特表 2022-507515 マイクロエレクトロメカニカルセンサを製造する方法およびマイクロエレクトロメカニカルセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-18

(54)【発明の名称】マイクロエレクトロメカニカルセンサを製造する方法およびマイクロエレクトロメカニカルセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/08 20060101AFI20220111BHJP

   B81C 3/00 20060101ALI20220111BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20220111BHJP

   H01L 41/113 20060101ALI20220111BHJP

   H01L 41/187 20060101ALI20220111BHJP

【ＦＩ】

G01P15/08 102D

B81C3/00

B81B3/00

H01L41/113

H01L41/187

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021526513

(86)(22)【出願日】2019-10-30

(85)【翻訳文提出日】2021-07-13

(86)【国際出願番号】 EP2019079579

(87)【国際公開番号】W WO2020099127

(87)【国際公開日】2020-05-22

(31)【優先権主張番号】102018219524.2

(32)【優先日】2018-11-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】クローネンベルガー，アヒム

【テーマコード（参考）】

3C081

【Ｆターム（参考）】

3C081AA01

3C081AA07

3C081AA17

3C081BA04

3C081BA22

3C081BA29

3C081BA30

3C081BA41

3C081CA05

3C081CA13

3C081CA26

3C081CA32

3C081DA22

3C081DA30

3C081DA43

3C081EA02

(57)【要約】

マイクロエレクトロメカニカルセンサ（１）を製造する方法が提案される。マイクロエレクトロメカニカルセンサ（１）がキャップウェハ（２）とセンサウェハ（３）と結合することによって製造され、キャップウェハ（２）がキャップウェハ（２）をセンサウェハ（３）に結合するためのボンディング構造体（４）を有し、センサウェハ（３）が可動式構造（６）を有するセンサコア（５）を含み、キャップウェハ（２）が可動式構造（６）の変位を制限するためのストッパ構造体（７）を含み、当該方法が、第１のステップと、第１のステップに続く第２のステップとを備え、ストッパ構造体（７）のストッパ表面が未加工のキャップウェハの元の表面のレベルに位置する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロエレクトロメカニカルセンサ（１）を製造する方法であって、
前記マイクロエレクトロメカニカルセンサ（１）がキャップウェハ（２）とセンサウェハ（３）とを結合することによって製造され、前記キャップウェハ（２）が当該キャップウェハ（２）と前記センサウェハ（３）とを結合するためのボンディング構造体（４）を有し、前記センサウェハ（３）が可動式構造（６）を有するセンサコア（５）を含み、前記キャップウェハ（２）が前記可動式構造（６）の変位を制限するためのストッパ構造体（７）を含み、
前記方法が、第１のステップと、前記第１のステップに続く第２のステップとを備え、
前記第１のステップにおいて、前記キャップウェハ（２）の部分領域（９）にハードマスク（８）を設けて、前記キャップウェハ（２）のマスクされた部分領域（９）が前記ストッパ構造体（７）のストッパ表面（７’）を形成し、
前記第２ステップにおいて、キャップウェハ（２）にボンディング層を設けて、エッチングにより前記ボンディング構造体（４）のボンディング層を生成する、
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、前記センサコア（５）の前記可動式構造（６）は、ポリシリコンブリッジ（１３）によって互いに結合された２つの部分構造体（１２，１２’）を含み、前記可動式構造（６）の静止状態において変位方向（１１）に前記ポリシリコンブリッジ（１３）が前記センサコア（５）の静止構造体（１４）から離間する、方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の方法であって、前記第１のステップに先行する第３のステップにおいて、酸化物層を前記キャップウェハに堆積して前記酸化物層をエッチングすることによって保護構造体（１５）が生成され、該保護構造体（１５）が、前記キャップウェハ（２）と前記センサウェハ（３）とが結合されるときに前記センサコア（５）をボンディング構造体（４）からの材料の侵入に対して保護する、方法。

【請求項4】

請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法であって、前記第１のステップに先行する第４のステップにおいて、エッチングによって前記キャップウェハ（２）の表面に凹部（１０）が生成され、前記第１のステップにおいて、前記キャップウェハ（２）の他の部分領域（９’）に他のハードマスク（８’）が設けられ、前記部分領域（９’）が前記凹部（１０）に位置し、前記キャップウェハ（２）のマスクされた他の部分領域（９’）がキャップ電極（１７）の表面（１７’）を形成する、方法。

