JP2002522248A - マイクロメカニックセンサ及びそれを製作する方法 - Google Patents
マイクロメカニックセンサ及びそれを製作する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は次の段階、すなわち、ａ）ドーピングされた半導体ウェーハ（４）を準備する段階、ｂ）半導体ウェーハ上にエピタキシャル層（１）を設け、少なくとも基板に面したその面範囲において、半導体ウェーハとエピタキシャル層との間のインターフェース（１１）において電荷担体密度のジャンプが生じるようにドーピングされているようにする段階、ｃ）場合により複数の通風孔（２）をエッチングし、これらの通風孔がエピタキシャル層を貫通するようにし、かつ場合により通風孔を犠牲材料で充てんする段階、ｄ）少なくとも１つの犠牲層（９）、少なくとも１つの間隔層（１０）、１つの薄膜（５）及び場合により半導体回路（８）を公知の技術でエピタキシャル層の表面上に設け、その際半導体回路は薄膜の形成後に、あるいは薄膜を形成するのに必要な層を設ける間に設けるようにする段階、ｅ）センサの背面に配置された孔（６）をエッチングし、その際、エッチング加工が表面の方向に進捗し、ウェーハ（４）とエピタキシャル層（１）との間のインターフェースにおいて電荷担体密度の変化によって停止するように、エッチング法を選ぶ段階によって構成された、マイクロメカニックセンサ及びそれをを製作する方法に関する。本発明はマイクロメカニックセンサを圧力センサ又はマイクロフォンに使用することにも関する。
Description
【０００１】 本発明は、基板と、基板表面全体から上方に突出しているエピタキシャルに成
長せしめられた層と、薄膜と、逆電極と、背面孔と、薄膜と逆電極との間に配置
されている中空室とを含むマイクロメカニックセンサに関する。更に上述のマイ
クロメカニックセンサを製作する方法が記載される。
長せしめられた層と、薄膜と、逆電極と、背面孔と、薄膜と逆電極との間に配置
されている中空室とを含むマイクロメカニックセンサに関する。更に上述のマイ
クロメカニックセンサを製作する方法が記載される。
【０００２】 例えば圧力センサ、マイクロフォンあるいはまた加速度センサのように、わず
かな価格及び可及的にわずかな所要スペースが重要である用途においては、チッ
プ上に集積された半導体回路エレメントを有する微少化されたマイクロメカニッ
クセンサが必要とされる。
かな価格及び可及的にわずかな所要スペースが重要である用途においては、チッ
プ上に集積された半導体回路エレメントを有する微少化されたマイクロメカニッ
クセンサが必要とされる。
【０００３】 音響の分野で使用されるマイクロメカニックセンサは US 5,146,435 に記載さ
れている。ここに記載されたセンサは可動の薄膜とシリコン基板から成る支持構
造体とから成っている。基板の上方にはシリコンから成る逆電極が配置されてお
り、この逆電極は薄膜と逆電極との間の中空室を形成している。逆電極及び薄膜
はシリコンを適当にドーピングすることによって導電性に構成されており、これ
によってコンデンサ構造が生じる。薄膜が振動せしめられると、コンデンサの容
量が変化する。容量決定は構造体の表面に配置された金属接点により行われる。
集積された制御電子装置若しくは評価電子装置を有する実施形は記載されていな
い。
れている。ここに記載されたセンサは可動の薄膜とシリコン基板から成る支持構
造体とから成っている。基板の上方にはシリコンから成る逆電極が配置されてお
り、この逆電極は薄膜と逆電極との間の中空室を形成している。逆電極及び薄膜
はシリコンを適当にドーピングすることによって導電性に構成されており、これ
によってコンデンサ構造が生じる。薄膜が振動せしめられると、コンデンサの容
量が変化する。容量決定は構造体の表面に配置された金属接点により行われる。
集積された制御電子装置若しくは評価電子装置を有する実施形は記載されていな
い。
【０００４】 ここに述べたセンサ構造体においては、逆電極は基板表面上に突出している。
逆電極はセンサの表面にある。中空室を周囲と接続するために、逆電極内に通風
孔が形成されている。薄膜の下側においてウェーハは孔を備えており、この孔は
やはり薄膜表面を周囲と接続している。この下側の孔によって薄膜に音振動が直
接に達し、これを振動させる。
逆電極はセンサの表面にある。中空室を周囲と接続するために、逆電極内に通風
孔が形成されている。薄膜の下側においてウェーハは孔を備えており、この孔は
