JPS5873166A - 容量性圧力トランスジューサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電界制御式熱接合によりスパッタされた硼硅酸
ガラスに二個のシリコン片を接合してなる中空部を有づ
る容量性圧カドランスジューサに関４る。 概ねシリ二１ンのみからなる容量性圧カドランスジュー
サが米国特許第３，６３４，７２７号明細幽に開示され
ている。このデバイスは中央部が中空にされ旦絶縁性の
酸化物により被覆された二個のディスクからなりこれら
のシリコン片は先ず酸化物に金属被覆を行い次いでロウ
付は又は低融点のガラスを直接接合することにより接合
されている。このようなデバイスの直径は２５．４ｍｍ
（１インチ）のオーダの大きさであって圧力の関数であ
る町変容−に対する好ましくない寄生容量が比較的大き
いという特徴をもっている。 又前記特許明Ｓ幽に開示されている二個のシリコンを接
合づる方法は複雑ぐあってしかも−」ストが高い。又前
記特許明細書に開示されているデバイスを製造づるため
には一個の容耐性圧力トランスジコーサを製造するため
に二個のウェハーを処理する必要がある。明らかに、廉
価／ｉシリ」ン１■カトランスジコーサを利用しようと
覆るためにはそれが大綴生産可能なものでなければなら
＜、−い。 例えば一対の大きなつ■バーを処理することにより高々
０．５０−のＡ−ダの直径を有するコンデンサを多数製
造できればコストをかなり引下げることができる。しか
しながらウェハー上に形成されるべき迂カドランスジュ
ーサの二つの間の部分が完全にシールされていることが
必要不可欠ぐある。 シリコンとシリコンとの間のシールを形成（るためのよ
り良い方法どしてはスパッタされた硼硅酸ガラスを使用
するものがある。表面がガラスにより被覆されたシリコ
ン片は５００℃のオーダの温度トでしかも爽空下に於番
）る直流電界により互いに引寄せられる。このことはＮ
ＡＳＡ　　’Ｔ’ａａｈＢ　ｒｉｅｆ　　Ｂ　７４−１
０２６３．　”　Ｌ　ｏｗ　　ｌ’　ｅｍｐｅｒａｔｕ
ｒｅ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　　Ｓ　１ｌｉｃ
ｏｎ−ｌ−ｏ　　−３ｉ１ｉ′ｔｏｎ　　３ｃａＩｓ　
　　ｊｌ　　ｓｉｎｇ　　　　Ｓ　　ｐｕｔｔｅｒｅｄ
　　　３　　ｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ　　Ｇ　　１ａｓ
ｓ”に記載されている。 中空部をイｊする容量性圧力トランスジコーサを製造す
るための基礎材料としてシリコンを用いるのが好ましい
のは、複雑な機械的構造を必要とすることなく内側に設
けられたコンデンサの極板面に外側から電気的接続を行
うことができるからである。シリコンを処理するための
良く知られたマｒ　’ｙ　ｔ−＋　Ｉ回路技術と前記し
たＮＡＳＡ　　ＴｅｃｈＢｒｉｅ〔に記載され（いる電
界制御式接合技術とを組合わけることにより極めて小さ
く敏感である容量性ｆＬカドランスジューサを極めて高
い再現性をもつ

【人聞生産でさることは明らかにみえる
。しかしながら容齢性圧力トランスジコーサの直径が０
゜５ｃｍのオーダよりも小さい場合、］ンデンサの二個
の極板が極めて近接していない限りその静電容量が大変
小さい。二個の極板をあまり近付けると極めて小さなシ
リコン容醋性圧ノノトランスジューリの製造に際して電
界制御式接合技術を用いることが困難になることが解っ
た。 このような点に鑑み本発明の主な目的は、極めて小形の
シリ−】ン容蟲性圧力トランスジューりを提供し、又公
