(57)【要約】      （修正有）【解決手段】圧力センサは、ＣＭＯＳ回路２を具備する第１ウェハとＳＯＩウェハである第２ウェハの２つのウェハ１ａ、１４を接合することによって製造される。前記第１ウェハ１ａの最上の材料層内に窪みが形成される。窪みは、第２ウェハ１４のシリコン層１７によって覆われて空洞１８を形成する。第２ウェハ１４の基板１５の一部または全体が除去されて、シリコン層１７から膜が形成される。または、空洞は、第２ウェハ１４内に形成されてもよい。第２ウェハ１４は、第１ウェハ１ａ上の回路に電気的に接続される。【効果】第１ウェハ１ａ上に回路を集積するための標準的なＣＭＯＳプロセスを用いることが可能となる。【選択図】図６
2007335857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路（２）をその上に集積されたシリコンの基礎基板（１）、および前記基礎基板（１）上に堆積された少なくとも１つの材料層（７乃至１１）を具備する第１ウェハ（１ａ）を用意する工程と、
第２ウェハ（１４）を用意する工程と、
前記材料層（７乃至１１）を一部除去するか省くことによって前記第１ウェハ（１ａ）内に、窪み（１２）を形成する工程と、
前記第２ウェハまたは前記第２ウェハから得られたチップを前記第１ウェハ（１ａ）上に載せる工程と、
前記第２ウェハ（１４ａ）を前記第１ウェハ（１ａ）上の前記回路に電気的に接続させる工程と、
を具備し、前記窪み（１２）は、前記基礎基板（１）内に達しない、
圧力センサの製造方法。
【請求項２】
前記第２ウェハ（１４）は、ハンドル基板（１５）と、シリコン層（１７）と、前記ハンドル基板（１５）および前記シリコン層（１７）の間の絶縁層（１６）と、を具備する、請求項１の圧力センサの製造方法。
【請求項３】
前記シリコン層（１７）は、配置されて、圧力を検知するための変形可能な膜（５）の少なくとも一部を形成する、請求項２の圧力センサの製造方法。
【請求項４】
前記第２ウェハ（１４）は、前記膜（５）によって塞がれた空洞を具備する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項の圧力センサの製造方法。
【請求項５】
前記回路（２）および前記ハンドル基板（１５）の間の第１の電気的な接触を形成する工程と、
前記回路（２）および前記膜（５）の間の第２の電気的な接触を形成する工程と、
を具備する請求項３または請求項４の圧力センサの製造方法。
【請求項６】
前記ハンドル基板（１５）内に窪みを形成することによって、前記空洞を少なくとも一部形成する工程を具備する請求項４または請求項５の圧力センサの製造方法。
【請求項７】
前記空洞は、第１室（１８ａ）および第２室（１８ｂ）を具備し、
前記第１室（１８ａ）は、前記第２室（１８ｂ）よりも容積が小さく高さが低く、
前記変形可能な膜（５）は、前記第１室（１８ａ）を覆う、
請求項４乃至請求項６の何れか１項の圧力センサの製造方法。
【請求項８】
前記第２ウェハ（１４）を前記第１ウェハ（１ａ）の上に載せた後、前記第２ウェハ（１４）の前記ハンドル基板（１５）の少なくとも一部、特に全部を除去する工程を具備する、請求項１乃至請求項７の圧力センサの製造方法。
【請求項９】
前記ハンドル基板（１５）の少なくとも一部を、前記絶縁層（１６）へと少なくとも下に向かって除去する工程を具備する請求項８の圧力センサの製造方法。
【請求項１０】
前記第２ウェハ（１４）を、前記シリコン層（１７）を前記第１ウェハ（１ａ）に向けながら、前記第１ウェハ（１ａ）上に載せる、請求項１乃至請求項９のいずれか１項の圧力センサの製造方法。
【請求項１１】
前記第２ウェハ（１４）を前記第１ウェハ（１ａ）上に、前記第２ウェハ（１４）の前記シリコン層（１７）が前記窪み（１２）を覆う前記膜（５）を形成するように載せる工程を具備する、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項の圧力センサの製造方法。
【請求項１２】
前記材料層は、酸化シリコン、窒化シリコン、金属、またはポリシリコン層である、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項の圧力センサの製造方法。
【請求項１３】
前記窪みは導電層の上方、特に前記第１ウェハ（１ａ）上の金属層（１０ｂ）の上方に形成される、請求項１２の圧力センサの製造方法。
【請求項１４】
前記第１ウェハ（１ａ）上にコンタクト窓（１３）を用意する工程と、
前記第２ウェハ（１４）の端（２０）を前記コンタクト窓（１３）に形成または配置する工程と、
前記コンタクト窓（１３）に接する金属層（２１）を前記縁（２０）まで付する工程と、
を具備する、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項の圧力センサの製造方法。
