▶ ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングの特許一覧
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-09
(45)【発行日】2022-12-19
(54)【発明の名称】マイクロメカニカルセンサ装置とこれに対応する製造方法
(51)【国際特許分類】
G01L 9/00 20060101AFI20221212BHJP
G01P 15/125 20060101ALI20221212BHJP
G01P 15/08 20060101ALI20221212BHJP
【ＦＩ】
G01L9/00 305C
G01P15/125 Z
G01P15/08 102A
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2021551752
(86)(22)【出願日】2020-02-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-20
(86)【国際出願番号】 EP2020055145
(87)【国際公開番号】W WO2020178135
(87)【国際公開日】2020-09-10
【審査請求日】2021-10-29
(31)【優先権主張番号】102019202794.6
(32)【優先日】2019-03-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】591245473
【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100147991
【弁理士】
【氏名又は名称】鳥居 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100201743
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 和真
(72)【発明者】
【氏名】テビェ，ラルス
(72)【発明者】
【氏名】ラインムート，ヨッヘン
(72)【発明者】
【氏名】クラッセン，ヨハネス
【審査官】森 雅之
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３４１６１６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／００３５０９３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ
Ｇ０１Ｐ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
おもて面（ＶＳ）および裏面（ＲＳ）を有する基板（Ｓ）であって、前記おもて面（ＶＳ）には、外部の加速度および／または回転を検出するための慣性構造（ＩＥ）を有する慣性センサ領域（ＳＢ１）と、外部の圧力（Ｐａ）を検出するためのダイヤフラム領域（Ｍ）を有する圧力センサ領域（ＳＢ２）とが横方向に離間して形成されている、基板（Ｓ）と、前記おもて面（ＶＳ）に設けられた第１のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１）と、
前記第１のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１）上に設けられた第２のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２）であって、前記第２のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２）により、前記圧力センサ領域（ＳＢ２）に前記ダイヤフラム領域（Ｍ）が形成され、当該ダイヤフラム領域（Ｍ）が前記第１のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１）から離間している、第２のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２）と、
前記第２のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２）上に設けられた第３のマイクロメカニカル機能層（Ｐ３）であって、前記第２および／または第３のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２、Ｐ３）から前記慣性構造（ＩＥ）が形成されている、第３のマイクロメカニカル機能層（Ｐ３）と、