知のマ、イクロ回路技術及び簿膜技術を利用することに
よりそのような圧カドランスジューサを人聞生産するた
めの製造り払也捉供゛りることにある。 本発明は次のような知見に基いてなされたものである。 即ち電界制御式接合により接合されるべきシリコン片の
一方又は両方の表面の欠陥が電界の集中を引起こしこの
結果宵張が形成され易くなりその電界の短絡が起こり硼
蛙酸ガシス層に苅Ｊる二のシリコン片のシールの状態が
不均一になりがちであるということである。 本発明によれば電界−制御式接合により硼硅酸ガラスに
接合されたドーピングされた二個のシリ“１ン片により
形成される中空部をＡしＥｌ少くとも前記シリコン片の
一方の極板面をな４部分の概ね全体に亙っで硼硅酸ガラ
スが被覆されているような容量牲汁カドランスジューサ
が提供される。 本発明のある一面によれば、シリコン−硼硅酸ガラスー
シリコン圧カドランスジューサが圧力応答性の中空部内
に硼硅酸ガラスが用いられていることによりコンデンサ
の両極板間の静電容量が増大されている１゜ 本発明の別のｆＭ面によれば、電＊　ＩＭ御式接合によ
り硼硅酸ガラスに二個のシリコン片を接合してシリニ］
ン圧力トランスジコーサを製造するに際してシリコン片
の一方を他方から絶縁するために硼ｂｔｔｓガラスを用
いることにより接合過程中に電界（Ｉ）短絡が起きない
ようにされている。 本発明によれば製造過程に電界制御式接合を用いる際に
困難を生ずることなくコンデンサの両極板間の距離が小
さいようなシリコン〜シリ］ン容醋性圧カドランスジユ
ーザを提供することができる１゜ 現時肖では十分に理論的に解明されていないが本発明の
利点は二個のシリコン片間に存在するべき硼硅酸ガラス
の誘電率（約４．２）が真空の誘電率（約１．０＞より
も大きいことｋよるものと考えら・れる。又シリ］ン面
に被覆される硼砂酸ガラスが高い誘電率をイｊしている
ために電界制御式接合を行う段階前に表面上の先鋭な部
分に於ける電界を分散しそのような部分に於Ｇノる局部
的な電界の集中を排除づることによるものとも考えられ
る。 本発明を実施するに際しては当１＃、右に知られている
範′囲のマイクロ回路技術及び薄躾技術を利用すれば良
い。本発明の以Ｊ−に述べた以外の目的、特徴及び利点
は誰何の図面についての以下の本発明の好適実施例の説
明により一層明らかになるしのと思う。 第１図に於て、シリコン−ガラス−シリ：ｌン容量性圧
カドランスジ〕−−サ１０は円形の台座１２を有４るシ
リ−１ン基板１１から主になっており、この基板１１は
リード線の接合が可能であるニッケル及び金の薄躾から
なるもので・あって良い金属製の下側層１３を有してい
る。この＋側−１３については後に第４図から第８図ま
でについ−Ｃより詳しく説明する。台座１２の上側面と
シリ−１２片１４の下側面とが一コンデンサの両極板を
なしている。シリＴ１２片１４の上側面は前記下側面１
３に類似した金１１５を有している。 ニーのシリコンＭ１１．１４は階段状に１ツヂングされ
たＩ　！Ｉ酸ガラス１６を介して互いに近接して接合さ
れている。この硼硅酸ガラス１６が用いられているのは
台座１２どシリコン片１４からなる両極板の間の間隔を
適当に保ち且電界制御式接合に際しくの宵張の形成を回
避するような誘電体１７の働きをさせるためである。 圧カドランスジューサ１０の製造に際して全てのトポ０
ジー的な構成は台座１２を備えるウェハー上に形成され
、シリコン片１４を有するウェハーは金属膜１５が被覆
されるのみである。又台座１２を含めてシリコン片１１
の全体に亙って硼硅酸ガラス層１６．１７を形成するの
もやはりシリコン片１１を有づるウェハーにトポロジー
