音波穿孔、レーザ穿孔、サンドブラストまたはポンチによる開口の圧刻によって穿孔し、
−ガラスウェーハを熱処理し、
−ガラスウェーハの所望の厚さが達成されるまで、ガラス表面を精密研削、ポリッシングまたはラッピングする
を有しており、この場合、特に、ガラスウェーハの熱処理時に使用する温度が、ガラス材料の転移温度付近に位置している、請求項５記載の方法。
【請求項１２】
１回のトレンチエッチングプロセスによって、１つの空洞および／または１つのダイヤフラムを第１の構成エレメント（１０１）に形成する、請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力差がダイヤフラムの変形に関連して測定されるマイクロマシニング型の圧力センサであって、少なくとも１つの第１の構成エレメントと、該第１の構成エレメントに隣接した少なくとも１つの第２の構成エレメントとが設けられており、第１の構成エレメントが、少なくとも１つのダイヤフラムと、少なくとも１つの空洞とを有しており、該空洞が、ダイヤフラムへの、測定したい媒体の接近を可能にしており、第２の構成エレメントが、開口を有している形式のものに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、圧力差がダイヤフラムの変形に関連して測定される圧力センサを製作するための方法であって、この場合、製作のために、第１の構成エレメントを、少なくとも１つの開口もしくは孔を有する第２の構成エレメントに結合して、圧力センサを製作するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７０１０５５号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９５７５５６号明細書に基づき、マイクロマシニング型の半導体圧力センサ、つまり、マイクロマシニング技術を用いて製作された半導体圧力センサが公知である。この公知の半導体圧力センサは、半導体基板から成るフレームと、このフレームに配置されたダイヤフラムとを有している。この場合、このダイヤフラムには、種々異なる測定圧電抵抗が取り付けられている。この測定圧電抵抗は（ダイヤフラムの上面と下面との間の圧力差に基づく）ダイヤフラムもしくは抵抗の変形時にその抵抗値を変化させる。この場合、フレームとダイヤフラムとはシリコン基板から裏面のマスキングおよび後続のエッチングによって形成される。この場合、有利には、ダイヤフラムの下面に向かって先細りになる、台形の横断面を備えた角錐台形の切欠きを製作するために、水酸化カリウムエッチング（ＫＯＨエッチング）が使用される。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許第４１３００４４号明細書には、ホウケイ酸ガラスから成るベースに、ダイヤフラムを備えたシリコン基板を有する半導体圧力センサが開示されている。この場合、ダイヤフラムは、ＫＯＨ水溶液またはこれに類するものを使用してシリコン基板から異方性エッチングされる。この場合、一般的な角度量を備えた凹設部が形成される。これに対して、ベースは中央の圧力付与孔を有している。この圧力付与孔を介してダイヤフラムが外側に連通することができる。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７０１０５５号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９５７５５６号明細書
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許第４１３００４４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式のマイクロマシニング型の圧力センサを改良して、開口から空洞への移行部に段部が形成されないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために本発明の圧力センサでは、空洞が、開口の延長部を成しているようにした。
【０００７】