やはり薄膜表面を周囲と接続している。この下側の孔によって薄膜に音振動が直
接に達し、これを振動させる。
【０００５】 ドイツ連邦共和国特許出願 196 48 424.3 は、圧力測定及び音波測定に使用す
ることのできる集積された回路を有するマイクロメカニックセンサを記載してい
る。このセンサは表面の方向に配置された薄膜面を有している。薄膜の下側には
中空室がある。基板の範囲には逆電極が配置されている。逆電極は、薄膜の共振
周波数を減少させるための通風孔を有している。通風孔はセンサの下面の方向に
配置されていて、中空室の容積をセンサの下面と接続している。ここに記載され
ているマイクロメカニックセンサを製作する場合に、ＳＯＩウェーハ（酸化ケイ
素絶縁体）から出発する。ＳＯＩウェーハは単結晶シリコン/二酸化ケイ素/単結
晶ケイ素の層から成っている。ＳＯＩウェーハの表面上にセンサ構造体を仕上げ
た後に、チップの下面において付加的なエッチング段階で中空室が製作され、こ
の中空室は逆電極を通風孔により露出させる。この下面孔のエッチングは酸化ケ
イ素に対して選択的にＫＯＨ又はＴＭＡＨで行われる。これらのエッチング剤に
対してＳＯＩ基板の酸化ケイ素層はエッチングをストップさせる。
ることのできる集積された回路を有するマイクロメカニックセンサを記載してい
る。このセンサは表面の方向に配置された薄膜面を有している。薄膜の下側には
中空室がある。基板の範囲には逆電極が配置されている。逆電極は、薄膜の共振
周波数を減少させるための通風孔を有している。通風孔はセンサの下面の方向に
配置されていて、中空室の容積をセンサの下面と接続している。ここに記載され
ているマイクロメカニックセンサを製作する場合に、ＳＯＩウェーハ（酸化ケイ
素絶縁体）から出発する。ＳＯＩウェーハは単結晶シリコン/二酸化ケイ素/単結
晶ケイ素の層から成っている。ＳＯＩウェーハの表面上にセンサ構造体を仕上げ
た後に、チップの下面において付加的なエッチング段階で中空室が製作され、こ
の中空室は逆電極を通風孔により露出させる。この下面孔のエッチングは酸化ケ
イ素に対して選択的にＫＯＨ又はＴＭＡＨで行われる。これらのエッチング剤に
対してＳＯＩ基板の酸化ケイ素層はエッチングをストップさせる。
【０００６】 ところで、マイクロメカニックセンサの製作の際に背面エッチングのためにＫ
ＯＨを使用することは欠点をもたらすことが判明した。ＫＯＨはエッチング過程
中に既にセンサの表面上にある構造体、例えばマイクロメカニックセンサの表面
上のアルミニウム、を腐食することが分かった。付加的な孔を有している薄膜を
有するマイクロメカニックセンサが製作される場合、特別な問題が生じる。薄膜
のこれらの付加的な孔は中空室を簡単に製作するためか、あるいは共振周波数を
低下させるために、形成される。背面孔をエッチングする場合に、仕上げ過程に
おいて薄膜の部分範囲が完全に破壊して、これにより酸がマイクロメカニックセ
ンサの表面に接触することがある。
ＯＨを使用することは欠点をもたらすことが判明した。ＫＯＨはエッチング過程
中に既にセンサの表面上にある構造体、例えばマイクロメカニックセンサの表面
上のアルミニウム、を腐食することが分かった。付加的な孔を有している薄膜を
有するマイクロメカニックセンサが製作される場合、特別な問題が生じる。薄膜
のこれらの付加的な孔は中空室を簡単に製作するためか、あるいは共振周波数を
低下させるために、形成される。背面孔をエッチングする場合に、仕上げ過程に
おいて薄膜の部分範囲が完全に破壊して、これにより酸がマイクロメカニックセ
ンサの表面に接触することがある。
【０００７】 本発明の課題は、前述の従来の製作法の欠点を回避することである。特にこれ
らの欠点の回避によって製作法の経済性を高める。
らの欠点の回避によって製作法の経済性を高める。
【０００８】 この課題は請求項１に記載した方法によって解決される。
【０００９】 本発明によれば、背面孔の製作のために使用されるエッチング法は、エッチン
グ過程中のエッチングすべき材料の電荷担体密度の変化によってストップせしめ
られる。
グ過程中のエッチングすべき材料の電荷担体密度の変化によってストップせしめ
られる。
【００１０】 本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。
【００１１】 本発明の別の対象は、基板４と、ウェーハ表面全体から上方に突出しているエ
ピタキシャルに成長せしめられた層１と、主として多結晶あるいは単結晶のシリ
