JP2000114607A - 赤外線センサを製造する方法 - Google Patents
赤外線センサを製造する方法Info
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
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- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 精確に再現可能な特性をもたせてビームセン
サを製造できるようにし、また、使用される基板の厚さ
に依存しない僅かな間隔をおいて互いに配置可能な複数
の個別センサエレメントを備えたビームセンサを製造で
きるようにする。 【解決手段】 半導体基板１中に開口部４を形成すべ
き少なくとも１つの領域１２を、半導体基板表面上に設
定する。次に、膜１３を表面上にデポジットする。ま
た、ビーム吸収器５を膜１３上の設定領域１２に取り付
ける。さらに、ビーム吸収器５と熱的に接触する熱接点
と、前記半導体基板１と熱的に接触する冷接点７とを備
えた熱電対６を取り付ける。この場合、設定領域１２内
で膜１３に開口を形成し、それらの開口を通して半導体
基板１をエッチングする。
サを製造できるようにし、また、使用される基板の厚さ
に依存しない僅かな間隔をおいて互いに配置可能な複数
の個別センサエレメントを備えたビームセンサを製造で
きるようにする。 【解決手段】 半導体基板１中に開口部４を形成すべ
き少なくとも１つの領域１２を、半導体基板表面上に設
定する。次に、膜１３を表面上にデポジットする。ま
た、ビーム吸収器５を膜１３上の設定領域１２に取り付
ける。さらに、ビーム吸収器５と熱的に接触する熱接点
と、前記半導体基板１と熱的に接触する冷接点７とを備
えた熱電対６を取り付ける。この場合、設定領域１２内
で膜１３に開口を形成し、それらの開口を通して半導体
基板１をエッチングする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に赤
外線センサを製造する方法に関する。
外線センサを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】複数のセンサ素子を備えたこの種のビー
ムセンサならびにその製造方法は、たとえば I. H. Cho
i および K. .d. Wise による "A Linear Thermopile I
nfrared Detector Array With On-Chip Multiplexing",
IEEE Trans Electron. Devices 9/85, p.132 - p.135
から公知である。この論文で述べられている方法によれ
ば、＜１００＞方位のシリコン基板にリング状のパター
ンでホウ素を前面から注入して拡散させ、ＳｉＯ2 およ
びＳｉ3Ｎ4 から成る膜を前面に生成し、その後、基板
背面から異方性ウェットエッチングにより基板に開口部
を開ける。この開口部は、ホウ素でドーピングされたリ
ング状領域内で基板前面に連通している。このようにし
て、薄い膜によってのみ封止された開口部が基板に形成
される。この開口部の各々において膜の上にビーム吸収
器が形成される。この場合、直列接続された複数の熱電
素子すなわち熱電対はビーム吸収器の近くに熱接点を、
ヒートシンクとして機能する残りの基板上に冷接点をそ
れぞれ有している。
ムセンサならびにその製造方法は、たとえば I. H. Cho
i および K. .d. Wise による "A Linear Thermopile I
nfrared Detector Array With On-Chip Multiplexing",
IEEE Trans Electron. Devices 9/85, p.132 - p.135
から公知である。この論文で述べられている方法によれ
ば、＜１００＞方位のシリコン基板にリング状のパター
ンでホウ素を前面から注入して拡散させ、ＳｉＯ2 およ
びＳｉ3Ｎ4 から成る膜を前面に生成し、その後、基板
背面から異方性ウェットエッチングにより基板に開口部
を開ける。この開口部は、ホウ素でドーピングされたリ
ング状領域内で基板前面に連通している。このようにし
て、薄い膜によってのみ封止された開口部が基板に形成
される。この開口部の各々において膜の上にビーム吸収
器が形成される。この場合、直列接続された複数の熱電
素子すなわち熱電対はビーム吸収器の近くに熱接点を、
ヒートシンクとして機能する残りの基板上に冷接点をそ
れぞれ有している。
【０００３】このような公知の製造方法は、一連の欠点
を有している。ウェットエッチングの異方性は、使用さ
れるシリコン基板のそれぞれ異なる結晶面においてエッ
チングプロセスがそれぞれ異なる速度で経過することに
よって実現されている。エッチング速度は、＜１１１＞
方位をもつ表面において最も低い。したがって＜１００
＞方位の表面をウェットエッチングする場合にはマスク
の開口を通して、＜１１１＞方位の側壁をもつ表面に凹
部が形成され、これは＜１００＞方位の表面に対し約５
４゜の角度を成している。生じた凹部の底面は、材料の
深さ方向にエッチングプロセスがいっそう進めば進むほ
ど小さくなり、凹部において対向する壁面が互いにぶつ
かり合い、実質的に停止する。したがって膜の高さのと
ころに小さい開口部を形成するには、基板の対向する側
に著しく大きい開口部をもつマスクを形成しなければな
らない。
を有している。ウェットエッチングの異方性は、使用さ
れるシリコン基板のそれぞれ異なる結晶面においてエッ
チングプロセスがそれぞれ異なる速度で経過することに
よって実現されている。エッチング速度は、＜１１１＞
方位をもつ表面において最も低い。したがって＜１００
＞方位の表面をウェットエッチングする場合にはマスク
の開口を通して、＜１１１＞方位の側壁をもつ表面に凹
部が形成され、これは＜１００＞方位の表面に対し約５
４゜の角度を成している。生じた凹部の底面は、材料の
深さ方向にエッチングプロセスがいっそう進めば進むほ
ど小さくなり、凹部において対向する壁面が互いにぶつ
かり合い、実質的に停止する。したがって膜の高さのと
ころに小さい開口部を形成するには、基板の対向する側
に著しく大きい開口部をもつマスクを形成しなければな
らない。
【０００４】様々な基板どうしであるいは１つの基板内
でも厚さが変化していると、壁が斜めに配向されること
から膜に設けられる開口の寸法にクリティカルに作用が
及ぼされる。基板の厚さに比べ小さい寸法の開口部を精
確に形成するのは、非常に難しい。なぜならば基板の厚
さの変動によって、その大きさに対し強い作用が及ぼさ
れるからである。
でも厚さが変化していると、壁が斜めに配向されること
から膜に設けられる開口の寸法にクリティカルに作用が
及ぼされる。基板の厚さに比べ小さい寸法の開口部を精
確に形成するのは、非常に難しい。なぜならば基板の厚
さの変動によって、その大きさに対し強い作用が及ぼさ
れるからである。
【０００５】このような問題点は引用文献によれば、ホ
ウ素から成る注入拡散されたリングによって対処してい
る。ホウ素ドーピングされた材料はエッチングの際に侵
食されず、したがって膜における所定の開口部サイズを
得るために、基板の結晶構造を考慮して必要とされるも
のよりも、基板背面におけるマスク開口を大きく選定す
ることができる。この場合、形成される開口の大きさ
は、ホウ素ドーピングされたリング内のうちドーピング
されていない領域の直径によって決まる。しかしながら
このようなやり方の結果として、基板に注入拡散された
ホウ素ドーピングリングの背面の一部分が露出するの
で、基板の厚さは開口部のすぐ近くではエッチング後、
リングの厚さによって決まってしまう。この厚さは約２
０μｍ程度しかない。リングの厚みを増すことはたしか
に達成可能であるが、これは非常に高いプロセス温度に
おいて拡散時間を長くすることによってしか達成できな
い。このために発生する問題点として、出来上がった赤
外線センサにおいてホウ素ドーピングされたリングは程
度の差こそあれエッチングプロセスによって強くえぐり
取られてしまっている可能性があり、このことで熱電素
子の冷接点からリングを介してソリッドなシリコン基板
へ伝わる熱伝導の品質がばらつくかもしれず、その結
果、システマティックな測定エラーの引き起こされるお
それがある。
ウ素から成る注入拡散されたリングによって対処してい
る。ホウ素ドーピングされた材料はエッチングの際に侵
食されず、したがって膜における所定の開口部サイズを
得るために、基板の結晶構造を考慮して必要とされるも