さらに、この課題を解決するために本発明の方法では、第２の構成エレメントに設けられた開口もしくは孔を通してトレンチエッチングプロセスを第１の構成エレメントに実施するようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、マイクロマシニング型の圧力センサを説明している。この圧力センサは、少なくとも１つの第１の構成エレメントと、この第１の構成エレメントに隣接した少なくとも１つの第２の構成エレメントとから成っている。この場合、第１の構成エレメントは少なくとも１つのダイヤフラムと少なくとも１つの空洞とを有している。さらに、この空洞は、測定したい媒体が空洞を通ってダイヤフラムに接近するように形成されている。さらに、第２の構成エレメントには開口が設けられている。この開口は、測定したい媒体を空洞に案内する。いま、本発明の核は、空洞の少なくとも一部が、第２の構成エレメントに設けられた開口の、移行部なしの延長部を成していることにある。
【０００９】
本発明によれば、第１の構成エレメントに設けられた空洞は中空室から成っている。この中空室は少なくとも２つの部分に分割することができる。この場合、第２の空洞はダイヤフラムへの入口を成しており、第１の空洞は、第２の構成エレメントに設けられた開口から第２の空洞への移行部を成している。この場合、有利には、第２の空洞が第１の空洞の少なくとも一部を成している。さらに、本発明の特別な構成では、第２の空洞が第１の空洞よりも小さな直径を有している。このことは、ダイヤフラムへの、第２の構成エレメントに設けられた開口を通る測定したい媒体の入口の先細りが、完全に第１の構成エレメント内で行われるという利点を有している。
【００１０】
有利には、第１の構成エレメントと第２の構成エレメントとを形成する材料が、第１の構成エレメントと第２の構成エレメントとを調和して互いに結合することができるように選択される。このことは、たとえば第１の構成エレメントが少なくとも部分的にシリコンから成っており、かつ／または第２の構成エレメントが少なくとも部分的にガラスから成っていることによって行うことができる。さらに、有利には、ダイヤフラムと第１の構成エレメントとが同じ材料から製作される。本発明の改良形では、第２の構成エレメントの、第１の構成エレメントと反対に位置する側に少なくとも部分的に層が被着される。これによって、製作プロセスによるこの側における表面の粗面化が阻止される。この層は、たとえば金属含有の層、フォトレジストまたはこれと同じ目的のために働く別の種類の層であってよい。有利には、圧力の測定が、ダイヤフラムに設けられた圧電素子を介して行われる。このためには、測定したい圧力を備えた媒体が、第２の構成エレメントに設けられた開口を通って案内される。本発明によれば、第１の空洞と、第２の構成エレメントに設けられた開口との寸法が互いに調和されており、これによって、開口から第１の空洞への移行部が不変のもしくはなだらかな経過を示している。このことは、たとえば開口と第１の空洞とがほぼ同じ直径を有していることによって達成することができる。
【００１１】
本発明の特別な構成では、圧力センサの製作プロセスが、異なる形式で組み合わせることができる種々のステップを有している。１つのステップが、たとえばトレンチエッチングプロセスによる第１の構成エレメントへのダイヤフラムの製作を有しているのに対して、別のステップは、第１の構成エレメントと第２の構成エレメントとの結合を有している。この第２の構成エレメントは開口を有している。この開口を通して後続のトレンチエッチングプロセスを第１の構成エレメントに実施することができる。選択的には、第１の構成エレメントと第２の構成エレメントとの結合が第１の構成エレメントへのダイヤフラムの製作前に行われてもよい。
【００１２】
有利には、第１のトレンチエッチングプロセスと第２のトレンチエッチングプロセスとが同時に実施される。これに対して択一的には、両トレンチエッチングプロセスが同一のトレンチエッチングプロセスであってよい。この場合、ダイヤフラムおよび／または空洞が、第２の構成エレメントに設けられた開口を通しての１回のトレンチエッチングプロセスによって初めて第１の構成エレメントに形成される。２回のトレンチエッチングプロセスが実施される場合には、本発明の特別な構成では、第１のトレンチエッチングプロセスのトレンチ深さと第２のトレンチエッチングプロセスのトレンチ深さとが互いに調和される。ちなみに、トレンチ深さとは、第１の構成エレメントから除去された部分の深さを意味している。
【００１３】
本発明の改良形では、第１の構成エレメントに第２の構成エレメントとの結合前に空洞が形成される。この空洞は、たとえば第１のトレンチエッチングプロセスによって製作することができる。この場合、有利には、第１の構成エレメントにマーキング部が設けられる。このマーキング部は、結合時の第１の構成エレメントに対する第２の構成エレメントの位置決めを容易にする。このことは、たとえば第１の構成エレメントに設けられた空洞に対する第２の構成エレメントの開口の位置決めを可能にすることができる。この場合、マーキング部を設けるための慣用の方法は、位置調整空洞を、たとえば十字形に形成することにある。