コンから成る表面側に配置された薄膜５と、薄膜の下側にある逆電極７と、背面
孔６と、薄膜と逆電極との間の中空室３とを含むマイクロメカニックセンサであ
り、その特徴とするところは、基板がドーピングされた半導体材料から成ってお
り、エピタキシャル層が少なくとも基板に面した面範囲において、基板材料（４
）とエピタキシャル層（１）との間のインターフェースにおいて電荷担体密度の
ジャンプが存在しているように、ドーピングされていることに存する。
ピタキシャルに成長せしめられた層１と、主として多結晶あるいは単結晶のシリ
コンから成る表面側に配置された薄膜５と、薄膜の下側にある逆電極７と、背面
孔６と、薄膜と逆電極との間の中空室３とを含むマイクロメカニックセンサであ
り、その特徴とするところは、基板がドーピングされた半導体材料から成ってお
り、エピタキシャル層が少なくとも基板に面した面範囲において、基板材料（４
）とエピタキシャル層（１）との間のインターフェースにおいて電荷担体密度の
ジャンプが存在しているように、ドーピングされていることに存する。
【００１２】 逆電極７は有利には、エピタキシャル層内に配置されドーピングによって導電
性にされた範囲によって形成される。この範囲は合目的的に薄膜５の真下にある
。
性にされた範囲によって形成される。この範囲は合目的的に薄膜５の真下にある
。
【００１３】 本発明は前述のマイクロメカニックセンサを圧力センサ及びマイクロフォンに
使用することにも関する。
使用することにも関する。
【００１４】 図１に示したマイクロメカニックセンサ１２によって本発明の方法を説明する
。有利には１×１０１８cm-３よりも大きいドーピング密度を有する高度にドー
ピングされた基板４上に、有利には５×１０１４cm-３のドーピング密度を有す
る厚さ５〜１０μｍのエピタキシャル層１が分離される。次いで２つの段階でウ
ェーハ４に孔がエッチングされる。第１の段階では例えばＨＦ/ＨＮＯ３ で大き
なエッチング率の湿式化学的なエッチングが行われ、第２の段階ではエッチング
ストップを有する電気化学的なエッチングがｎ-シリコン（エピタキシャル層）
に行われる。明らかなように、センサの表面上にあるアルミニウム金属被覆を保
護することは普通のフォトレジスト及びフォイルによって可能である。センサを
製作する場合、次の段階が実施される： エピタキシャル層１を設けた後に、複数の溝２が表面からエピタキシャル層内
にエッチングされ、これらの溝は基板層４内にまで達する。次いで溝は酸化ケイ
素を自体公知の形式で充てんされる。これに続いて表面上に自体公知の形式で半
導体回路がＣＭＯＳプロセスあるいはＢｉＣＭＯＳプロセスで設けられる。この
場合ドーピングされた範囲７及び間隔層１０を製作するのに必要とされる補助層
も設けられる。次いで補助層の表面上には、多結晶又は単結晶であることができ
るシリコン層が設けられる。シリコン層の厚さは有利には１μｍ以下である。薄
膜層５のためのシリコンは有利にはＭＯＳＦＥＴのために設けられているゲート
電極と一緒に１つのプロセス段階で分離することができる。バルクシリコン層内
の電子的構造エレメントは従来の形式で製作される（ＶＬＳＩプロセスあるいは
ＣＭＯＳプロセス）。この構造体をエピタキシャル層１上に製作する方法は例え
ばドイツ連邦共和国特許出願 196 48 424.3 に記載されている。
。有利には１×１０１８cm-３よりも大きいドーピング密度を有する高度にドー
ピングされた基板４上に、有利には５×１０１４cm-３のドーピング密度を有す
る厚さ５〜１０μｍのエピタキシャル層１が分離される。次いで２つの段階でウ
ェーハ４に孔がエッチングされる。第１の段階では例えばＨＦ/ＨＮＯ３ で大き
なエッチング率の湿式化学的なエッチングが行われ、第２の段階ではエッチング
ストップを有する電気化学的なエッチングがｎ-シリコン（エピタキシャル層）
に行われる。明らかなように、センサの表面上にあるアルミニウム金属被覆を保
護することは普通のフォトレジスト及びフォイルによって可能である。センサを
製作する場合、次の段階が実施される： エピタキシャル層１を設けた後に、複数の溝２が表面からエピタキシャル層内
にエッチングされ、これらの溝は基板層４内にまで達する。次いで溝は酸化ケイ
素を自体公知の形式で充てんされる。これに続いて表面上に自体公知の形式で半
導体回路がＣＭＯＳプロセスあるいはＢｉＣＭＯＳプロセスで設けられる。この
場合ドーピングされた範囲７及び間隔層１０を製作するのに必要とされる補助層