【請求項１５】
前記第１ウェハ（１ａ）上に少なくとも１つのコンタクト窓（１３、１３´）を用意する工程と、
前記第２ウェハ（１４）を、導電材料（２４）を前記第２ウェハ（１４）と前記コンタクト窓（１３、１３´）との間に配置しながら、前記第１ウェハ（１ａ）上に配置する工程と、
を具備する、請求項１乃至請求項１４のいずれか１項の圧力センサの製造方法。
【請求項１６】
前記第２ウェハ（１４）は、前記ハンドル基板（１５）をシリコン基板とするＳＯＩウェハである、請求項１乃至請求項１５のいずれか１項の圧力センサの製造方法。
【請求項１７】
前記集積回路（２）は、ＣＭＯＳプロセスまたはバイポーラプロセスを用いて製造される、請求項１乃至請求項１６のいずれか１項の圧力センサの製造方法。
【請求項１８】
前記第１、第２ウェハ間に空洞（１８）を形成する工程と、
前記第１ウェハ（１ａ）の材料を、前記第２ウェハ（１４）の反対側から、前記第１ウェハ（１ａ）の膜（５）を前記窪みを塞ぐために残存させながら除去する工程と、
を具備する請求項１乃至１７のいずれか１項の圧力センサの製造方法。
【請求項１９】
前記第２の側（３２）から前記第１ウェハへとパッシベーション層（１１´）が付される、請求項１８の圧力センサの製造方法。
【請求項２０】
前記第２ウェハ（１４）の一部をエッチングで除去する工程を具備し、
特に前記第２ウェハ（１４）は、シリコンの最上層（１７）と、絶縁層（１６）と、ハンドル基板（１５）と、を具備し、前記絶縁層（１６）は前記最上層（１７）およびハンドル基板（１５）の間に配置され、前記第２ウェハがエッチングにより一部除去されて前記最上層（１７）がハンドル基板（１５）を越えて水平に延びて突起（３４）を形成し、前記突起はウェハ接続層（２１）によって囲まれる、
請求項１８または請求項１９の圧力センサの製造方法。
【請求項２１】
前記第１ウェハ内に、前記第２ウェハ（１４）と反対側（３２）から前記第１ウェハ（１ａ）内に向かって窪み（３１）を形成する工程を具備し、
前記膜は前記空洞（１８）と前記窪み（３１）との間に残存する、
請求項１８乃至請求項２０のいずれか１項の圧力センサの製造方法。
【請求項２２】
その上に集積回路（２）を具備する第１ウェハ（１ａ）を用意する工程と、
第２ウェハ（１４）を用意する工程と、
前記第２ウェハ（１４）または前記第２ウェハから得られたチップを前記第１ウェハ（１ａ）上に載せて前記第１、第２ウェハ（１ａ、１４）間に空洞（１８）を形成する工程と、
を具備し、
前記第１、第２ウェハ（１ａ、１４）間の継ぎ目（３７）に、これらを接合した後に封止層（２１）を付して前記継ぎ目を塞ぐ、
ことを特徴とする、特に請求項１乃至請求項２１の圧力センサの製造方法。
【請求項２３】
前記封止層（２１）によって覆われた前記継ぎ目（３７）は、前記空洞（１８）を囲むように延びている、請求項２２の圧力センサの製造方法。
【請求項２４】
前記封止層は、前記第１または第２ウェハの端に付される、請求項２２または請求項２３の圧力センサの製造方法。
【請求項２５】
前記端は、ベベル化されている、請求項２４の圧力センサの製造方法。
【請求項２６】
前記封止層は、金属、ガラス、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、ＤＬＣからなる群から選択された少なくとも１つの材料からなる、請求項２２乃至請求項２５の圧力センサの製造方法。
【請求項２７】
その上に集積回路（２）を具備する第１ウェハ（１ａ）を用意する工程と、
第２ウェハ（１４）を用意する工程と、
前記第２ウェハ（１４）または前記第２ウェハから得られたチップを前記第１ウェハ（１ａ）上に載せて前記第１、第２ウェハ（１ａ、１４）間に空洞（１８）を形成する工程と、
を具備し、
前記第２ウェハまたは前記チップを前記第１ウェハ上に載せた後、前記空洞を開口を介して排気する
ことを特徴とする、特に請求項１乃至２６のいずれか１項における、圧力センサの製造方法。
【請求項２８】
前記開口は、前記第２ウェハ内の窓を介して延びている、請求項２７の圧力センサの製造方法。
【請求項２９】
前記空洞の排気の後に前記開口を塞ぐ工程を具備する、請求項２７または請求項２８の圧力センサの製造方法。
【請求項３０】
前記開口は、前記第１、第２ウェハ（１ａ、１４）間の継ぎ目（３７）を覆う封止層によって塞がれ、前記封止層によって塞がれた前記継ぎ目（３７）は前記空洞を囲むように延びている、請求項２９の圧力センサの製造方法。
【請求項３１】
ウェハ（１ａ、１４）から形成された少なくとも１つの基板と、
変形可能な膜（５）によって覆われた空洞（１８）と、
を具備し、
前記空洞（１８）は、第１、第２室（１８ａ、１８ｂ）を具備し、前記第１室（１８ａ）は、前記第２室（１８ｂ）より容積が小さく高さが低く、前記膜（５）は前記第１室の少なくとも一部を覆うように延びている、
ことを特徴とする圧力センサ。
