DE102009031499A1

DE102009031499A1 - Halbleitersensor mit Heizung auf dem Isolationsfilm und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102009031499A1
Application number: DE102009031499A
Authority: DE
Inventors: Ryuichirou Kariya-city Abe; Tsuyoshi Kariya-city Fukada; Keisuke Kariya-city Suzui
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2010-01-14
Also published as: US8006553B2; US20100005877A1; JP2010038905A

Abstract

Ein Sensor weist auf: ein Siliziumsubstrat (10) mit einem hohlen Abschnitt (10a), der an einer Rückseite des Siliziumsubstrats angeordnet ist; einen Isolationsfilm (11) an einer Vorderseite des Siliziumsubstrats, der den hohlen Abschnitt abdeckt; wenigstens einen Heizer (15a, 15b), der auf dem Isolationsfilm angeordnet ist, aus einer Halbleiterschicht (12) hergestellt ist und Wärme zu erzeugen vermag; und einen Abziehverhinderungsfilm (18) zum Schützen des Isolationsfilms vor einer Entfernung vom Siliziumsubstrat. Das Siliziumsubstrat, der Isolationsfilm und die Halbleiterschicht liefern ein SOI-Substrat. Der hohle Abschnitt hat eine Seitenwand (10d) und einen Boden (10e). Der Abziehverhinderungsfilm deckt zumindest eine Grenze zwischen der Seitenwand und dem Boden des hohlen Abschnitts ab.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleitersensor mit einer Heizung oder einem Heizelement auf einem Isolationsfilm sowie ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Sensor.
Ein bekannter Halbleitersensor umfasst ein Siliziumsubstrat mit einem hohlen Abschnitt, einen den hohlen Abschnitt abdeckenden Isolationsfilm, der auf der Vorderseite des Substrats liegt, und eine Heizung oder ein Heizelement, welches bei einer Erregung oder Energieversorgung Wärme erzeugt und auf dem Isolationsfilm liegt. Das Heizelement ist aus einer Halbleiterschicht.
Ein derartiger Sensor ist in der JP-A-H07-58346 beschrieben.
Der Sensor ist als ein Gasflusssensor verwendbar, um eine Gasflussmenge zu erkennen. Der Gasflusssensor umfasst den hohlen Abschnitt, einen Nitridfilm, einen dotierten Siliziumfilm und ein Heizelement. Der hohle Abschnitt ist aus einem Siliziumsubstrat derart gefertigt, dass eine Rückseite des Substrats geätzt wird. Der Nitridfilm wird an einer Vorderseite des Substrats ausgebildet und deckt den hohlen Abschnitt ab. Der dotierte Siliziumfilm wird auf dem Nitridfilm abgeschieden. Das Heizelement oder der Heizer wird so gebildet, dass der dotierte Siliziumfilm in einer bestimmten Form gemustert wird. Bei einer Energieversorgung erzeugt der Heizer Wärme. Wenn ein Gas durch den Heizer strömt, leitet das Gas Wärme von dem Heizer weg, so dass der elektrische Widerstand des Heizers sich ändert. Basierend auf der Widerstandsänderung des Heizers kann eine Gasflussmenge erkannt werden.
Bei einem Drucksensor wird in einem Siliziumsubstrat eine Konkavität ausgebildet und ein Boden der Konkavität bildet eine Membran. Auf der Membran wird ein Erfassungs- oder Sensierungselement ausgebildet. Damit wird die Membran nicht von dem Substrat entfernt. Folglich hat ein Teil des Substrats, auf welchem das Sensierungselement ausgebildet ist, hohe mechanische Festigkeit.
Bei dem obigen Gasflusssensor wird der Heizer als das Sensierungselement erwärmt, um Wärme oder Hitze zu erzeugen. Somit ist es notwendig, das Sensierungselement mit einem geringen Strom über kurze Zeit hinweg zu erhitzen. Dies wiederum macht es notwendig, die Wärmekapazität desjenigen Teils der Vorrichtung zu verringern, an welchem der Heizer ausgebildet ist. Weiterhin ist es notwendig, die Isolationseigenschaften dieses Teils der Vorrichtung zu erhöhen. Damit hat der durch einen Film gebildete Teil der Vorrichtung geringe Dicke. In diesem Fall deckt ein Isolationsfilm in Form eines Nitridfilms mit großer Dicke den hohlen Abschnitt des Substrats ab und der Heizer wird auf dem Nitridfilm gebildet.
Es können jedoch Belastungen von einer Öffnung des hohlen Abschnitts her in Richtung Boden des hohlen Abschnitts wirken. Insbesondere wenn der Gasflusssensor im Ansaugkrümmer einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, werden derartige Belastungen erzeugt. In diesem Fall können die Belastungen durch Pulsationen oder Druckstöße hervorgerufen werden, wenn beispielsweise Fehlzündungen erfolgen. Die Belastungen konzentrieren sich an einer Grenze zwischen der Seitenwand und dem Boden des hohlen Abschnitts.
Folglich kann der Isolationsfilm am hohlen Abschnitt vom Siliziumsubstrat entfernt werden (sich ablösen), so dass die Festigkeit des Teils der Vorrichtung, wo der Heizer ausgebildet ist, sich verringert.
Es ist daher nötig, dass bei dem Gasflusssensor die mechanische Festigkeit verbessert ist, so dass der Isolationsfilm an der Grenze zwischen der Seitenwand und dem Boden des hohlen Abschnitts sich nicht vom Siliziumsubstrat löst.
Demnach ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor mit wenigstens einem Heizer oder Heizelement auf einem Isolationsfilm bereitzustellen, bei dem sich die genannten Probleme nicht ergeben. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Sensor zu schaffen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Sensor auf: ein Siliziumsubstrat mit einem hohlen Abschnitt, der an einer Rückseite des Substrats angeordnet ist; einen Isolationsfilm, der an einer Vorderseite des Substrats angeordnet ist und den hohlen Abschnitt abdeckt; wenigstens einen Heizer an dem Isolationsfilm, gebildet aus einer Halbleiterschicht und in der Lage, Hitze oder zumindest Wärme zu erzeugen; einen Abzieh- oder Ablöseverhinderungsfilm zum Schutz des Isolationsfilms derart, dass sich dieser nicht von dem Siliziumsubstrat löst oder hiervon entfernt werden kann. Das Siliziumsubstrat, der Isolationsfilm und die Halbleiterschicht liefern ein SOI-Substrat. Der hohle Abschnitt hat eine Seitenwand und einen Boden, und der Abziehverhinderungsfilm bedeckt zumindest eine Grenze zwischen der Seitenwand und dem Boden des hohlen Abschnitts.
Wenn bei diesem Sensor eine Belastung auf den hohlen Abschnitt wirkt, wird diese Belastung durch den Abziehverhinderungsfilm verringert. Folglich kann sich der Isolationsfilm kaum vom Substrat lösen und damit ist die mechanische Festigkeit des Sensors verbessert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Sensor: Bereitstellen eines SOI-Substrats mit einem Siliziumsubstrat, einer Isolationsschicht und einer Halbleiterschicht, welche in dieser Reihenfolge aufeinandergestapelt sind; Ausbilden wenigstens eines Heizers oder Heizelements in der Halbleiterschicht, so dass der Heizer auf der Isolationsschicht angeordnet ist; Ausbilden einer Maske auf der Rückseite des Siliziumsubstrats; Ätzen der Rückseite des Siliziumsubstrats über die Maske, so dass ein hohler Abschnitt an der Rückseite des Siliziumsubstrats gebildet wird; und Ausbilden eines Abzieh- oder Ablöseverhinderungsfilms an einer Grenze zwischen einer Seitenwand und einem Boden des hohlen Abschnitts. Die Isolationsschicht liegt an einer Vorderseite des Siliziumsubstrats und deckt den hohlen Abschnitt ab. Der Heizer vermag Hitze oder Wärme zu erzeugen und der Abziehverhinderungsfilm schützt den Isolationsfilm vor einer Entfernung oder Ablösung von dem Siliziumsubstrat.
