(57)【要約】【課題】【解決手段】圧力トランスデューサ用のダイヤフラムの製造方法が開示されている。該方法は、第一の導電率タイプ及び第一の面を有する基板層（ｐ型単結晶ケイ素）を提供することを備えている。陽極インプラントが基板層の第一の面に堆積され、エピタキシャル層（１４）が基板層の第一の面上で成長し、陽極インプラントがエピタキシャル層内に陽極拡散部を形成する。酸化物パターンがエピタキシャル層（１４）上に形成され、頂部層（１２）（窒化ケイ素）がエピタキシャル層及び酸化物パターン上に堆積される。次に、基板層及びエピタキシャル層の陽極拡散部をエッチングして複合的ダイヤフラムを形成する。形成されるエッチングした構造体が改良されたダイヤフラムの性能特性を有するように陽極拡散部をパターン化することができる。例えば、残るパターンは複数のボス（１６）及び相互に接続する帯板１８を有し、このためダイヤフラムは比較的大きい破壊圧力と、低圧力における直線性が改良された大きい出力信号とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力装置用の複合的ダイヤフラム（１０）の製造方法において、
第一の導電率タイプを有し、第一の面（２２）を有する基板層（２０）を提供する工程と、
インプラントを基板層（２０）の第一の面（２２）に堆積させる工程と、
基板層（２０）の第一の面（２２）の上にエピタキシャル層（２８）を成長させ、インプラントが該エピタキシャル層（２８）内に拡散部（３０、３６）を形成するようにする工程と、
酸化物パターン（３２）をエピタキシャル層（２８）上に形成する工程と、
頂部層（３８）をエピタキシャル層（２８）及び酸化物パターン（３２）上に堆積させる工程と、
基板層（２０）及びエピタキシャル層（２８）の拡散部（３０、３６）をエッチングして複合的ダイヤフラム（１０）を形成する工程とを備える、圧力装置用の複合的ダイヤフラムの製造方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、インプラントが陽極インプラントであり、拡散部（３０、３６）が陽極拡散部である、方法。
【請求項３】
請求項１の方法において、基板層（２０）がｐ型単結晶ケイ素材料を備える、方法。
【請求項４】
請求項１の方法において、陽極インプラントがイオン打ち込み器を使用して堆積される、方法。
【請求項５】
請求項１の方法において、頂部層（３８）が窒化ケイ素を備える、方法。
【請求項６】
請求項５の方法において、基板層（２０）がｐ型単結晶ケイ素材料を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、圧力トランスデューサ、より具体的には、かかる圧力トランスデューサのダイヤフラム部分に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電抵抗器を使用する圧力トランスデューサは、当該技術分野にて周知である。一般に、かかるトランスデューサには、ケイ素基板及び該基板上に成長するエピタキシャル層が形成されている。基板の一部分を除去して、薄い可撓性のダイヤフラム部分を残す。圧電抵抗器は、圧力トランスデューサを形成するためダイヤフラム部分内に配置されている。
【０００３】
作動時、ダイヤフラムの少なくとも１つの面は、圧力に露呈される。ダイヤフラムは、圧力の大きさに従って撓み、この撓みは、取り付けられた圧電抵抗器を曲げる。ダイヤフラムが曲がると、圧電抵抗器の抵抗値を変化させ、これは、少なくとも部分的に、圧電抵抗器により形成された抵抗性架橋部分の出力電圧信号の変化として反映される。
【０００４】
基板層及びエピタキシャル層は、一般に、単結晶ケイ素にて形成される。単結晶ケイ素にて形成されたダイヤフラム部分は、１２．７ｃｍ（５インチ）水頭乃至６，０００ＰＳＩの範囲にわたる圧力に対し優れた結果を生じさせる。しかし、かかる材料は、１２．７ｃｍ（５インチ）水頭以下の圧力にて優れた直線性を有する高出力信号を発生させない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下の本発明の概要は、本発明の独創的な特徴の幾つかの理解を容易にするために記載したものであり、完全に説明することを意図するものではない。明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書を全体として参照することにより、本発明の様々な面を完全に理解することが可能となる。