的な処理を加える際に行うことができる。８金属層１３
．１５は二個のつＩバーが電界制御式接合により接合さ
れ／、−後に、良（知られたＲＦスパッタリングまたは
゛電子ビーム名しくは抵抗性の蒸着により形成づれば良
い。 第２図に於て、円形の台座１２ａを郭定するべく環状の
堀２０がエツチングされた一つのシリ」ン片１１ａを有
り−る幾分異なる杉式のｆ１力トランスジコーサ１８が
示されている。この台座１２ａには二つの極板を離間す
るｌｉｔ什酸ガラス１６ａが蒸暑されている。別の硼硅
酸ガラス１６１）か一つのシリコン片１１ａ、１４ａを
互いに離間してＪ３す、薄い金属層２４が台座１２ａに
接触し得るように孔２２がエツチングされている。硼蛙
鍍ガ〉ス層１６ｃは本発明に基き電界制御式接合の際の
宵張を防止するべくシリコン又は金属上にスパッタリン
グして形成すれば良い。硼硅酸ガラス１６ａ１１６ｂ及
びシリコン片り１ａ内に１．ツチングされた堀２０は本
願の米国に於（）る対応出願と同日になされ且同−人に
譲渡された５ｗ１ｎｄａｌ　　及びＧ　ｒａｎｔｈａＮ
両名の米国特許出願明細書に記載されているような寸法
１ｂＩＪ御を改善４るような効果がある。 前記米国特許出願の圧カドランスジューサ２６に本発明
の別な実施例を応用したものが第３図に示されている。 第３図に於てはこのウェハーはトポ［コシ−的な処理を
受けてる。即ち第一のウェハー１１ｂはシリコン片１１
ａについて前記したのと同様に円形の台座１２ｂを形成
するべく堀２０ａがエツチングされており、シリコン片
１４ｂを右するもう一つのつＩバーは前記米国特許出願
に記載されているような寸法制御を可能にするよ゛うな
形状にスパッタリングされた硼硅酸ガラス１６ｄとシリ
−１２片１４ｂに電気的に接続された極板をなす薄い金
属膜２４ａと本発明に暴く誘電体をなづべくスパッタリ
ングされた硼硅酸ガラス１６ｄをｈしている。この圧カ
ドランスジューサ２６を製造りる方法は、電界制御式接
合により接合を行う前に二つのウェハーのトポロジー的
な処理及び両つ１バーの整合が必要である点に於て前記
したＩＦカトランスジコーサ１０．１８の製造方法と異
なっている。しかしながら硼硅酸ガラスが全て同一ウ１
バー上に設Ｇ）られている白に於て圧力トランスジー１
−サ２６の製造り法各ま圧力１〜クンスジユーサ１０の
製造方法に類似している。 圧カドランスジューサ１８．２６は電気的接続のための
リード線を接合し得るような金属面を外側に有している
ものとすることができるが、イのような電気的接続の要
領は図示されていない。 本発明に暴く容量性圧カドランスジューサの製造方法が
第４図から第８図までに示されている。 第４図に於てウェハー１１は１−当り少くとし１０″個
の燐、砒素原子などの不純物によりド−ピングされたＮ
又はＰ型のシリ」ンからなり、１０−当り１／３Ωのオ
ーダの抵抗率をＭｌると共に３００μ〜４００μの厚さ
をａしている。長く知られているマスキング、フォトレ
ジスト及び１ツチングの技術を用いることによりウェハ
ー１１をエツチングし、製造されるべきデバイスの数に
応じた複数の台座を形成する。これらの台座１２は高さ
が６μのオーダであり、直径は１／２ＣＩのＡ−ダであ
って良い。又隣接する台座同志の間隔は１／３Ｃ−のオ
ーダであって良い。 第５図に示されている次の過程に於て、硼硅酸ガラス＠
２９が８μ〜９μの４−ダの厚さでウェハー１１上にス
パッタリングされる。第６図に示されている次の過程に
於て硼硅酸ガラス層２９がエツチングにより取り除かれ
ウェハー１１上の台座１２をそれぞれ囲Ｍする堀３０を
郭定する格子構造１６が残される。第６図のエツチング