前記第３のマイクロメカニカル機能層（Ｐ３）にボンディングされ、前記慣性センサ領域（ＳＢ１）における第１のキャビティ（Ｃ１）に第１の所定基準圧力（ＰＰ１）を封入し、前記圧力センサ領域（ＳＢ２）における前記ダイヤフラム領域（Ｍ）に外圧（Ｐａ）を印加するために第１のスルーホール（Ｄ１）を有するキャップデバイス（Ｋ）と
を備え、
前記ダイヤフラム領域（Ｍ）の下方に、第２のキャビティ（Ｃ２）が形成され、前記第２のキャビティ（Ｃ２）に第２の所定基準圧力（ＰＰ２）が封入されており、
前記第１の所定基準圧力（ＰＰ１）と前記第２の所定基準圧力（ＰＰ２）とが同じになるように、前記第１のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１）および／または前記第２のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２）に、前記第１および第２のキャビティ（Ｃ１、Ｃ２）を流
体的に接続するための接続チャネル（ＤＬ）が形成されている、
マイクロメカニカルセンサ装置。
【請求項2】
前記キャップデバイス（Ｋ）は、前記第１のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１）に電気的に接続されたボンディング接続領域（ＢＯ）を露出させる第２のスルーホール（Ｄ２）を有する、請求項１に記載のマイクロメカニカルセンサ装置。
【請求項3】
前記ボンディング接続領域（ＢＯ）は、前記第２および第３のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２、Ｐ３）から形成されている、請求項２に記載のマイクロメカニカルセンサ装置。
【請求項4】
前記第１および第２のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１、Ｐ２）の間に第４のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１ａ）が形成されており、前記ダイヤフラム領域（Ｍ）の下面に前記第２および第４のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２、Ｐ１ａ）からスタンプ状の可動電極領域（ＳＴ）が形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルセンサ装置。
【請求項5】
少なくとも前記第１のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１）に、前記慣性センサ領域（ＳＢ１）および前記圧力センサ領域（ＳＢ２）に対してそれぞれの固定電極領域（ＳＥ１、ＳＥ２；ＳＥ１’、ＳＥ２’）が形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルセンサ装置。
【請求項6】
おもて面（ＶＳ）と裏面（ＲＳ）を有する基板（Ｓ）を設けるステップであって、外部の加速度および／または回転を検出するための慣性構造（ＩＥ）を有する慣性センサ領域（ＳＢ１）と、外部の圧力（Ｐａ）を検出するためのダイヤフラム領域（Ｍ）を有する圧力センサ領域（ＳＢ２）とが、前記おもて面（ＶＳ）に横方向に間隔を空けて形成されている、ステップと、第１のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１）を前記おもて面（ＶＳ）に設けてパターニングするステップと、
前記第１のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１）上に犠牲層（Ｏ２）を設けてパターニングするステップと、
前記パターニングされた犠牲層（Ｏ２）上に、第２のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２）を設けるステップと、
形成されるべきダイヤフラム領域（Ｍ）の領域において、前記第２のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２）上にエッチングストップ領域（ＡＳ）を形成するステップと、
前記第２のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２）および前記エッチングストップ領域（ＡＳ）上に、第３のマイクロメカニカル機能層（Ｐ３）を堆積するステップと、
前記慣性構造（ＩＥ）が前記慣性センサ領域（ＳＢ１）に形成されるように、前記第２および／または前記第３のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２、Ｐ３）をパターニングするステップと、
前記犠牲層（Ｏ２）を部分的に除去して、前記慣性構造（ＩＥ）の下面および当該形成されるべきダイヤフラム領域（Ｍ）の下面を露出させるステップと、