Selbst wenn Belastungen auf den hohlen Abschnitt einwirken, werden diese Belastungen durch den Abziehverhinderungsfilm zumindest verringert. Folglich kann der Isolationsfilm gar nicht oder nur sehr schwer vom Substrat entfernt werden oder sich hiervon lösen, so dass die mechanische Festigkeit des Sensors verbessert ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen. Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:
1 schematisch eine Draufsicht auf einen Gasflusssensor vom thermischen Typ gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Schnittdarstellung durch den Gasflusssensor entlang Linie II-II in 1;
3A bis 5B jeweils Schritte aus einem Herstellungsverfahren für den Gasflusssensor von 1;
6A schematisch eine Ansicht auf die Rückseite eines hohlen Abschnitts in dem Sensor;
6B schematisch eine vergrößerte Teilansicht aus dem markierten Bereich IVB des hohlen Abschnitts in 6A;
7 in einer Grafik das Ergebnis eines Experiments Nr. 1;
8 in einer Grafik das Ergebnis eines Experiments Nr. 2; und
9 in einer Grafik das Ergebnis eines Experiments Nr. 3.
<Erste Ausführungsform>
Ein Sensor gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst wenigstens einen Heizer (Heizung, Heizelement) auf einem Isolationsfilm. Der Sensor kann beispielsweise als Gasflusssensor S1 vom thermischen Typ zur Erkennung einer Gasflussmenge eines Gases verwendet werden. 1 zeigt eine Draufsicht auf den Gasflusssensor S1. In 2 ist die Dicke einer jeden Schicht übertrieben dargestellt, so dass der Aufbau des Sensors S1 besser verständlich ist.
Besagter Aufbau des Sensors S1 wird nun erläutert.
In 1 zeigt ein Pfeil F1 eine Richtung, in welche das Gas, welches ein zu erkennendes Objekt ist, fließt. Der Sensor S1 umfasst wärmeerzeugende Widerstände 15a, 15b als Heizer, ausgebildet auf einer Halbleiterschicht 12. Ein Widerstand 158 liegt an einer stromaufwärtigen Seite des Gasflusses und der andere Widerstand 15b liegt an einer stromabwärtigen Seite des Gasflusses. Die Widerstände 15a, 15b werden beispielsweise auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 100°C und 400°C erhitzt.
Ein Paar von wärmeerzeugenden Widerständen 15a, 15b schafft ein Sensierungs- oder Erfassungselement als einen Erkennungsabschnitt. Der Sensor S1 enthält weiterhin ein Paar von Gasflusstemperaturwiderständen 16a, 16b auf einer Halbleiterschicht. Jeder Widerstand 16a, 16b erkennt eine Umgebungstemperatur um den Sensor S1 herum.
Der Sensor S1 enthält weiterhin Verdrahtungsschichten 17a–17f aus einer Halbleiterschicht. Jede Verdrahtungsschicht 17a–17f stellt elektrische Verbindungen zu dem Temperaturwiderstand 16a, dem wärmeerzeugenden Widerstand 15a, dem wärmeerzeugenden Widerstand 15b und dem Temperaturwiderstand 16b her. Weiterhin ist jede Verdrahtungsschicht 17a–17f elektrisch mit einem Anschlusspunkt oder Kissen 19a–19f verbunden. Jedes Kissen 19a–19f steht elektrisch mit Bondierdrähten 21a–21f in Verbindung.
Die wärmeerzeugenden Widerstände 15a, 15b sind über die Verdrahtungsschichten 17b, 17e, die Kissen 19b–19e und die Bondierdrähte 21b–21e mit einer nicht gezeigten Steuerschaltung verbunden. Ein Strom fließt von der Steuerschaltung zu den wär meerzeugenden Widerständen 15a, 15b über die Bondierdrähte 21b–21e, die Kissen 19b–19e und die Verdrahtungsschichten 17b–17e, so dass die Widerstände 15a, 15b Wärme erzeugen.
Die Gasflusstemperaturwiderstände 16a, 16b sind über die Verdrahtungsschichten 17a, 17f, die Kissen 19a, 19f und die Bondierdrähte 21a, 21f mit einer nicht gezeigten Temperaturerkennungsschaltung elektrisch verbunden. Der Strom fließt von der Temperaturerkennungsschaltung zu den Gasflusstemperaturwiderständen 16a, 16b über die Bondierdrähte 21a, 21f, die Kissen 19a, 19f und die Verdrahtungsschichten 17a, 17f.
Gemäß 2 ist der Sensor S1 aus einem Siliziumsubstrat 10 als einem Basissubstrat gebildet. In dem Substrat 10 ist ein hohler Abschnitt 10a ausgebildet, und ein Teil des Substrats, wo der hohle Abschnitt 10a ausgebildet ist, liefert eine Membran 30 als einen dünnen Abschnitt oder eine Dünnfilmstruktur.
Der hohle Abschnitt 10a durchtritt von der Vorderseite 10b des Siliziumsubstrats 10 her dieses zur Rückseite 10c. Genauer gesagt, der hohle Abschnitt 10a öffnet sich an der Rückseite 10c des Substrats 10. Der hohle Abschnitt 10a wird durch eine Konkavität an der Rückseite 10c des Substrats 10 so gebildet, dass die Rückseite 10c eine Vertiefung in Richtung der Vorderseite 10b hat.
Ein Siliziumoxidfilm 11 ist an der Vorderseite 10b des Substrats 10 ausgebildet. Der Siliziumoxidfilm 11 ist aus Silizium und Sauerstoff. Beispielsweise kann der Siliziumoxidfilm 11 ein SiO₂-Film, ein SiO_xN_y-Film oder poröses Silica sein.
Die Halbleiterschicht 12 ist auf der Oberfläche des Siliziumoxidfilms 11 ausgebildet. Die Halbleiterschicht 12 liefert die wärmeerzeugenden Widerstände 15a, 15b, die Gasflusstemperaturwiderstände 16a, 16b und Verdrahtungsschichten 17a–17f.
Das Siliziumsubstrat 10, der Siliziumoxidfilm 11 und die Halbleiterschicht 12 können aus einem SOI-Substrat sein, welches als Trägersubstrat das Siliziumsubstrat 10, eine eingebettete Schicht (d. h. eine BOX-Schicht) als Siliziumoxidfilm 11 und eine SOI-Schicht als Halbleiterschicht 12 hat.
Die Halbleiterschicht 12 wird mit einem BPSG-Film 14 versiegelt und ein Siliziumnitridfilm 20 deckt den BPSG-Film 14 ab. Damit ist die Oberfläche des Sensors S1 mit einem Isolationsfilm bestehend aus dem BPSG-Film 14 und dem Siliziumnitridfilm 20 bedeckt.
Der BPSG-Film 14 und der Siliziumnitridfilm 20 haben Kontaktöffnungen 21, welche den Verdrahtungsschichten 17a–17f lagemäßig entsprechen. Die Kontaktlöcher 21 durchtreten den BPSG-Film 14 und den Siliziumnitridfilm 20. Die Kissen 19a–19f sind über die Kontaktlöcher 21 elektrisch mit den Verdrahtungsschichten 17a–17f verbunden.