過程は、シリ二１ンがふっ化水崇酸等の硼硅酸ガラスの
腐食剤に対してストッパとして機能するために簡単に１
１ねれることができる。 第７図に示されている過程に於て、もう一つの硼硅酸ガ
ラス１３２がウェハー及び硼硅酸ガラス格′Ｆ−構造１
６上にスパッタリングされ本発明にＵき台座１２上に誘
電体１７が形成される。寸法制御が一１酸ガラスＮ２９
（第５図）をスパッタリングした後にイれをシリコン片
（第６図）に達するまでエツチングすることによりなさ
れるため、硼硅酸ガラス層３２は特別にエツチングを行
うことなく０．２μ程廉の斥さに適当にスパッタリング
するだけ′Ｃ″段い。 第８図は圧カドランスジ１−サ１０を１１るための残り
の過程を示している。柔軟なダイＸ７ノラムをなすよう
に２００μのオーダの適当な辱さにラッピングされた第
二のウェハー１４を用意する。次いでウェハー１４をウ
ェハー１１の近傍に大凡の整合関係をもって配位し、こ
れらのつＩ／＼−を約１０’　ｔ−−ルに減圧された爽
空室内ぐ５００℃のオーダに加熱し更にウエノ＼−１４
（−１）ｈ’らつｘバー　１１　（−１ｋ−向けｒ７５
Ｖ　〜１２５Ｖの直流電圧を５分〜１０分間加える。各
台座１２を囲繞する真空室のシールが熱により形成され
るために、良く知られているように電界が二つのウェハ
ーを互いに引寄せる。これらのウニｔｓ−１１，１４に
は金属１１１３．１５が蒸１さｉｔて（Ｘて良（１０例
えば第一の層１３ａ、１５ａ上にはシリーＪンに対して
親和性を有しているニッケルを５００ＡングストＯ−ム
のＡ−ダの厚さで蒸着し次いで書フード線を接合するの
に適宜である金からなるカ」５０００オングストローム
の卸さの第１の層１３ｂ、１５ｂを形成すると良い。 次いでＬｉいに接合されたウェハー１１．１’１４よ破
線３８で示されているように適宜切断し第１図に示され
ている形式の圧力［・ランスジ］−サを多数構成するこ
とができる。 しし金属−がアルミニウム、クロムまたはニッケルのみ
からなる場合、その蒸着は接合過程の前に行うことがで
きる。しかし接合が金とシリコンとの共融湯度以上の温
度で行われるため（シｈＸも一ツケルはそれを妨げる働
きをしない。）、金の蒸着は接合後に行われなければな
らなし１゜１ｃｃ当り約１０　個のｖＡ原子によりドー
ピングされ前記したような寸法を有するＮ型の単結晶シ
リ−］ンからなるＦ３］カドランスジューサ１０の静電
容１ま圧力がＯｋＱ／　ｕａ’　（ＯｐＳｉ　）から１
．０６ｋ（１７♂（１５ｐｓｉ）に上昇する間に約８％
増大することが解った。二つのウェハー１１．１４間に
は（ｕＪ　Ｗの分子反応６発生しないから、両つエノ＼
−（ま同一形式の半導体でなくとも良く、又同種の原子
によりドーピングされてなくとも良いこと番よ（Ｓうま
でもない。本発明に暴く容社性圧力トランスジューサを
製造するために有用な硼硅酸ガラスのつがＣｏｒｎｉｎ
ｇ　　７０７０という商標名で市販されている。しかし
ながら例えばＱｕｃｋｅｌ　、ｅｔ　ａｌ、　　”　［
Ｉｅｃｔｒｏｓｅｃｈａｎｉｃａｌ　　　Ｄ　ｅｖｉｃ
ｅｓ　　　Ｕ　　ｔｉｌｉｚｉｎｇ　　　’ｌ’　　ｈ
ｉｌｉＳｉ　　Ｄｉａｐｈｒａｇｇｉｓ　　”　　、　
　Ａｐｐｌｉｅｄ　　　ｐｈｙｓｉｃｓ　　　Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ、　　Ｖｏｌ、３１．Ｎｏ　、９．　１９７７年
１１月　１１コ号ニ紀載されているような他の種類のガ
ラスも使用することが可能である。 本発明を実施するに際して真空の中空部の内面の一つの
全体よりも小さな部分のみをＩｌｌ硅酸ガラスにより被
覆するのが好ましい場合がある。イイような場合第７図