【請求項３２】
前記第１、第２室（１８ａ、１８ｂ）を接続する通路（１８ｃ）をさらに具備する、請求項３１の圧力センサ。
【請求項３３】
前記第１室（１８ａ）は、計測キャパシタを形成する２つの導電層（１０ｂ、１７）間に配置される、請求項３１または請求項３２の圧力センサ。
【請求項３４】
前記導電層（１０ｂ）は、前記第１室（１８ａ）の底に配置される、請求項３３の圧力センサ。
【請求項３５】
基板（１）と、
前記基板（１）の第１側に配置された室（１８ａ）と、
前記室（１８ａ）を覆う変形可能な膜（５）と、
を具備し、
スルーホールが、前記室（１８ａ）と接続され且つ前記基板（１）を貫いて延びることを特徴とする差動圧力センサ。
【請求項３６】
前記スルーホール（３８）は、前記空洞（１８ａ）の水平方向における傍に配置される、請求項３５の圧力センサ。
【請求項３７】
前記室（１８ａ）は、計測キャパシタを形成する２つの導電層（１０ｂ、１７）間に配置されて請求項３５または請求項３６の差動圧力センサ。
【請求項３８】
前記層の一方（１７）は、前記膜（５）内に配置され、他方（１０ｂ）は、前記室（１８ａ）の底に配置される、請求項３７の差動圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサおよびその製造方法に関する。本発明の幾つかの側面は、その上において集積回路を有する第１ウェハ、およびハンドル基板と、シリコン層と、ハンドル基板とシリコン層との間の絶縁層とを具備する第２ウェハ、を用いて圧力センサを製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１ウェハと、第１ウェハに形成された窪みを覆う第２ウェハと、を接合して圧力センサを製造する方法が知られている。第２ウェハは、ＳＯＩ（silicon on insulator）ウェハ、すなわち、シリコン製の比較的厚いハンドル基板であって、ハンドル基板の上面上に配置された薄い絶縁層と絶縁層を覆うように配置された薄いシリコン層が形成されている。ハンドル基板は、窪みの上方に変形可能な膜を形成するために、除去される。窪みは、第１ウェハのシリコン基板内へと達する。このような設計は、標準的なＣＭＯＳ製造プロセスと両立し難く、追加の非標準的な製造プロセスを必要とする。これにより、このような設計が高価となる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
よって、本発明の第１の側面では、本発明の目的は、標準的なＣＭＯＳプロセスまたはバイポーラプロセスと両立しやすい方法を提供することである。
【０００４】
本発明のこの第１の側面によれば、第２ウェハは、第１ウェハ上に集積された回路と電気的に接続される。これによって、第１ウェハ上の標準的なＣＭＯＳ（またはバイポーラ）回路が、第２ウェハによって形成される１つ以上のセンサ素子と協働することが可能となる。第１ウェハ内に窪みが形成される。この窪みは、第１基板の基礎基板上に堆積された材料層の少なくとも一部を基礎基板そのものには達することなく貫いて延びる。これによって、標準的なＣＭＯＳまたはバイポーラ製造プロセスを用いることが可能となる。
【０００５】
このことは、窪みが導電層の上方に形成される場合に、特に重要である。なぜなら、導電層は、窪みが基礎基板の深くまで延びていなければ、ＣＭＯＳまたはバイポーラ製造プロセスを用いて製造することができるからである。同様に、このような窪みの底における他のあらゆる構造が、標準的なＣＭＯＳまたはバイポーラ製造プロセスを用いて製造することができる。
【０００６】
有利な実施形態では、第２ウェハの全体が、第１ウェハに取り付けられる。または、第２ウェハはまず個別のチップへと切り分けられ、次いで、切り分けられたチップが第１ウェハに取り付けられる。
【０００７】
有利な実施形態では、第２ウェハは、膜によって塞がれる空洞を具備する。これによって、第１ウェハの基板内に窪みを形成する必要がなくなり、標準的なＣＭＯＳプロセスおよびバイポーラプロセスとの両立がよりしやすくなる。
【０００８】
上記したように、第１ウェハの基礎基板に付されている材料層（または複数の材料層）のみを貫いて延びる第１ウェハ内の窪みによって空洞が形成される。第２ウェハは、第２ウェハのシリコン層が窪みの上方で、変形可能な膜を形成するように、第１ウェハ上に載せられる。こうして、窪みは１つ以上の材料層を基礎基板から一部省くか一部除去することによって、形成されることができる。この手順も、標準的なＣＭＯＳ製造工程と両立が可能である。材料層は、例えば、標準的なＣＭＯＳ製造プロセスにおいて一般に適用される１つ以上の層、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコン層、ポリシリコン層または金属層とすることができる。
【０００９】