のよりも、基板背面におけるマスク開口を大きく選定す
ることができる。この場合、形成される開口の大きさ
は、ホウ素ドーピングされたリング内のうちドーピング
されていない領域の直径によって決まる。しかしながら
このようなやり方の結果として、基板に注入拡散された
ホウ素ドーピングリングの背面の一部分が露出するの
で、基板の厚さは開口部のすぐ近くではエッチング後、
リングの厚さによって決まってしまう。この厚さは約２
０μｍ程度しかない。リングの厚みを増すことはたしか
に達成可能であるが、これは非常に高いプロセス温度に
おいて拡散時間を長くすることによってしか達成できな
い。このために発生する問題点として、出来上がった赤
外線センサにおいてホウ素ドーピングされたリングは程
度の差こそあれエッチングプロセスによって強くえぐり
取られてしまっている可能性があり、このことで熱電素
子の冷接点からリングを介してソリッドなシリコン基板
へ伝わる熱伝導の品質がばらつくかもしれず、その結
果、システマティックな測定エラーの引き起こされるお
それがある。
【０００６】さらにドイツ連邦共和国特許出願 DE 41 0
2 524 A1 により公知のさらに別のビームセンサによれ
ば、シリコン基板と、このシリコン基板中の開口部上に
広がる膜に配置されたビーム吸収器と、このビーム吸収
器の近くの熱接点とシリコン基板上の冷接点を備えた複
数の熱電素子が設けられている。このセンサの場合に
も、基板において膜とは反対側の面へ向かう開口部の壁
が、異方性ウェットエッチングに特有のかたちで散開し
ている。この場合、開口部の直径は基板の厚さよりも著
しく大きい。
2 524 A1 により公知のさらに別のビームセンサによれ
ば、シリコン基板と、このシリコン基板中の開口部上に
広がる膜に配置されたビーム吸収器と、このビーム吸収
器の近くの熱接点とシリコン基板上の冷接点を備えた複
数の熱電素子が設けられている。このセンサの場合に
も、基板において膜とは反対側の面へ向かう開口部の壁
が、異方性ウェットエッチングに特有のかたちで散開し
ている。この場合、開口部の直径は基板の厚さよりも著
しく大きい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ビー
ムセンサの製造方法において、精確に再現可能な特性を
もたせてビームセンサを製造できるようにし、また、使
用される基板の厚さに依存しない僅かな間隔をおいて互
いに配置可能な複数の個別センサエレメントを備えたビ
ームセンサを製造できるようにすることである。
ムセンサの製造方法において、精確に再現可能な特性を
もたせてビームセンサを製造できるようにし、また、使
用される基板の厚さに依存しない僅かな間隔をおいて互
いに配置可能な複数の個別センサエレメントを備えたビ
ームセンサを製造できるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、設定領域内で膜に開口を形成するステップと、該開
口を通して半導体基板をエッチングするステップを有す
ることにより解決される。
は、設定領域内で膜に開口を形成するステップと、該開
口を通して半導体基板をエッチングするステップを有す
ることにより解決される。
【０００９】さらに本発明の課題は、半導体基板中に開
口部を形成すべき少なくとも１つの領域を、半導体基板
の第１の面上に設定するステップと、半導体基板の前記
第１の面上に膜をデポジットするステップと、ビーム吸
収器を膜上に取り付けるステップと、該ビーム吸収器と
熱的に接触する熱接点および前記半導体基板と熱的に接
触する冷接点を備えた熱電素子を取り付けるステップ
と、半導体基板のうち前記第１の面とは反対側の第２の
面に、設定領域ごとに該領域と合同の開口をもつマスク
を取り付けるステップと、前記第２の面を、半導体基板
が設定領域内で削り取られてしまうまで異方性ドライエ
ッチングすることにより解決される。
口部を形成すべき少なくとも１つの領域を、半導体基板
の第１の面上に設定するステップと、半導体基板の前記
第１の面上に膜をデポジットするステップと、ビーム吸
収器を膜上に取り付けるステップと、該ビーム吸収器と
熱的に接触する熱接点および前記半導体基板と熱的に接
触する冷接点を備えた熱電素子を取り付けるステップ
と、半導体基板のうち前記第１の面とは反対側の第２の
面に、設定領域ごとに該領域と合同の開口をもつマスク
を取り付けるステップと、前記第２の面を、半導体基板
が設定領域内で削り取られてしまうまで異方性ドライエ
ッチングすることにより解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】このように本発明の第１の観点に
よれば、設定領域内で膜に開口を形成するステップと、
該開口を通して半導体基板をエッチングするステップに
よって上記の課題を解決している。この開口によって、
ビーム吸収器の下方に必要とされる空洞を基板前面側か
ら形成することができるようになり、その結果、単調な
プロセスで基板全体をエッチングする必要性がなくな
る。さらにこのことで、さもなければ基板背面のエッチ
ングマスクをビーム吸収器の位置に対して必然的に位置
決めする際に生じる可能性のあるエラー要因がなくな
る。したがって、熱電素子の冷接点を被着することので
きる開口周縁領域がさらにうしろにエッチングされてし
まい、そのためにソリッドなシリコン基板との熱的接触
が劣化するおそれがなくなり、また、ビーム吸収器下方
に僅かな間隔をおいてエッチングされないソリッドな半
導体材料をおくことができるため、半導体基板により形
成されるヒートシンクの質量が全体として大きくなる。
よれば、設定領域内で膜に開口を形成するステップと、
該開口を通して半導体基板をエッチングするステップに
よって上記の課題を解決している。この開口によって、
ビーム吸収器の下方に必要とされる空洞を基板前面側か
ら形成することができるようになり、その結果、単調な
プロセスで基板全体をエッチングする必要性がなくな
る。さらにこのことで、さもなければ基板背面のエッチ
ングマスクをビーム吸収器の位置に対して必然的に位置
決めする際に生じる可能性のあるエラー要因がなくな
る。したがって、熱電素子の冷接点を被着することので
きる開口周縁領域がさらにうしろにエッチングされてし
まい、そのためにソリッドなシリコン基板との熱的接触
が劣化するおそれがなくなり、また、ビーム吸収器下方
に僅かな間隔をおいてエッチングされないソリッドな半
導体材料をおくことができるため、半導体基板により形
成されるヒートシンクの質量が全体として大きくなる。
【００１１】この方法の第１の実施形態によれば膜のデ
ポジット前に、開口部を形成すべき個所で半導体材料を
多孔性にする。これはたとえばＨＦ電解質を用いたアノ
ード酸化により電気化学的プロセスにおいて達成でき、
これによればウェハが電形質に対しアノードとして接続
される。そしてこのようにして多孔性にされた領域を、
後続のエッチングステップにおいて選択的にエッチング
して削り取ることができる。
ポジット前に、開口部を形成すべき個所で半導体材料を
多孔性にする。これはたとえばＨＦ電解質を用いたアノ
ード酸化により電気化学的プロセスにおいて達成でき、
これによればウェハが電形質に対しアノードとして接続
される。そしてこのようにして多孔性にされた領域を、
後続のエッチングステップにおいて選択的にエッチング
して削り取ることができる。
【００１２】このようなエッチングステップは有利に
は、膜がデポジットされ膜の上に熱電素子を構造化した
後に行われる。
は、膜がデポジットされ膜の上に熱電素子を構造化した
後に行われる。
【００１３】この場合、開口すべき領域を設定するた
め、半導体基板の表面を有利には保護層によりマスキン
グし、その際、この保護層は半導体の多孔性化に用いら
れる媒体に対し耐性の材料から成る。そのような材料を
たとえばクロムまたは金とすることができる。
め、半導体基板の表面を有利には保護層によりマスキン
グし、その際、この保護層は半導体の多孔性化に用いら
れる媒体に対し耐性の材料から成る。そのような材料を
たとえばクロムまたは金とすることができる。
【００１４】択一的に、開口すべき領域の設定を、開口
すべきでない半導体基板表面領域を低濃度でｎ形にドー
ピング（ｎ−ドーピング）することにより行うことがで
きる。このようにすれば開口すべきでない領域は、ｐ形
にドーピングされた基板ならびに場合によってはｎ＋＋
ドーピングされた基板領域とは異なり、半導体の多孔性
化に使用される媒体の作用を受けない。多孔性化に続く
エッチングステップは、慣用のウェットエッチングステ