前記慣性センサ領域（ＳＢ１）において第１のキャビティ（Ｃ１）に第１の所定基準圧力（ＰＰ１）を封入した前記第３のマイクロメカニカル機能層（Ｐ３）に対してキャップデバイス（Ｋ）をボンディングするステップと、
前記ダイヤフラム領域（Ｍ）に外部圧力（Ｐａ）を印加するために、前記圧力センサ領域（ＳＢ２）のキャップデバイス（Ｋ）に第１のスルーホール（Ｄ１）を形成し、前記エッチングストップ領域で停止するトレンチエッチングプロセスで、前記圧力センサ領域（ＳＢ２）の前記第３のマイクロメカニカル機能層（Ｐ３）を除去することにより、前記圧力センサ領域（ＳＢ２）に前記ダイヤフラム領域（Ｍ）を形成するステップと
を備え、
前記ダイヤフラム領域（Ｍ）の下方には、第２の所定基準圧力（ＰＰ２）が封入された第２のキャビティ（Ｃ２）が形成されており、
前記第１の所定基準圧力（ＰＰ１）と前記第２の所定基準圧力（ＰＰ１、ＰＰ２）とが同じになるように、前記第１および前記第２のキャビティ（Ｃ１、Ｃ２）を流体的に接続するための接続チャネル（ＤＬ）が、前記第１のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１）および／または前記第２のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２）に形成される、
マイクロメカニカルセンサ装置の製造方法。
【請求項7】
前記慣性構造（ＩＥ）の上方、および前記第１のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１）に形成された第１のエッチングチャネル（Ｅ１）の上方に当該形成されるべきダイヤフラム領域（Ｍ）の下面と、前記慣性構造（ＩＥ）の下面とを露出させるために、前記犠牲層（Ｏ２）は単一のステップで除去される、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記慣性構造（ＩＥ）の下面および当該形成されるべきダイヤフラム領域（Ｍ）の下面を露出させるために、前記犠牲層（Ｏ２）は２つのステップで除去され、第１のステップでは、当該形成されるべきダイヤフラム領域（Ｍ）の下面に前記第２のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２）に形成されたエッチングチャネル（Ｅ２）の上方に前記エッチングストップ領域（ＡＳ）を形成する前に前記犠牲層（Ｏ２）を除去し、第２のステップでは、前記犠牲層（Ｏ２）を除去して前記慣性構造（ＩＥ）の上方に前記慣性構造（ＩＥ）の下面を露出させる、請求項６に記載の方法。
【請求項9】
前記キャップデバイス（Ｋ）に、前記第１のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１）に電気的に接続されたボンディング接続領域（ＢＯ）を露出させる第２のスルーホール（Ｄ２）が形成される、請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記ボンディング接続領域（ＢＯ）は前記第２および第３のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２、Ｐ３）から形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記第１および第２のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１、Ｐ２）の間に第４のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１ａ）が形成され、前記ダイヤフラム領域（Ｍ）の下面に前記第２および第４のマイクロメカニカル機能層（Ｐ２、Ｐ１ａ）からスタンプ状の可動電極領域（ＳＴ）が形成される、請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
少なくとも前記第１のマイクロメカニカル機能層（Ｐ１）において、前記慣性センサ領域（ＳＢ１）および前記圧力センサ領域（ＳＢ２）にそれぞれの固定電極領域（ＳＥ１、ＳＥ２；ＳＥ１’、ＳＥ２’）が形成される、請求項６から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
前記ダイヤフラム領域（Ｍ）から前記エッチングストップ層（ＡＳ）が除去される、請求項６から１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マイクロメカニカルセンサ装置とこれに対応する製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
任意のマイクロメカニカル素子も適用可能であるが、シリコンベースの慣性センサを備えた素子を用いて、本発明とその課題について説明する。