第２の側面では、本発明の目的は、長期に亘って精度が良好なセンサ、およびその製造方法を提供することである。
【００１０】
この目的は、センサが２つのウェハを相互に上に載せるということによって達成される。これらウェハの間の継ぎ目には封止層が付される。この封止層は、継ぎ目を塞いで気体がそこを通り抜けることを防止する。
【００１１】
空洞は、（絶対圧力センサに用いられるような）閉じた空洞であってもよいし、（装置に対する圧力低下を測定するために第１ウェハの底側に接続される）開いた空洞であってもよい。
【００１２】
第３の側面では、本発明の目的は、また、長期に亘って精度が良好な圧力センサを提供することである。
【００１３】
この目的は、やはり、２つのウェハを相互に上に載せて、それらの間に空洞を形成することによって達成される。ウェハを相互に載せた後、空洞は、開口を介して排気される。このような開口を設けるとともに、それを用いて、ウェハを相互に載せた後に空洞を廃棄することによって、以前の製造工程において生成された残余ガスを空洞から除去することができる。これにより、空洞内が良好な真空状態にされるとともに清潔な状態にされる。
【００１４】
第４の側面では、本発明の目的は、また、長期に亘って精度が良好な圧力センサを提供することである。
【００１５】
この目的は、ウェハおよび変形可能な膜によって覆われた空洞から形成される少なくとも１つの基板を設けることによって達成される。空洞は、第１、第２室を有する。第１室は、第２室よりも容積が小さく、高さが低く、また、膜は第１室を少なくとも一部覆うように延びている。こうして、第１室は、正確な測定室として用いられることが可能であり、その一方、第２室は、空洞の表面に対する容積の比率を上昇させる。これによって、空洞の表面に由来する原子および分子から形成される空洞内の残余ガスの分圧が減少する。
【００１６】
最後の側面では、本発明の目的は、精度が良好な差動圧力センサを提供することである。
【００１７】
この目的は、基板と、基板の第１の側に配置された室と、この室を覆う柔軟な膜と、室と接続され且つ基板を貫いて延びるスルーホールと、を有するセンサによって達成される。このことによって、容量の測定に特に適している浅い室を提供でき、また基板の反対側において外部環境への繋がりが提供される。
【００１８】
本明細書において用いられている「圧力センサ」という文言は、液体の圧力と等価なパラメータまたはこれから導き出されたパラメータを測定するあらゆるタイプのセンサを指している。具体的には、この文言は、相対（すなわち、差動）圧力センサも絶対圧力センサも指しており、静的圧力センサも動的圧力センサも網羅している。動的圧力センサの重要な例は、数ヘルツから数メガヘルツの範囲での圧力振動を検出するためのマイクロフォンである。そのようなセンサは、典型的には、例えば、科学的器具類、気象学、高度測定、録音等において応用される。
【００１９】
本発明のさらなる有利な実施形態および応用例は、独立形式の請求項および以下の記載から得られる。以下の記載は、添付の図面を参照している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る、圧力センサの一実施形態の基本設計が、図１に示されている。このセンサは、シリコン製の基礎基板１を具備し、基板１上には回路２が集積されている。回路２は、例えば、増幅器、アナログデジタルコンバータ、アナログおよび／またはデジタル処理回路、インターフェース回路等を具備し得る。回路２は、非常に簡単な設計であって、例えばごく少数のトランジスタのみを具備していてもよいし、または複雑なものであって多くのトランジスタを有していてもよい。回路２は、従来のＣＭＯＳ製造プロセスを用いて製造するのが有利である。
【００２１】
また、図１のセンサは、膜５によって覆われた窪み４によって形成された空洞１８を具備する。図示の実施形態では、窪み４は、基礎基板１の上面に堆積された材料層６、すなわち回路２を作製するために用いられるＣＭＯＳプロセスの途中で基礎基板１上に付された層内に配置されている。
【００２２】
図２乃至図６は、圧力センサを製造するための方法の工程を例示している。後に詳細に記載するように、これらの工程は、実質的に、基礎基板およびその上に堆積された材料層からなる第１ウェハ内にＣＭＯＳ回路および窪みを形成することを含んでいる。第１ウェハは、次に、第２ウェハと接合される。第２ウェハは、（他のあらゆる適切な材料上の）シリコン製のハンドル基板と、その上に堆積された絶縁層およびシリコン層を有している。最後に、第２ウェハが加工されて膜が形成される。
【００２３】
第１工程において、ＣＭＯＳ回路２が、従来のＣＭＯＳ製造プロセスを用いて第１ウェハ１ａの基礎基板１に付される。このプロセスは、酸化シリコン層７、８、９や、それらの間に配置されたポリシリコンおよび／または金属層１０ａ、１０ｂのような様々な材料層を付することを具備する。典型例として、これらの層は、酸化シリコンおよび／または窒化シリコンを具備するパッシベーション層１１によって上面を覆われる。