An der Seitenwand 10d und dem Boden 10e des hohlen Abschnitts 10a und der Rückseite 10c des Siliziumsubstrats 10 ist ein Siliziumnitridfilm 18 ausgebildet. Der Siliziumnitridfilm 18 arbeitet als ein Abzieh- oder Ablöseverhinderungsfilm oder Anti-Abzieh-Film. Damit ist der Siliziumnitridfilm 18 an der Rückseite des Sensors S1 ausgebildet.
Selbst wenn daher Belastungen so einwirken, dass die Membran 30 nach oben verformt wird, verringert der Siliziumnitridfilm 18 diese Belastungen.
Damit wird der Siliziumoxidfilm 11 nur unwesentlich von dem Substrat 10 an einer Grenze zwischen der Seitenwand 10d und dem Boden 10e des hohlen Abschnitts 10a wegbewegt. Damit die mechanische Festigkeit des Erfassungsabschnitts verbessert.
Weiterhin wird von den wärmeerzeugenden Widerständen 15a, 15b erzeugte Wärme zu dem Siliziumoxidfilm 11 übertragen, so dass auch der Siliziumoxidfilm 11 erwärmt wird. In dem Siliziumoxidfilm 11 können Na-Atome, H₂O-Moleküle und OH-Gruppen (d. h. Hydroxylgruppen) thermisch diffundieren. Der Siliziumnitridfilm 18 kann jedoch eine Diffusion dieser Bestandteile verhindern.
Folglich ändert sich der Widerstandswert der wärmeerzeugenden Widerstände 15a, 15b nicht und die Erkennungsgenauigkeit für die Gasflussmenge unterliegt keinen Schwankungen.
Da weiterhin der Siliziumnitridfilm 18 an der Rückseite des Sensors S1 ausgebildet ist, sind Fremdmaterialien, beispielsweise Schwermetalle, an einem Eindringen in den Siliziumoxidfilm 11 gehindert. Somit stören derartige Fremdmaterialien oder Fremdstoffe die Widerstandswerte der Widerstände 15a, 15b nicht.
Ein Herstellungsverfahren für den Sensor S1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3A bis 4B beschrieben.
<Schritt in 3A>
Das SOI-Substrat mit dem Siliziumsubstrat 10 als Trägersubstrat, dem Siliziumoxidfilm 11 als BOX-Schicht und der Halbleiterschicht 12 als SOI-Schicht wird vorbereitet. Der Siliziumoxidfilm 13 wird an der Rückseite des Siliziumsubstrats 10 ausgebildet. Eine Donatorverunreinigung wie P, As, Sb oder dergleichen oder eine Akzeptorverunreinigung wie B, Al oder dergleichen wird in die Halbleiterschicht eindotiert, so dass die Schicht 12 eine bestimmte Resistivität oder einen bestimmten Widerstandswert hat.
Bei Bedarf kann nach der Ionenimplantation ein Temperprozess durchgeführt werden, so dass die eindotierte Verunreinigung verteilt und aktiviert wird. Insbesondere wird, wenn ein späterer Erhitzungsprozess nicht ausreichend wäre, der Temperprozess durchgeführt. Anstelle einer Ionenimplantation kann auch ein Abscheidungsverfahren durchgeführt werden, um die Verunreinigung einzudotieren. Alternativ kann vor der Ausbildung des Siliziumoxidfilms 13 eine Verunreinigung in die Halbleiterschicht 12 dotiert werden, so dass der Widerstandswert der Halbleiterschicht 12 auf einen bestimmten Wert eingestellt werden kann. Eine Dicke des Substrats 10 beträgt beispielsweise 500 Mikron bis 600 Mikron. Die Verunreinigungskonzentration der Halbleiterschicht 12 liegt in einem Bereich zwischen 1 × 10¹¹/cm³ und 1 × 10²¹/cm³.
<Schritt in 3B>
Nachfolgend wird die Halbleiterschicht 12 geätzt, so dass die wärmeerzeugenden Widerstände 15a, 15b, die Gasflusstemperaturwiderstände 16a, 16b und die Verdrahtungsschichten 17a–17f gebildet werden.
<Schritt in 3C>
Wenn es dann notwendig ist, die durch das Ätzen in der Halbleiterschicht 12 verursachten Schäden zu entfernen, wird die Halbleiterschicht 12 thermisch oxidiert. Danach wird der BPSG-Film 14 auf der Halbleiterschicht 12 durch CVD-Verfahren gebildet. Dann wird ein thermischer Prozess durchgeführt, so dass eine Stufe an der Halbleiterschicht 12 geglättet wird. Ein Oxidfilm anders als der BPSG-Film kann auf der Halbleiterschicht 12 gebildet werden. Der Siliziumnitridfilm 20 wird auf dem BPSG-Film 14 durch ein Plasma-CVD-Verfahren, eine Dekompressions-CVD-Verfahren, ein Sputter-Verfahren oder dergleichen gebildet.
<Schritt in 4A>
Der Siliziumnitridfilm 20 und der BPSG-Film 14 werden geätzt, so dass die Kontaktlöcher 21 gebildet werden, welche die Filme 20, 14 durchtreten. Dann wird in die Kontaktlöcher 21 Aluminium eingebettet. Die Oberfläche des eingebetteten Aluminiummaterials wird geätzt, so dass die Kissen 19a–19f gebildet werden.
<Schritt in 4B>
Die Rückseite des Substrats 10 wird poliert, so dass besagte Rückseite des Substrats 10 glatt wird. Der Siliziumnitridfilm 13a wird auf der geglätteten Rückseite des Substrats 10 durch ein CVD-Verfahren gebildet. Sodann dient der Siliziumnitridfilm 13a als ein Maskierungsfilm für den später durchzuführenden Ätzvorgang. Wenn der Siliziumnitridfilm 13a auf einer beschädigten Oberfläche ausgebildet wird, beispielsweise einer Oberfläche mit Konkavitäten und Konvexitäten, oder auf einer verkratzten Oberfläche, kann die Ätzoberfläche nicht geglättet werden. Somit wird der Siliziumnitridfilm 13a ausgebildet, nachdem eine entsprechend beschädigte Oberfläche geglättet worden ist.
Sodann wird der Siliziumnitridfilm 13a geätzt, so dass die Öffnung des hohlen Abschnitts 10a gebildet wird. Die Rückseite des Siliziumsubstrats 10 wird anisotrop mit einem KOH-Ätzmittel geätzt, so dass der hohle Abschnitt 10a gebildet wird. Die Öffnung des hohlen Abschnitts 10a hat beispielsweise eine Fläche von 1 mm².
<Schritt in 5A>
Der Siliziumnitridfilm 13a an der Rückseite des Substrats 10 wird durch ein Trockenätzverfahren, ein Nassätzverfahren oder ein Polierverfahren entfernt. 6a zeigt eine Rückseite des hohlen Abschnitts 10a und 6b zeigt einen Teil VIB des hohlen Abschnitts 10a. Wenn der Siliziumnitridfilm 13a geätzt wird, wird der Film 13a nicht nur entlang der Dickenrichtung des Siliziumnitridfilms 13a, sondern auch in einer Richtung senkrecht zur Dickenrichtung geätzt.