【0003】
例えば、加速度、角速度、磁場、圧力などを測定するマイクロメカニカルセンサ装置は一般的に公知であり、自動車用および民生用領域における様々なアプリケーション向けに大量生産されている。民生用エレクトロニクスのトレンドは、特に素子の小型化、機能統合、および効果的なコスト削減である。
【0004】
現在、加速度センサと角速度センサ、さらに加速度センサと磁界センサがすでに複合センサ（６ｄ）として製造されており、さらに、３軸の加速度センサ、角速度センサ、磁界センサを１つのセンサ装置に組み合わせた初の９ｄモジュールがある。
【0005】
また、マイクロメカニカル圧力センサ装置は、すでに、マイクロメカニカル慣性センサ装置と共に１つのパッケージに組み込まれているが、まだ別々のＭＥＭＳチップ上にあることが多く、１つのチップ上にすでに統合されている場合もある。慣性センサ装置と圧力センサ装置を統合するこのような提案は、例えば、ＤＥ １０ ２００６ ０１１ ５４５ Ａ１（独国特許出願公開第１０２００６０１１５４５号）やＵＳ ２０１２／０２５６２８２ Ａ１（米国特許出願公開第２０１２／０２５６２８２号）に開示されている。
【発明の概要】
【0006】
本発明の開示
本発明は、請求項１に記載のマイクロメカニカルセンサ装置と、請求項７に記載の対応する製造方法を提供するものである。
本発明は、請求項１に記載のマイクロメカニカルセンサ装置と、請求項７に記載の対応する製造方法を提供するものである。
【0007】
好ましい改善構成は、それぞれの従属請求項の主題である。
【0008】
本発明の利点
本発明に係るマイクロメカニカルセンサ装置とこれに対応する製造方法は、圧力センサ装置および慣性センサ装置の組み合わせを、適度な数のプロセスステップでコンパクトに統合することを可能にする。特に、本発明に係る製造方法は、媒体アクセスとしてのスルーホールを形成し、ダイヤフラム領域を目標の厚さまで薄くするために、共通の一貫したトレンチプロセスを使用することを特徴としている。
本発明に係るマイクロメカニカルセンサ装置とこれに対応する製造方法は、圧力センサ装置および慣性センサ装置の組み合わせを、適度な数のプロセスステップでコンパクトに統合することを可能にする。特に、本発明に係る製造方法は、媒体アクセスとしてのスルーホールを形成し、ダイヤフラム領域を目標の厚さまで薄くするために、共通の一貫したトレンチプロセスを使用することを特徴としている。
【0009】
好ましい改善構成によれば、第１および第２の基準圧力が同じになるように、第１および第２のキャビティを流体的に接続するための接続チャネルが、第１のマイクロメカニカル機能層および／または第２のマイクロメカニカル機能層に形成されている。これにより、共通の基準圧力で作業することが可能になり、製造が簡素化される。
【0010】
別の好ましい改善構成によれば、キャップデバイスは、第１のマイクロメカニカル機能層に電気的に接続されたボンディング接続領域を露出させる第２のスルーホールを有する。これにより、センサ装置を容易に電気的に接続することができる。
【0011】
別の好ましい改善構成によれば、ボンディング端子は、第２および第３のマイクロメカニカル機能層から形成される。これにより、ボンディング端子をさらなる機能部品と共に形成することができる。
【0012】
さらに好ましい改善構成によれば、第１および第２のマイクロメカニカル機能層の間に第４のマイクロメカニカル機能層が形成されており、ダイヤフラム領域の下面に第２および第４のマイクロメカニカル機能層からスタンプ状の可動電極領域が形成されている。これにより、圧力センサ領域の電気的感度が向上する。
【0013】
別の好ましい改善構成によれば、少なくとも第１のマイクロメカニカル機能層に、慣性センサ領域および圧力センサ領域にそれぞれの固定電極領域が形成されている。これにより、固定電極領域を容易に、かつ省スペースで実現することができる。
【0014】
本発明のさらなる特徴と利点を、図に関連した実施形態を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図3a】本発明の第３の実施形態に係るマイクロメカニカルセンサ装置とこれに対応する製造方法を説明する概略断面図である。
【図3b】本発明の第３の実施形態に係るマイクロメカニカルセンサ装置とこれに対応する製造方法を説明する概略断面図である。
【図3c】本発明の第３の実施形態に係るマイクロメカニカルセンサ装置とこれに対応する製造方法を説明する概略断面図である。
【図3d】本発明の第３の実施形態に係るマイクロメカニカルセンサ装置とこれに対応する製造方法を説明する概略断面図である。
【図3e】本発明の第３の実施形態に係るマイクロメカニカルセンサ装置とこれに対応する製造方法を説明する概略断面図である。