【００１４】
有利には、空洞を製作するために、高いアスペクト比、すなわち、幅に対する深さの比を有するトレンチエッチングプロセスが使用される。このような形式のトレンチエッチングプロセスによって、急斜面の側壁を備えた規定された凹設部を基板に形成することができる。
【００１５】
別の実施例では、第２の構成エレメントとして、ガラス材料から成るガラスウェーハが使用される。このガラスウェーハは少なくとも１つの開口を有している。この少なくとも１つの開口をガラスウェーハに製作するためには、種々異なる製作ステップが設けられている。この場合、有利には、まず、ガラスウェーハのガラス表面が研削、ポリッシングまたはラッピングされる。後続の方法ステップでは、１つまたはそれ以上の開口がガラスウェーハに穿孔される。このことは、たとえば超音波穿孔、レーザ穿孔またはサンドブラストによって行うことができる。一般的には、このような形式の材料処理時にはマスクが使用される。これによって、開口の所望の位置決めが達成される。本発明の特別な構成では、このように穿孔されたガラスウェーハが熱処理（昇温）にさらされる。この熱処理によって、有利には、ガラスウェーハの破裂強さが高められる。次いで、ガラス表面の精密研削、ポリッシングまたはラッピングが行われる。この場合、ラッピングは、たとえば研削またはポリッシングよりも粗い表面を形成し、したがって、選択的な表面被覆層のより良好な固着を可能にする。
【００１６】
本発明の構成では、有利には半導体材料から成る第１の構成エレメントが、開口もしくは孔を有する第２の構成エレメントに結合される。位置調整手間を減らすか、すでに第１の構成エレメントに設けられた空洞に対する開口の位置決めを減らすかもしくは回避するために、この特殊な構成では、ただ１回のトレンチエッチングプロセスが、両構成エレメントの結合後、第２の構成エレメントに設けられた開口を通して実施される。この場合、有利には、圧力を検出するために使用することができる１つの空洞もしくは１つのダイヤフラムが形成される。開口の延長部としての空洞の製作時のこのような形式の自動位置調整によって、第２の構成エレメントに設けられた開口に対する、第１の構成エレメントに設けられた空洞のずれを回避することができる。さらに、一方の構成エレメントから他方の構成エレメントへの移行部に段部は形成されない。これによって、この材料移行部における過圧強さが高められる。
【００１７】
さらなる利点は、以下の発明を実施するための最良の形態もしくは関連した特許請求の範囲から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１９】
図１に示したセンサ構造体は公知先行技術を成している。この場合、センサチップ１は、ナトリウム含有のガラスから成るガラス中間層もしくはガラス台座２に陽極接合されている。このガラス台座２は裏面で金属化されていて、金属台座４（たとえばＴＯ８台座）にはんだ３によって固定されている。この場合、公知先行技術に基づくセンサチップ１は、圧電抵抗６を備えた抵抗ブリッジから成っていてよいかまたは評価回路７に組み合わされて成っていてよい。この評価回路７は圧電抵抗６と一緒に半導体プロセスに組み込まれる。圧電抵抗６および／または評価回路７は相応のコンタクティング部８を介して接続部５に引き続き案内される。この接続部５によって、制御・調整装置への測定信号の転送が可能となる。
【００２０】
ダイヤフラムは、図１に示した公知先行技術による圧力センサでは、ＫＯＨ（水酸化カリウム）またはＴＭＡＨ（テトラメチル水酸化アンモニウム）による異方性エッチングによって製作される。しかし、圧力センサを高い圧力の範囲で使用する場合、前述したセンサ構造体では、短縮された寿命が生ぜしめられ得る。なぜならば、この構造が、低い圧力範囲ないし中程度の圧力範囲のためにしか設計されていないからである。この場合、たとえば空洞側面とダイヤフラムとの間の小さな移行曲率半径が特徴的である。この移行曲率半径は、特にタイムエッチングされたダイヤフラムにおいて特に小さく寸法設定されている。この小さな移行曲率半径によって、移行部に高い機械的な応力が生ぜしめられる。小さな移行曲率半径は破裂強さを低下させる。さらに、異方性エッチングによって、５４゜の傾きを有する平らな空洞壁を備えた一般的な空洞９が生ぜしめられる。