ップとすることができる。
すべきでない半導体基板表面領域を低濃度でｎ形にドー
ピング（ｎ−ドーピング）することにより行うことがで
きる。このようにすれば開口すべきでない領域は、ｐ形
にドーピングされた基板ならびに場合によってはｎ＋＋
ドーピングされた基板領域とは異なり、半導体の多孔性
化に使用される媒体の作用を受けない。多孔性化に続く
エッチングステップは、慣用のウェットエッチングステ
ップとすることができる。
【００１５】エッチングステップの前に、有利にはデポ
ジットされた膜上に熱電素子が構造化される。
ジットされた膜上に熱電素子が構造化される。
【００１６】エッチングすべき材料を多孔性化により前
処理しておけば、エッチングステップ専用のマスクは不
要である。
処理しておけば、エッチングステップ専用のマスクは不
要である。
【００１７】本発明による方法の第２の変形実施形態に
よれば、開口すべき領域を多孔性化により前処理する必
要がなく、その代わりに開口すべき領域の設定を膜内の
開口形成のみによって行う。この場合、開口の後方に位
置する基板領域を等方性エッチングすることで、開口部
を簡単に形成することができる。
よれば、開口すべき領域を多孔性化により前処理する必
要がなく、その代わりに開口すべき領域の設定を膜内の
開口形成のみによって行う。この場合、開口の後方に位
置する基板領域を等方性エッチングすることで、開口部
を簡単に形成することができる。
【００１８】この等方性エッチングは、電気化学的なア
ノード化処理およびそれに続く電気化学的溶解によって
行うことができるし、ダイレクトな電気化学的溶解ある
いは等方性に振る舞うウェットエッチングたとえばＨＮ
Ａ（ＨＦ＋ＨＮＯ3 ＋ＣＨ3ＣＯＯＨ）によって行うこ
とができる。
ノード化処理およびそれに続く電気化学的溶解によって
行うことができるし、ダイレクトな電気化学的溶解ある
いは等方性に振る舞うウェットエッチングたとえばＨＮ
Ａ（ＨＦ＋ＨＮＯ3 ＋ＣＨ3ＣＯＯＨ）によって行うこ
とができる。
【００１９】とはいえこの第２の変形実施形態の場合に
はドライエッチングプロセスも有利であり、たとえばプ
ラズマエッチングまたは自発的なドライエッチングも有
利である。それというのも、ガス状のエッチング媒体は
エッチング媒体は開口のうしろの開口すべき領域に液体
よりも容易に侵入することができるからであるし、さら
に開口を通した物質移動がいっそう有効だからである。
はドライエッチングプロセスも有利であり、たとえばプ
ラズマエッチングまたは自発的なドライエッチングも有
利である。それというのも、ガス状のエッチング媒体は
エッチング媒体は開口のうしろの開口すべき領域に液体
よりも容易に侵入することができるからであるし、さら
に開口を通した物質移動がいっそう有効だからである。
【００２０】プラズマエッチングのためにたとえばＡｒ
中のＦ2，ＳＦ6 またはＮＨ3 が考慮の対象となる。
中のＦ2，ＳＦ6 またはＮＨ3 が考慮の対象となる。
【００２１】自発的なドライエッチングのために、Ｘｅ
Ｆ2 ，ＣｌＦ3 またはＢｒＦ3 などのガスを使用するこ
とができ、これらのガスはシリコンと接触するとただち
に揮発性のＳｉＦ4 として激しく反応して、自発的にシ
リコンを侵食する。
Ｆ2 ，ＣｌＦ3 またはＢｒＦ3 などのガスを使用するこ
とができ、これらのガスはシリコンと接触するとただち
に揮発性のＳｉＦ4 として激しく反応して、自発的にシ
リコンを侵食する。
【００２２】本発明の第２の観点によれば、半導体基板
上にビームセンサを製造する方法において、基板中に開
口部を形成すべき少なくとも１つの領域を、基板の第１
の面上に設定するステップと、基板の第１の面上に膜を
デポジットするステップと、ビーム吸収器をこの膜上に
取り付けるステップと、ビーム吸収器と熱的に接触する
熱接点および基板と熱的に接触する冷接点を備えた熱電
素子を取り付けるステップと、半導体基板のうち第１の
面とは反対側の第２の面（いわゆる背面）にマスクを取
り付けるステップが設けられており、このマスクは設定
領域ごとにその領域と合同の開口をもっており、シリコ
ン基板が設定領域内で削り取られてしまうまで第２の面
を異方性ドライエッチングすることを特徴としている。
上にビームセンサを製造する方法において、基板中に開
口部を形成すべき少なくとも１つの領域を、基板の第１
の面上に設定するステップと、基板の第１の面上に膜を
デポジットするステップと、ビーム吸収器をこの膜上に
取り付けるステップと、ビーム吸収器と熱的に接触する
熱接点および基板と熱的に接触する冷接点を備えた熱電
素子を取り付けるステップと、半導体基板のうち第１の
面とは反対側の第２の面（いわゆる背面）にマスクを取
り付けるステップが設けられており、このマスクは設定
領域ごとにその領域と合同の開口をもっており、シリコ
ン基板が設定領域内で削り取られてしまうまで第２の面
を異方性ドライエッチングすることを特徴としている。
【００２３】適切な異方性ドライエッチングについて
は、ドイツ連邦共和国特許出願 DE 4241 045 に記載さ
れている。そこで取り扱われているプラズマエッチング
プロセスによれば、半導体基板に対しほぼ垂直な壁をも
つ開口部を半導体基板中に形成することができ、その結
果、調整幅を考慮して基板の第２の面上のエッチングマ
スク内の開口を、膜の高さで基板中にあとで製造される
開口部よりも著しく大きくする必要性がなくなる。この
ことにより、マスクの形成と位置決めにあたり発生する
可能性のあるエラー要因を排除できるだけでなく、個々
の開口部を互いに著しく僅かな間隔で配置することもで
きるようになり、その際、この間隔はもはや基板の厚さ
にどうしても依存してしまうようなことはない。つまり
半導体基板中の開口部の横断面寸法は、基板の厚さにか
かわらず一定であり、その結果、面積の損失が起こら
ず、開口を密に詰めることができるようになる。
は、ドイツ連邦共和国特許出願 DE 4241 045 に記載さ
れている。そこで取り扱われているプラズマエッチング
プロセスによれば、半導体基板に対しほぼ垂直な壁をも
つ開口部を半導体基板中に形成することができ、その結
果、調整幅を考慮して基板の第２の面上のエッチングマ
スク内の開口を、膜の高さで基板中にあとで製造される
開口部よりも著しく大きくする必要性がなくなる。この
ことにより、マスクの形成と位置決めにあたり発生する
可能性のあるエラー要因を排除できるだけでなく、個々
の開口部を互いに著しく僅かな間隔で配置することもで
きるようになり、その際、この間隔はもはや基板の厚さ
にどうしても依存してしまうようなことはない。つまり
半導体基板中の開口部の横断面寸法は、基板の厚さにか
かわらず一定であり、その結果、面積の損失が起こら
ず、開口を密に詰めることができるようになる。
【００２４】７００μｍの厚さまでの基板中の開口部
を、先に挙げた文献に記載されているような異方性ドラ
イエッチングにより形成することも、問題なく可能であ
る。
を、先に挙げた文献に記載されているような異方性ドラ
イエッチングにより形成することも、問題なく可能であ
る。
【００２５】しかし、本発明による方法の２つの有利な
実施形態によれば、開口部が２つのステップで形成され
る。
実施形態によれば、開口部が２つのステップで形成され
る。
【００２６】第１の実施形態によればはじめに、基板の
つながった面がエッチングにより削り取られ、これによ
ってはじめて本来のエッチングマスクの載置される第２
の面が形成される。削り取りのために、任意の有利には
高速なエッチングプロセスを使用することができる。
つながった面がエッチングにより削り取られ、これによ
ってはじめて本来のエッチングマスクの載置される第２
の面が形成される。削り取りのために、任意の有利には
高速なエッチングプロセスを使用することができる。
【００２７】択一的に、ドライエッチング自体を２つの
ステップに分けることができ、この場合、最初のステッ
プではマスクの合同の開口内だけがエッチングされ、そ
の後、合同の開口を多数含むつながった面上でエッチン
グが行われる。合同の開口は第１のステップにより、そ
れらを取り囲むつながった面の前にいわゆる「突出部」
を作り出し、これは次に続くつながった面のエッチング
ステップにおいても維持されたままである。
ステップに分けることができ、この場合、最初のステッ
プではマスクの合同の開口内だけがエッチングされ、そ
の後、合同の開口を多数含むつながった面上でエッチン
グが行われる。合同の開口は第１のステップにより、そ
れらを取り囲むつながった面の前にいわゆる「突出部」