【図3f】本発明の第３の実施形態に係るマイクロメカニカルセンサ装置とこれに対応する製造方法を説明する概略断面図である。
【図4】本発明の第４の実施形態に係るマイクロメカニカルセンサ装置を説明する概略断面図である。
【図5】本発明の第１～第４の実施形態に係るマイクロメカニカルセンサ装置の例示的な製品パッケージを説明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図中、同一の参照符号は、同一または機能的に同一の要素を示す。
【0017】
【0018】
【0019】
おもて面ＶＳには、例えば酸化シリコン層である第１の絶縁層О１と、例えば窒化シリコン層である第２の絶縁層Ｎとが設けられている。
【0020】
さらに、おもて面ＶＳには、外部の加速度を検出するための慣性構造ＩＥを有する慣性センサ領域ＳＢ１と、外部の圧力Ｐａを検出するためのダイヤフラム領域Ｍを有する圧力センサ領域ＳＢ２とが横方向に離間して形成されている。
【0021】
特に、第２の絶縁層Ｎ上には、例えばポリシリコン層などの第１のマイクロメカニカル機能層Ｐ１が設けられている。第１のマイクロメカニカル機能層Ｐ１は、慣性センサ領域ＳＢ１と圧力センサ領域ＳＢ２にそれぞれ固定電極領域ＳＥ１、ＳＥ２を有する構造となっている。また、第１のマイクロメカニカル機能層Ｐ１は、以下でさらに説明するように、センサ装置の機能に寄与しないが、この第１の実施形態ではその製造に役割を果たす第１のエッチングチャネルＥ１を有する。このようなエッチングチャネルは、例えば、ＤＥ １０ ２０１３ ２１３ ０６５ Ａ１（独国特許出願公開第１０２０１３２１３０６５号）から公知である。
【0022】
例えば同様にポリシリコン層である第２のマイクロメカニカル機能層Ｐ２が、第１のマイクロメカニカル機能層Ｐ１上に形成されており、圧力センサ領域ＳＢ２においては、第１のマイクロメカニカル機能層Ｐ１から離間したダイヤフラム領域Ｍを形成するようなパターニングがなされている。第１および第２のマイクロメカニカル機能層Ｐ１、Ｐ２の間には、例えばシリコン酸化物層である第３の絶縁層О２が配置されている。この第３の絶縁層О２は、製造工程において犠牲層として機能する。
【0023】
第２の機械的機能層Ｐ２上には、第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ３が設けられている。慣性構造ＩＥは、第２および第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ２、Ｐ３から、例え
ば１つまたは複数の櫛形電極領域の形態で形成される。
ば１つまたは複数の櫛形電極領域の形態で形成される。
【0024】
第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ３には、ボンディングフレームＢＲを用いて、例えばシリコンキャップウェハなどのキャップデバイスＫがボンディングされている。キャップデバイスＫは、第１のスルーホールＤ１を有し、この第１のスルーホールＤ１は、慣性センサ領域ＳＢ１において第１のキャビティＣ１に第１の所定基準圧力ＰＰ１を封入し、圧力センサ領域ＳＢ２においてダイヤフラム領域Ｍに外圧Ｐａを印加するためのものである。
【0025】
さらに、ダイヤフラム領域Ｍの下方には、第２の所定基準圧力ＰＰ２が封入される第２のキャビティＣ２が形成されている。
【0026】
キャップデバイスＫは、第２のスルーホールＤ２を有し、この第２のスルーホールＤ２は、慣性センサ領域ＳＢ１および圧力センサ領域ＳＢ２に隣接して配置され、第２および第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ２、Ｐ３を介して第１のマイクロメカニカル機能層Ｐ１に電気的に接続されたボンディング接続領域ＢＯを露出させるものである。
【0027】
ボンディング接続領域ＢＯには、例えばアルミニウムからなるボンディングコンタクト領域ＢＲ１が設けられている。
【0028】
図１ｂは、図１ａの表示を別の垂直断面図で示すものであって、第１の実施形態では、第１の基準圧力ＰＰ１と第２の基準圧力ＰＰ２が同じになるように、すなわちＰＰ１＝ＰＰ２であるように、第１および第２のキャビティＣ１、Ｃ２を流体的に接続するための接続チャネルＤＬが、第１および第２のマイクロメカニカル機能層Ｐ１、Ｐ２に形成されていることを示すものである。
【0029】
さらに、接続チャネルＤＬは、犠牲層エッチング時にダイヤフラム領域Ｍを露出させて、ダイヤフラム領域Ｍの下方の犠牲層としての第３の絶縁層О２に対してエッチング液、例えばガス状のＨＦガスを誘導する役割を果たす。
【0030】