平らな空洞壁は、加えられる圧力に極めて大きな作用面を提供する。この作用面に対して、圧力下にある媒体が力をシリコンチップ１に作用させることができる。同時に、図１に示したように、エッチングプロセス時に、シリコンチップ１に設けられた平らな空洞壁によって、接合面（シリコンとガラスとの結合面）もより小さくなる。これによって、面荷重が一層高められる。両点（空洞壁の大きな面および小さな接合面）によって、より僅かな破裂強さが生ぜしめられる。シリコンとガラスとの移行部に形成される段部（図１に示した領域１３参照）は、圧力負荷時に高い機械的な応力をガラスに生ぜしめる。このガラスも同じく破裂強さを減少させる。別のネガティブな影響を回避するためには、ガラス台座２に対して、たいてい、シリコンに適合された温度係数を示すガラスが使用される。したがって、センサ出力信号における、より僅かな長時間ドリフト、より僅かな温度依存性もしくは温度ヒステリシスが生ぜしめられることを達成することができる。
【００２１】
通常、空洞は陽極接合前に製作される（図１に示した公知先行技術参照）。この場合、測定したい圧力を備えた媒体をダイヤフラムに案内するガラス台座２に設けられた開口は、位置調整過程によって可能な限り良好にセンサチップ１によってカバーされる。異方性エッチングされたダイヤフラムでは、シリコンに設けられた空洞もしくは開口が基本的に極めて大きく形成されている。しかし、ダイヤフラムがトレンチエッチングされる場合には、ガラス台座に設けられた貫通開口と同じ大きさであってよい小さな空洞もしくは開口をシリコンに製作することもできる。この場合、ガラス台座に設けられた開口をセンサチップに位置調整する場合には、数マイクロメートルの位置調整誤差の範囲内で強制的に、段部がシリコンとガラスとの移行部に形成され、同様にダイヤフラムが製作されることが生ぜしめられる。しかし、このような段部（領域１３参照）は臨界的である。なぜならば、圧力を加えることよってセンサが負荷される場合に移行箇所に高い機械的な応力が形成されるからである。移行箇所には接線方向力が生ぜしめられる。この接線方向力は圧力供給部の内面で最大となる（このためには、図１に示した領域１３参照）。ガラスの破裂強さはシリコンの破裂強さよりも小さいので、ガラスに亀裂が生ぜしめられ得る。この亀裂は、規定された圧力でガラスひいてはセンサ全体の破損を生ぜしめ得る。しかし、この破裂圧は、段部が回避される場合に強く増大させることができる。
【００２２】
開口を備えたガラスもしくはガラスウェーハの破裂強さを高める別の可能性は、ガラスウェーハを開口の穿孔後に特殊な昇温ステップによって処理することにある。１つまたはそれ以上の開口を備えたガラスウェーハの製作のためには、まず、ガラスウェーハのガラス表面が研削されるかもしくはラッピングされる。次いで、種々異なる方法によって、開口もしくは貫通孔がガラスウェーハに穿孔され得る。この場合、一般的には、超音波穿孔、レーザ切断もしくはレーザ穿孔またはサンドブラストのような方法が使用される。開口を相応にガラスウェーハに位置決めするためには、穿孔過程時に、たとえば「シャドーマスク」によるマスキングが使用される。ガラスウェーハのガラス材料には、小さな（ミクロの）または大きな（マクロの）亀裂が、たとえばすでにガラスウェーハの製作時にまたは行われた穿孔によって形成され得る。この亀裂はガラスウェーハの破裂強さにかなり影響を与えるので、特殊な実施例では、開口（貫通孔）の穿孔後にガラスウェーハを熱処理（昇温）にさらすことが規定されている。このような昇温時に、使用されるガラス材料の転移温度（一般的には、ガラス種に応じて５００℃〜８００℃）付近にある温度が達成されると、比較的小さな亀裂が溶融し、これによって、亀裂なしの滑らかな表面が形成される。表面における比較的大きな亀裂もしくは引掻き傷または切欠きは丸み付けられる。全体的にこの熱処理によって、ガラスのより大きな機械的な負荷耐性もしくは破裂強さを達成することができる。次いで、ガラスウェーハの目標厚さへのガラス表面の精密研削／ラッピングもしくはポリッシングが行われる。下面におけるポリッシングは選択的である。裏面を金属化したい場合には、粗い表面が好まれ得る。この表面は、ラッピングによってより良好に形成することができる。これにより達成された表面増大によって、裏面金属化層がより良好に固着する。
【００２３】
破裂圧を高める別の可能性は、ガラス孔の直径の減径にある。しかし、このことも同じくセンサダイヤフラムに影響を与える。このため、ガラス開口の減径はある程度の限度までしか行うことができない。したがって、孔が、測定したい媒体内の粒子によって閉塞されないように、ガラス開口の最小直径が維持されなければならない。