も設けられる。次いで補助層の表面上には、多結晶又は単結晶であることができ
るシリコン層が設けられる。シリコン層の厚さは有利には１μｍ以下である。薄
膜層５のためのシリコンは有利にはＭＯＳＦＥＴのために設けられているゲート
電極と一緒に１つのプロセス段階で分離することができる。バルクシリコン層内
の電子的構造エレメントは従来の形式で製作される（ＶＬＳＩプロセスあるいは
ＣＭＯＳプロセス）。この構造体をエピタキシャル層１上に製作する方法は例え
ばドイツ連邦共和国特許出願 196 48 424.3 に記載されている。
【００１５】 チップの表面を仕上げた後に、下面が加工される。まず背面孔６を製作するた
めに、例えばＨＦ/ＨＮＯ３ あるいはまたＫＯＨ若しくはＴＭＡＨで、大きなエ
ッチング速度という利点を有している湿式化学的なエッチングが行われる。この
エッチング過程は時間測定によってストップされる。第２の段階では背面孔６の
ためのエッチング過程が電気化学的なエッチングで続行される。このエッチング
過程中、エッチングのストップは高度にドーピングされた基板４から低度にドー
ピングされたエピタキシャル層１への移行部のところで行われる。電気化学的な
エッチングはＨＦ電解液あるいはＫＯＨ電解液によって行われる。
めに、例えばＨＦ/ＨＮＯ３ あるいはまたＫＯＨ若しくはＴＭＡＨで、大きなエ
ッチング速度という利点を有している湿式化学的なエッチングが行われる。この
エッチング過程は時間測定によってストップされる。第２の段階では背面孔６の
ためのエッチング過程が電気化学的なエッチングで続行される。このエッチング
過程中、エッチングのストップは高度にドーピングされた基板４から低度にドー
ピングされたエピタキシャル層１への移行部のところで行われる。電気化学的な
エッチングはＨＦ電解液あるいはＫＯＨ電解液によって行われる。
【００１６】 センサを仕上げるために背面から例えばフッ化水素酸によってシリコンに対し
て選択的にエッチングが行われる。これによって中空室３及び通風孔２が形成さ
れる。
て選択的にエッチングが行われる。これによって中空室３及び通風孔２が形成さ
れる。
【図１】 本発明によるマイクロメカニックセンサのための好ましい実施形を示す。
１ エピタキシャル層、 ２ 溝、通風孔、 ３ 中空室、 ４ 基板、ウェー
ハ、 ５ 薄膜、 ６ 背面孔、 ７ ドーピングされた範囲、逆電極、 ８
半導体回路、 ９ 犠牲層、 １０ 間隔層、 １１ インターフェース、 １
２ マイクロメカニックセンサ
ハ、 ５ 薄膜、 ６ 背面孔、 ７ ドーピングされた範囲、逆電極、 ８
半導体回路、 ９ 犠牲層、 １０ 間隔層、 １１ インターフェース、 １
２ マイクロメカニックセンサ
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年８月１６日（２０００．８．１６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】 本発明は、基板と、基板表面全体から上方に突出しているエピタキシャルに成
長せしめられた層と、薄膜と、逆電極と、背面孔と、薄膜と逆電極との間に配置
されている中空室とを含むマイクロメカニックセンサに関する。更に上述のマイ
クロメカニックセンサを製作する方法が記載される。 マイクロメカニックセンサは一連の文献に記載されている。例えば文献 US 5,
110,373 は、マイクロメカニックセンサに使用されるシリコン薄膜を製作する方
法を記載している。文献 JP 63084072 は圧力センサ並びにそれを製作する方法
を示している。
長せしめられた層と、薄膜と、逆電極と、背面孔と、薄膜と逆電極との間に配置
されている中空室とを含むマイクロメカニックセンサに関する。更に上述のマイ
クロメカニックセンサを製作する方法が記載される。 マイクロメカニックセンサは一連の文献に記載されている。例えば文献 US 5,
110,373 は、マイクロメカニックセンサに使用されるシリコン薄膜を製作する方
法を記載している。文献 JP 63084072 は圧力センサ並びにそれを製作する方法
を示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス−イェルク ティメ ドイツ連邦共和国 オットーブルン プッ ツブルナー シュトラーセ 90 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE25 FF43 GG01 GG11 4M112 AA01 AA02 BA07 CA03 CA13 DA04 DA07 EA03 EA04 EA06 FA20 5D021 CC00 【要約の続き】 グ法を選ぶ段階によって構成された、マイクロメカニッ クセンサ及びそれをを製作する方法に関する。本発明は マイクロメカニックセンサを圧力センサ又はマイクロフ ォンに使用することにも関する。