を作り出し、これは次に続くつながった面のエッチング
ステップにおいても維持されたままである。
【００２８】２つのプロセスの結果として、基板後面に
生じる凹部の形成されたつながった面と複数の開口部が
形成され、この開口部はその面から基板前面まで及んで
いる。個々の開口は半導体材料から成るウェブによって
分離されており、それらの厚さはもとの基板の厚さでは
ないけれども、個々の開口部各々について一定でありか
つ再現可能なものであり、したがってこのような開口部
に配置される個々のビーム吸収器各々について、半導体
基板によって構成されているヒートシンクに対し均一な
熱的結合が維持される。
生じる凹部の形成されたつながった面と複数の開口部が
形成され、この開口部はその面から基板前面まで及んで
いる。個々の開口は半導体材料から成るウェブによって
分離されており、それらの厚さはもとの基板の厚さでは
ないけれども、個々の開口部各々について一定でありか
つ再現可能なものであり、したがってこのような開口部
に配置される個々のビーム吸収器各々について、半導体
基板によって構成されているヒートシンクに対し均一な
熱的結合が維持される。
【００２９】効果的なヒートシンクを形成する目的で、
半導体材料から成るウェブが少なくとも５０μｍの太さ
をもつようにする。したがってこの深さまでは少なくと
も、合同な開口におけるエッチングを行うようにする。
開口部のアスペクト比が高くなるにつれて、エッチング
されて削り取られた材料を開口部から搬出するのが難し
くなるし、しかも膜に達すると半導体基板と膜との間の
境界面にノッチの生じるおそれがあるので、合同な開口
内のエッチングの深さを制限するのが好適であり、たと
えば１００または２００μｍの値に制限するとよい。
半導体材料から成るウェブが少なくとも５０μｍの太さ
をもつようにする。したがってこの深さまでは少なくと
も、合同な開口におけるエッチングを行うようにする。
開口部のアスペクト比が高くなるにつれて、エッチング
されて削り取られた材料を開口部から搬出するのが難し
くなるし、しかも膜に達すると半導体基板と膜との間の
境界面にノッチの生じるおそれがあるので、合同な開口
内のエッチングの深さを制限するのが好適であり、たと
えば１００または２００μｍの値に制限するとよい。
【００３０】２つのステップによるドライエッチングの
ために有利には２層のマスクが使用され、その際、第１
のマスク層にはつながった面に対応する開口が形成さ
れ、第２の層は合同な開口を有する。２つのエッチング
ステップの移行にあたり、第２のマスク層を選択的に除
去すればよい。好適な組み合わせはたとえば、ホトレジ
ストマスクと硬い材料のマスクとしてのＳｉＯ2 または
窒化酸化層の利用であり、これについてはドイツ連邦共
和国特許出願 DE 41 29 206 に記載されている。
ために有利には２層のマスクが使用され、その際、第１
のマスク層にはつながった面に対応する開口が形成さ
れ、第２の層は合同な開口を有する。２つのエッチング
ステップの移行にあたり、第２のマスク層を選択的に除
去すればよい。好適な組み合わせはたとえば、ホトレジ
ストマスクと硬い材料のマスクとしてのＳｉＯ2 または
窒化酸化層の利用であり、これについてはドイツ連邦共
和国特許出願 DE 41 29 206 に記載されている。
【００３１】次に、図面を参照しながら実施例に基づき
本発明について詳しく説明する。
本発明について詳しく説明する。
【００３２】
【実施例】図１には、本発明による方法に従って製造可
能なビームセンサにおける１つのセンサエレメントの構
造が略示されている。完成したセンサは、図１に示した
エレメントの多数が網目状に配置されたアレイを有して
おり、それらは基板材料から成るウェブによって分離さ
れる。シリコンから成る半導体基板１はその表面に、Ｓ
ｉＯ2 から成る薄い層２とＳｉ3Ｎ4 から成る薄い層３
を担持しており、これらの層は薄い膜として半導体基板
１の開口部４の上に薄い膜として広がっている。この場
合、半導体基板の厚さ全体を貫く開口部として、開口部
４を延在させることができる。図２または図３を参照し
て説明する方法の１つに従ってセンサが製造されている
場合には、単に開口部４をそれがなければソリッドであ
る基板の窪みとすることもできる。
能なビームセンサにおける１つのセンサエレメントの構
造が略示されている。完成したセンサは、図１に示した
エレメントの多数が網目状に配置されたアレイを有して
おり、それらは基板材料から成るウェブによって分離さ
れる。シリコンから成る半導体基板１はその表面に、Ｓ
ｉＯ2 から成る薄い層２とＳｉ3Ｎ4 から成る薄い層３
を担持しており、これらの層は薄い膜として半導体基板
１の開口部４の上に薄い膜として広がっている。この場
合、半導体基板の厚さ全体を貫く開口部として、開口部
４を延在させることができる。図２または図３を参照し
て説明する方法の１つに従ってセンサが製造されている
場合には、単に開口部４をそれがなければソリッドであ
る基板の窪みとすることもできる。
【００３３】開口部４の上に広がる膜にビーム吸収器５
が配置されている。このビーム吸収器５は、実質的に薄
い膜だけを介して半導体基板と接続されている。この膜
は比較的熱伝導性のよくない材料から成り、したがって
基板１により形成されたヒートシンクに対し熱的に分離
されている。
が配置されている。このビーム吸収器５は、実質的に薄
い膜だけを介して半導体基板と接続されている。この膜
は比較的熱伝導性のよくない材料から成り、したがって
基板１により形成されたヒートシンクに対し熱的に分離
されている。
【００３４】ビーム吸収器５は、到来ビームをできるか
ぎり広いスペクトル範囲でできるかぎり完全に吸収する
材料から成り、たとえば超微粒の金の粒子から成る。ビ
ームがセンサの表面に入射すると吸収器５は、その吸収
性能が高く厚さが僅かでありかつ開口部４を取り囲む半
導体基板１よりも熱的分離が著しく強いことから、加熱
する。
ぎり広いスペクトル範囲でできるかぎり完全に吸収する
材料から成り、たとえば超微粒の金の粒子から成る。ビ
ームがセンサの表面に入射すると吸収器５は、その吸収
性能が高く厚さが僅かでありかつ開口部４を取り囲む半
導体基板１よりも熱的分離が著しく強いことから、加熱
する。
【００３５】複数の熱電素子すなわち熱電対６が、いわ
ゆる「冷接点」と「熱接点」との間で広がっており、こ
こで「冷接点」は半導体基板１の上でそれと熱的に接触
して配置されており、「熱接点」は図示のセンサの場合
にはビーム吸収器５により覆われており、したがってこ
こには描かれていない。熱接点は、良好な熱伝導性でビ
ーム吸収器５と接触しているが、それによって電気的に
相互接続されてはいない。個々の熱電対６はたとえば、
すでに引用したドイツ連邦共和国特許出願 DE41 02 524
A1 から公知のように、直列に接続されており、その結
果、ビーム吸収器５と基板１との間の温度差を表す測定
信号として、個々の熱電対６において発生した熱起電力
のｎ倍の電圧が得られることになり、ここでｎは直列接
続された熱電対６の個数である。得られた測定電圧は、
同じ半導体基板１上に集積された回路によってさらに処
理してもよいし、あるいはここに図示されているよう
に、コンタクトパッド８，９を介して取り出してもよ
い。
ゆる「冷接点」と「熱接点」との間で広がっており、こ
こで「冷接点」は半導体基板１の上でそれと熱的に接触
して配置されており、「熱接点」は図示のセンサの場合
にはビーム吸収器５により覆われており、したがってこ
こには描かれていない。熱接点は、良好な熱伝導性でビ
ーム吸収器５と接触しているが、それによって電気的に
相互接続されてはいない。個々の熱電対６はたとえば、
すでに引用したドイツ連邦共和国特許出願 DE41 02 524
A1 から公知のように、直列に接続されており、その結
果、ビーム吸収器５と基板１との間の温度差を表す測定
信号として、個々の熱電対６において発生した熱起電力
のｎ倍の電圧が得られることになり、ここでｎは直列接
続された熱電対６の個数である。得られた測定電圧は、
同じ半導体基板１上に集積された回路によってさらに処
理してもよいし、あるいはここに図示されているよう
に、コンタクトパッド８，９を介して取り出してもよ
い。
【００３６】図２には、図１に示されているようなビー
ムセンサを本発明による第１の方法に従って製造する種
々の段階が示されている。段階ａとして、金またはクロ
ムから成る保護層１０が表面に蒸着されたシリコン基板
１が示されている。この基板表面に対し、ＨＦ電形質内
でアノード酸化が施される。保護層１０は電形質の侵食