【００２４】
高い圧力に対して適合されたセンサは一般的に以下の特性：すなわち、
−空洞側面とダイヤフラムとの間の小さな移行曲率半径
−鉛直な空洞壁
−シリコンガラスにおける自動位置調整する移行部
を有していることが望ましい。
【００２５】
これらの特性は、本発明によれば、以下の実施例および図２に示した圧力センサによって満たされる。この場合、大きな移行曲率半径が、異なるダイヤフラム製作法によって達成される。相応に大きな移行曲率半径を形成することができる可能なダイヤフラム製作法は、いわゆる「トレンチエッチング（たとえばＡＳＥプロセス）」である。このトレンチエッチングによって、高いアスペクト比（形成された空洞の幅に対する深さの比）を達成することができる。トレンチエッチングによって、いわば鉛直な空洞壁ひいては小さな圧力作用面が形成される。これによって、高い破裂圧強さが達成される。図３ａ〜図３ｄに示したような本発明による製作法によれば、シリコンに設けられた空洞を正確にガラス開口に位置決めすることができ、したがって、段部形成を回避することができる。
【００２６】
本発明による圧力センサを製作するためには、図３ａに示したように、直径ｄ（２００）を備えた空洞が、第１のトレンチエッチングステップで、センサチップを形成する、たとえばシリコンから成る材料１００の裏面に製作される。この場合、トレンチエッチングステップは、たとえば有利にはフォトレジストから成るマスクまたは構造化されたハードマスク（たとえばケイ素酸化物）によって、肉薄のダイヤフラムをシリコン材料１００に形成する。選択的には、第１のトレンチエッチングステップ前にシリコン表面に適切な製作プロセスによって、圧電抵抗６および／またはセンサ信号を評価するための半導体回路７の部分を被着することができる。
【００２７】
図示の製作法では、後続の時点で第２のトレンチエッチングステップが行われるので、後に所望のダイヤフラム厚さを得るために、第２のトレンチエッチングステップのトレンチ深さが予め維持されなければならない。
【００２８】
図３ｂに示したように、後続のステップでは、予めトレンチエッチングされたシリコンウェーハ１００に対する、孔を装備したガラスプレート１１０の陽極接合が行われる。この場合、ガラスプレート１１０に設けられた孔が、シリコン１００に設けられた位置調整マークに位置調整され、Ｄ（２５０）の直径を有している。この場合、シリコン１００に設けられた位置調整マークは、第１のトレンチエッチングステップで空洞と一緒に加工することができる。この場合、第２のトレンチエッチングステップにおいて、ガラスプレート１１０とシリコンウェーハ１００との間の段部形成を阻止するために、特にガラスプレート１１０の孔が、第１のトレンチエッチングステップで形成された空洞の開口よりも大きな直径（Ｄ＞ｄ）を有していることを認めることができる。
【００２９】
選択的には、穿孔されたガラスプレート１１０が陽極接合前にまたは陽極接合後に裏面（シリコンと反対の側）で金属化されてよい（図３ｂ〜図３ｄに示した層１２０参照）。これは、トレンチエッチング時に、ガラス表面がエッチングされ得ず、これによって、粗くなり得ないという利点を有している。センサチップがハウジング内にはんだ付けされる事例では、いずれにせよ、有利にはＣｒＮｉＶＡｇまたはＣｒＮｉＶＡｕによって金属化されなければならない（クロムの代わりに、チタンが使用されてもよい）。この場合、金属化は、付加的に必要となる製作ステップを意味しておらず、必要となる製作ステップを早期に置き換えることしか成していない。たとえば金および銀（一番上側の層）によるトレンチエッチング装置の汚染を回避するためには、金属化が陽極接合前にまたは陽極接合後に部分的にしか行われ得ず、たとえばクロムによって金属化され、第２のトレンチエッチングステップ後に初めて、たとえばＮｉＶＡｕによる残りの金属化層が被着され得る。択一的には、ガラス裏面が、たとえばフォトレジストによってエッチングの防護のために被覆されてもよい。しかし、トレンチエッチング後、レジストは再び除去されなければならない。
【００３０】
ガラス孔とトレンチ開口との滑らかな移行部を形成するためには、第２のトレンチエッチングステップが実施される。この場合、図３ｃに示したように、接合されたガラスプレート１１０が、第２のトレンチエッチングステップ時にマスクとして使用される。この場合、ガラスプレート１１０に設けられた開口と、第１のトレンチエッチングステップでシリコンウェーハ１００に形成された空洞との異なる直径の移行部がシリコン内に移動させられる。