Folglich kann gemäß 6B eine Art Zahnung oder Kammstruktur 13b des Siliziumnitridfilms 13a so gebildet werden, dass die Zähne 13b von einem Umfang 10f des hohlen Abschnitts 10a in Richtung einer Konkavität des hohlen Abschnitts 10a vorstehen. Wenn aus der Zahnung 13b ein Teil herausbricht und besagter Teil der Zahnung 13b sich an dem Siliziumoxidfilm 11 am Boden 10e des hohlen Abschnitts 10a anheftet, kann sich der Widerstandswert der wärmeerzeugenden Widerstände 15a, 15b ändern. Damit wird die Erkennungsgenauigkeit für die Gasflussmenge verschlechtert. Somit wird im Schritt von 5A der Siliziumnitridfilm 13a entfernt, so dass ein Partikel oder Bruchstück der Zahnung 13b nicht erzeugt wird.
<Schritt in 6B>
Dann wird der Siliziumnitridfilm 18 an der Seitenwand 10d und dem Boden 10e des hohlen Abschnitts 10a und der Rückseite 10c des Substrats 10 gebildet. Der Siliziumnitridfilm 18 wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren, ein Dekompressions-CVD-Verfahren oder ein Sputter-Verfahren gebildet. Die Dicke des Films 18 liegt in einem Bereich zwischen 0.1 Mikron und 2.0 Mikron. Mit Blick auf letztere Erläuterung, wenn die Dicke des Siliziumnitridfilms 18 gleich oder größer als 0.1 Mikron ist, ist eine Entfer nung des Siliziumoxidfilms 11 verhindert. Weiterhin wird eine Schwankung der Resistivität der wärmeerzeugenden Widerstände 15a, 15b gering. Wenn die Dicke des Siliziumnitridfilms 18 in einem Bereich zwischen 0.35 Mikron und 2.0 Mikron liegt, werden Schwankungen der Resistivität der Widerstände 15a, 15b erheblich verringert.
Wenn hierbei der Siliziumnitridfilm 18 durch das CVD-Verfahren gebildet wird, kann ein Reaktionsgas gleichförmig auf die Seitenwand 10d und den Boden 10e des hohlen Abschnitts 10a aufgebracht werden. Somit wird der Siliziumnitridfilm 18 an der Innenwand des hohlen Abschnitts 10a homogen ausgebildet. Da weiterhin die Wachstumsrate des Siliziumnitridfilms 18 groß ist, wird die Produktivität des Sensors S1 erhöht. Weiterhin kann der Siliziumnitridfilm 18 auf einem bestimmten ausgewählten Bereich aufgewachsen werden, da der Siliziumnitridfilm 18 mittels einer chemischen Reaktion gebildet wird.
Kompressionsbelastungen sind zumindest dem Siliziumoxidfilm 11 und dem BPSG-Film 14 inhärent. Somit wirkt auch eine Kompressionsbelastung auf den Siliziumnitridfilm 18.
Da der Siliziumnitridfilm 18 durch das Dekompressions-CVD-Verfahren gebildet wird, wird im Siliziumnitridfilm 18 inhärent eine Zugkraft erzeugt. Die Zugkraft absorbiert die Kompressions- oder Druckkraft im Siliziumnitridfilm 18 zumindest teilweise.
Folglich verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass sich der Siliziumnitridfilm 18 unter der Kompressionsbelastung verwirft. Mit Blick auf einen Schutz gegen eine derartige Verwerfung unter Druck ist es bevorzugt, den Siliziumnitridfilm 18 durch das Dekompressions-CVD-Verfahren auszubilden.
Wenn der Siliziumnitridfilm 18 durch ein Sputter-Verfahren gebildet wird, wird ein Siliziumnitridfilm mit hohem Haftvermögen gebildet. Weiterhin kann hierbei die Dicke des Siliziumnitridfilms 18 hochgenau eingestellt werden. Weiterhin erhöht sich die Anzahl verwendbarer Materialien zur Ausbildung des Siliziumnitridfilms 18.
Der Aufbau gemäß 5B wird in eine Konstanttemperaturkammer gebracht, so dass die Struktur thermisch bearbeitet wird. Elektrische Ladungen, die sich in jedem Teil der Struktur gesammelt haben, werden so abgebaut. Damit ist der Sensor S1 fertiggestellt. Mit Blick auf letztere Erläuterung, wenn der Siliziumnitridfilm 18 thermisch bei einer bestimmten Temperatur über eine bestimmte Zeit hinweg bearbeitet wird, beispielsweise 20 Minuten lang bei 450°C, werden Schwankungen in den Widerstandswerten der Widerstände 15a, 15b verglichen mit einem Fall, bei dem der Siliziumnitridfilm 18 nicht thermisch bearbeitet wird, ganz erheblich verringert.
Die Arbeitsweise des Sensors S1 wird nachfolgend erläutert.
Die wärmeerzeugenden Widerstände 15a, 15b werden durch die nicht gezeigte Steuerschaltung betrieben. Die Steuerschaltung ist elektrisch mit einer nicht gezeigten Messschaltung verbunden. Die Temperaturen der Widerstände 15a, 15b werden durch die Steuerschaltung so eingestellt, dass sie um eine bestimmte Temperatur, beispielsweise 200°C, höher als die Temperatur sind, die von den Gasflusstemperaturwiderständen 16a, 16b erkannt wird.
Eine Gasströmung oder ein Gasfluss absorbiert die Wärme oder Hitze von den Widerständen 15a, 15b, so dass sich die Temperatur an den Widerständen 15a, 15b verringert. Die Wärmeaufnahme hängt hierbei von der Gasflussmenge ab. Somit steht die Gasflussmenge in Relation zum elektrischen Widerstand. Die Steuerschaltung steuert die Temperatur der Widerstände 15a, 15b auf einen konstanten Wert. Genauer gesagt, die Steuerschaltung steuert oder regelt den durch die Widerstände 15a, 15b fließenden Strom, so dass die Temperatur der Widerstände 15a, 15b konstant ist. Die Messschaltung erkennt eine Stromänderung der Steuerschaltung, so dass die Messschaltung die Stromänderung als elektrisches Signal ermittelt. Basierend auf dem Signal der Messschaltung wird die Gasflussmenge berechnet.
Das Gas mit hoher Temperatur fließt über den wärmeerzeugenden Widerstand 15b an der stromabwärtigen Seite des Gasflusses und das Gas mit vergleichsweise geringer Temperatur fließt durch oder über den wärmeerzeugenden Widerstand 15a an der stromaufwärtigen Seite des Gasflusses. Somit ist der Wärmemengenverlust vom wärmeerzeugenden Widerstand 15b an der stromabwärtigen Seite geringer als vom wärmeerzeugenden Widerstand 15a an der stromaufwärtigen Seite. Um somit die Temperaturen der beiden Widerstände 15a, 15b anzugleichen, ist es notwendig, einen ausreichend hohen Strom durch den wärmeerzeugenden Widerstand 15a an der stromaufwärtigen Seite im Vergleich zu dem Strom zu führen, der durch den wärmeerzeugenden Widerstand 15b an der stromabwärtigen Seite fließt. Basierend auf der Stromdifferenz zwischen den Widerständen 15a, 15b kann somit auch die Fließrichtung des Gases erkannt werden.