【０００６】
本発明のある観点によれば、圧力トランスデューサ又は同様の装置用の複合型ダイヤフラムを製造する方法が提供される。この方法は、第一の面を有する、第一の導電率タイプを有する基板層を提供することを備えている。陽極インプラントを基板層の第一の面に堆積させ、エピタキシャル層が基板層の第一の面上にて成長するようにし、その結果、陽極インプラントはエピタキシャル層内に陽極拡散部を形成する。酸化物パターンは、エピタキシャル層上に形成され、頂部層をエピタキシャル層及び酸化物パターン上に堆積させる。基板層、及びエピタキシャル層の陽極拡散部をエッチングして、複合的ダイヤフラムを形成する。
【０００７】
本発明のさらなる観点によれば、圧力センサ等にて使用するため複合的ダイヤフラムが提供される。該ダイヤフラムは、第一の窒化ケイ素層と、窒化ケイ素層に取り付けられて、ケイ素材料の圧力センサパターンを有する第二の層とを備えている。
【０００８】
本発明の新規な特徴は、本発明の以下の詳細な説明を検討することにより当該技術分野の当業者に明らかになり、又は本発明を実施することにより理解することができる。しかし、本発明の範囲内の色々な変更及び改変例は、本発明の詳細な説明及び特許請求の範囲から当該技術分野の当業者に明らかになるであろうから、本発明の詳細な説明、及び記述した特定の実施例は、本発明の特定の実施の形態を示すものであるが、説明の目的のためにのみ掲げたものであることを理解すべきである。
【０００９】
個々の図面の全体を通じて、同一又は機能的に同様の要素を同様の参照番号で示し、また、本明細書に伴い且つ本明細書の内容を説明する添付図面は、本発明をさらに具体的に示すものであり、本明細書の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明する作用を果たす。
【００１０】
図面は必ずしも正確な縮尺通りではなく、文字符号、仮想線、概略図及び部分図を使用して実施の形態が示されていることを理解すべきである。特定の場合、本発明の理解のため必要ではなく、また、その他の細部の理解を困難にする詳細は省略してある。勿論、本発明は、必ずしも本明細書に記載された特定の実施の形態の形態にのみ限定されるものではないことを理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
先ず、図１を参照すると、圧力トランスデューサ用のダイヤフラム１０の底面図が図示されている。該ダイヤフラム１０は、各側部にて長さ「Ｌ」を有する完全な四角形に形成された第一の層である、ダイヤフラム材料層１２を有している。第二の層である、パターン化したダイヤフラム材料層１４は、第一の層１２に取り付けられる。図１に図示するように、第二の層１４は、４つの帯板１８により相互に接続された４つのボス１６を備えている。図１に図示したようなボス及び帯板構造体が好ましいが、本発明に従って、多様な異なるパターンを形成することができることが理解されよう。圧電抵抗器１９は、各ボス１６の基部にて第二の層１４に取り付けられる。
【００１２】
図１に図示した圧力トランスデューサのダイヤフラム１０を形成するため、図２Ａ乃至図２Ｇに示した工程に従う。図２Ａには、頂部面２２及び底面２４を有する基板２０を形成する状態が図示されている。基板２０は、多様な既知の方法にて形成することができ且つ、多様な既知の基板材料の任意の１つを備えることができる。好ましい実施の形態において、基板は、ｐ型材料でドープされた単結晶ケイ素を備えている。
【００１３】