【請求項5】

請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法であって、前記第２のステップに続く第５のステップにおいて、エッチングにより、空洞を形成するための切欠き（１９）が生成される、方法。

【請求項6】

請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法であって、前記第２のステップに続く第６のステップにおいて前記ハードマスク（８）が除去される、方法。

【請求項7】

請求項６に記載の方法であって、前記第６のステップに先行する第７のステップにおいて、前記ボンディング構造体（４）および／または保護構造体（１５）に対して、ハードマスク（８）を除去するときに前記ボンディング構造体（４）および／または前記保護構造体（１５）を材料除去から保護する保護ラッカー（１８）が設けられる、方法。

【請求項8】

可動式構造（６）を備えるセンサコア（５）を有するセンサウェハ（３）と、ストッパ構造体（７）を有するキャップウェハ（２）とからなるマイクロエレクトロメカニカルセンサ（１）であって、
前記センサウェハ（３）と前記キャップウェハ（２）とが共晶合金によって互いに結合され、当該マイクロエレクトロメカニカルセンサ（１）が特に請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法によって製造されており、
前記キャップウェハ（２）のストッパ構造体（７）が前記センサコア（５）の可動式構造（６）の変位を制限し、前記可動式構造（６）がポリシリコンブリッジ（１３）によって互いに結合された２つの部分構造体（１２，１２’）を含み、
前記ポリシリコンブリッジ（１３）が前記可動式構造（６）の静止状態において変位方向（１１）にセンサコア（５）の静止構造体（１４）から第１の間隔（２０）だけ離間し、前記可動式構造（６）が静止状態において前記変位方向（１１）にストッパ構造体（７）のストッパ表面（７’）から第２の間隔（２１）だけ離間し、前記第１の間隔（２０）が前記第２の間隔（２１）よりも大きい、
ことを特徴とするマイクロエレクトロメカニカルセンサ（１）。

【請求項9】

請求項８に記載のマイクロエレクトロメカニカルセンサ（１）であって、前記キャップウェハ（２）は、前記キャップウェハ（２）の凹部（１０）に配置されたキャップ電極（１７）を有し、前記可動式構造（６）が静止状態で前記変位方向（１１）に前記キャップ電極（１７）の表面（１７’）から第３の間隔（２２）だけ離間し、前記第３の間隔（２２）が前記第２の間隔（２１）以上である、マイクロエレクトロメカニカルセンサ（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前提部分に記載のマイクロエレクトロメカニカルセンサを製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特に慣性センサの形態のマイクロエレクトロメカニカルセンサは、従来技術から様々な実施形態で知られている。そのようなセンサの機能原理は、通常、センサに加えられる外部の直線加速度または回転が、センサコア内の可動式構造の変位や歪みを引き起こす慣性力を誘起し、これにより、加えられた加速度もしくは回転を測定することができることである。この場合、可動式構造は、単一の層からエッチングされたものでもよいし、または複数の層から構成されてもよい。特に、可動式構造は、シリコン層が機能的なポリシリコン（ＦＰ）の層上にエピタキシャルに成膜され、その後のステップにおいてシリコン層から複数の部分構造体が用意され、これらの部分構造体は、ＦＰ層から形成された機能性ポリシリコンからなるブリッジ（ＦＰブリッジ）を介して相互に結合されている。

【0003】

センサコアのために閉じた環境を用意するために、センサウェハにはしばしばウェハボンディング方法によってキャップが装着され、センサコアはこのようにして空洞に封入される。このようなウェハボンディング方法の１つは、特に、センサウェハとキャップウェハとが共晶合金によって互いに結合される共晶ボンディング法である。この合金は、例えばゲルマニウムとアルミニウム、またはシリコンと金などの２つの合金パートナーによって形成される。この場合、例えば、金からなる付加的なボンディング構造体を２つのウェハの一方に設けることができ、このボンディング構造体は、ウェハの接合時に加熱することによって２つのウェハのシリコンに結合し、これにより、堅固な材料結合による結合を形成する。同様に、２つのウェハの一方は、アルミニウムからなるボンディング構造体を有し、その他方は、ゲルマニウムからなるボンディング構造体を有することができ、これにより、２つのボンディン構造体は接合時に所望の共晶結合を形成する。それぞれのボンディング構造体は、ウェハの製造時にボンディング層を形成し、次にエッチングによってボンディング層を構造化することによって形成される。ボンディング構造体がキャップウェハの上縁部を形成すること、すなわち、キャップウェハの残りの構造体から突出していることを確保するために、ボンディング構造の形成は、通常、キャップウェハの残りの構造体がさらなるエッチングプロセスによって生成される前に実行される。