【００３１】
第２のトレンチエッチングステップは、有利にはＡＳＥプロセスによって実施される。ここでは、貫通開口を備えたナトリウム含有のガラスプレート１１０がトレンチマスクとして使用される。なぜならば、このトレンチマスクが、ＳｉＯ２または規定されたフォトレジストに類似して、高い選択性をシリコンエッチング時に有しているからである。ガラス孔の直径Ｄ（２５０）が、シリコンにおける第１のトレンチエッチングプロセス時の空洞の直径ｄ（２００）よりも大きく寸法設定されていると、ガラス直径Ｄ（２５０）がシリコンに伝達され、これによって、シリコンからガラスへの段なしの移行部が形成される。この段なしの移行部は、図３ｃにもしくは図２で領域１２に明瞭に見ることができる。したがって、類似の寸法の開口の形成時の、ガラスに設けられた開口と、シリコンに位置する空洞との実際に不可避のずれが阻止される。この移動によって、段部がシリコン内に位置している。このシリコンはガラスよりも高い強さを有していて、したがって、より高い機械的な応力を吸収することができる。段部のこの移動と、段部の、トレンチエッチング時に形成されるより大きな曲率半径とによって、より高い破裂圧を達成することができる。ガラスプレート１１０はマスクとして使用され、剥離される必要がないので、自動位置調整が第２のトレンチエッチングステップ時に得られる。この第２のトレンチエッチングステップでは、シリコンがガラス開口の延長部だけでなく、ダイヤフラムでもエッチングされるので、トレンチ深さを第１のトレンチエッチングステップと調和することができる。有利には、第１のトレンチエッチングステップにおいて、ダイヤフラムを形成するために空洞１０が形成される。この空洞１０には、第２のトレンチエッチングステップのトレンチ深さが予め維持される。その後、第２のトレンチエッチングステップの間、部分的に空洞１０を増加させると共にダイヤフラムを薄くする別の空洞１１がシリコンウェーハ１００に形成される。
【００３２】
製作されたガラス・シリコン接合体の、たとえばソーイングによるセンサの個別化が図３ｄに示してある。次いで、これらの個々の圧力センサを標準プロセスによって相応のハウジング内に組み付けることができる。この場合、保持体への圧力センサの固定および評価回路に対するコンタクティングは、慣用の形式で製作された圧力センサ（図１参照）のそれに相当している。この場合、慣用の方法は、チップをガラスに接着するかまたは相応のセンサ保持体にはんだ付けすることである。
【００３３】
したがって、本発明で説明した方法によって、たとえば図２に示したような圧力センサを製作することができる。図１に示したような公知先行技術による圧力センサに比べて著しい変化は、センサチップ１４からガラスエレメント２への移行部にずれもしくは段部が生ぜしめられないことにある。このことは、図２の領域１２に図１の領域１３に比べて明瞭に見ることができる。さらに、両図面を比べてみて、センサチップ１４が、圧力に関して測定したい媒体に、より僅かな面をもたらすことを見ることができる。この小さな面によって、センサチップ１４とガラス台座２との間のより高い接合面に相俟って、より高い破裂強さを生ぜしめる、センサチップ１に比べて僅かな力がセンサチップ１４に作用する。
【００３４】
圧力センサの簡単な製作法によって、任意のダイヤフラムジオメトリを選択することができる。したがって、円形のダイヤフラムのほかに、簡単なマスキングによって、方形のまたは楕円形のダイヤフラムも使用可能となる。
【００３５】
別の実施例では、圧力センサの第１の製作ステップにおいて、穿孔された開口を備えたガラスウェーハ１１０が、図４ａに示したように、半導体ウェーハ１０１に被着される。この場合、両ウェーハが、有利には陽極接合される。この場合、有利には、シリコンウェーハが使用される。なぜならば、この場合、別の加工部を、マイクロマシニング技術を用いたプロセスによって特に簡単に形成することができるからである。ガラスウェーハ１１０に位置する開口を通してのトレンチエッチングプロセス前にウェーハ１０１の上面に圧電抵抗もしくは回路素子が被着される場合には、開口が、圧電抵抗もしくは回路素子の相応の位置に調和されなければならない。トレンチエッチングプロセス（ＡＳＥプロセス）によって、ウェーハ１０１に、図４ｂに示したように、ダイヤフラムが形成される。この場合、貫通開口を備えた、たとえばナトリウム含有のガラスプレート１１０はマスクとして作用する。