【００２４】
そして、パッシベーション層１１は、２つのサブレイヤー１１ａ、１１ｂ、すなわちＳｉＯ2層が上に形成されたＳｉＮ層によって構成されるのが有利である。ＳｉＮ層は、バリアとして機能し、回路２を、特に水から保護する。ＳｉＯ2層は、それに接着される要素、特に後述の第２ウェハに対する接着面として機能する。
【００２５】
図２から分かるように、窪み１２が、上部表面（すなわち、回路２を受けている表面）上に形成される。窪み１２は、材料層７乃至１１の一部または全部を貫いて延びるが、基礎基板１には達しないか必ずしも達しない。図２に示される実施形態では、窪み１２は、パッシベーション層１１および最上の酸化シリコン層９を貫いて延びている。窪み１２は、エッチング技術を用いてこれらの層９、１１を一部除去することによって、またはマスク技術を用いて層９、１１を一部省くことによって形成することができる。窪み１２は、最上の金属層１０ｂに達する。このタイプの窪みを形成することは、従来のＣＭＯＳ製造プロセスの一部であり、例えばコンタクト窓を形成するために用いられるものである。
【００２６】
実際、最上の金属層１０ｂに通じるコンタクト窓１３も、窪み１２から離れて形成される。
【００２７】
次の工程では、図３に示すように、第２ウェハ１４が、第１ウェハ１ａ上に付される。上記したように、第２ウェハ１４は、ハンドル基板１５を具備する。ハンドル基板１５は、例えば酸化シリコンからなる絶縁層１６と不純物を多く導入されたシリコン層１７を備えたシリコンであることが有利である。シリコン層１７は、絶縁およびパッシベーションを行なうための第２絶縁層によって上面を覆われていてもよい。
【００２８】
第２ウェハ１４が、シリコン層１７が第１ウェハ１ａと面するように、第１ウェハ１ａに接着される。
【００２９】
次に、図４に示されるように、ハンドル基板１５が、化学的エッチングプロセスまたは機械的ミリングおよび続くエッチングを組み合わせて用いることによって、一部または全部、除去される。図４の実施形態では、窪み２７が、ハンドル基板１５内に形成される。窪み２７は、絶縁層１６に達する。これに加えて、ハンドル層１５は、コンタクト窓１３の上方においても除去される。
【００３０】
次の工程では、図５に示されるように、絶縁層１６が、窪み１８の領域およびコンタクト窓１３の上方において除去される。これにより、シリコン１７が窪み１２を覆って塞ぐ柔軟な膜として残存し、空洞１８が形成される。このような純粋なシリコン膜は、安定性が高く、予測可能な弾性特性を有し、固有応力が実質的に無い。
【００３１】
ここで、コンタクト窓１３の上端上のシリコン層１７が除去され、最上の金属層１０ｂへの通路が形成される。コンタクト窓１３は、第２ウェハ１４の端２０に位置する。
【００３２】
図６に示されるように、ここで、ウェハ配線層２１が、第１ウェハ１ａ内のコンタクト窓１３および第２ウェハ１４の端２０に付される。ウェハ配線層２１は、コンタクト窓１３の領域の最上の金属層１０ｂ、シリコン層１７、ハンドル基板１５の間の電気的な接触を形成する。
【００３３】
図６に示される、結果として得られる装置は、最上の金属層１０ｂによって形成される下部電極、およびシリコン層１７によって形成される上部電極を伴った密封された空洞１８を有する。ウェハ配線金属層２１によって、金属層１０ｂ、ひいては上部電極と、基礎基板１上の回路２と、の接続が可能となる。
【００３４】
圧力の変化は、シリコン層１７によって形成された膜の変形につながり、ひいては空洞１８の２つの電極間の電気的な容量の変化につながる。このことは、回路２によって測定される。
【００３５】
図８、図９は、本製造プロセスおよび本装置の別の実施形態を示している。このプロセスの第１の工程は、図２、図３に示される工程に対応する。しかしながら、ここで、図８に示されるように、ハンドル基板１５は、全て除去されて、第２ウェハ１４の絶縁層１６およびシリコン層１７のみが残存する。
【００３６】
続いて、図９に示されるように、絶縁層１６が、空洞１８およびコンタクト窓１３、またコンタクト窓１３´の上方において除去され、また、シリコン層１７が、コンタクト窓１３、１３´の両方の上方において除去される。ここで、ウェハ配線層２１は、コンタクト窓１３、１３´の両方において付されることが可能になり、これによって、上部金属層１０ｂとシリコン層１７との間が電気的に接触する。
【００３７】
図１０および図１１は、第３実施形態を示している。この実施形態では、空洞１８は、第２ウェハ１４内に形成される。
【００３８】
本プロセスは、やはり、第１ウェハ１ａ内に回路２を製造することから始まる。同時に、２つのコンタクト窓１３、１３´、および窪み１９が、その上面に形成される。
【００３９】