Claims (10)
- 【請求項１】 マイクロメカニックセンサを製作する方法であって、次の段
階、すなわち ａ） ドーピングされた半導体ウェーハ（４）を準備する段階、 ｂ） 半導体ウェーハ上にエピタキシャル層（１）を設け、少なくとも基板に面 したその面範囲において、半導体ウェーハとエピタキシャル層との間のイン ターフェース（１１）において電荷担体密度のジャンプが生じるようにドー ピングされているようにする段階、 ｃ） 場合により複数の通風孔（２）をエッチングし、これらの通風孔がエピタ キシャル層を貫通するようにし、かつ場合により通風孔を犠牲材料で充てん する段階、 ｄ） 少なくとも１つの犠牲層（９）、少なくとも１つの間隔層（１０）、１つ の薄膜（５）及び場合により半導体回路（８）を公知の技術でエピタキシャ ル層の表面上に設け、その際半導体回路は薄膜の形成後に、あるいは薄膜を 形成するのに必要な層を設ける間に設けるようにする段階、 ｅ） センサの背面に配置された孔（６）をエッチングし、その際、エッチング 加工が表面の方向に進捗し、ウェーハ（４）とエピタキシャル層（１）との 間のインターフェースにおいて電荷担体密度の変化によって停止するように 、エッチング法を選ぶ段階 を含む、マイクロメカニックセンサを製作する方法。 - 【請求項２】 段階ｅ）におけるエッチング後に通風孔（２）及び中空室（
３）を犠牲層をエッチング剤で除去することによって露出させることを特徴とす
る、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 段階ｅ）におけるエッチングの際に電気化学的なエッチング
法を選ぶことを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。 - 【請求項４】 背面のエッチングを２つの段階で行い、その際まず湿式化学
的に規定された時間にわたってウェーハ材料（４）とエピタキシャル層（１）と
の間のインターフェース近くまでエッチングを行い、かつ第２の段階で電気化学
的にエッチングを行い、その際第２のエッチング過程はウェーハ材料（４）とエ
ピタキシャル層（１）との間の電荷担体密度の変化によって停止させることを特
徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項５】 基板（４）と、ウェーハ表面全体から上方に突出しているエ
ピタキシャルに成長せしめられた層（１）と、主として多結晶あるいは単結晶の
シリコンから成る表面側に配置された薄膜（５）と、薄膜（５）の下側にある逆
電極（７）と、背面孔（６）と、薄膜と逆電極との間の中空室（３）とを含むマ
イクロメカニックセンサにおいて、基板がドーピングされた半導体材料から成っ
ており、エピタキシャル層が少なくとも基板に面した面範囲において、基板材料
（４）とエピタキシャル層（１）との間のインターフェースにおいて電荷担体密
度のジャンプが存在しているように、ドーピングされていることを特徴とする、
マイクロメカニックセンサ。 - 【請求項６】 基板が、１０１８cm-３よりも大きい範囲の電荷担体密度を
有するシリコンから成っていることを特徴とする、請求項５記載のマイクロメカ
ニックセンサ。 - 【請求項７】 エピタキシャル層の少なくとも基板に面した面範囲が５×１
０１４cm-３よりも小さい電荷担体密度を有していることを特徴とする、請求項
５又は６記載のマイクロメカニックセンサ。 - 【請求項８】 エピタキシャル層（１）の表面上に半導体回路（８）が公知
の技術で設けられていることを特徴とする、請求項５から７までのいずれか１項
記載のマイクロメカニックセンサ。 - 【請求項９】 逆電極内に複数の通風孔（２）が存在しており、これらの通
風孔は中空室（３）を背面孔（６）と接続していることを特徴とする、請求項５
から８までのいずれか１項記載のマイクロメカニックセンサ。 - 【請求項１０】 請求項５記載のマイクロメカニックセンサを圧力センサ又
はマイクロフォンのために使用すること。
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