【0004】

可動式構造が特に強く変位することによってセンサが損傷することを防止するために、一般に、可動式構造の最大変位量を制限するストッパ構造体が空洞内に配置される。上方への（すなわち、キャップの方への）変位のために、例えば、キャップウェハは、変位が大きい場合に可動式構造が機械的に当接するストッパ表面を有することができる。ストッパ構造体の高さ、すなわちキャップウェハ内におけるストッパ表面のレベルは、既にストッパ構造体を用意する前に材料が、特にボンディング構造体の形成時に行われるオーバーエッチングによって除去されることによって制限されている。このようにして、可動式構造の上縁部とストッパ表面との間の間隔を制限する要因がある。特に、間隔が大きすぎる場合には、機能的なＦＰブリッジが、ストッパ表面によって移動が遮られる前に、下方からセンサウェハの固定した構造体に衝突する場合がある。この衝突時にＦＰブリッジが破損し、これによりセンサが損傷するか、または破壊されることさえある。

【発明の概要】

【0005】

このようなことを背景として、本発明の課題は、キャップウェハのストッパ構造体が、機能的なＦＰブリッジの破損が防止されるように生成される方法を提供することである。

【0006】

独立請求項に記載の方法では、ハードマスクを適用することによって、ハードマスクによって覆われた平面が、キャップウェハの構造体が生成される後続のエッチングプロセスにおいて材料を除去されないことを達成する。このようなマスクの適用は、ボンディング構造体の生成時に引き起こされるオーバーエッチングがストッパ構造体のストッパ表面の高さレベルを不利に低下させることを防止するために特に適していることが判明した。

【0007】

幾何学的関係を説明するために、以下では、キャップもしくはセンサウェハの主延在平面を参照する。主延在平面に垂直な方向は垂直方向と呼ばれるが、これにより重力方向との関連性を示唆するものではない。「上方」および「下方」という用語は、垂直方向に関して理解されるべきである。キャップウェハは、連続的な成膜およびエッチングプロセスによって構造化される。それぞれの構造体について、もしくは主延在平面に平行に配置されたキャップウェハの構造体の表面について、垂直方向を基準にして高さレベルを示すことができ、特に、他の構造体およびその構造体の表面の高さレベルと比較することができる。キャップウェハには、連続的な成膜およびエッチングプロセスによって複数の異なる構造体が設けられ、処理は、通常、キャップウェハの一方の側でのみ行われ、この側は以下では上側と呼ばれる。この側に属する未処理のキャップウェハの表面は、除去プロセスによってのみ生成されるそのような構造体の最大高さレベルを形成する。除去によって生成されるこのような構造体は、例えば、キャップウェハのストッパ構造体であり、このストッパ構造体は、センサウェハとの接合後に、センサウェハの可動式構造の移動量を、少なくとも垂直方向に、最大変位量に制限する。ハードマスクの適用により、後にウェハ材料からエッチングされるストッパ構造体のストッパ表面を形成するマスクされた表面が、最大限に利用可能な高さレベルを有し、これに応じて最大変位量を小さくできることが確保される。本発明による方法の第２のステップではボンディング構造体が生成され、このボンディング構造体によって製造プロセスの後続部分においてキャップウェハとセンサウェハとが材料結合により互いに結合される。好ましくは、この結合は、共晶ボンディング法により行われる。例えば、ボンディング構造体は、加熱時に２つのウェハのシリコンに結合される金から共晶合金を形成したものでもよい。好ましくは、ボンディング構造体は、部分的または完全にゲルマニウムからなり、アルミニウムからなる他のボンディング構造体に接合され、これにより、加熱時に共晶ゲルマニウム－アルミニウム合金によって材料結合が生じる。