これにより、センサ装置の基準圧力ＰＰ１＝ＰＰ２を、ウェハボンディング時に設定されたキャビティ圧力によって定めることができる。一般的に、非常に低い基準圧力は、加速度／角速度センサの動作にも必要であるので、圧力センサ装置にとって特に有利である。
【0031】
代替的に、ウェハボンディング時にキャビティＣ１、Ｃ２内の圧力を設定せず、この場合、ウェハボンディング後にキャップ方向Ｋに開口部を形成し、所望の基準圧力を設定した後、開口部をレーザで閉鎖するという、いわゆるレーザリシールによって圧力を定めることも可能です。
【0032】
【0033】
図２ａによると、まず、基板Ｓのおもて面側ＶＳに、酸化シリコンからなる第１の絶縁層О１と窒化シリコンからなる第２の絶縁層Ｎを堆積する。続いて、ポリシリコンからなる第１のマイクロメカニカル機能層Ｐ１の堆積とパターニングが行われる。パターニングは、２段階のエッチングプロセスで行われる。まず、ＤＲＩＥ（深堀りＲＩＥ：Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いて短いトレンチエッチングを行い、垂直方向に小さいトレンチを形成し、続いて短い等方性エッチングを行って、例えばＤＥ １０ ２０１３ ２１３ ０６５ Ａ１（独国特許出願公開第１０２０１３２１３０６５号）に詳細が記載されているように、第１のマイクロメカニカル機能層Ｐ１内に略円形の断面プロファイルを有するエッチングチャネルＥ１を設ける。
【0034】
続いて、酸化シリコンからなる第３の絶縁層О２を堆積してパターニングし、後の方法ステップで犠牲層として部分的に除去する。第３の絶縁層О２の堆積時に、第１のマイクロメカニカル機能層Ｐ１のエッチングチャネルＥ１の小さな上部開口部が完全に閉鎖される。しかし、エッチングチャネルＥ１は、部分的にしか充填されていないため、犠牲層として第３の絶縁層О２をエッチングするためのエッチングガス、例えばＨＦガスに対して、その長手方向の透過性を維持している。図２ａでは、表示面内に延在して円形断面を持つエッチングチャネルＥ１と、図面に対して左方から右方へ平行に延在するエッチングチャネルが示されている。
【0035】
さらに、図２ｂを参照すると、第２のマイクロメカニカル機能層Ｐ２およびエッチングストップ層ＡＳ、例えば同様にシリコン酸化物層、または代替的にシリコン酸窒化物層を組み合わせた層、の堆積およびパターニングが行われる。エッチングストップ層ＡＳは、後に形成されるべきダイヤフラム領域Ｍの上方の領域に残るようにパターニングされる。
【0036】
続いて、図２ｃに示すように、ポリシリコンからなる第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ３を、第２のマイクロメカニカル機能層Ｐ２およびエッチングストップ層ＡＳ上に堆積し、パターニングする。本実施形態では、第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ３の厚さは、第１および第２のマイクロメカニカル機能層Ｐ１、Ｐ２の厚さよりも実質的に大きい。
【0037】
続いて、第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ３上に、アルミニウムからなるボンディングコンタクト領域ＢＲ１を堆積し、パターニングする。続いて、第３の絶縁層О２または犠牲層上で停止するトレンチエッチングにより、慣性センサ領域ＳＢ１に慣性構造ＩＥが形成される。ここで、第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ３は、後に形成されるべきダイヤフラム領域Ｍの領域でマスキングされており、すなわち、まだエッチングされていない。このことは、慣性センサ領域ＳＢ１のトレンチエッチングでは、慣性構造ＩＥに非常に狭いトレンチを開口する必要があるために、有利である。
【0038】
仮に、ダイヤフラム領域Ｍの第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ３が同じプロセスステップですでに除去されていた場合、慣性センサ領域ＳＢ１の非常に狭いトレンチと、圧力センサ領域ＳＢ２の大きな領域またはトレンチを同時に形成する必要がある。このことは、一般に広い面積やトレンチは、狭いトレンチよりも速くエッチングされるため（いわゆるＡＲＤＥ効果、Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｅｔｃｈｉｎｇ）、エッチングプロセスの均質性に関して重要である。狭いトレンチであっても、表面全体に確実に開口する必要があるため、大きな開口部では横方向に強いエッチングが行われることがあり、典型的にはエッチングストップ層ＡＳとの界面において特に強く発生することが多い。この効果はノッチングとも呼ばれている。本例では、ノッチング加工により、ダイヤフラム領域Ｍの横方向の寸法が十分に定められず、ひいては、基板Ｓ上または基板間でのセンサ素子の感度のばらつきが生じる可能性がある。また、オーバーエッチングが大きい場合には、第２のマイクロメカニカル機能層Ｐ２上のエッチングストップ層ＡＳによるパッシベーションが強いアタックを受けたり、あるいはそれどころか完全に損傷を受けたりする可能性があり、ダイヤフラム領域Ｍの第２のマイクロメカニカル機能層に対する意図しないエッチング・アタックが行われる危険性がある。