これに加えて、第２ウェハ１４に、シリコン層１７により覆われ、ハンドル基板１５内の窪みによって形成される空洞１８が用意されている。このような構造を製造するための方法は、当業者にとって既知であり、ここで説明する必要はない。
【００４０】
空洞１８は、通路１８ｃにより接続された第１室１８ａおよび第２室１８ｂを有する。第１室１８ａは、第２室１８ｂより高さが低く、容積が小さい。
【００４１】
図１０に示されるように、第２ウェハ１４が、第１ウェハ１ａに、第１室１８ａが窪み１９の上方に配置されるように、接着される。
【００４２】
ここで、図１１に示されるように、第２ウェハ１４は、ハンドル基板１５の一部を、端２０、２０´が形成されるように、除去することによって加工される。端２０、２０´の一方は、コンタクト窓１３´に隣接している。絶縁層１６が、ハンドル基板１５の残存する部分の下方を除いて、ほぼ全部、除去される。シリコン層１７が、同様に、一端１７ａにおいてコンタクト窓１３に隣接する端まで延びることを除いて、エッチングにより除去される。ここで、ウェハ配線金属層２１が、コンタクト窓１３、１３´の両方において堆積されて、コンタクト窓１３をシリコン層１７に接続するとともにコンタクト窓１３´をハンドル基板１５に接続する。
【００４３】
図１１には示されていないが、窪み１９は、水平方向において外部に向かって開口しており、これにより、シリコン層１７により形成される膜の側部が周囲の圧力に晒される。
【００４４】
図１１の実施形態では、室１８ａは、一方の電極がシリコン層１７により形成され、他方の電極がハンドル基板１５により形成されるキャパシタである。室１８ｂは、室１８ａよりずっと大きな体積を有し、空洞１８の表面に対する容積の比率を上げ、これによりここでの絶対圧力の安定性が改善する。
【００４５】
図１２は、本発明の、図１１のものに類似するが、２つのウェハの接触に別の方法を用いる一実施形態を示している。図１２の実施形態において、第２ウェハ１４は、バンプ２４、２４´を介して第１ウェハ１ａに接合される。
【００４６】
この目的のために、２つのコンタクト窓１３、１３´が第１ウェハ１ａ内に形成され、金属バンプ２４、２４´（または他のあらゆる適切な導電性材料のバンプ）がそれらの各々を覆うように付される。
【００４７】
金属バンプ２４、２４´と合った位置で、２つの金属パッド２５、２５´が第２ウェハ１４上に配置される。これらのうちの一方はシリコン層１７に接触し、もう一方はハンドル基板１５に接触する。そして、第２ウェハ１４が、第１ウェハ１ａ上に、金属パッド２５、２５´が金属バンプ２４、２４´に接するように、配置される。この工程は、例えば、金属バンプ２４、２４´を柔らかくするための加圧または加熱された中で行なわれ、これにより、信頼性があり、機械的に安定なコンタクトが形成される。
【００４８】
または、金属バンプ２４、２４´が、最初に、第２ウェハ１４に付されてもよい。
【００４９】
金属バンプ２４、２４´を用いる代わりに、適切な導電性の接続を行なうための他の導電性金属が、当業者にとって知られている。具体的には、異方性導電接着剤を用いることができる。このような接着剤は、非導電性の基質内に導電性の粒子を含んでいる。ウェハ同士を接着剤を間に挟んで押し付けあうと、粒子が、相互に接触してウェハ相互間での導電経路を形成する。
【００５０】
第２ウェハ１４の全体を第１ウェハ１ａに付する代わりに、第２ウェハを複数の個別のチップへと切り分け（またはエッチングし）、これらのチップを第１ウェハ１ａに付してもよい。
【００５１】
本発明のさらに別の実施形態が、図１３および図１４に示されている。
【００５２】
図１３に示されるように、まず、基礎基板に、金属またはポリシリコン層１０ａによって囲まれた、高濃度に不純物を導入された領域２６が設けられる。高濃度不純物導入領域２６は、窪み２９内に位置する。
【００５３】
ポリマー膜または金属膜とすることができる適切な接着層３０が、第２ウェハ１４の、高濃度不純物導入領域２６を囲む金属またはポリシリコン層１０ａと反対側に取り付けられる。そして、第２ウェハ１４の最上層１７、絶縁層１６、下に位置するハンドル基板１５が、一部、除去されて、高濃度不純物導入領域２６と反対側の突出領域２８を残してくぼみ領域２７が形成される。
【００５４】
次に、第２ウェハ１４が第１ウェハ１ａに、接着層３０の領域において、当業者にとって既知の方法によって接着される。このようにして、空洞１８が、高濃度不純物導入領域２６の上方に、かつての窪みによって形成される。
【００５５】
ハンドル基板１５は、残存する最上層１７の上方を除いて、全てエッチングにより除去される。最上層１７が、残存するハンドル基板１５を越えて水平方向に延びて、突起３４を形成するようにパターニングすることが有利である。
【００５６】
次に、ウェハ配線層２１が付されて、金属層１０ｂと、最上層１７および第２ウェハ１４の基板１５との間の電気的な接続が形成される。ウェハ配線層２１は、突起３４を囲み、これにより安定的で信頼性のある接続がなされる。