図２Ｂにおいて、基板２０の頂部面２２は、フォトレジストパターン２６で被覆されている。次に、ｐ型材料が、イオン打ち込み器（ｉｏｎ  ｉｍｐｌａｎｔｅｒ）等によって頂部面２２に向けられ、その結果、頂部面２２の露出領域がｐ型材料を受け入れる。フォトレジスト層２６は、除去され、ｎ型エピタキシャル層２８が、図２Ｃに最も良く図示するように、頂部面２２上で成長する。ｐ型材料を打ち込む間に露呈された頂部面２２の領域は、ｎ型エピタキシャル層２８内にｐ型拡散部３０を形成する。
【００１４】
図２Ｄに図示するように、酸化物層３２は、エピタキシャル層２８上に堆積され、第二のフォトレジスト層３４は、酸化物層３２上にパターン化される。フォトレジスト層３４及び酸化物層３２の露出領域には、図２Ｅに最も良く示すように、ｐ型材料を衝突させてエピタキシャル層２８内にｐ型拡散部３６を形成する。ダイヤフラム材料３８の頂部層を酸化物層３２の頂部に堆積させ、ダイヤフラム材料４０の底部層を基板２０の底部層２４上に堆積させる（図２Ｆ）。好ましい実施の形態において、頂部層３８及び底部層４０は、窒化ケイ素を備えている。頂部層３８及び底部層４０は、化学的蒸気成長法、プラズマ成長法又はＲＦスパッタリングのような既知の方法にて堆積させることができる。
【００１５】
次に、ｐ型拡散部３０、３６と基板２０の多くとが除去されるように、複合的構造体をエッチングする。エッチング工程の間、複合的構造体を腐食液のタンク内に配置し、また、ストップーエッチング過程を使用してｐ型材料を除去することが好ましい。ストップーエッチング過程については、その内容を参考として引用し本明細書に含めた、当該出願人に譲渡された米国特許第５，３６０，５２１号に記載されている。
【００１６】
エッチング工程の後、図２Ｇに示した構造体が残る。図２Ｇに図示するように、頂部層３８は、ダイヤフラムの全体に亙ってほぼ均一な厚さを有し、ｎ型エピタキシャル層２８の残りの部分は、頂部層３８に取り付けられている。図示した実施の形態において、頂部層３８は、図１に図示した第一のダイヤフラム材料層１２に相応する。同様に、エピタキシャル層２８は、パターン化層１４に相応し、この場合、層２８の残りの部分は、ボス１６及び帯板１８を形成する。しかし、図１に図示した好ましいボス及び帯板に加えて、任意の望ましいパターンを形成することが可能であることが理解されよう。残りの基板層２０及び底部層４０は、必要に応じてダイヤフラム１０を取り付けるための構造体を提供する。
【００１７】
形成されるトランスデューサ構造体は、特定の設計仕様に適応させることのできる複合的構造を有するダイヤフラムを提供する。図１に図示したボス及び帯板パターンは、１２．７ｃｍ（５インチ）水頭のような、低圧力レベルにて優れた直線性を有する高出力信号を発生させる。ボス１６の各々は、外幅「Ａ」及び長さ「Ｂ」にて形成されている。帯板１８は、端縁距離「Ｃ」にて関係したボス１６の各々と交差する。帯板１８の各々は、幅「Ｄ」を有する１対の角度付き脚部分４６と、長さ「Ｅ」を有する１対の接続部分５０とを備えている。接続部分５０の各々は、関係したボス１６との交点に幅「Ｆ」を有している。脚部分４６は、ボス１６の中心線６０、６２から等しい距離「Ｇ」である点５６にて交差している。接続部分５０の各々は、関係したボス１６と角度「ベータ」にて交差する。更に、ボス１６の各々は、角度「シータ」にてテーパーが付けられることが好ましい。
【００１８】
１つの代表的なボス及び帯板の実施の形態において、Ａは２００マイクロメータ、Ｂは５６０マイクロメータ、Ｃは１８０マイクロメータ、Ｄは１１５マイクロメータ、Ｅは２２５マイクロメータ、Ｆは１５マイクロメータ、Ｇは１８０マイクロメータ、Ｌは１４００マイクロメータ、ベータは６０°、シータは６°である。ダイヤフラムの全厚さが約１２．５マイクロメータの場合、頂部層３８は、約２．０マイクロメータ、中間層３０は約１０．５マイクロメータであることが好ましい。これらの寸法の各々は、ダイヤフラム１０の性能特性を変化させ得るように調節することができる。例えば、本明細書にういて、圧力限界値間の算術的差として定義される範囲は、ボスの外側幅「Ａ」、脚部分の幅「Ｄ」、接続部分の幅「Ｆ」、交点の距離「Ｇ」及び交差角度「ベータ」を小さくするか、又は、端縁距離「Ｃ」、接続部分の長さ「Ｅ」及びボスのテーパー角度「シータ」を増すことによって増大させることができる。更に、ダイヤフラム１０の端末基部の直線性は、ボスの外側幅「Ａ」、ボスの長さ「Ｂ」、接続部分の長さ「Ｅ」及びボスのテーパー角度「シータ」を小さくするか、又は、端縁距離「Ｃ」、脚部分の幅「Ｄ」、接続部分の幅「Ｆ」、交点の距離「Ｇ」及び交点角度「ベータ」を増すことによって低下させることができる。更に、範囲及び端末基部の直線性は、ダイヤフラムの長さ「Ｌ」が増すに伴って増大することが理解されよう。