【0039】
図２ｄは、犠牲層О２を部分的に除去した後の状態を示しており、この除去は、好ましくは、犠牲層の慣性構造ＩＥの間隙およびエッチングチャネルＥ１に広がるＨＦガスを用いて行われる。ここで、犠牲層О２は、慣性構造ＩＥの領域と、形成されるべきダイヤフラム領域Ｍの下方の領域の両方で除去される。したがって、慣性構造ＩＥは露出しており移動可能である。これに対し、ダイヤフラム領域Ｍは、第２および第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ２、Ｐ３の全体的な剛性が非常に高いため、まだほとんど動かない。
【0040】
さらに、図２ｄを参照すると、キャップデバイスＫは、例えばシリコンキャップウェハの形態で設けられている。キャップデバイスＫのボンディングコンタクト領域ＢＲ２は、例えば、ボンディングコンタクト領域ＢＲ２と接続される、第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ３上のボンディングコンタクト領域ＢＲ１に対向するゲルマニウム領域によって実現される。これにより、アルミニウムからなるボンディングコンタクト領域ＢＲ１とゲルマニウムからなるボンディングコンタクト領域ＢＲ２との間で共晶ボンディングが可能となり、ボンディングフレームＢＲが形成される。
【0041】
当然ながら、ボンディングコンタクト領域ＢＲ１をゲルマニウムで形成し、ボンディングコンタクト領域ＢＲ２をアルミニウムで形成することも可能である。
【0042】
また、例えばガラスフリット、銅－錫、金－シリコンなどの他の金属ボンディング方法、またはダイレクトボンディングも代替的に可能である。
【0043】
図２ｅは、キャップデバイスＫと第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ３との間のボンディングフレームＢＲを介したボンディングを行った後の状態を示す。慣性センサ領域ＳＢの第１のキャビティＣ１内の基準圧力ＰＰ１は、まだ完成していないダイヤフラム領域Ｍの下方の第２のキャビティＣ２内の第２の基準圧力ＰＰ２と等しい。
【0044】
本実施例では、この共通基準圧力ＰＰ１＝ＰＰ２をボンディング時にすぐ設定する。すでに上述したように、さらに低い基準圧力や、基板Ｓ全体で特に均一な基準圧力を設定するために、このプロセス段階で、例えば、レーザリシール処理を実行することも可能である。しかし、そのためには、基板Ｓ上にある全ての部品の全てのキャビティＣ１を開口する必要がある。
【0045】
図２ｆに示すように、次のプロセスステップは、キャップデバイスＫのトレンチエッチングステップである。このトレンチエッチングステップによって、その上にあるボンディングフレーム領域ＢＲ１を有するボンディング接続領域ＢＯが、スルーホールＤ２を介して露出すると同時に圧力センサ領域ＳＢ２の媒体アクセス用スルーホールＤ１も形成される。さらに、このエッチングステップでは、第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ３がエッチングストップ領域ＡＳの上方で除去され、エッチングストップ領域ＡＳは、トレンチエッチングプロセスのためのエッチングストップとして機能する。
【0046】
任意のプロセスステップ（図示せず）にて、エッチングストップ領域ＡＳをダイヤフラム領域Ｍから除去してもよい。残りのエッチングストップ層の種類と厚さによって、ダイヤフラム領域Ｍの応力バランスを場合によって最適化することができ、それも特に、温度変化に伴うダイヤフラム領域Ｍのたわみの変化に関して最適化することができる。
【0047】
【0048】
第３の実施形態では、図３ａによれば、第１のマイクロメカニカル機能層Ｐ１にはエッチングトレンチが設けられておらず、電極領域を生成する部分がトレンチ化されているのみである。第２のマイクロメカニカル機能層Ｐ２は、形成されるべきダイヤフラム領域に微細なエッチングトレンチＥ２でパターニングされる。
【0049】