Wenn beispielsweise Gas entlang des Pfeils F1 in 1 fließt, wird Wärme vom wärmeerzeugenden Widerstand 15a an der stromaufwärtigen Seite in einem größeren Betrag abgeführt als vom wärmeerzeugenden Widerstand 15b an der stromabwärtigen Seite. Die Steuerschaltung arbeitet dahingehend, den durch den wärmeerzeugenden Widerstand 15a an der stromaufwärtigen Seite fließenden Strom zu erhöhen, so dass die Temperatur des wärmeerzeugenden Widerstands 15a konstant gehalten wird. Das durch oder über den wärmeerzeugenden Widerstand 15a an der stromaufwärtigen Seite fließende Gas wird von diesem wärmeerzeugenden Widerstand 15a erwärmt. Das erwärmte Gas fließt durch oder über den wärmeerzeugenden Widerstand 15b an der stromabwärtigen Seite und damit ist die Wärmeabstrahlung von dem wärmeerzeugenden Widerstand 15b an das Gas geringer. Somit arbeitet die Steuerschaltung dahingehend, den durch den wärmeerzeugenden Widerstand 15b an der stromabwärtigen Seite fließenden Strom zu verringern.
Auf der Grundlage der Stromerregung für die wärmeerzeugenden Widerstände 15a, 15b kann der Sensor S1 sowohl die Gasflussmenge als auch die Fließrichtung des Gases erkennen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben experimentelle Untersuchungen mit Blick auf die Bruchfestigkeit der Membran 30 durchgeführt. Der Sensor S1 mit dem Siliziumnitridfilm 18 als Abziehverhinderungsfilm des Siliziumoxidfilms 11 und ein Sensor S1 ohne den Abziehverhinderungsfilm wurden untersucht. Die Dicken des Siliziumnitridfilms 18 wurden auf 0.1 Mikron, 0.2 Mikron, 0.35 Mikron, 0.5 Mikron, 1.3 Mikron und 2.0 Mikron eingestellt. Der Siliziumnitridfilm 18 wurde durch ein Plasma-CVD- Verfahren gebildet. Die Dicke des Siliziumsubstrats 10 lag bei 500 Mikron und die Dicke des Siliziumoxidfilms 11 bei 0.5 Mikron.
Weiterhin wurde die Öffnung des hohlen Abschnitts 10a im Sensor S1 mit einer Platte abgedeckt, welche eine Öffnung aufwies. Luft wurde über die Öffnung in der Platte in den hohlen Abschnitt eingebracht, so dass ein Luftdruck auf die Membran 30 in Dickenrichtung, d. h. in einer Richtung von oben nach unten des Substrats 10, aufgebracht wurde. Der Druck, bei dem die Membran 30 zerstört wurde (brach, riss), wurde erfasst. Genauer gesagt, es wurde festgelegt, dass die Membran 30 zerstört ist, wenn der Siliziumoxidfilm 11 sich vom Substrat 10 löst.
7 zeigt ein Ergebnis der obigen experimentellen Untersuchung. Die vertikale Achse in 7 stellt den Zerstörungsdruck dar, bei dem die Membran reißt oder bricht. Die Einheit auf der vertikalen Achse ist eine beliebige Größe, d. h. arbitrary unit (A. U.). Die horizontale Achse in der Grafik von 7 stellt die Dicke des Siliziumnitridfilms 18 dar. Der Zerstörungsdruck ist in einem Fall, wo der Sensor den Siliziumnitridfilm 18 aufweist, größer als für den Fall, dass der Sensor keinen derartigen Siliziumnitridfilm 18 hat. Somit ist die Bruchfestigkeit der Membran 30 für den Fall, dass der Sensor S1 den Siliziumnitridfilm 18 als Abziehverhinderungsfilm hat, größer als für den Fall, wo der Sensor diesen Siliziumnitridfilm 18 nicht hat.
Wenn eine Dicke t des Siliziumnitridfilms 18 0.1 μm beträgt, ist die Bruchfestigkeit der Membran 30 zweimal oder mehr als zweimal größer als bei einem Sensor ohne Siliziumnitridfilm. Je höher die Dicke des Siliziumnitridfilms 18 ist, umso größer ist die Bruchfestigkeit der Membran 30. Wenn die Dicke des Siliziumnitridfilms 2.0 μm beträgt, ist die Bruchfestigkeit der Membran 30 dreieinhalbmal oder mehr größer als bei einem Sensor ohne Siliziumnitridfilm.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben experimentelle Untersuchungen hinsichtlich einer Beziehung zwischen der Dicke des Siliziumnitridfilms 18 und einer Änderungsrate des Widerstandswerts der wärmeerzeugenden Widerstände 15a, 15b durchgeführt. Ein Sensor S1 mit einem Siliziumnitridfilm 18 als Abziehverhinderungsfilm für den Siliziumoxidfilm 11 und ein Sensor S1 ohne diesen Abziehverhinderungsfilm wurden untersucht.
Die Dicke des Siliziumnitridfilms 18 wurde zwischen 0.1 μm, 0.2 μm, 0.35 μm, 0.5 μm, 1.3 μm und 2.0 μm geändert. Der Siliziumnitridfilm 18 wurde durch ein Plasma-CVD-Verfahren gebildet. Die Dicke des Siliziumsubstrats 10 betrug 500 μm und die Dicke des Siliziumoxidfilms 11 betrug 0.5 μm.
Der Sensor S1 wurde in einer Konstanttemperaturkammer zur Durchführung eines Dauerbelastungstests aufgenommen, wobei die Temperatur des Sensors S1 für 1500 Stunden bei 280°C gehalten wurde. Die Resistivität oder der Widerstandswert der Widerstände 15a, 15b in jedem Sensor S1 vor dem Dauertest und nach dem Dauertest wurde gemessen.
8 zeigt ein Ergebnis der obigen Untersuchung und stellt eine Beziehung zwischen der Änderungsrate des Widerstandswerts und der Dicke des Siliziumnitridfilms 18 dar. Die Änderungsrate des Widerstandswerts zeigt eine Differenz im Widerstandswert vor dem Dauertest und nach dem Dauertest. Die Einheit der Änderungsrate des Widerstandswerts ist wieder eine beliebige Größe (arbitrary magnitude; A. U.). Wenn die Dicke des Siliziumnitridfilms 18 auf null geht, hat der Sensor keinen Siliziumnitridfilm 18.
Die Änderungsrate im Widerstandswert des Sensors S1 mit dem Siliziumnitridfilm 18 ist kleiner als bei dem Sensor S1 ohne Siliziumnitridfilm 18. Wenn weiterhin die Dicke des Siliziumnitridfilms 18 von 0.1 μm nach 2.0 μm zunimmt, wird die Änderungsrate im Widerstandswert geringer. Insbesondere wenn die Dicke des Siliziumnitridfilms 18 gleich oder größer als 0.35 μm ist, ist die Änderungsrate der Resistivität gleich oder geringer als 0.01.
Wenn folglich der Siliziumnitridfilm 18 an der Innenwand des hohlen Abschnitts 10a im Siliziumsubstrat 10 ausgebildet wird, wird die Änderungsrate der Resistivität oder des Widerstandswerts der Widerstände 15a, 15b verringert. Insbesondere hindert der Siliziumnitridfilm 18 Na-Atome, H₂O-Moleküle und OH-Gruppen an einer Diffusion.
Eine „fixation charge” als ein Grund der Widerstandswertänderung wird an einer Erzeugung gehindert. Wenn die Dicke des Siliziumnitridfilms 18 in einem Bereich zwischen 0.1 μm und 2.0 μm liegt, ist die Änderungsrate des Widerstandswerts der Widerstände 15a, 15b gleich oder kleiner als 0.03. Insbesondere wenn die Dicke des Siliziumnitridfilms 18 in einem Bereich zwischen 0.35 μm und 2.0 μm liegt, ist die Änderungsrate des Widerstandswerts der Widerstände 15a, 15b gleich oder kleiner als 0.01.