【0008】

あらかじめ堆積されたボンディング材料からボンディング構造体を形成するエッチングプロセスにおいてオーバーエッチングが生じると、すなわち、ボンディング材料の所望の部分が除去されるだけでなく、キャップウェハの表面の材料も除去されると、これにより、さらなる構造化に利用可能な最大高さレベルが低下することが見出された。オーバーエッチングによって高さレベルのシフトがマイクロメートルの範囲内で引き起こされ、ストッパ構造体のストッパ表面の位置決めがそれに応じて垂直方向において変更されることとなる。本発明によるハードマスクの適用によって、高さレベルの低下が有利に抑制され、ストッパ表面は、未処理のウェハの元の表面のレベルに位置する。

【0009】

本発明による方法の好ましい実施形態によれば、センサコアの可動式構造は、ポリシリコンブリッジによって互いに結合された２つの部分構造体を含み、ポリシリコンブリッジは、可動式構造の静止状態において、変位方向においてセンサコアの静止構造体から離間している。可動式構造は、例えば、機能性ポリシリコン層（ＦＰ層）にエピタキシャルシリコン層を成長させ、続いてそこから２つの部分構造体をエッチングにより形成することによって生成できる。この場合、２つの部分構造体はＦＰ層の上方に位置する。ＦＰ層から、以下にＦＰブリッジと呼ばれる２つの部分構造体の結合要素が形成される。可動式構造は、代替的には、１つ以上の部分構造体が端部を形成し、ＦＰ層が底部を形成する谷の形状を有することもできる。

【0010】

このような構造では、センサウェハの静止構造体に当接することによってＦＰブリッジが損傷するという問題が生じる。可動式構造が大きく変位した場合に、１つ以上のストッパ構造体との機械的な接触によって部分構造体を止めることができるが、ＦＰブリッジのこのような当接は、潜在的に、ブリッジの損傷または破壊につながるので、防止される必要がある。したがって、好ましくは、キャップウェハのストッパ表面は、接合後に、ストッパ表面と、特に可動式構造または一方もしくは両方の部分構造体の上側表面との間の間隔が、ＦＰブリッジとセンサコアの静止構造体との間の間隔よりも小さくなるように位置決めされている。このようにして、可動式構造をストッパ平面に当接させることによって、ＦＰブリッジが静止構造体に当接して損傷することが有利に防止される。

【0011】

本発明による方法のさらなる好ましい実施形態によれば、第１のステップに先行する第３のステップにおいて、酸化物層がキャップウェハに堆積して酸化物層をエッチングすることによって保護構造体が生成され、この保護構造体は、キャップウェハとセンサウェハとの結合時に、ボンディング構造体からの材料の侵入に対してセンサコアを保護する。ボンディング時に、キャップウェハとセンサコアとから形成されたセンサが少なくとも部分的に加熱され、これにより、合金パートナーが所望の共晶合金を形成するように結合される。保護構造体により、有利には、例えば、ボンディング構造体または合金の軟質または液体の材料がセンサコアに流入することが防止される。

【0012】

本発明による方法のさらなる好ましい実施形態によれば、第１のステップに先行する第４のステップにおいて、エッチングによってキャップウェハの表面に凹部が生成され、第１のステップにおいて、他のハードマスクがキャップウェハの他の部分領域に設けられ、この他の部分領域は凹部内に位置し、キャップウェハのマスクされた他の部分領域はキャップ電極の表面を形成する。好ましくは、第４のステップは第３のステップの後に行われる。本発明による方法のこの実施形態では、ストッパ構造体に加えて、キャップ電極がキャップウェハの一部として形成される。このキャップ電極がストッパ構造体と同じ高さレベルに位置することを防止するために、キャップ電極を実際に形成する前に凹部が形成され、この凹部では、接合後にセンサウェハに向いた表面がハードマスクによって形成される。これにより、本発明による方法の第１のステップにおけるように、ボンディング構造体のエッチング時にさらなる材料除去が防止される。凹部に位置決めすることにより、キャップ電極の表面がストッパ構造体のストッパ表面よりも低い高さレベルに位置することが達成される。したがって、接合後には可動式構造とストッパ表面との間の間隔は、可動式構造とキャップ電極との間の間隔よりも小さい。これにより、変位が大きい場合に、可動式構造はキャップ電極に当接する前に有利に止められる。

