JPH0442834B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は例えば圧力センサの主要な構成部であ
る微細空洞室の作製方法の改良に関するものであ
る。

＜従来の技術＞ 従来より圧力センサとしては静電容量式圧力セ
ンサおよびシリコン（Si）半導体を用いたピエゾ
抵抗式圧力センサが主に知られている。これら圧
力センサの構成に関して、静電容量式圧力センサ
においては、基板上に空洞室を設け、空洞室下部
に固定電極を形成し、空洞室上部に変形可能な可
動電極を形成した構造となつている。圧力の印加
により、可動電極が変位することによつて、可動
電極と固定電極間の静電容量が変化することを利
用して圧力を検知する。他方、ピエゾ抵抗式圧力
センサにおいては、空洞室上部にダイヤフラムを
形成し、ダイヤフラム上に抵抗層を設けた構造と
なつている。圧力を印加することにより、ダイヤ
フラムが変位し、その結果生じる抵抗層の歪をピ
エゾ抵抗効果により該抵抗層の抵抗値変化として
圧力を検知している。これら静電容量式及びピエ
ゾ抵抗式圧力センサにおいて空洞室は重要な構成
要素であり、従来次の様に作製されていた。

(1) 静電接着による方法 (2) 低融点ガラスを用いた接着による方法 (3) 湿式エツチングによる方法 ＜発明が解決しようとする問題点＞ 静電接着による方法は凹形に加工したガラス又
はSiウエハーを基板上に加熱下、高電圧を印加し
て接着する方法で、接着剤を用いないため、接着
歪が小さく、寸法精度良く空洞を作製することが
できるが、表面粘度、表面汚染に接着が大きく影
響され再現性が悪い欠点を有している。

低融点ガラス用いた接着による方法は凹形に加
工したガラス又はSiウエハー上にスパツタリング
法等により低融点ガラスの薄膜を形成し、加熱に
より凹形に加工したガラス又はSiウエハーと基板
を接着するか、又は、基板上にスクリーン印刷法
によりパターン化した低融点ガラスの厚膜を形成
し、その上にガラス又はSiウエハーを加熱下接着
して空洞を形成する方法である。低融点ガラスを
用いた方法は容易に空洞を形成することができる
長所を有しているが、低融点ガラスによる接着歪
が大きく、さらに、寸法精度が悪く、再現性に乏
しい欠点を有している。湿式エツチングによる方
法はSiウエハーをエチレンジアミン系又は、水酸
化カリウム系の水溶液でSiを異方性エツチングす
ることにより空洞を作製する方法で、Si基板を用
いているため、半導体プロセスで空洞が作製で
き、また、信号処理回路が同一チツプ内に形成で
きる長所を有している。しかしながら、エツチン
グ液がエチレンジアミン又は、水酸化カリウム等
のアルカリ水溶液を使用しているため、取り扱い
に際して安全衛生面で十分な注意を要し、またエ
ツチング液組成の管理が困難である欠点を有して
いる。さらに、湿式エツチングによる方法は、エ
ツチング液の拡散、エツチング時の気泡発生等の
問題から、微細、複雑な空洞を作製するのが困難
である欠点を有している。

第３図は、従来の湿式エツチングによる方法で
空洞を作製した時の断面構造を示す図である。

第３図において、シリコン基板２１上に、空洞
となる部分２２にポリシリコン膜又はガラス膜を
形成し、パターニング後さらに、その上に耐エツ
チング液性に優れた窒化シリコン膜等の絶縁膜２
３を積層する。次に、シリコン基板２１を裏面か
ら、エチレンジアミン系又は水酸化カリウム系の
エツチング液でエツチングして細孔２４を形成
し、さらに、ポリシリコン又はガラスを湿式エツ
チングすることによつて空洞２２を作製してち
る。この第３図に示すように、従来の湿式エツチ
ングによつて作製される空洞は、通常、空洞の中
央部に細孔が位置する。これは空洞部のポリシリ
コン又はガラス等が細孔を通じてエツチングされ
るため、エツチング液の拡散が不十分になり、ま
た、エツチング時に発生する気泡が空洞の一部を
密閉する等の原因で生じる不均質なエツチングを
防ぐために細孔を中央部に配置し、均一な空洞を
作製しようとしたものである。