に示されている蒸着過程に続いて追加のエツチング過程
を設（〕堀３０（第６図〉内の硼硅酸ガラスをエツチン
グにより除ムし或いは第３図の実施例に示されている金
属層２４ａに手合していないＴｊＡｉｔ酸ガラスをエツ
チングにより取り除くことができる。このことは特に第
２図′の実施例をトポロジー的に処理されたつ」バー１
１上に硼硅酸ガラス層を設番）るように変更して実施し
た場合に堀２０内に設けられたような比較的司動な＠番
部分をなすシリコン月下に硼硅酸ガラス層が蒸着される
場合に適切である。 何れにしてら本発明の重要な特徴はコンデンサを形成す
るτつの極板の間に機能的に硼硅酸ガラス層を形成づる
ことにある。何故ならばこの部分の真空部分が最ム小さ
な厚さを有し口電界υ１１１１式接合過程に於て最も宵
張が生じ易い部分であるからである。 第１図から第３図に示されている実施例を比較りれば解
るように極板の一つ又は両方が実際金属でぐきているか
否かは重要でない。何故なら硼硅酸ガラスが金属面上に
蒸着されてもシリコン面上（こ魚釣されていても同じ効
果が得られるからである。何れにしＣも心髄に応じて硼
硅酸ガラスを極数の両方に蒸着しても本発明の概念から
逸脱することはない。 以１一本発明を特定の実施例について説明したが当業右
ぐあれば上記以外にも本発明に種々の変更変形を加えて
実施することが可能であり、何等本発明の概念から逸脱
するｂのではないことは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までは本発明に基き製造されたレリコ
ンーガラスーシリコン容ω性圧力トランスジコーサの単
純化された縦断面図である。 第４図から第８図までは、第１図の圧力１−ランスジュ
ーサの製造の各段階に於Ｇｊるシリ二」ンウ【バーを示
す縦断面図である。 １０・・・圧力トランスジコーサ、１１．１１ａ・・・
シリコン片、１２．１２ａ、１２ｂ＝一台座、１３・・
・下側面、１４．１４ａ、１４ｂ・・・シリＪンハ。 １５−・・上側面、１６．１６ａ　、１６ｂ　、１６Ｂ
、１６０．１６ｄ　、１６８　＝−・硼硅酸ガラス層、
１７・・・誘電体、１日・・・圧カドランスジューサ、
２０・・・廟、２２・・・孔、２４．２１１ａ・・・金
属層、２６・・・１Ｌカドランスジユーサ、２９・・・
−硅酸ガラス層、３０・・・堀、３２・・・硼硅酸ガラ
ス層、３８・・・破線特許出願人　　ユナイテッド・チ
クノロシーズ・Ｔ］−ボレイション

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）二個の２９１１２片を有し、その一方に、他方の
   シリコン片に設けられた導電面に隣接づる別の導電面を
   有していることにより容量を変化し得る圧力依存性のコ
   ンデンサの極板を形成りる一対の近接した導電面を形成
   してなるシリコン　がクスーシリコン式容量性圧カドラ
   ンスジコーリ（・あって、前記導電面の一方に硼硅酸ガ
   ラスの謔脱が被覆されていることを特徴とする圧カドラ
   ンスジューサ。
2. （２）硼硅酸ガラスを介して二個の２９４２片を電界制
   御式に接合し、圧力に応じて容量が変化するコンデンサ
   の両極板を形成する互いに近接づる二個の面を有する気
   密室を形成づることからなる容量性圧カドランスジユー
   ザを製造づるｈγムぐあって、電界を加える前に前記極
   板の一方を硼硅酸ガラスの薄膜により被覆することによ
   り接合過程中に両極板間に宵張が形成してそれにより電
   界の短絡が起きるのを回避づるようになっていることを
   特徴とする１５払。