【0013】

本発明による方法のさらなる好ましい実施形態によれば、第２のステップに続く第５のステップにおいて、エッチングによって、空洞を形成するための切欠きが生成される。キャップウェハとセンサウェハとの接合時に、キャップウェハの切欠きは、センサコアが封入される空洞の上部を形成する。

【0014】

本発明による方法のさらなる好ましい実施形態によれば、第２のステップに続く第６のステップでハードマスクが除去される。第１のステップで他のハードマスクも設けられたとき、このハードマスクは好ましくは同様に第６のステップで除去される。

【0015】

好ましくは、このステップは第５のステップの前に行われる。

【0016】

本発明による方法のさらなる好ましい実施形態によれば、第６のステップに先行する第７のステップにおいて、ボンディング構造体および／または保護構造体に保護ラッカーが設けられ、この保護ラッカーは、ハードマスクが除去されるときにボンディング構造体および／または保護構造体を材料除去から保護する。好ましくは、このステップは第２のステップの後に行われる。

【0017】

本発明の別の対象は、請求項８に記載のマイクロエレクトロメカニカルセンサである。

【0018】

本発明によるセンサの好ましい実施形態によれば、キャップウェハは、キャップウェハの凹部に配置されたキャップ電極を有し、可動式構造は静止状態で変位方向にキャップ電極の表面から第３の間隔だけ離間しており、第３の間隔は第２の間隔以上である。

【0019】

本発明によるマイクロエレクトロメカニカルセンサの上述の実施形態に対して代替的または付加的に、センサにおいて本方法に関連して説明した有利な構成および特徴を単独で、または組み合わせて使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1a】従来技術による製造方法の連続した異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図1b】本発明による製造方法の実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図1c】本発明による製造方法のさらなる実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図2a】従来技術による製造方法の連続した異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図2b】本発明による製造方法の実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図2c】本発明による製造方法のさらなる実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図3a】従来技術による製造方法の連続した異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図3b】本発明による製造方法の実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図3c】本発明による製造方法のさらなる実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図4a】従来技術による製造方法の連続した異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図4b】本発明による製造方法の実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図4c】本発明による製造方法のさらなる実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図5a】従来技術による製造方法の連続した異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図5b】本発明による製造方法の実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図5c】本発明による製造方法のさらなる実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図6a】従来技術による製造方法の連続した異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図6b】本発明による製造方法の実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図6c】本発明による製造方法のさらなる実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図7a】従来技術による製造方法の連続した異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図7b】本発明による製造方法の実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図7c】本発明による製造方法のさらなる実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図8a】従来技術による製造方法の連続した異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図8b】本発明による製造方法の実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図8c】本発明による製造方法のさらなる実施形態の異なる段階におけるキャップウェハを示す概略図である。

【図9a】センサウェハとキャップウェハとを接合することによって形成される従来技術によるセンサを示す概略図である。

【図9b】センサウェハとキャップウェハとを接合することによって形成される本発明によるマイクロエレクトロメカニカルセンサの実施形態を示す概略図である。

【図9c】センサウェハとキャップウェハとを接合することによって形成される本発明によるマイクロエレクトロメカニカルセンサのさらなる実施形態を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下の図面では、図１ｃ～図９ｃは、本発明による方法の一実施形態による、キャップウェハ２もしくはキャップウェハ２によって形成されるセンサ１の製造プロセスの異なる段階に対応している。図１ｂ～図９ｂは、ストッパ構造体７に加えて、キャップ電極１７がキャップウェハ２の一部として形成される、本発明による方法の変形例を示す。図１ａ～図９ａは、従来技術による製造方法を示す。複数の異なる製造プロセスのそれぞれ対応する段階が互いに上下に示されており（例えば、キャップウェハの処理の開始時の第１のサブステップをそれぞれ示す図１ａ、１ｂ、１ｃのシーケンスを参照されたい）、これにより、相違点、特に欠けたサブステップまたは付加的なサブステップを良く際立たせることができる。様々な図において、同じまたは同等の部分には常に同じ参照符号が付されているので、原則としてそれぞれ一度だけ挙げるか、もしくは言及するものとする。