このように、従来の湿式エツチングによる方法
は形状が複雑な空洞を作製することは困難であ
り、さらに、エツチング組成はエツチングの進行
とともに変化するため、エツチング速度が変動
し、再現性が乏しく、また、エツチング液を加熱
して使用するため、安全衛生上、発生する蒸気に
十分注意しなくてはいけないなどの問題点を有し
ている。これらの問題点は、空洞部のポリシリコ
ン膜またガラス膜等を溶解除去するために湿式エ
ツチング法を用いていることを起因している。

一方、従来湿式エツチングに代わる乾式エツチ
ングとしては、プラズマエツチグ及びスパツタエ
ツチング等が知られているが、これらの方法はプ
ラズマ中の生成物あるいはスパツタ原子を利用し
てエツチングを行うものである。しかし、空洞
部、すなわちエツチングされる部分が外部と細孔
を介して通じていること及び、空洞部の形状が複
雑なときは空洞細部までプラズマ生成物又はスパ
ツタ原子が届きにくく、微細空洞を乾式エツチン
グにより形成するのは非常に困難である。

以上のように、従来方法による空洞作製方法
は、再現性、寸法精度、容易性等に関して多くの
問題点を有している。

本発明は、これら問題点を解決するために創案
された新規な空洞作製方法を提供することを目的
としている。

＜問題点を解決するための手段及び作用＞ 上記の目的を達成するため、本発明の微細空洞
室の作製方法は、基板上に特定形状にパターニン
グして昇華性、または加熱分解性物質のパターン
化膜を形成する工程と、上記のパターン化膜を耐
熱性を有する物質で被覆する工程と、上記のパタ
ーン化膜に達する細孔を基板に形成する工程と、
上記の昇華性または加熱分解性物質よりなるパタ
ーン化膜を加熱することにより上記の細孔を通じ
て当該パターン化膜を除去する工程とを備えるよ
うに構成している。

即ち、本発明は、空洞部となる部分に設ける物
質として加熱することにより、昇華又は分解する
物質を用い、この物質が加熱することにより、細
孔を通じて蒸発、除去されることを利用して空洞
を作製するものである。昇華性又は分解性物質と
しては、ナフタリン、シヨウノウ、ギ酸アンモニ
ウム、ヨウ素、ポリα−メチルスチレン等を用い
るのが好ましい。

＜実施例＞ 以下、図面を参照して本発明の一実施例として
ポリα−メチルスチレンを用いた場合を説明す
る。

第１図ａ乃至ｄはそれぞれポリα−メチルスチ
レンを用い、電界効果トランジスタ（EET）上
に微細空洞を形成するためのプロセスを示す図で
ある。

まずシリコン基板１上にスペーサとなる、
SiO₂又はSi₃N₄等の絶縁膜２を形成し、EETのゲ
ート領域上の絶縁膜をエツチングする（第１図
ａ）、次にシリコンウエハー１上にポリα−メチ
ルスチレンのメチルソルブアセテート溶液をスピ
ンコートして成膜し、ポリα−メチルスチレンを
平坦化及びエツチングすることにより、第１図ｂ
で示すような、ポリα−メチルスチレン３の周囲
がスペーサの絶縁膜２で囲われ、ポリα−メチル
スチレン３と絶縁膜２の厚さが等しい構造にし、
さらに、これら膜上に、アルミニウム、ニツケ
ル、又はSiO₂膜（ダイヤフラム）４を形成した
後、シリコンウエハー１の裏面にシリコン１のエ
ツチングにより、パターン化ポリα−メチルスチ
レン３の端部に達する細孔５を設け（第１図ｃ）、
最後に、真空中、150℃以上の温度で加熱するこ
とにより、第１図ｃ中のポリα−メチルスチレン
３を細孔５を通じて分解除去して、FET上に微
細空洞６を形成する（第１図ｄ）。なお、第１図
ａ乃至ｄにおいて、７はソース領域、８はドレイ
ン領域である。