なぜならば、このマスクが、ＳｉＯ２または規定されたフォトレジストに類似して、高い選択性をシリコンエッチング時に有しているからである。ガラスプレート１１０はマスクとして使用され、シリコンに設けられた既存の開口（空洞）ではなく、表面に設けられた構造体（圧電抵抗）にだけ位置調整され、再び剥離される必要もないので、ここでは、自動位置調整も言及される。この手段によって、手間のかかる構造化プロセス（たとえばケイ素酸化物またはケイ素窒化物の析出、フォトレジスト層の塗布、露光、現像、酸化物または窒化物のエッチング、フォトレジスト層の除去）が付加的に回避され、したがって、コストを節約する。
【００３６】
次いで、図４ｃに示したように、圧力センサを個別化することができ、ハウジング内に組み付けることができる。この場合、組付けは、たとえばガラスへの個別化されたチップ１９０の接着または裏面の金属化層の接着および後続のはんだ付けのような標準プロセスによって行われる。
【００３７】
すでに説明した手段に対して択一的には、穿孔されたガラスプレート１１０が、陽極接合前にまたは陽極接合後に裏面、すなわち、シリコンと反対の側で金属層１２０によって金属化されてもよい。この手段は、トレンチエッチング時に、ガラス表面がエッチングされず、したがって、粗くなり得ないという利点を有している。センサチップ１９０がハウジング内にはんだ付けされる事例では、この場合に必要となる金属化層を節約することができる。この場合、金属化は、有利にはＣｒＮｉＶＡｇまたはＣｒＮｉＶＡｕによって行われる。この場合、Ｃｒの代わりにＴｉが使用されてもよい。この場合、金属化は付加的なステップを成しておらず、単に早期に置き換えられる。
【００３８】
図４ａ〜図４ｃに示した製作プロセスによって、ダイヤフラムセンサを第１の構成エレメント１０１に製作することができる。この第１の構成エレメント１０１の空洞は、第２の構成エレメント１１０に設けられた貫通開口の大きさに調和されている。したがって、第１の構成エレメント１０１への空洞の前製造時の位置調整誤差による両構成エレメントの位置調整はもはや不要となる。したがって、移行部における段部を回避することができる。たとえば金および銀（一番上側の層）によるトレンチエッチング装置の汚染を回避するためには、金属化が陽極接合前にまたは陽極接合後に部分的にしか行われ得ず、たとえばクロムによって金属化され、第２のトレンチエッチングステップ後に初めて、たとえばＮｉＶＡｕによる残りの金属化層が被着され得る。択一的には、ガラス裏面が、たとえばフォトレジストによってエッチングの防護のために被覆されてもよい。しかし、トレンチエッチング後、レジストは再び除去されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】公知先行技術による圧力センサを示す図である。
【００４０】
【図２】本発明による製作法によって製作された圧力センサを示す図である。
【００４１】
【図３ａ】圧力センサの製作法の間に実施される第１のステップを示す図である。
【００４２】
【図３ｂ】圧力センサの製作法の間に実施される第２のステップを示す図である。
【００４３】
【図３ｃ】圧力センサの製作法の間に実施される第３のステップを示す図である。
【００４４】
【図３ｄ】圧力センサの製作法の間に実施される第４のステップを示す図である。
【００４５】
【図４ａ】圧力センサの別の実施例の第１の製作ステップを示す図である。
【００４６】
【図４ｂ】圧力センサの別の実施例の第２の製作ステップを示す図である。
【００４７】
【図４ｃ】圧力センサの別の実施例の第３の製作ステップを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  センサチップ、  ２  ガラス台座、  ３  はんだ、  ４  金属台座、  ５  接続部、  ６  圧電抵抗、  ７  評価回路、  ８  コンタクティング部、  ９  空洞、  １０  空洞、  １１  空洞、  １２  領域、  １３  領域、  １４  センサチップ、  １００  シリコンウェーハ、  １０１  半導体ウェーハ、  １１０  ガラスプレート、  １２０  層、  １９０  センサチップ、  ２００  直径、  ２５０  直径
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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