【００５７】
次の工程では、異方性エッチングが用いられて、第２ウェハ１４の反対側３２からきそ基板１内へと窪み３１が形成される。窪み３１は、基礎基板１を完全に貫いて、高濃度不純物導入領域２６に達する。次に、基礎基板１の側３２および窪み３１の表面は、パッシベーション１１´によって覆われる。
【００５８】
こうして、この実施形態では、基礎基板１の高濃度不純物導入領域２６は、空洞１８と窪み３１との間に、印加される圧力に応じて変形する柔軟な膜を形成する。この膜は、キャパシタの一方の電極を形成し、第２電極は第２ウェハ１４のシリコン層１７によって形成される。図１３および図１４の実施形態は、第２ウェハ１４がＳＯＩウェハであることを要求しないことに留意されたい。代わりに、第２ウェハ１４は、従来のシリコンウェハまたは他のあらゆる材料のウェハとすることができる。
【００５９】
図１３および図１４の実施形態は、圧力を測定される液体が第１ウェハ１ａの側３２、すなわち集積電子機器および装置のコンタクトパッドと反対側に付されることが可能であるという利点を有する。これによって、ＣＭＯＳ回路が環境の悪影響から守られるという形で、装置がより容易に収容される。
【００６０】
第１ウェハ１ａ内に窪み３１を形成する代わりに、第１ウェハ１ａの材料が、第１ウェハ１ａが空洞１８を塞ぐ柔軟な膜を形成するほどに薄くなるまで薄くするために、一様に除去されてもよい。
【００６１】
本発明のさらに別の実施形態が、図１５および図１６に示されている。この実施形態は、図９のものに類似しているが、第１ウェハ１ａ内の空洞１８が、図１１の実施形態にそれぞれ類似する第１、第２室１８ａ、１８ｂを具備している。やはり、第２室１８ｂは、第１室１８ａより容積がずっと大きく、空洞１８内の真空の質を改善する。２つの室１８ａ、１８ｂは、通路１８ｃにより相互に接続される。通路１８ｃは、第１室１８ａとほぼ同じ高さを有するが、図１６に描かれているように、幅がより狭い。
【００６２】
図１１および図１５の実施形態は、第２室１８ｂが空洞の表面に対する容積の比率を良好にしているがために、両方とも、上記したように、空洞１８内の圧力がより安定している。
【００６３】
導電性のシリコン層１７から形成される変形可能な膜５は、第１室１８ａの少なくとも一部を覆うように延びている。第１室１８ａは、浅く、導電層１０ｂ、１７間に良好な測定キャパシタを形成する。導電層の一方は、変形可能な膜５の中に位置しており、他方は第１室１８ａの底に位置している。
【００６４】
図１５および図１６の実施形態の製造は、やはり、ＣＭＯＳ回路２を、従来のＣＭＯＳまたはバイポーラ製造プロセスを用いて、第１ウェハ１ａの基礎基板１に付することから開始する。
【００６５】
後に第１室１８ａおよび通路１８ｃを形成することになる窪み１２は、やはり、エッチング技術を用いて層９、１１を一部除去するか、マスク技術を用いて層９、１１を一部省くかによって、形成される。窪み１２に加えて、ずっと深い穴または窪み３３が形成される。これは、後に、第２室１８ｂを形成する。窪み３３は、層９、１１を貫いて延びるのみならず、第１ウェハ１ａの基礎基板１内へも延びる。これは、異方性エッチングによって形成される。その深さは、重大なパラメータではなく、エッチング条件およびエッチング時間によって決定される。
【００６６】
窪み３３をエッチングする工程は、やはり、エッチング対象でないＣＭＯＳ回路および他のあらゆる部分が当業者により知られているように適切な保護膜で覆われていれば、先行するＣＭＯＳまたはバイポーラ製造工程と完全に両立可能である。第２室１８ｂは、測定のために用いられるのではなく、したがってその底に電極を必要としない。
【００６７】
窪み１２、３３の形成後、第２ウェハ１４が、上記のように、第１ウェハ１ａに付され、ハンドル基板１５が、全て除去される。
【００６８】
窓１３が、第２ウェハ１４のシリコン層１７内に形成される。これまでの実施形態とは対照的に、窓１３は、図１６に示されるように、窪み１８ａ、１８ｂの両方の周りに環状に延びている。ウェハ配線層２１が、窓１３を覆うように付される。
【００６９】
図１５の実施形態の環状の窓１３およびウェハ配線層２１の目的は２つある。一方で、これまでの実施形態と同じく、ウェハ配線層２１は、シリコン層１７と導電層１０ｂすなわち窓１３が導電層１０ｂに向かって下に延びている領域３４との間で電気的な接続を形成する。他方、ウェハ配線層２１は、第１ウェハ１ａと第２ウェハ１４との間の継ぎ目３７に沿って、空洞１８ａ、１８ｂの周りで、しっかりと封止する。これによって、気体が２つのウェハ１ａ、１４間に残された隙間を介して空洞に侵入する（または出てくる）ことが防止される。
【００７０】