Die Erfinder haben weiterhin experimentelle Untersuchungen hinsichtlich des Einflusses einer Wärmebehandlung auf die Widerstandswertänderungen der Widerstände 15a, 15b durchgeführt.
Untersucht wurden ein Sensor S1 mit dem Siliziumnitridfilm 18 als Abziehverhinderungsfilm für den Siliziumoxidfilm 11 und ein Sensor S1 ohne einen Abziehverhinderungsfilm. Die Dicke des Siliziumnitridfilms 18 betrug 0.5 Mikron oder 1.3 Mikron. Der Siliziumnitridfilm 18 wurde durch ein Plasma-CVD-Verfahren hergestellt. Die Dicke des Siliziumsubstrats 10 betrug 500 Mikron und die Dicke des Siliziumoxidfilms 11 betrug 0.5 Mikron.
Es wurde eine Wärmebehandlung 20 Minuten bei 350°C, 20 Minuten bei 400°C, 20 Minuten bei 450°C und 10 Minuten bei 450°C durchgeführt. Nach der Wärmebehandlung wurde der Sensor S1 in einer Konstanttemperaturkammer aufgenommen, um einen Langzeittest durchzuführen, wobei die Temperatur des Sensors S1 1500 Stunden lang bei 280°C gehalten wurde. Der Widerstandswert der Widerstände 15a, 15b in jedem Sensor S1 vor dem Langzeittest und dem Langzeittest wurde gemessen. Die Änderungsrate des Widerstandswerts wurde danach bestimmt.
9 zeigt das Ergebnis der obigen Untersuchungen. Ein schwarzer Kreis stellt die Änderungsrate im Widerstandswert des Sensors S1 ohne Siliziumnitridfilm 18 dar. Ein schwarzes Dreieck stellt die Änderungsrate im Widerstandswert des Sensors S1 mit einem Siliziumnitridfilm 18 einer Dicke von 0.5 Mikron dar. Ein schwarzer Rhombus stellt die Änderungsrate im Widerstandswert des Sensors S1 mit einem Siliziumnitridfilm 18 einer Dicke von 1.3 Mikron dar.
Im Vergleich zum Ergebnis von 8 wird, wenn die Wärmebehandlung durchgeführt wird, die Änderungsrate im Widerstandswert erheblich geringer.
Wenn der Sensor S1 mit dem Siliziumnitridfilm 18 thermisch bearbeitet wird, wird eine sich in jeder Schicht ansammelnde Ladung abgebaut, so dass die Änderungsrate im Widerstandswert wesentlich geringer wird.
<Abwandlungen>
In der obigen Ausführungsform ist der Siliziumnitridfilm 18 auf einer gesamten Oberfläche der Rückseite des Substrats 10 und der Seitenwand 10d und dem Boden 10e des hohlen Abschnitts 10a ausgebildet. Der Siliziumnitridfilm 18 kann jedoch alleine an der Seitenwand 10d und dem Boden 10e des hohlen Abschnitts 10a ausgebildet sein. In diesem Fall schützt der Siliziumnitridfilm 18 den Siliziumoxidfilm 11 vor einer Ablösung oder Entfernung an einer Grenze zwischen der Seitenwand 10d und dem Boden 10e im hohlen Abschnitt 10a vom Substrat 10.
Alternativ kann der Siliziumnitridfilm 18 alleine an der Grenze zwischen der Seitenwand 10d und dem Boden 10e des hohlen Abschnitts 10a und an einem Abschnitt entsprechend den Widerständen 15a, 15b ausgebildet werden. In diesem Fall schützt der Siliziumnitridfilm 18 den Siliziumoxidfilm 11 vor einer. Entfernung vom Substrat 10. Weiterhin verhindert der Siliziumnitridfilm 18 eine Diffusion von Na-Atomen, H₂O-Molekülen und OH-Gruppen am Isolationsfilm 11 an dem Abschnitt entsprechend den Widerständen 15a, 15b.
Alternativ kann der Siliziumnitridfilm 18 alleine an der Grenze zwischen der Seitenwand 10d und dem Boden 10e des hohlen Abschnitts 10a ausgebildet werden. In diesem Fall schützt der Siliziumnitridfilm 18 den Siliziumoxidfilm 11 vor einer Entfernung an der Grenze vom Substrat 10.
Wenn somit der Siliziumnitridfilm 18 lediglich auf der Grenze ausgebildet wird, schützt der Siliziumnitridfilm 18 den Siliziumoxidfilm 11 vor einer Entfernung oder Ablösung vom Substrat 10 an der Grenze.
Alternativ kann der Sensor S1 einen Siliziumoxynitridfilm anstelle des Siliziumnitridfilms 18 aufweisen. Wenn der Sensor S1 den Siliziumoxynitridfilm aufweist, wird eine Anhaftung an der Seitenwand 10d und dem Boden 10e des hohlen Abschnitts 10a des Substrats 10 verbessert im Vergleich zu einem Fall, wo der Sensor S1 den Siliziumnitridfilm 18 aufweist.
Alternativ kann der Sensor S1 anstelle des Siliziumnitridfilms 18 einen amorphen Siliziumfilm enthalten. Der amorphe Siliziumfilm kann bei Raumtemperatur abgeschieden werden. Weiterhin kann eine Wachstumsrate des amorphen Films auf einen kleinen Wert gesteuert werden. Damit kann die Dicke des amorphen Siliziumfilms mit hoher Genauigkeit eingestellt werden.
Alternativ kann der Sensor S1 anstelle des Siliziumnitridfilms 18 einen Metallfilm, beispielsweise einen Aluminiumfilm, enthalten. Der Metallfilm hat eine hohe Verformbarkeit im Vergleich zu einem Siliziumnitridfilm. Wenn somit der Sensor S1 einen Metallfilm enthält, schützt der Metallfilm den Siliziumoxidfilm 11 vor einer Entfernung oder Ablösung, auch wenn der Abschnitt, an welchem die Widerstände 15a, 15b ausgebildet sind, stark verformt wird.
Der Siliziumoxynitridfilm, der amorphe Siliziumfilm und der Metallfilm hindern ebenfalls Na-Atome, H₂O-Moleküle und OH-Gruppen an einer Diffusion.
Die obigen Filme verhindern eine Diffusion von Na-Atomen, H₂O-Molekülen und OH-Gruppen im Isolationsfilm, der die obigen Filme kontaktiert. Damit wird die Erkennungsgenauigkeit des Sensors S1 verbessert.
Wenn weiterhin ein Siliziumoxynitridfilm, ein amorpher Siliziumfilm oder ein Metallfilm unter den Widerständen 15a, 15b ausgebildet ist, verhindern diese Filme das Eindringen von Fremdpartikeln, beispielsweise Schwermetallen, in den Siliziumoxidfilm 11. Damit schützen diese Filme die Widerstandswerte der Widerstände 15a, 15b vor Änderungen.
Alternativ kann im Schritt gemäß 4A der Abstand zwischen dem Kontaktloch 21 und dem Kissen verlängert werden. Weiterhin kann das Aluminiummaterial, welches in das Kontaktloch 21 eingebettet wird, als eine Zusatzverdrahtung (retrieve wiring) verwendet werden, so dass die Zusatzverdrahtung elektrisch mit dem Kissen verbunden ist. In diesem Fall wird der elektrische Widerstand zwischen dem Aluminiummaterial in dem Kontaktloch und dem Kissen gering.