に対して強いのに対し、この保護層の窓１１のところで
露出している基板１のシリコンは耐性を有していない。
そしてこれは、アノード酸化中に電気化学的プロセスに
おいて侵食される。この場合、基板は電解質に対しアノ
ードであり、つまり正にバイアスされており、電解質は
電流源の負極と接続されている。これにより基板１の表
面に多孔性の領域１２が形成され、その厚さおよび構造
は、アノード化処理とプロセスパラメータたとえば面電
流強度、電解質の濃度などによって左右される。侵食は
等方性で行われるので、多孔性領域１２は保護層１０の
下方の周縁ゾーンにも広がる。図２のｂには、この処理
完了後の基板の状態が描かれている。
ムセンサを本発明による第１の方法に従って製造する種
々の段階が示されている。段階ａとして、金またはクロ
ムから成る保護層１０が表面に蒸着されたシリコン基板
１が示されている。この基板表面に対し、ＨＦ電形質内
でアノード酸化が施される。保護層１０は電形質の侵食
に対して強いのに対し、この保護層の窓１１のところで
露出している基板１のシリコンは耐性を有していない。
そしてこれは、アノード酸化中に電気化学的プロセスに
おいて侵食される。この場合、基板は電解質に対しアノ
ードであり、つまり正にバイアスされており、電解質は
電流源の負極と接続されている。これにより基板１の表
面に多孔性の領域１２が形成され、その厚さおよび構造
は、アノード化処理とプロセスパラメータたとえば面電
流強度、電解質の濃度などによって左右される。侵食は
等方性で行われるので、多孔性領域１２は保護層１０の
下方の周縁ゾーンにも広がる。図２のｂには、この処理
完了後の基板の状態が描かれている。
【００３７】次に、役割を果たした保護層１０がはぎ取
られ、図１に示されているようなたとえばＳｉＯ2 層や
Ｓｉ3Ｎ4 層により構成することのできる膜１３が、図
２ｃに示されているように多孔性領域１２も含めて、た
とえばＣＶＤプロセスによって基板表面上に被着され
る。ついで膜１３の上に、ビーム吸収器５と熱電対６が
デポジットされる。その際、各熱電対は、それらの熱接
点がビーム吸収器５と接触し、冷接点がアノード酸化に
よっても侵食されなかった基板表面領域におかれるよう
に配置される（図２ｄ参照）。これに続くエッチングス
テップの準備のために、ビーム吸収器５と熱電対６を
（図示されていない）保護層によって覆うことができ
る。
られ、図１に示されているようなたとえばＳｉＯ2 層や
Ｓｉ3Ｎ4 層により構成することのできる膜１３が、図
２ｃに示されているように多孔性領域１２も含めて、た
とえばＣＶＤプロセスによって基板表面上に被着され
る。ついで膜１３の上に、ビーム吸収器５と熱電対６が
デポジットされる。その際、各熱電対は、それらの熱接
点がビーム吸収器５と接触し、冷接点がアノード酸化に
よっても侵食されなかった基板表面領域におかれるよう
に配置される（図２ｄ参照）。これに続くエッチングス
テップの準備のために、ビーム吸収器５と熱電対６を
（図示されていない）保護層によって覆うことができ
る。
【００３８】ビーム吸収器と熱電対を取り付ける前ある
いは取り付けた後に膜１３が構造化され、その中に形成
される開口を通して領域１２における多孔性シリコンが
エッチング媒体に侵食されやすくする。
いは取り付けた後に膜１３が構造化され、その中に形成
される開口を通して領域１２における多孔性シリコンが
エッチング媒体に侵食されやすくする。
【００３９】エッチングは、たとえば薄められたＫＯ
Ｈ，ＮａＯＨ、アンモニアあるいはＴＭＡＨ（Ｗ）など
を用いたウェットエッチングとすることができる。材料
が多孔性であることからエッチング媒体の浸入およびエ
ッチングプロセスの進展が促進され、その結果、短時間
のうちに開口部４を多孔性シリコンの個所に形成できる
ようになる。
Ｈ，ＮａＯＨ、アンモニアあるいはＴＭＡＨ（Ｗ）など
を用いたウェットエッチングとすることができる。材料
が多孔性であることからエッチング媒体の浸入およびエ
ッチングプロセスの進展が促進され、その結果、短時間
のうちに開口部４を多孔性シリコンの個所に形成できる
ようになる。
【００４０】また、ウェットエッチングの代わりにドラ
イエッチングプロセスも考慮の対象となり、たとえばフ
ッ素プラズマにおける等方性プラズマエッチングなどが
対象となり、この場合、プラズマ放電中にフッ素ラジカ
ルが形成され、これによってシリコンが等方性にエッチ
ングされる。このために、たとえばＳＦ6 またはＮＦ 3
あるいは純粋なフッ素（アルゴン中のＦ2）が適してい
る。基板表面のうちエッチングすべきでない領域は、そ
こがエッチングプラズマの侵食に対しすでに膜によって
保護されているのでなければ、ホトレジスト、ネガティ
ブレジストまたはシリコン酸化物層によって覆うことが
できる。
イエッチングプロセスも考慮の対象となり、たとえばフ
ッ素プラズマにおける等方性プラズマエッチングなどが
対象となり、この場合、プラズマ放電中にフッ素ラジカ
ルが形成され、これによってシリコンが等方性にエッチ
ングされる。このために、たとえばＳＦ6 またはＮＦ 3
あるいは純粋なフッ素（アルゴン中のＦ2）が適してい
る。基板表面のうちエッチングすべきでない領域は、そ
こがエッチングプラズマの侵食に対しすでに膜によって
保護されているのでなければ、ホトレジスト、ネガティ
ブレジストまたはシリコン酸化物層によって覆うことが
できる。
【００４１】プラズマエッチングの代案として、いわゆ
る自発的エッチング化学プロセスを使用することも可能
であり、これによれば膜貫通開口から出発してその下の
シリコンを広い空間にわたり除去し、そのようにしてあ
いた膜領域を形成することができる。この目的で、たと
えばキセノンジフルオリド（ＸｅＦ2）、クロルトリフ
ルオリド（ＣｌＦ3）またはブロムフルオリド（Ｂｒ
Ｆ3）などのガスを用いるのがよい。これらのガスすべ
てはシリコン表面に吸収され、そこにおいて自発的につ
まり外部からの作用なしで、イオンまたは電子からフッ
素ラジカルを分離させ、それによってシリコンが自発的
すなわち等方性にエッチングされ、そのようにして膜の
下に開口部を形成することができる。そしてこのために
は、あいたシリコン表面をそのガスと接触させるだけで
十分であり、シリコンの自発的な等方性エッチングが外
部からの支援なしでただちに始まる。その際、毎分数１
０μｍのエッチレートを達成することができ、このこと
により必要な開口部を短時間のうちに形成することがで
きるようになる。これらのガスはホトレジストなどのマ
スク層、酸化シリコンおよびその他の保護層に対しきわ
めて選択性があり、このような層をエッチングすべきで
はないセンサ表面のマスキングのために基板上に付加的
に設けることができる。
る自発的エッチング化学プロセスを使用することも可能
であり、これによれば膜貫通開口から出発してその下の
シリコンを広い空間にわたり除去し、そのようにしてあ
いた膜領域を形成することができる。この目的で、たと
えばキセノンジフルオリド（ＸｅＦ2）、クロルトリフ
ルオリド（ＣｌＦ3）またはブロムフルオリド（Ｂｒ
Ｆ3）などのガスを用いるのがよい。これらのガスすべ
てはシリコン表面に吸収され、そこにおいて自発的につ
まり外部からの作用なしで、イオンまたは電子からフッ
素ラジカルを分離させ、それによってシリコンが自発的
すなわち等方性にエッチングされ、そのようにして膜の
下に開口部を形成することができる。そしてこのために
は、あいたシリコン表面をそのガスと接触させるだけで
十分であり、シリコンの自発的な等方性エッチングが外
部からの支援なしでただちに始まる。その際、毎分数１
０μｍのエッチレートを達成することができ、このこと
により必要な開口部を短時間のうちに形成することがで
きるようになる。これらのガスはホトレジストなどのマ
スク層、酸化シリコンおよびその他の保護層に対しきわ
めて選択性があり、このような層をエッチングすべきで
はないセンサ表面のマスキングのために基板上に付加的
に設けることができる。
【００４２】図３のａ〜ｄには、膜下方のシリコン基板
中に開口部を製造するための択一的な方法に関する各ス
テップが描かれている。たとえば８Ωｃｍの導電率でｐ
形にドーピングされたシリコンから成る図３に示した半
導体基板１に対し、マスキングとイオンインプランテー
ションによってｎ形にドーピングされた領域１４が形成
されている。
中に開口部を製造するための択一的な方法に関する各ス
テップが描かれている。たとえば８Ωｃｍの導電率でｐ
形にドーピングされたシリコンから成る図３に示した半
導体基板１に対し、マスキングとイオンインプランテー