第１図ｄに示すように、ポリα−メチルスチレ
ンを用いて、空洞を作製した場合、細孔は空洞端
部に配置することが可能であり、第３図に示した
従来の湿式エツチングによつて空洞を作製する場
合のように、細孔が中央部に位置することなく微
細空洞が作製できる。

次に、空洞形状が複雑な時でも空洞が容易に作
製されることを第２図ａ乃至ｄに示す第２の実施
例を用いて説明する。

第２図ａは、ポリα−メチルスチレンを基板１
１上に２つの空洞が連続するようにパターニング
したものであり、このパターン化ポリα−メチル
スチレン１２，１３上にAl膜又はNi膜等の耐熱
性を有する膜１４を積層後、２つの空洞部分の片
方の空洞部の裏面だけに達する細孔１５をエツチ
ングによつて基板１１に形成し（第２図ｂ）、そ
の後150℃以上の温度で真空加熱を行うと、まず
空洞部の一方のポリα−メチルスチレン１２が分
解除去され、空洞１８が形成され（第２図ｃ）、
さらに真空加熱を行うと、連続した空洞部の他方
のポリα−メチルスチレン１３も分解除去され
て、連続した２つの空洞１８，１９が形成される
（第２図ｄ）。

このように、空洞形状が複雑な場合でも、空洞
に１ヶ所外部に通じる細孔１７がある場合は、加
熱により空洞形状が可能である。

これら実施例において、ポリα−メチルスチレ
ンは重合度約360のポリマーを用いたが、ポリα
−メチルスチレンの重合度は約50から約5000の範
囲が望ましい。重合度が低すぎるとポリα−メチ
ルスチレンの軟化点が低くなりパターン形成の時
に、パターン精度が悪くなり、また重合度が高す
ぎると、溶液の粘度が大きくなりすぎてコーテイ
ングが困難となる。

＜発明の効果＞ 以上のように、本発明による加熱により昇華又
は分解して除去される物質を用いて微細空洞を形
成する方法は、湿式エツチングを用いることなく
容易に空洞を形成することができ、さらに、空洞
形状が簡単なものから複雑なものまで形成するこ
とが可能であり、空洞を用いたデバイス、特に圧
力センサ等を作製する場合は非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ乃至ｄはそれぞれ、本発明の一実施例
としてのポリα−メチルスチレンを用いて空洞を
作製するためのプロセスを示す図、第２図ａ乃至
ｄはそれぞれ本発明の他の実施例の作製プロセス
を説明する図、第３図は従来の方法により作製さ
れた空洞の模式断面を示す図である。 １……シリコン基板、２……絶縁膜（スペーサ
ー）、３……パターン化ポリα−メチルスチレン、
４……被覆膜（ダイヤフラム）、５……細孔、６
……形成された空洞、１１……基板、１２，１３
……パターン化ポリα−メチルスチレン、１４…
…被覆膜（ダイヤフラム）、１７……細孔、１８
……第１空洞、１９……第２空洞。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上に特定形状にパターニングして昇華性
   または加熱分解性物質のパターン化膜を形成する
   工程と、 上記パターン化膜を耐熱性を有する物質で被覆
   する工程と、 上記パターン化膜に達する細孔を上記基板に形
   成する工程と、 上記昇華性または加熱分解性物質よりなるパタ
   ーン化膜を加熱することにより上記細孔を通じて
   当該パターン化膜を除去する工程と を備えてなることを特徴とする微細空洞室の作製
   方法。 ２ 上記昇華性または加熱分解性物質が重合度50
   〜5000の範囲に入るポリα−メチルスチレンであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   微細空洞室の作製方法。