<Zweite Ausführungsform>
Ein Gasflusssensor S1 vom thermischen Typ gemäß einer zweiten Ausführungsform enthält anstelle des Siliziumoxidfilms 11 einen Film, wobei dieser Film einen Letter-Effekt hat, so dass eine Widerstandswertänderung der Widerstände 15a, 15b verringert ist.
Nachdem der hohle Abschnitt 10a durch das anisotrope Ätzverfahren gebildet worden ist, wird ein Oxidations- und Nitrierungsprozess (Nitridbildungsprozess) durchgeführt, so dass der Siliziumoxidfilm 11 am Boden 10e des hohlen Abschnitts 10a oxidiert und nitridiert wird. Somit wird der Siliziumoxidfilm 11 in einen Siliziumoxynitridfilm umgewandelt. Beispielsweise wird der Siliziumoxidfilm 11 unter einer NH₃-Atmosphäre auf 1100°C erhitzt, so dass der Siliziumoxidfilm 11 in den Siliziumoxynitridfilm umgewandelt wird.
Der Siliziumoxynitridfilm hat einen kleinen Diffusionskoeffizienten. Somit diffundieren Na-Atome, H₂O-Moleküle und OH-Gruppen in dem Siliziumoxynitridfilm nicht wesentlich.
Folglich werden Einflüsse durch die Diffusion von Na-Atomen, H₂O-Molekülen und OH-Gruppen auf den Widerstandswert der Widerstände 15a, 15b verringert.
Alternativ kann der Siliziumoxidfilm als die BOX-Schicht im SOI-Substrat vorab oxidiert und nitriert werden, so dass die BOX-Schicht in den Siliziumoxynitridfilm umgewandelt wird. In diesem Fall ist es nicht notwendig, nach dem anisotropen Ätzprozess den Oxidations- und Nitrierungsprozess durchzuführen.
<Abwandlungen>
Der Sensor S1 kann anstelle des Siliziumoxidfilms 11 einen PSG-Film (Phosphorsilikatglas) oder BPSG-Film (Borphosphorsilikatglas) aufweisen.
Der PSG-Film und der BPSG-Film können, was das Na-Atom oder die Na-Atome etc. betrifft, einen Getter-Effekt haben.
Folglich wird ein Na-Atom (Na-Atome etc.) daran gehindert, in die Halbleiterschicht 12 zu diffundieren, und die Widerstandswertänderung der Widerstände 15a, 15b wird verringert. Da hierbei der BPSG-Film 14 auf der Halbleiterschicht 12 ausgebildet wird, wird der Getter-Effekt der BPSG-Filme 14 wesentlich verbessert, so dass eine Widerstandswertänderung stark verringert ist.
<Andere Ausführungsformen>
Wenn die Zahnung 13b des Siliziumnitridfilms 13a kaum ausgebildet wird oder wenn der Einfluss der Zahnung 13b gering ist, kann der Siliziumnitridfilm 18 ohne Entfernung des Siliziumnitridfilms 13a gebildet werden.
Alternativ kann die Wärmebehandlung nach Ausbildungsschritt des Siliziumnitridfilms 18 weggelassen werden.
Obgleich weiterhin der Sensor ein Gasflusssensor S1 vom thermischen Typ ist, kann der Sensor auch ein Gassensor mit einem Heizelement für eine Reaktionsbeschleunigung mit dem Gas sein. Weiterhin kann der Sensor ein anderer Sensor sein, der eines oder mehrere Heizelemente oder Heizer aufweist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist demnach ein Sensor auf: ein Siliziumsubstrat mit einem hohlen Abschnitt, der an einer Rückseite des Substrats angeordnet ist; einen Isolationsfilm an einer Vorderseite des Substrats, der den hohlen Abschnitt abdeckt; wenigstens ein Heizelement oder einen Heizer auf dem Isolationsfilm, gefertigt aus einer Halbleiterschicht und in der Lage, Wärme oder Hitze zu erzeugen; und einen Abziehverhinderungsfilm zum Schützen des Isolationsfilms vor einer Ablösung oder Entfernung vom Siliziumsubstrat. Das Siliziumsubstrat, der Isolationsfilm und die Halbleiterschicht liefern ein SOI-Substrat. Der hohle Abschnitt hat eine Seitenwand und einen Boden, und der Abziehverhinderungsfilm deckt wenigstens eine Grenze zwischen der Seitenwand und dem Boden des hohlen Abschnitts ab.
Selbst wenn bei einem derartigen Sensor Belastungen auf den hohlen Abschnitt wirken, werden diese Belastungen durch den Abziehverhinderungsfilm verringert. Folglich kann sich der Isolationsfilm kaum von dem Substrat ablösen und damit ist die mechanische Festigkeit des Sensors verbessert.
Alternativ kann der Abziehverhinderungsfilm am Boden des hohlen Abschnitts unter dem wenigstens einen Heizelement angeordnet sein. Somit wird ein Bereich, der von dem Abziehverhinderungsfilm beeinflusst wird, größer. Damit wird diemechanische Festigkeit des Sensors weiter verbessert. Alternativ kann der Abziehverhinderungsfilm aus einem Siliziumnitridfilm sein. Der Abziehverhinderungsfilm kann eine Dicke im Bereich zwischen 0.1 Mikron und 2.0 Mikron haben. Weiterhin kann der Abziehverhinderungsfilm eine Dicke in einem Bereich zwischen 0.35 Mikron und 2.0 Mikron haben. Alternativ kann der Abziehverhinderungsfilm aus einem Siliziumoxynitridfilm sein. In diesem Fall ist ein Anhaftungsvermögen des Siliziumoxynitridfilms am Substrat verbessert. Alternativ kann der Abziehverhinderungsfilm ein amorpher Siliziumfilm sein. Weiterhin alternativ kann der Abziehverhinderungsfilm ein Metallfilm sein. Der Isolationsfilm kann ein PSG-Film (Phosphorsilikatglas-Film) oder ein BPSG-Film (borgedoptes Phosphorsilikatglas-Film) sein. Ein PSG-Film oder ein BPSG-Film haben ein Getter-Effekt, so dass Na-Atome oder dergleichen in der Halbleiterschicht entfernt werden können. Alternativ kann der Isolationsfilm aus einem Siliziumoxynitridfilm sein. Weiterhin alternativ kann der Sensor eine Gasflussmenge basierend auf einer Widerstandsänderung in dem wenigstens einen Heizer erkennen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Herstellungsverfahren für einen erfindungsgemäßen Sensor: Bereitstellen eines SOI-Substrats mit einem Siliziumsubstrat, einer Isolationsschicht und einer Halbleiterschicht, welche aufeinandergestapelt sind, Ausbilden wenigstens eines Heizers oder Heizelements in der Halbleiterschicht, so dass der oder die Heizer auf der Isolationsschicht angeordnet sind; Ausbilden einer Maske an einer Rückseite des Siliziumsubstrats; Ätzen der Rückseite des Siliziumsubstrats über die Maske, so dass an der Rückseite des Siliziumsubstrats ein hohler Abschnitt gebildet wird; und Ausbilden eines Abziehverhinderungsfilms an einer Grenze zwischen einer Seitenwand und einem Boden des hohlen Abschnitts. Die Isolationsschicht liegt an einer Vorderseite des Siliziumsubstrats und deckt den hohlen Abschnitt ab. Der Heizer vermag Wärme oder Hitze zu erzeugen und der Abziehverhinderungsfilm schützt die Isolationsschicht vor einer Entfernung von dem Siliziumsubstrat.