ションによってｎ形にドーピングされた領域１４が形成
されている。
【００４３】この基板の表面に対し、薄いフッ化水素酸
においてアノード酸化処理が施される。その際、ｎ形に
ドーピングされた領域１４は侵食されないのに対し、基
板１の残りの表面には多孔性の領域１２が発生し、これ
はここでは約２０μｍの深さに及んでいる。
においてアノード酸化処理が施される。その際、ｎ形に
ドーピングされた領域１４は侵食されないのに対し、基
板１の残りの表面には多孔性の領域１２が発生し、これ
はここでは約２０μｍの深さに及んでいる。
【００４４】次に、このようにして処理された基板１上
に、膜１３がデポジットされ構造化される。図３ｃには
その結果が描かれている。図２に基づき説明した方法の
場合のように、基板１３上にビーム吸収器と熱電対が取
り付けられるが、それらはみやすくするためこの図には
描かれていない。図３ｃに示されている配置構成に対
し、図２で説明したものと同じエッチングプロセスを施
すことができる。この場合、エッチング媒体は、膜１３
内の細長い窓１５を介しても膜の側方で露出したままの
領域１６を介しても、領域１２の多孔性シリコンに到達
することができる。したがって領域１６はエッチングス
テップに関して、膜内の開口の機能を果たす。
に、膜１３がデポジットされ構造化される。図３ｃには
その結果が描かれている。図２に基づき説明した方法の
場合のように、基板１３上にビーム吸収器と熱電対が取
り付けられるが、それらはみやすくするためこの図には
描かれていない。図３ｃに示されている配置構成に対
し、図２で説明したものと同じエッチングプロセスを施
すことができる。この場合、エッチング媒体は、膜１３
内の細長い窓１５を介しても膜の側方で露出したままの
領域１６を介しても、領域１２の多孔性シリコンに到達
することができる。したがって領域１６はエッチングス
テップに関して、膜内の開口の機能を果たす。
【００４５】この場合も多孔性シリコンにおけるエッチ
ングプロセスのほうが、ソリッドなままの領域１４より
も著しく速く進展するので、最終的に図３ｄに描かれた
構造が生じることになる。
ングプロセスのほうが、ソリッドなままの領域１４より
も著しく速く進展するので、最終的に図３ｄに描かれた
構造が生じることになる。
【００４６】図４には、本発明の別の方法に従って製造
されたビームセンサをかなり概略的に描いた断面図が示
されている。この場合、背面から膜１３によって被覆さ
れた半導体基板１を通って開口部が掘られる。図４に示
したセンサは複数のセンサ素子１８を有しており、それ
らはこの図では膜１３上の長方形として略示されてお
り、それらの各々は図１に示した構造を有している。こ
れには開口部１７上方の膜におけるビーム吸収器５と複
数の熱電対が設けられていて、各熱電対はそれぞれビー
ム吸収器と熱伝導性をもって接続された熱接点と、ソリ
ッドな半導体材料上に配置された冷接点を有している。
されたビームセンサをかなり概略的に描いた断面図が示
されている。この場合、背面から膜１３によって被覆さ
れた半導体基板１を通って開口部が掘られる。図４に示
したセンサは複数のセンサ素子１８を有しており、それ
らはこの図では膜１３上の長方形として略示されてお
り、それらの各々は図１に示した構造を有している。こ
れには開口部１７上方の膜におけるビーム吸収器５と複
数の熱電対が設けられていて、各熱電対はそれぞれビー
ム吸収器と熱伝導性をもって接続された熱接点と、ソリ
ッドな半導体材料上に配置された冷接点を有している。
【００４７】このような赤外線センサは次のようにして
製造される。すなわち、半導体基板１において膜１３と
は反対側の面１９にマスクを取り付ける。このマスク
は、開口部１７のうちの１つが膜に覆われた対向する半
導体１の表面に達すべき各々の設定された領域に対し、
合同の開口部を有している。そして面１９の側から異方
性ドライエッチングプロセスが実行され、このプロセス
は半導体基板１が開口部１７において膜１３に達するま
で削り取られてしまうまで実行される。このドライエッ
チングプロセスは有利にはプラズマエッチングプロセス
であり、これについてはたとえばドイツ連邦共和国特許
出願 DE 42 41 045 に記載されている。
製造される。すなわち、半導体基板１において膜１３と
は反対側の面１９にマスクを取り付ける。このマスク
は、開口部１７のうちの１つが膜に覆われた対向する半
導体１の表面に達すべき各々の設定された領域に対し、
合同の開口部を有している。そして面１９の側から異方
性ドライエッチングプロセスが実行され、このプロセス
は半導体基板１が開口部１７において膜１３に達するま
で削り取られてしまうまで実行される。このドライエッ
チングプロセスは有利にはプラズマエッチングプロセス
であり、これについてはたとえばドイツ連邦共和国特許
出願 DE 42 41 045 に記載されている。
【００４８】このエッチングプロセスが独特な点は、個
々のエッチングステップの間に重合ステップが挟まれる
ことであり、それらのステップでは、先行のエッチスト
ップにおいて露出した面すなわちエッチングされた凹部
の底と壁がポリマによって均質に覆われる。その際、有
利にはフルオルポリマが用いられる。エッチング周縁部
ないしはエッチング面上のこのポリマ層は、きわめて効
果的な一時的エッチストップを成す。後続のエッチング
ステップ中、凹部の底におけるポリマ層はプラズマから
のイオン照射に晒されて削り取られるので、凹部の底は
ただちに再び保護されていない状態になる。また、凹部
の壁はイオンによって場合によっては軽く触れるように
入射するときに照射され、その結果、ここでの削れは著
しく緩慢に進行し、削られた材料は大部分、凹部の壁の
近くで再び堆積する。このようにしてエッチングプロセ
ス中、凹部の壁におけるポリマ層は深い方へ拡がってい
き、これによって壁が削られないよう保護されるのに対
し、凹部の底におけるエッチング侵食は妨げられること
なく進展する。効果的な保護を保証する目的で、壁にお
けるポリマ層の厚さが僅かになりすぎるとただちにエッ
チングが中断され、新たな重合ステップが挿入される。
したがってシリコン基板中に開口部を、高いアスペクト
比と著しく急峻な断崖状の壁を生じさせながら簡単に形
成することができる。
々のエッチングステップの間に重合ステップが挟まれる
ことであり、それらのステップでは、先行のエッチスト
ップにおいて露出した面すなわちエッチングされた凹部
の底と壁がポリマによって均質に覆われる。その際、有
利にはフルオルポリマが用いられる。エッチング周縁部
ないしはエッチング面上のこのポリマ層は、きわめて効
果的な一時的エッチストップを成す。後続のエッチング
ステップ中、凹部の底におけるポリマ層はプラズマから
のイオン照射に晒されて削り取られるので、凹部の底は
ただちに再び保護されていない状態になる。また、凹部
の壁はイオンによって場合によっては軽く触れるように
入射するときに照射され、その結果、ここでの削れは著
しく緩慢に進行し、削られた材料は大部分、凹部の壁の
近くで再び堆積する。このようにしてエッチングプロセ
ス中、凹部の壁におけるポリマ層は深い方へ拡がってい
き、これによって壁が削られないよう保護されるのに対
し、凹部の底におけるエッチング侵食は妨げられること
なく進展する。効果的な保護を保証する目的で、壁にお
けるポリマ層の厚さが僅かになりすぎるとただちにエッ
チングが中断され、新たな重合ステップが挿入される。
したがってシリコン基板中に開口部を、高いアスペクト
比と著しく急峻な断崖状の壁を生じさせながら簡単に形
成することができる。
【００４９】図５のａ〜ｄには、開口部が背面１９の側
から基板を貫通してエッチングされる形式の本発明の別
のビームセンサ製造方法に関する種々の段階が描かれて
いる。図５ａにはエッチングプロセス開始前の基板が描
かれており、これは面１９とは反対側の基板表面上の設
けられた膜１３と、この膜１３の上に設けられた複数の
センサエレメント１８を有している。
から基板を貫通してエッチングされる形式の本発明の別
のビームセンサ製造方法に関する種々の段階が描かれて
いる。図５ａにはエッチングプロセス開始前の基板が描
かれており、これは面１９とは反対側の基板表面上の設
けられた膜１３と、この膜１３の上に設けられた複数の
センサエレメント１８を有している。
【００５０】マスク層２０が、基板１の面１９に取り付
けられており、これは基板のつながった面２１をあける
開口部を有している。この面はセンサエレメント１８と
は反対側に位置する。
けられており、これは基板のつながった面２１をあける
開口部を有している。この面はセンサエレメント１８と