続いて、図３ｂを参照すると、その下に位置する第３の絶縁層О２を犠牲層として除去することにより、形成すべきダイヤフラム領域Ｍを露出させる第１の犠牲エッチングステップを行う。続いて、ダイヤフラム領域ＭにおけるエッチングトレンチＥ２の微細なトレンチ開口部は、ダイヤフラム領域Ｍにおいて第１の実施形態における類似したエッチングストップ層を介して閉鎖され、図３ｃに示すように、形成されるべきダイヤフラム領域Ｍには、再びエッチングストップ層ＡＳが残される。
【0050】
図３ｄは、第３のマイクロメカニカル機能層Ｐ３の堆積とパターニング、およびアルミニウムからなるボンディングコンタクト領域ＢＲ１の堆積とパターニングを行った後の状態を示すものである。
【0051】
図３ｅによると、さらなる犠牲エッチングステップでは、下に位置する第３の絶縁層О２を除去することにより、慣性構造ＩＥも露出する。続いて、先の実施形態に関連してすでに説明したように、キャップデバイスＫをボンディングのために設け、続いて共通トレンチエッチングステップを行って、ボンディングコンタクト領域ＢＯを露出させ、スルーホールＤ１、Ｄ２を形成する。
【0052】
本実施形態では、第２キャビティＣ２内の第２基準圧力ＰＰ２は、第１キャビティＣ２内に第１基準圧力ＰＰ１が設定されるキャッピング装置Ｋのボンディングステップではなく、エッチングストップ領域ＡＳによってエッチングチャネルＥ２が閉鎖されるステップで設定される。したがって、基準圧力ＰＰ１とＰＰ２は異なるように設定することができる。
【0053】
当然ながら、本実施形態においても、基準圧ＰＰ１、ＰＰ２を調整するための接続チャネルを設けることは当然代替的に可能である。
【0054】
図４は、本発明の第４の実施形態に係るマイクロメカニカルセンサ装置を説明する概略断面図である。
【0055】
第４の実施形態では、上述した実施形態とは異なり、第１および第２のマイクロメカニカル機能層Ｐ１、Ｐ２の間に、例えばポリシリコンからなる第４のマイクロメカニカル機能層Ｐ１ａが形成されている。第４の実施形態では、ダイヤフラム領域Ｍの下面に、第２および第４のマイクロメカニカル機能層Ｐ２、Ｐ１Ａのスタンプ状の可動電極領域ＳＴを形成することにより、ダイヤフラム領域Ｍを中央領域で剛性化している。このように、電極領域ＳＴは、圧力が変化すると、第１のマイクロメカニカル機能層Ｐ１の下に位置する固定電極ＳＥ２’に向かって、略平面平行板のように移動することができる。これにより、センサ装置の圧力センサ領域ＳＢ２の電気的な感度を特に高くすることができる。
【0056】
慣性センサ領域ＳＢ１の固定電極ＳＥ１’も同様に、第１および第４のマイクロメカニカル機能層Ｐ１、Ｐ４から生成されている。
【0057】
有利には、この実施形態では、マイクロメカニカル機能層Ｐ２，Ｐ３間および／またはマイクロメカニカル機能層Ｐ３，Ｐ１Ａの間の距離によって定められる慣性センサ領域ＳＢの有用なギャップとは無関係に、第１および第２のマイクロメカニカル機能層Ｐ１、Ｐ２の間の犠牲層の厚さによって有用なギャップを定めることができる。このように、圧力センサ領域ＳＢ２と慣性センサ領域の機械的および電気的な特性を個別に最適化することが、特に効果的に可能である。
【0058】
図５は、本発明の第１～第４の実施形態に係るマイクロメカニカルセンサ装置の例示的な製品パッケージを説明する概略断面図である。
【0059】
図５の例では、既に上述したセンサ装置の一つであるセンサ装置ＳＶが、ＡＳＩＣチップＡＳＣ上に配置され、ワイヤボンディングＢ１を介してＡＳＩＣチップＡＳＣと電気的に接続されている。ＡＳＩＣチップＡＳＣの外部電気接点は、ワイヤボンディングＢ２を介してベアリングプレート基板ＬＰに案内される。続いて、モールドパッケージＭＯを生成するために構成体の成形プロセスを行い、チップはモールド材ＭＯで横方向に充填されるが、センサ装置ＳＶの上面は、特に圧力センサ領域のための第１のスルーホールの領域において、媒体アクセス用に変更可能である。必要に応じて、第１のスルーホールＤ１の領域におけるダイヤフラム領域Ｍのさらなるゲル化（図示せず）を行って、媒体および湿気に対するセンサ装置のロバスト性を向上させてもよい。製品パッケージは、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）として実現されるか、または図５に示すように、はんだ領域Ｌを有するＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）として実現される場合がある。
【0060】
本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。特に、上記の材料や幾何学的形状は例示的なものであり、説明されている例に限定されない。
【図1a)】
【図1b)】
【図2a)】
【図2b)】
【図2c)】
【図2d)】
【図2e)】
【図2f)】
【図3a)】
【図3b)】
【図3c)】
【図3d)】
【図3e)】
【図3f)】
【図4)】
【図5)】