JP2002526933A - 熱電変換器を製作するための方法 - Google Patents
熱電変換器を製作するための方法Info
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Abstract
Description
およびp−ドープ半導体セグメントの系統連係を有するペルチエ冷却器が記載さ
れている。この場合に、金属ブリッジはAl2O3基板上に適用され、これら基板
の一つに関して言えば半導体セグメントはそこに存在する金属ブリッジ上に蒸着
される。このタイプのペルチエ冷却器はセンチメーター範囲の物理的なサイズを
有し、電力密度が非常に小さくなってしまうので、容易に小型化することはでき
ない。さらに、Al2O3基板は、こうしたペルチエ冷却器の効率を損なう非常に
低い熱伝導性を有する。
し、それによって、より高い電力密度を備える熱電流成分の製作すを可能とする
と共に、費用有効性プロセスが用いられる、序文において述べたタイプの熱電変
換器を製作するための方法を開発することにある。
10は方法の有利な展開に関する。
ぞれが第1伝導形の熱電材料からなる第1体および第2伝導形の熱電材料からな
る第2体を有し、それらは第2導電路によって互いに接続され、且つ電気絶縁性
かまたは電気絶縁層を有する第1および第2基板ウエーハ間のサンドウイッチ状
で配置された、複数の直列接続熱電素子セルを有する熱電変換器を製作するため
に用いられる。
第2導電路は、第2基板ウエーハの主領域上に作成される。二つの基板ウエーハ
の内、少なくとも一つに関して言えば、熱電材料からなる少なくとも一つの層は
、導電路がその上で作成される同じ側に適用される。前記層は、熱電素子の第1
および第2体が作成されるようにフォトマスク技術およびエッチングによってパ
ターン化される。
合または陽極結合によって、一緒に接合されて、第1および第2体が、中で二つ
の基板ウエーハの間に配置され、第1および第2導電路によって接続されて、直
列に接続された熱電素子セルを形成するサンドウイッチ複合材を形成する。
上に接続されて、第1側面の反対側の第2側面上にある第2導電路によって第1
体および第2体の互いを直列に接続された熱電素子セルを形成する。
ましい実施形態において、最初に、第1導電層が、第1基板ウエーハの主領域に
適用される。続いて、熱電材料からなる層は前記導電層上に堆積し、その後、複
数の第1伝導形のドープ領域、および複数の第2伝導形のドープ領域が、熱電材
料からなる前記層において形成される。
てパターン化されて、第1体および第2体を形成する。すなわち、パターン化の
後、互いに分離された第1体および第2体が第1導電層上に残っている。
ングによって再度パターン化されて、それぞれが第1体および第2体を互いに体
の一方の側の上に接続する第1導電路を形成し、それにより複数の互いに分離し
た熱電素子セルを作成する。
れて第1導電路を形成することも可能である。
域に適用され、続いて、例えばフォトマスク技術およびエッチングによって再度
パターン化されて、熱電素子セルをサンドウイッチ複合材の中で互いに直列に接
続する第2導電路を形成する。
ドウイッチ複合材を形成する。
の好ましい実施形態において、第1導電層は、第1基板ウエーハの主領域に適用
される。それに続いて、第1伝導形の熱電材料からなる第1層が第1導電層に適
用される。
1導電層上で作成されるように、フォトマスク技術およびエッチングによってパ
ターン化される。
ングによって再度パターン化されて、第1導電路を形成する。
1導電層はパターン化されて、第1導電路を形成することが可能である。
の主領域に適用され、第2伝導形である熱電材料からなる第2層が前記第2導電
層上に堆積する。
第2導電層上で作成されるように、フォトマスク技術およびエッチングによって
パターン化される。
再度パターン化されて、第2導電路を形成する。
第2導電路を形成することも可能である。
された熱電素子セルを備えるサンドウイッチ複合材を形成する。
しい実施形態において、第1導電層は、再度第1基板ウエーハの主領域に適用さ