は反対側に位置する。
【００５１】つながった面２１は任意の適切なエッチン
グたとえば上述のドライエッチングまたは異方性ウェッ
トエッチングの１つを用いて削り取られ、基板凹部内で
第２の面２２が露出する。図５ｂにはこの状態が示され
ている。そして次のステップにおいてこの第２の表面２
２にマスク層２３がデポジットされ、構造化される。こ
の場合、そこに複数の孔または開口２４が形成され、そ
れらは半導体基板１に生じさせるべき開口部と実質的に
合同である。図５ｃにはこの段階が描かれている。その
際、マスク層２３は有利にはディスペンシングないし計
量分配（dispensing）方式により取り付けられ、これに
ついてはたとえば１９９７年１１月２８日付のドイツ連
邦共和国特許出願 19752926.7 に記載されている。これ
によればまえもって選定されたレジスト量が各孔に調量
されて入れられ、これは孔の底部に配分される。この場
合、装置によりウェハ全体が網目スクリーン状され、選
定されたレジスト量が各孔に噴射される。その後、レジ
ストのホト構造化をプロジェクションリソグラフィプロ
セスによって行うことができ、たとえばプロジェクショ
ン露光装置またはステッパ露光装置によって行うことが
できる。
グたとえば上述のドライエッチングまたは異方性ウェッ
トエッチングの１つを用いて削り取られ、基板凹部内で
第２の面２２が露出する。図５ｂにはこの状態が示され
ている。そして次のステップにおいてこの第２の表面２
２にマスク層２３がデポジットされ、構造化される。こ
の場合、そこに複数の孔または開口２４が形成され、そ
れらは半導体基板１に生じさせるべき開口部と実質的に
合同である。図５ｃにはこの段階が描かれている。その
際、マスク層２３は有利にはディスペンシングないし計
量分配（dispensing）方式により取り付けられ、これに
ついてはたとえば１９９７年１１月２８日付のドイツ連
邦共和国特許出願 19752926.7 に記載されている。これ
によればまえもって選定されたレジスト量が各孔に調量
されて入れられ、これは孔の底部に配分される。この場
合、装置によりウェハ全体が網目スクリーン状され、選
定されたレジスト量が各孔に噴射される。その後、レジ
ストのホト構造化をプロジェクションリソグラフィプロ
セスによって行うことができ、たとえばプロジェクショ
ン露光装置またはステッパ露光装置によって行うことが
できる。
【００５２】次に、図４を参照して先に説明したように
して異方性エッチングプロセスが行われ、これにより合
同の開口２４のところで半導体基板中に断崖状の壁の凹
部が掘られ、これは膜１３に到達するまで掘られ、到達
後、エッチングプロセスが打ち切られる。
して異方性エッチングプロセスが行われ、これにより合
同の開口２４のところで半導体基板中に断崖状の壁の凹
部が掘られ、これは膜１３に到達するまで掘られ、到達
後、エッチングプロセスが打ち切られる。
【００５３】第２のマスク層２３の除去後、図５ｄに描
かれたビームセンサが形成され、これには開口部１７の
上にそれぞれ配置された複数のセンサエレメント１８が
設けられている。開口部１７は断崖状の壁のウェブ２５
により分離されており、それらの厚さは典型的には７０
０μｍという基板の厚さよりも明らかに薄いが、センサ
エレメント１８の冷接点のためのヒートシンクを成すた
めには、５０〜２００μｍの値で十分に足りる。
かれたビームセンサが形成され、これには開口部１７の
上にそれぞれ配置された複数のセンサエレメント１８が
設けられている。開口部１７は断崖状の壁のウェブ２５
により分離されており、それらの厚さは典型的には７０
０μｍという基板の厚さよりも明らかに薄いが、センサ
エレメント１８の冷接点のためのヒートシンクを成すた
めには、５０〜２００μｍの値で十分に足りる。
【００５４】図６に示されている半導体基板１の面１９
に付加的に２つのマスク層２０および２３が被着され、
その際、図５の事例のようにＳｉＯ2から成る層２０が
大きなつながった開口部を有しており、ホトレジストか
ら成る層２３は複数の開口２４を有しており、それらの
開口部は、製造プロセス中に基板１の厚さ全体にわたり
対向する表面の膜１３まで掘られるべき開口部と合同で
ある。
に付加的に２つのマスク層２０および２３が被着され、
その際、図５の事例のようにＳｉＯ2から成る層２０が
大きなつながった開口部を有しており、ホトレジストか
ら成る層２３は複数の開口２４を有しており、それらの
開口部は、製造プロセス中に基板１の厚さ全体にわたり
対向する表面の膜１３まで掘られるべき開口部と合同で
ある。
【００５５】次に、図４を参照して説明した形式の異方
性プラズマエッチングプロセスが面において実行され、
このプロセスは開口２４に内に、たとえば５０〜１００
μｍなど所望の深さの断崖状の切り欠き２６が生じるま
で続けられる（図６ｂ）。
性プラズマエッチングプロセスが面において実行され、
このプロセスは開口２４に内に、たとえば５０〜１００
μｍなど所望の深さの断崖状の切り欠き２６が生じるま
で続けられる（図６ｂ）。
【００５６】ついで、膜層２０だけが残されるよう、膜
層２３が選択的に削り取られる（図６ｃ）。
層２３が選択的に削り取られる（図６ｃ）。
【００５７】膜層２３が削り取られた後、プラズマエッ
チングプロセスが続けられ、今度は層２０における大き
い窓を通して、切り欠き２６の底もそれらの間に残った
ウェブ２５も実質的に同じ速度で削り取られる。ウェブ
２５の垂直な壁はこのエッチングプロセスの対象となら
ないし、あるいはせいぜい無視できる程度の範囲でしか
作用しない。したがって基板１中の削り取りプロセス
は、切り欠きが膜１３に達して所望の開口部１７がセン
サエレメント１８の下方に形成されるまで進んでいく。
各開口部１７の間に生じたウェブ２５は実質的に、マス
ク層２３を除去した時点で有していた５０〜１００μｍ
の高さと幅を依然としてもつ。図６ｄに示した完成した
ビームセンサは、図５のｄのものと一致している。
チングプロセスが続けられ、今度は層２０における大き
い窓を通して、切り欠き２６の底もそれらの間に残った
ウェブ２５も実質的に同じ速度で削り取られる。ウェブ
２５の垂直な壁はこのエッチングプロセスの対象となら
ないし、あるいはせいぜい無視できる程度の範囲でしか
作用しない。したがって基板１中の削り取りプロセス
は、切り欠きが膜１３に達して所望の開口部１７がセン
サエレメント１８の下方に形成されるまで進んでいく。
各開口部１７の間に生じたウェブ２５は実質的に、マス
ク層２３を除去した時点で有していた５０〜１００μｍ
の高さと幅を依然としてもつ。図６ｄに示した完成した
ビームセンサは、図５のｄのものと一致している。
【００５８】図４〜図６を参照して説明してきた製造プ
ロセスのために、エッチングプラズマとは反対側の基板
１表面を、基板と基板電極との間のスペースを循環する
たとえばヘリウムガスなどによって冷却することのでき
る器具を用いると有利である。このような冷却ガスは、
エッチングプラズマよりもかなり高い圧力で存在する可
能性があり、これによって殊にエッチングプロセスが終
了する頃に、開口部１７の領域内で膜１３に対し圧力負
荷が生じる。したがって、少なくともプラズマエッチン
グプロセスが終了する頃に膜１３上に、この膜の圧力負
荷を受け止める安定化層を設けるのが有利である。この
安定化層はたとえば図６ｃ中、参照符号２７で示されて
いる。この安定化層２７をレジスト層たとえばホトレジ
スト層とすることができ、これはエッチング前に膜１３
上に面全体にわたり塗布される。
ロセスのために、エッチングプラズマとは反対側の基板
１表面を、基板と基板電極との間のスペースを循環する
たとえばヘリウムガスなどによって冷却することのでき
る器具を用いると有利である。このような冷却ガスは、
エッチングプラズマよりもかなり高い圧力で存在する可
能性があり、これによって殊にエッチングプロセスが終
了する頃に、開口部１７の領域内で膜１３に対し圧力負
荷が生じる。したがって、少なくともプラズマエッチン
グプロセスが終了する頃に膜１３上に、この膜の圧力負
荷を受け止める安定化層を設けるのが有利である。この
安定化層はたとえば図６ｃ中、参照符号２７で示されて
いる。この安定化層２７をレジスト層たとえばホトレジ
スト層とすることができ、これはエッチング前に膜１３
上に面全体にわたり塗布される。
【図１】本発明に従って製造されたビームセンサにおけ
る単一のセンサエレメントを示す概略図である。
る単一のセンサエレメントを示す概略図である。
【図２】半導体基板を前面側から構造化する本発明によ