【0022】

図１ａ～１ｃに示すように、キャップウェハ２の処理の開始時に酸化物を成膜し、構造化することによって、１．１μｍ～１．７μｍの一般的な厚さ１５’を有する保護構造体１５が生成される。この保護構造体１５は、図９ａ～図９ｃに関して以下でさらに説明するように、ボンディング材料４’，２５が加熱された場合に、ボンディング材料４’，２５がセンサコア５に侵入し、マイクロエレクトロメカニカル構造体の機能構成要素を妨害するか、または損傷することを防止する役割を果たす。

【0023】

図２ｂに示すように、保護酸化物１５の成膜および構造化に続くサブステップにおいて、キャップウェハ２の凹部１０が生成される。凹部１０の底面１０’で形成される面上には、次のサブステップでキャップウェハ２のキャップ電極１７が形成される。このサブステップは、キャップ電極１７のこのような形成が行われない図２ａおよび図２ｃに示す製造方法には欠如している。

【0024】

次に、図３ｂおよび図３ｃに示すように、キャップウェハ２の表面にハードマスク酸化物８’’が成膜される。図４ｂおよび図４ｃに見られるように、ハード酸化物層８’’から、続いて構造化によりハードマスク８もしくは８’が形成され、これらのハードマスクは、それぞれウェハ表面の特定の部分領域９，９’を覆い、後続のエッチング時の除去から保護するものである。図４ｃのキャップ電極１７のない変形例では、マスク８は、後にストッパ構造体７のストッパ表面７’を形成するウェハ２の部分表面を除去から保護する部分領域９を覆うものである。図４ｂの変形例では、ハードマスク８、８’は２つの部分領域９，９’を覆い、そのうちの第１の部分領域９はストッパ構造体７のストッパ平面７’を形成し、凹部１０の他の部分領域９’はキャップ電極１７の表面１７’を形成する。図３ｂおよび図３ｃ並びに図４ｂおよび図４ｃによるハードマスク８の生成は、本発明による方法の第１のステップに対応し、従来技術による方法に属する図３ａおよび図４ａでは欠けたものである。

【0025】

次のサブステップでは、後にキャップウェハ２とセンサウェハ３とを結合するボンディング構造体４が生成される。この目的でゲルマニウム層が成膜され、エッチングによって構造化される。これは、本発明による方法の第２のステップの実施形態に対応する。図５ａ～５ｃに見られるように、オーバーエッチングにより付加的な高低差１６が生じる。すなわち、エッチングにより、ゲルマニウム層が構造化されるだけでなく、キャップウェハ２の残りの表面から材料がさらに除去される。従来技術では、図５ａに示すように、後続の全ての構造化プロセスの開始点を形成するので、後に形成される構造体の最大限の高さを定める平面は、そのようにして生じた表面１６’によって形成される。これに対して、図５ｂおよび図５ｃの本発明による方法の変形例では、マスク８もしくは８’によって覆われた領域はオーバーエッチングから保護され、これにより、その覆われた表面は、元の高さレベルに保持されるので、特に、従来技術から知られている方法によって形成された図５ａの表面１６’よりも高い。

【0026】

次のサブステップでは、図６ｂおよび図６ｃに示すように、保護構造体１５およびボンディング構造体４に保護ラッカー１８が設けられ、ハードマスク８，８’が除去される。保護ラッカー１８は、ハードマスク８，８’の除去時に保護構造体１５およびボンディング構造体４を保護する役割を果たす。

【0027】

図７ａ～図７ｃに示すように、次に空洞トレンチが形成される。すなわち、例えばラッカーマスクによって特定の領域にトレンチを形成することによって、後にセンサウェハ３との接合時にセンサコア５が閉じ込められる空洞を形成する切欠き１９が生じる。この場合、図７ｂおよび図７ｃに示すように、ストッパ構造体７もしくはキャップ電極（図７ｂ）の残りの部分が同時に形成される。従来技術による方法ではこのサブステップにおいてストッパ構造体７’’の全高さが形成され、このストッパ構造体７’’のストッパ表面７’’’は、図５ａに示した表面１６’のレベルに位置する。したがって、図７ａと図７ｂおよび図７ｃとの比較から分かるように、本発明による方法の変形例によって製造された、図７ｂおよび図７ｃに示されるストッパ構造体７のストッパ平面７’’は、従来の方法で生成されたストッパ表面７’’’よりも著しく高い。