れる。それに続いて第1伝導形の熱電材料からなる第1層の第1導電層への適用
がなされる。
積する。この第1層は、続いて、複数の第1体が第1導電層上で作成されるよう
に、フォトマスク技術およびエッチングによってパターン化される。
1体および自由表面−第1体の間にある−に適用される。この第2層は、続いて
、複数の第2体が第1導電層上で作成されるように、フォトマスク技術およびエ
ッチングによって再度パターン化される。
の前または後に、第1導電路を形成することが可能である。
ーハの主領域に適用され、続いてパターン化されて第2導電路を形成する。
場合において直列に接続された熱電素子セルを備えるサンドウイッチ複合材を形
成する。
導電路ならびに第1体および第2体を製作するために用いることができるという
ことである。結果として、熱電素子セルの統合レベルおよび熱電変換器に対する
製作す費用の両方を相当に減少できる。この最後は、半導体チップの大量生産の
ために用いられる半導体技術の、従来の、および確立されたプロセスが用いられ
るという事実による。
イクロエレクトロニクスの素子および/またはマイクロシステム技術と一緒に、
簡単な方法において、有利に統合することが可能である。
層の多重度を含む多層システムから簡単な方法で製作することが可能である。結
果として、熱電変換器の性能は、正確に、互いに調和的に働く層配列の使用によ
り、有利に増大することが可能である。
が第1基板ウエーハ1の主領域8上に製作される。前記層は、例えば、金属層、
金属層配列または高度にドープされ、従って高度に導電性の半導体層(例えば、
拡散シリコン)を含む。
コンからなり、または主領域8側の上に電気絶縁層14(例えば、Si酸化物ま
たはSi窒化物層)を有する。
Si、Geなど)からなる層11が堆積し、続いてその中で、複数の第1伝導形
(例えば、p−導電性)のドープ領域40、および複数の第2伝導形(n−導電
性)のドープ領域50が、フォトマスク技術および拡散によって形成される(図
1b)。
術から知られる一つ以上の従来のフォトマスクおよびエッチングプロセスによっ
て、第1体4および第2体5を形成する(図1c)。
前記体を接続する第1導電路3を有し、互いに分離した複数の熱電素子セルが第
1基板ウエーハ1上に作成されるように、フォトマスク技術およびエッチングに
よってパターン化される(図1d)。
の適用の前に、パターン化することも可能である。
層13は、それぞれの場合に、第1導電路3の反対側にある第1および第2体4
、5の側に適用される(図1d)。
基板ウエーハ2の主領域9上に形成され(図1e)、パターン化されて(1f)
、第2導電路6を形成する。
を有し、例えば、半絶縁シリコンからなり、または基板ウエーハ2は主領域9側
の上に電気絶縁層15(例えば、Si酸化物またはSi窒化物層)を有する。
第1体および第2体4、5の金属被覆層13上に置かれると共に、第2導電路6
が、互いと直列のそれぞれ第1および第2体4、5を含む、前に形成された一対
を、第1体および第2体4、5の金属被覆層13上に運び、互いを直列に接続す
る(図1g)ように、調整される。
合または熱圧着によって互いに接続される。
材は、その後分離されて、例えば、引き切りにより、複数の熱電変換器を形成す
る。複数の異なるまたは同一の熱電変換器は、サンドウイッチ複合材から作成す
ることが可能である。熱電変換器の熱電素子セルの直列回路における、最初と最
後の個々の熱電素子セルは、それぞれ、熱電変換器がそれを介して、例えば結合
線32、33によって電気的に接続することが可能である電気パッド30、31
を有する。
電手法において主領域8の反対側にある第1基板ウエーハ1の側への道筋を決め
る電気パッド30、31により、実施例示することができる。
1、2の内一つが、他よりもより小さくされる2部分引き切りプロセスである。
これは、熱電変換器の電気接続を容易にする(参考、図1g)
に対する代案として、導電路3、6は、マスキングおよび金属被覆またはそれぞ
れの基板ウエーハの中へのドーパントの拡散によって、直接にパターン化される
方法において製作することが可能である。