図１５および図１６の実施形態のさらなる有利な特徴は、第２ウェハ１４を第１ウェハ１ａ上に載せた後、空洞１８をその環境に接続する開口が一時的に形成されるという事実である。図１５および図１６の実施形態では、この開口は、周辺導管１８ｄを空洞１８に付加することによって形成される。これによって、空洞１８が窓１３に接続される。開口（これは継ぎ目３７の一部とみなされる）は、第２ウェハ１４を第１ウェハ１ａに接合した後の最後の真空排気のために用いられる。排気の後、この開口は塞がれる。図１５の実施形態では、開口は、ウェハ配線層２１によって、残りの継ぎ目３７とともに塞がれる。
【００７１】
導電層（すなわち、金属ウェハ配線層２１）を開口を塞ぎ、また／または第１ウェハ１ａおよび第２ウェハ１４の間を空洞１８の周りで封止するための封止層として用いる代わりに、絶縁層、特にガラス、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、またはダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を用いることもできる。
【００７２】
一般に、封止層は、第１、第２ウェハの接合後に、これらの間の継ぎ目３７に付される。空洞１８を囲む継ぎ目３７は、全体が、封止層によって覆われる。これは、封止層を第１または第２ウェハ（小さい方）の端に、第１、第２ウェの接合後に付することによって達成するのが有利である。封止の質を改善するために、この端は、図１５内の参照符号３６によって示されるように、ベベル状にされることが可能である。
【００７３】
長期に亘る安定性を改善するために、本明細書に示されているあらゆる実施形態の最終的な装置が、例えばポリイミド、ＳｉＮ、ガラス、またはＤＬＣからなるパッシベーション層（図示せず）で覆われることが可能である。パッシベーション層も、上記のような封止層として機能することができる。
【００７４】
ここでおいて示される技術は、図１７に示されるような差動圧力センサに適用されることも可能である。このセンサは、第２室１８ｂが第１ウェハ１ａを完全に貫いて延びるスルーホールに取って代わられていることを除いて、図１５のものとほぼ同じに設計される。これによって、この装置に“開いた”空洞１８が設けられる。
【００７５】
図１７のセンサの製造プロセスは、図１５のものとほぼ同じである。違いは、第２室のためのエッチングプロセスが、室がスルーホール３８を形成するために基礎基板１を完全に貫くまで継続することである。または、基礎基板１の底側から開始する異方性エッチングが用いられることが可能である。
【００７６】
図１７の実施形態において、第１室１８ａは、やはり、２つの導電層１０ｂ、１７の間に位置して、計測キャパシタを形成する。これらの導電層の一方、すなわちシリコン層１７は、この室を覆うように配置される柔軟な膜５の中に配置され、他方の導電層は、この室の底に配置される。この室は、スルーホール３８に接続され、水平方向においてその傍に配置される。
【００７７】
ここまで示された実施形態に置いて、金属の２つの導電層１０ａ、１０ｂが第１ウェハ１ａ内にある。用いられるＣＭＯＳ（またはバイポーラ）プロセスに応じて、この数は様々であり得、また／または１つ以上の導電層はシリコンとすることができる。同様に、絶縁層の数および組成は様々であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第１ウェハ内の回路および窪みを有する圧力センサの概略的な断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の第１工程を描いている。
【図３】本発明の一実施形態の第２工程を描いている。
【図４】本発明の一実施形態の第３工程を描いている。
【図５】本発明の一実施形態の第４工程を描いている。
【図６】本発明の一実施形態の第５工程を描いている。
【図７】図１乃至図６内で用いられているハッチングパターンの参照符号である。
【図８】本発明の第２実施形態の第１工程を描いている。
【図９】本発明の第２実施形態の第２工程を描いている。
【図１０】本発明の第３実施形態の第１工程を描いている。
【図１１】本発明の第３実施形態の第２工程を描いている。
【図１２】本発明の第４実施形態を示している。
【図１３】本発明の第５実施形態の、製造途中の一段階を示している。
【図１４】組み立て後の図１３の実施形態を示している。
【図１５】本発明の第６実施形態を示している。
【図１６】図１５の装置の一部を上から示している。
【図１７】本発明の第７実施形態を示している。
【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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【外国語明細書】
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