Selbst wenn hierbei Belastungen auf den hohlen Abschnitt eines derart hergestellten Sensors wirken, werden diese Belastungen durch den Abziehverhinderungsfilm verringert. Folglich kann der Isolationsfilm kaum vom Substrat abgezogen oder entfernt werden und somit ist die mechanische Festigkeit des Sensors verbessert.
Alternativ kann beim Ausbilden des Abziehverhinderungsfilms der Abziehverhinderungsfilm am Boden des hohlen Abschnitts unter dem wenigstens einen Heizer ausgebildet werden. Alternativ kann das Verfahren weiterhin aufweisen: Entfernen der Maske durch einen Ätzprozess vor dem Ausbilden des Abziehverhinderungsfilms. Weiterhin kann das Verfahren aufweisen: Durchführen einer Wärmebehandlung nach der Ausbildung des Abziehverhinderungsfilms. Der Abziehverhinderungsfilm kann weiterhin durch ein CVD-Verfahren oder alternativ durch ein Sputter-Verfahren gebildet werden.
Ein erfindungsgemäßer Sensor weist demnach insoweit zusammenfassend auf: ein Siliziumsubstrat mit einem hohlen Abschnitt, der an einer Rückseite des Siliziumsubstrats angeordnet ist; einen Isolationsfilm an einer Vorderseite des Siliziumsubstrats, der den hohlen Abschnitt abdeckt; wenigstens einen Heizer, der auf dem Isolationsfilm angeordnet ist, aus einer Halbleiterschicht hergestellt ist und Wärme zu erzeugen vermag; und einen Abziehverhinderungsfilm zum Schützen des Isolationsfilms vor einer Entfernung vom Siliziumsubstrat. Das Siliziumsubstrat, der Isolationsfilm und die Halbleiterschicht liefern ein SOI-Substrat. Der hohle Abschnitt hat eine Seitenwand und ei nen Boden. Der Abziehverhinderungsfilm deckt zumindest eine Grenze zwischen der Seitenwand und dem Boden des hohlen Abschnitts ab.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf momentan bevorzugte Ausführungsformen hiervon beschrieben; es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen und Aufbauten beschränkt ist. Vielmehr soll die Erfindung verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen mit abdecken. Weiterhin wurden verschiedene Kombinationen und Ausgestaltungen beschrieben, welche momentan als bevorzugt erachtet werden; es fallen jedoch auch andere Kombinationen und Ausgestaltungen mit mehr, weniger oder einem einzelnen der beschriebenen Elemente in den Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 07-58346 A [0003]

Claims

Ein Sensor, aufweisend: ein Siliziumsubstrat (10) mit einem hohlen Abschnitt (10a), der an einer Rückseite des Siliziumsubstrats (10) angeordnet ist; einen Isolationsfilm (11), der an einer Vorderseite des Siliziumsubstrats (10) angeordnet ist und den hohlen Abschnitt (10a) abdeckt; wenigstens einen Heizer (15a, 15b), der an dem Isolationsfilm (11) angeordnet ist, aus einer Halbleiterschicht (12) hergestellt ist und Wärme zu erzeugen vermag; und einen Abziehverhinderungsfilm (18), um den Isolationsfilm (11) vor einer Entfernung vom Siliziumsubstrat (10) zu schützen, wobei das Siliziumsubstrat (10), der Isolationsfilm (11) und die Halbleiterschicht (12) ein SOI-Substrat bilden, der hohle Abschnitt (10a) eine Seitenwand (10d) und einen Boden (10e) hat, und weiterhin der Abziehverhinderungsfilm (18) zumindest eine Grenze zwischen der Seitenwand (10d) und dem Boden (10e) des hohlen Abschnitts (10a) bedeckt.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abziehverhinderungsfilm (18) am Boden (10e) des hohlen Abschnitts (10a) unter dem Heizer (15a, 15b) angeordnet ist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abziehverhinderungsfilm (18) aus einem Siliziumnitridfilm ist.
Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abziehverhinderungsfilm (18) eine Dicke in einem Bereich zwischen 0.1 Mikron und 2.0 Mikron hat.
Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abziehverhinderungsfilm (18) eine Dicke in einem Bereich zwischen 0.35 Mikron und 2.0 Mikron hat.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abziehverhinderungsfilm (18) aus einem Siliziumoxynitridfilm ist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abziehverhinderungsfilm (18) aus einem amorphen Siliziumfilm ist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abziehverhinderungsfilm (18) aus einem Metallfilm ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsfilm (11) aus einem PSG-Film oder BPSG-Film ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsfilm (11) aus einem Siliziumoxynitridfilm ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor basierend auf einer Widerstandsänderung des Heizers (15a, 15b) eine Gasflussmenge zu erkennen vermag.
Ein Herstellungsverfahren für einen Sensor, insbesondere für einen Sensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–11, aufweisend: Bereitstellen eine SOI-Substrats mit einem Siliziumsubstrat (10), einer Isolationsschicht (11) und einer Halbleiterschicht (12), welche in dieser Reihenfolge aufeinandergestapelt sind; Ausbilden wenigstens eines Heizers (15a, 15b) in der Halbleiterschicht, so dass der Heizer (15a, 15b) auf der Isolationsschicht (11) angeordnet ist; Ausbilden einer Maske an einer Rückseite des Siliziumsubstrats (10); Ätzen der Rückseite des Siliziumsubstrats (10) über die Maske, so dass ein hohler Abschnitt (10a) an der Rückseite des Siliziumsubstrats (10) gebildet wird; und Ausbilden eines Ablöseverhinderungsfilms (18) an einer Grenze zwischen einer Seitenwand (10d) und einem Boden (10e) des hohlen Abschnitts (10a), wobei die Isolationsschicht (11) an einer Vorderseite des Siliziumsubstrats (10) angeordnet ist und den hohlen Abschnitt (10a) abdeckt, der Heizer (15a, 15b) Wärme zu erzeugen vermag, und der Abziehverhinderungsfilm (18) die Isolationsschicht (11) vor einer Entfernung vom Siliziumsubstrat (10) schützt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausbilden des Abziehverhinderungsfilms (18) der Abziehverhinderungsfilm (18) am Boden (10e) des hohlen Abschnitts (10a) unter dem Heizer (15a, 15b) gebildet wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 12 oder 13, weiterhin gekennzeichnet durch den Schritt des Entfernens der Maske durch einen Ätzprozess vor dem Ausbilden des Abziehverhinderungsfilms (18).
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12–14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abziehverhinderungsfilm (18) aus einem Siliziumnitridfilm gefertigt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abziehverhinderungsfilm (18) eine Dicke in einem Bereich zwischen 0.1 Mikron und 2.0 Mikron hat.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abziehverhinderungsfilm (18) eine Dicke in einem Bereich zwischen 0.35 Mikron und 2.0 Mikron hat.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, weiterhin gekennzeichnet durch die Durchführung einer Wärmebehandlung nach dem Ausbilden des Abziehverhinderungsfilms (18).
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12–18, dadurch gekennzeichnet, dass der Abziehverhinderungsfilm (18) durch ein CVD-Verfahren gebildet wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12–18, dadurch gekennzeichnet, dass der Abziehverhinderungsfilm (18) durch ein Sputter-Verfahren gebildet wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12–20, dadurch gekennzeichnet, dass der hiermit hergestellte Sensor eine Gasflussmenge basierend auf einer Widerstandsänderung des wenigstens einen Heizers (15a, 15b) zu erkennen vermag.