前記第1導電層上に堆積する(図2aおよび2b)、 第1層20は、複数の互いに分離した物体4が第1導電層10上に作成されるよ
うに、フォトマスク技術およびエッチングによってパターン化される(図2c)
、 第2伝導形を有する熱電材料21からなる第2層は、第1層20のパターン化後
、第1体4の間の無垢である第1導電層10の表面、および第1体4に適用され
る(図2d)、および 熱電材料21からなる第2層は、複数の第2体5が第1体4の間の第1導電層1
0上に作成されるように、フォトマスク技術およびエッチングによってパターン
化される(図2e)、 が、第1体4、および第2体5を製作するために行われるという事実により、上
述のそれとは本質的に異なる。
10はパターン化されて第1導電路を形成することが可能である。
接合は、第1の代表的実施形態に類似に達成される(図2fおよび2g)。
を製作するための方法は、第2伝導形を有する熱電材料からなる第2層21が、
第1基板ウエーハ1上に堆積しないという事実により、図2a〜2eのそれとは
本質的に異なる。この場合に、第2基板ウエーハ2の主領域9上の、第2導電層
12の形成後、熱電材料21からなる第2層はその上に堆積し、続いて、第2体
5が第2導電層12上に作成されるように、フォトマスク技術およびエッチング
によってパターン化される。
施形態において、熱電材料からなる層11または第1層20および熱電材料から
なる第2層21は、ウエーハ結合によって第1基板ウエーハ1、または個別に第
1基板ウエーハ1および個別に第2基板ウエーハ2に接続されるウエーハとして
製作することが可能である。
説明図を示す。図4aは分解組立図であり、図4bにおいて第2基板ウエーハ2
が分かりやすく示されている。
0〜300μmである。熱電材料からなる層11、20、21の厚さは、好まし
くは約50μmである。導電層10、12の厚さは約1μである。
る。
いる。
含む多層システムから製作される請求項1〜4の一つに記載の方法。
Claims (10)
- 【請求項1】 複数の直列接続の熱電素子セルを有する熱電変換器を製作す
るための方法であって、それが複数(plurality)の第1導電路(3)によって
互いに直列に接続され、それぞれが第1伝導形の熱電材料からなる第1体(4)
、および第2伝導形の熱電材料からなる第2体(5)を有し、それら第1体(4
)および第2体(5)は第2導電路(6)によって互いに接続されると共に、電
気的に絶縁であるかまたは電気絶縁層(14、15)を有する第1基板(substr
ate)ウエーハ(1)および第2基板ウエーハ(2)の間にサンドウイッチ状で
配置され、その中で、 第1導電路(3)は第1基板ウエーハ(1)の主領域(8)上に作成され、 第2導電路(6)は第2基板ウエーハ(2)の主領域(9)上に作成され、 2個の基板ウエーハ(1、2)の少なくとも1個に対して、熱電材料からなる
少なくとも1個の層(11)が、導電路(3、6)をその上に作成するのと同じ
側の上に適用され(applied)、第1体(4)および第2体(5)はフォトマス
ク技術およびエッチングによって前記層から作成され、また、 第1基板ウエーハおよび第2基板ウエーハ(1、2)は、第1導電路および第
2導電路(3、6)ならびに第1体および第2体(4、5)が二つの基板ウエー
ハ(1、2)の間に配置され、複数の直列接続熱電素子セルを形成するように、
互いに接続される。 - 【請求項2】 以下の方法ステップ、 第1基板ウエーハ(1)主領域(8)上の第1導電層(10)の 形成、 熱電材料からなる層(11)の第1導電層(10)への適用、 熱電材料からなる層(11)における、複数の第1伝導形のドープ領域(40
)、および複数の第2伝導形ドープ領域(50)の形成、 フォトマスク技術およびエッチングによって、熱電材料からなる層(11)をパ
ターン化して、第1体(4)および第2体(5)を形成すること、 第1導電層(10)をパターン化して、第1導電路(3)を形成すること、 第2基板ウエーハ(2)主領域(9)上の第2導電層(12)の形成、および 第2導電層(12)をパターン化して、第2導電路(2)を形成すること、 が、第1導電路(3)および第2導電路(6)ならびに第1体(4)および第2