【0028】

図８ａ～８ｃは、種々の方法によって生成されたキャップウェハ２の構造体の高低差２７，２７’，２８を示す。それぞれ最高点が保護構造体１５の上部２９によって形成される。従来技術から知られている図８ａに示す方法では、最高レベル２９とストッパ構造体７’’のストッパ表面７’’’との間の高低差２７’は、一般に２．５μｍ～３．５μｍである。これに対して、図８ｂおよび図８ｃに示す本発明による方法の２つの実施形態では、高低差２７は、保護構造体１５の厚さによってのみ決定され、一般に１．１μｍ～１．７μｍである。最高レベル２９とキャップ電極１７の上方を向いた表面１７’との間の距離３０は、間隔２７よりも幾分大きくなるように選択されており、次の図９ｂに示すように、組み立てられたセンサ１において、キャップ電極の表面１７’と可動式構造６の上縁部との間の高低差２２を決定する。

【0029】

図９ａ～図９ｃには、種々の方法によって生成され、キャップウェハ２とセンサウェハ３とから組み立てられたセンサ１が示されている。保護構造１５の外側には、ゲルマニウムボンディング構造体４とアルミニウムボンディング構造体４’とからなる結合要素２５がキャップウェハ２とセンサウェハ３との間に配置されている。後続の共晶ボンディングのために、キャップウェハ２とセンサウェハ３とを材料結合により互いに結合する合金パートナー４，４’が形成される。図面には、結合要素２５の一部のみが示されており、この接続要素は全体がセンサコア５を完全に取り囲み、共晶ボンディング時に空洞を密閉して外部空間から分離する。保護構造体１５は同様にセンサコア５全体を取り囲み、結合要素２５が溶融した場合に、液体の合金材料がセンサコア内に侵入するのを防止する。

【0030】

センサウェハ３は、ＦＰブリッジ１３によって互いに結合された２つの部分構造体１２，１２’からなる可動式構造６を有する。部分構造体１２と部分構造体１２’との間にはセンサコアの静止構造体１４が配置されている。可動式構造６が変位方向１１に移動する場合、その移動振幅はキャップウェハ２のストッパ構造体７によって制限される。強い変位の場合、部分構造体１２は、ストッパ構造体７のストッパ表面７’に当接するので、ストッパ表面７’と部分構造体１２との間の間隔２１もしくは２１’よりも大きい変位が防止される。好ましくは、ストッパ構造体７は、部分構造体１２および部分構造体１２’の両方が、強い変位の場合にストッパ構造体７に当接し、これにより止まるように構成されている。従来技術にしたがって製造された図９ａのセンサ１の場合、間隔２１’がＦＰブリッジ１３と静止構造体１４との間の間隔２０よりも小さくなるので、それに応じて変位振幅が大きい場合にはＦＰブリッジ１３が静止構造体１４に衝突し、機械的に損傷するか、または破壊される危険性があるという問題が生じる。

【0031】

これに対して、本発明による方法の実施形態で製造された図９ｂおよび図９ｃに示したセンサ１では、間隔２１は著しく小さく、特にＦＰブリッジ１３と静止構造体１４との間の間隔２０よりも小さい。このようにして、可動式構造６は、ＦＰブリッジ１３が損傷を受ける前に、ストッパ構造体７の表面７’によって遮られる。図９ｂのキャップ電極１７を有する変形例では、キャップウェハ２の上縁部とキャップ電極１７との間の間隔２２は、ＦＰブリッジ１３と静止構造体１４との間の間隔２０に等しい。このようにして、可動式構造６は強い変位の場合にもＦＰブリッジ１３と静止構造体１４との間の機械的接触によっても、可動式構造６とキャップ電極１７との間の接触によっても損傷しないことが保証されている。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図6a】

【図6b】

【図6c】

【図7a】

【図7b】

【図7c】

【図8a】

【図8b】

【図8c】

【図9a】

【図9b】

【図9c】

【国際調査報告】