【００１９】
本明細書に記載した実施の形態及び実施例は、本発明及びその実際的な適用例を最も良く説明し、これにより当該技術分野の当業者が本発明を実施し且つ利用することを可能にするために掲げたものである。しかし、当該技術分野の当業者は、上記の説明及び実施例は、単に説明のために且つ一例としてのみ掲げたものであることが理解されよう。本発明のその他の変更例及び改変例は、当該技術分野の当業者に明らかであろうし、かかる変更例及び改変例を包含することが特許請求の範囲の意図するところである。記載された説明は、本発明の範囲を限定し又は制限することを意図するものではない。特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱せずに上記の教示内容に鑑みて多数の改変例及び変更例が可能である。本発明の用途は異なる特徴を有する構成要素を含むことを意図するものである。本発明の範囲は、全ての点にて等価物を十分に考慮して特許請求の範囲により規定されるものであることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】好ましいボス及び帯板構造体を示す、圧力トランスデューサのダイヤフラム部分の底面図である。
【図２】２Ａは、圧力トランスデューサを製造する間の１つの工程を示す図である。  ２Ｂは、圧力トランスデューサを製造する間の別の工程を示す図である。  ２Ｃは、圧力トランスデューサを製造する間の更に別の工程を示す図である。  ２Ｄは、圧力トランスデューサを製造する間の更に別の工程を示す図である。  ２Ｅは、圧力トランスデューサを製造する間の更に別の工程を示す図である。  ２Ｆは、圧力トランスデューサを製造する間の更に別の工程を示す図である。  ２Ｇは、圧力トランスデューサを製造する間の更に別の工程を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０    ダイヤフラム
１２    第一のダイヤフラム材料層
１４    第二のパターン化層
１６    ボス
１８    帯板
２０    基板
２２    基板の頂部面
２４    基板の底面
２６    基板のフォトレジスト層
２８    ｎ−エピタキャシャル層．
３０    ｐ−型拡散部
３２    酸化物層
３４    フォトレジスト層
３８    頂部層
４０    底部層
４６    脚部分
５０    接続部分
５６    交点
【国際公開パンフレット】
2004529319.tif 000003
2004529319.tif 000004
2004529319.tif 000005
2004529319.tif 000006
2004529319.tif 000007
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2004529319.tif 000009
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2004529319.tif 000011
2004529319.tif 000012
2004529319.tif 000013
2004529319.tif 000014
【国際調査報告】
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2004529319.tif 000016
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