る製造方法の種々のステップを示す図である。
る製造方法の種々のステップを示す図である。
【図３】半導体基板を前面側から構造化する第２の製造
方法の各ステップを示す図である。
方法の各ステップを示す図である。
【図４】半導体基板を背面から構造化する方法に従って
製造された複数のセンサエレメントを備えたビームセン
サの断面図である。
製造された複数のセンサエレメントを備えたビームセン
サの断面図である。
【図５】本発明による背面構造化による製造方法の第１
の実施形態の各ステップを示す図である。
の実施形態の各ステップを示す図である。
【図６】本発明による背面構造化による製造方法の第２
の実施形態の各ステップを示す図である。
の実施形態の各ステップを示す図である。
１ 半導体基板 ２ ＳｉＯ2 から成る薄い層 ３ Ｓｉ3Ｎ4 から成る薄い層 ４ 開口部 ５ ビーム吸収器 ６ 熱電対 ８，９ コンタクトパッド １０ 保護層 １２ 多孔性の領域 １３ 膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィルヘルム フライ ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト ゾ フィーエンシュトラーセ 13
Claims (20)
- 【請求項１】 半導体基板（１）中に開口部（４）を形
成すべき少なくとも１つの領域（１２）を、半導体基板
表面上に設定するステップと、 膜（１３）を表面上にデポジットするステップと、 ビーム吸収器（５）を膜（１３）上の設定領域（１２）
に取り付けるステップと、 前記ビーム吸収器（５）と熱的に接触する熱接点と、前
記半導体基板（１）と熱的に接触する冷接点（７）とを
備えた熱電素子（６）を取り付けるステップを有する、 半導体基板（１）上に赤外線センサを製造する方法にお
いて、 前記設定領域（１２）内で膜（１３）に開口を形成する
ステップと、 該開口を通して半導体基板（１）をエッチングするステ
ップを有することを特徴とする、 赤外線センサを製造する方法。 - 【請求項２】 膜（１３）をデポジットする前に開口す
べき領域（１２）内で半導体材料を多孔性にする、請求
項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記エッチングは多孔性半導体材料のウ
ェットエッチングである、請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 開口すべき領域（１２）内の半導体材料
をアノード酸化により多孔性にする、請求項２または３
記載の方法。 - 【請求項５】 開口すべき領域（１２）の設定にあたり
半導体基板（１）の表面を、半導体材料の多孔化に用い
られる媒体に対し耐性の材料から成る保護層（１０）を
用いてマスクする、請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記保護層はクロムまたは金から成る、
請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 開口すべき領域（１２）の設定にあた
り、半導体基板（１）の表面のうち開口すべきでない領
域（１４）をｎ形にドーピングする、請求項１〜４のい
ずれか１項記載の方法。 - 【請求項８】 半導体基板をｐ形とする、請求項７記載
の方法。 - 【請求項９】 前記のｎ形ドーピングは低濃度（＜１０
14ｃｍ-3）である、請求項７または８記載の方法。 - 【請求項１０】 膜に開口を形成することにより開口す
べき領域を設定する、請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】 前記エッチングはプラズマエッチング
である、請求項１または１０記載の方法。 - 【請求項１２】 Ａｒ中のＦ2，ＳＦ6 またはＮＦ3 の
プラズマを使用する、請求項１１記載の方法。 - 【請求項１３】 前記エッチングは自発的ドライエッチ
ングである、請求項１または１０記載の方法。 - 【請求項１４】 ＸｅＦ2，ＣｌＦ3 またはＢｒＦ3 を
使用する、請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】 半導体基板（１）上に赤外線センサを
製造する方法において、 半導体基板（１）中に開口部（１７）を形成すべき少な
くとも１つの領域を、半導体基板（１）の第１の面上に
設定するステップと、 半導体基板（１）の前記第１の面上に膜（１３）をデポ
ジットするステップと、 ビーム吸収器（５）を膜（１３）上に取り付けるステッ
プと、 該ビーム吸収器（５）と熱的に接触する熱接点および前
記半導体基板（１）と熱的に接触する冷接点（７）を備
えた熱電素子（６）を取り付けるステップと、 半導体基板（１）のうち前記第１の面とは反対側の第２
の面（１９）に、設定領域ごとに該領域と合同の開口
（２４）をもつマスク（２０，２３）を取り付けるステ
ップと、 半導体基板（１）が設定領域内で削り取られてしまうま
で、前記第２の面（１９）を異方性ドライエッチングす
ることを特徴とする、 半導体基板（１）上に赤外線センサを製造する方法。 - 【請求項１６】 前記第２の面（１９）を、基板におい
てつながった面（２１）をエッチングを利用して除去す
ることにより形成する、請求項１５記載の方法。 - 【請求項１７】 ドライエッチングにあたり、マスク
（２０，２３）における合同の開口だけをエッチングす
るステップと、該合同の開口（２４）を含むつながった
面（２１）をエッチングするステップを行う、請求項１
５記載の方法。 - 【請求項１８】 合同の開口（２４）内で５０〜２００
μｍの深さまでエッチングを行う、請求項１７記載の方
法。 - 【請求項１９】 前記マスク（２０，２３）は、つなが
った面（２１）に対応する開口をもつ第１の層（２０）
と、合同の開口（２４）が形成された第２の層（２３）
を有する、請求項１７または１８記載の方法。 - 【請求項２０】 ドライエッチング中、膜（１３）上に
安定化層（２７）を取り付ける、請求項１５〜１９のい
ずれか１項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843984A DE19843984B4 (de) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | Verfahren zur Herstellung von Strahlungssensoren |
| DE19843984.9 | 1998-09-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000114607A true JP2000114607A (ja) | 2000-04-21 |
Family
ID=7882205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11273257A Pending JP2000114607A (ja) | 1998-09-25 | 1999-09-27 | 赤外線センサを製造する方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6372656B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000114607A (ja) |
| DE (1) | DE19843984B4 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011153889A (ja) * | 2010-01-27 | 2011-08-11 | Seiko Epson Corp | Ｍｅｍｓの製造方法及び熱型光検出器の製造方法並びに熱型光検出器、熱型光検出装置及び電子機器 |
| EP2778636A2 (en) | 2013-03-12 | 2014-09-17 | Ricoh Company, Ltd. | Infrared sensor of rear surface irradiation type |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19932308C2 (de) | 1999-07-10 | 2001-10-25 | Bosch Gmbh Robert | Sensor, insbesondere Thermosensor |
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