体(5)を作成するために用いられる、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 熱電材料からなる層(11)の適用の前に、第1導電層(1
0)がパターン化されて第1導電路(3)を形成する、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 以下の方法ステップ、 第1基板ウエーハ(1)主領域(8)上の第1導電層(10)の 形成、 第1伝導形を有する熱電材料からなる第1層(20)の第1導電層(10)への
適用、 フォトマスク技術およびエッチングによって、熱電材料からなる第1層(20)
をパターン化して、第1体(4)を形成すること、 第2伝導形を有する熱電材料からなる第2層(21)の、熱電材料からなる第1
層(20)のパターン化後、第1体(4)の間の無垢である第1導電層表面(1
0)への適用、 フォトマスク技術およびエッチングによって、熱電材料からなる第2層(21)
をパターン化して、第2体(5)を形成すること、 第1導電層(10)をパターン化して、第1導電路(3)を形成すること、 第2基板ウエーハ(2)主領域(9)上の第2導電層(12)の形成、および 第2導電層(12)をパターン化して、第2導電路(6)を形成すること、 が、第1導電路(3)および第2導電路(6)ならびに第1体(4)および第2
体(5)を作成するために用いられる、請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 熱電材料(20)からなる第1層の適用の前に、第1導電層
(10)がパターン化されて第1導電路(3)を形成する、請求項4に記載の方
法。 - 【請求項6】 以下の方法ステップ、 第1基板ウエーハ(1)主領域(8)上の第1導電層(10)の 形成、 第1伝導形を有する熱電材料からなる第1層(20)の第1導電層(10)への
適用、 フォトマスク技術およびエッチングによって、熱電材料からなる第1層(20)
をパターン化して、第1体(4)を形成すること、 第1導電層(10)をパターン化して、第1導電路(3)を形成すること、 第2基板ウエーハ(2)主領域(9)上の第2導電層(12)の形成、 第2伝導形を有する熱電材料からなる第2層(21)の第2導電層(12)への
適用、 フォトマスク技術およびエッチングによって、熱電材料からなる第2層(21)
をパターン化して、第2体(5)を形成すること、および 第2導電層(12)をパターン化して、第2導電路(6)を形成すること、 が、第1導電路(3)および第2導電路(6)ならびに第1体(4)および第2
体(5)を作成するために用いられる、請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 熱電材料からなる第1層(20)の適用の前に、第1導電層
(10)がパターン化されて、第1導電路(3)を形成し、および/または熱電
材料からなる第2層(21)の適用の前に、第2導電層(12)がパターン化さ
れて、第2導電路(6)を形成する、請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 熱電材料からなる層(11)、熱電材料からなる第1層(2
0)または個別に熱電材料からなる第1層(20)および第2層(21)が、ウ
エーハ結合、特に熱圧着、はんだ付け、接着結合または陽極結合によって、第1
基板ウエーハ(1)または個別に第1(1)または個別に第2基板ウエーハ(2
)に接続されるウエーハとして製作される、請求項1、2または3、請求項4ま
たは5あるいは請求項6または7に記載の方法。 - 【請求項9】 Siウエーハが基板ウエーハ(1、2)として用いられる請
求項1〜8の一つに記載の方法。 - 【請求項10】 第1体および第2体が、異なる材料組成を有する複数の層
を含む多層システムから製作される請求項1〜9の一つに記載の方法。
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