JP2004524983A - 半導体部品の製造方法および前記方法により製造される半導体部品 - Google Patents

半導体部品の製造方法および前記方法により製造される半導体部品 Download PDF

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Abstract

本発明は、特に半導体基板、特にシリコンからなる半導体基板(101)およびセンサー領域(404)を有する半導体部品(100、・・・、700)、特に多層半導体部品、有利にマイクロメカニック部品、特に熱伝導センサーの製造方法に関する。
半導体基板(101)およびセンサー領域(404)の断熱を廉価に生じるために、本発明により、半導体部品(100、・・・、700)内に多孔質層(104、501)が設けられている。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は半導体部品、特に多層半導体部品の製造方法および前記方法により製造される半導体部品から出発する。
【0002】
特にマイクロメカニック熱伝導センサーのような半導体部品は一般にバルクマイクロメカニックまたは表面マイクロメカニック技術により製造する。バルクマイクロメカニック部品の製造はかなり費用がかかり、高価である。公知の表面マイクロメカニック部品において空洞の製造は費用がかかる。表面マイクロメカニック技術で空洞を製造する通常の処理順序は、特に犠牲層の堆積、多くはポリシリコンからなるメンブラン層の堆積、メンブラン層内の開口の製造もしくは横方向のエッチング通路の開放、犠牲層のエッチング除去および開口の閉鎖からなり、閉鎖の際に空洞内部圧力が限定される。
【0003】
これに対して、請求項1記載の特徴を有する本発明の方法は、特にセンサー部品を有する熱伝導センサーのようなマイクロメカニック部品を表面マイクロメカニック技術で簡単かつ廉価に製造できるという利点を有する。従属請求項に示される手段により、独立請求項に記載の方法および半導体部品の有利な構成および改良が可能になる。
【0004】
熱伝導センサーは、特に空気もしくはガス、特に水素に接触して排出される熱により空気流および/またはガス流、空気圧および/またはガス圧を測定するセンサーであると理解される。
【0005】
本発明の重要な特徴は、半導体部品、例えば熱伝導センサーに多孔質層を形成することである。多孔質層は半導体基板、特にシリコン基板に、または半導体基板に堆積されたエピタキシー層、例えばシリコン層に形成することができる。廉価で製造可能な多孔質層は、特に半導体部品内に設けられたセンサー領域に対する半導体基板および/またはエピタキシー層の断熱に用いられる。断熱によりセンサー領域から基板および/またはエピタキシー層に向かう熱流が著しく減少する。センサー領域内に設けられたセンサーの応答感度が高まり、その所要時間が減少する。このために、後で形成されるセンサー部品の領域の基板またはエピタキシー層の被覆層を、この被覆層に、特に孔もしくは空隙のような開口もしくはエッチング開口が生じるようにエッチングする。多孔質層の厚さおよび/または気孔率は以下に説明するエッチング工程を用いて必要に応じて調節もしくは変動することができる。例えば多孔質層の厚さは約2〜80μmの範囲である。
【0006】
本発明の他の重要な特徴は、多孔質層の領域にもしくは多孔質層の下に、半導体基板またはエピタキシー層内に空洞もしくは空隙を形成し、センサー領域に対する基板および/またはエピタキシー層の断熱もしくは減結合が更に改良されることである。多孔質層のエッチング開口もしくは外部に開いた孔を介してエッチング媒体または1種以上の他のエッチング媒体が基板またはエピタキシー層の深い領域に到達する。この領域でエッチング媒体もしくは他のエッチング媒体により崩壊した半導体基板もしくはエピタキシー層の部分は、有利に被覆層の開口もしくは孔および/またはこの領域への外部導入開口を介して除去される。空隙もしくは空洞の上方に存在する多孔質層もしくは被覆層は有利には薄く、同時に十分に支持できるように形成され、これにより多孔質層に他の層を堆積し、パターン化することができる。空隙の上方の多孔質層は有利には約2〜10μm、特に3〜5μmの厚さを有する。
【0007】
本発明の有利な構成において、エッチング工程で被覆層の孔の拡大速度が後で空隙もしくは空洞を形成する基板またはエピタキシー層領域の孔もしくは空隙の拡大速度より少なく、有利には明らかに少ないことを配慮する措置を講じる。
【0008】
これは、本発明の有利な構成により、被覆層の孔のエッチングの際のエッチングパラメーターおよび/またはエッチング媒体と、後で空洞の領域の孔もしくは空隙をエッチングする際のエッチングパラメーターおよび/またはエッチング媒体が異なるように選択することにより達成される。
【0009】
ここで、空洞を製造するために崩壊すべきシリコンを排出するために、被覆層の気孔率を、プロセス技術的に良好に制御できるやり方で有利に適当に大きく調節できることが特に有利である。しかし他方で空洞は早く、同時に廉価に製造することができる。
【0010】
本発明の有利な構成により、多孔質被覆層の下方の孔もしくは空隙の拡大速度を高くして、孔もしくは空隙がきわめて速く互いに重なるように、空洞をエッチングする際のエッチングパラメーターを調節しおよび/またはエッチング媒体を選択することが考慮される。これによりまず基板またはエピタキシー層内に唯一の十分に平面付着性出発空隙が形成され、これが時間の経過とともに深部に拡大し、空洞を形成する。
【0011】
前記の構成に直接代用される本発明の有利な構成において、後で空洞が形成される基板またはエピタキシー層の領域の気孔率が被覆層の気孔率より大きくなるように、空洞をエッチングする際のエッチングパラメーターおよび/またはエッチング媒体を選択することが考慮される。有利には後の空洞の前段階は、エッチング除去されない空洞の材料の容積に対する空洞のすべての空隙の容積の比が70%より多い気孔率を有する。有利には空洞は引き続き基板またはエピタキシー層の多孔質領域から有利には約900℃より高い1個以上の熱処理工程を実施して形成される。
【0012】
有利には水素雰囲気、窒素雰囲気または希ガス雰囲気下で、約900℃より高い温度で熱処理する際に、後の空洞が形成されるシリコン領域に、約70%より多い気孔率で孔が配列を変形し、これにより少ない多孔質被覆層の下に唯一の大きい孔、すなわち空隙もしくは空洞が生じる。少ない多孔質層の表側の孔は、この高温工程で十分に閉鎖され、被覆層に他の層、例えば1個以上の単結晶層を堆積することができる。
【0013】
本発明の有利な構成により、被覆層に開口および/または孔を形成するおよび/または空洞を形成するエッチング媒体はフッ化水素酸(HF)またはフッ化水素酸を有する液体混合物または化合物である。
【0014】
本発明の有利な構成において、エッチング媒体に、易揮発性成分、有利にアルコール、例えばエタノールおよび/または浄水を、エッチング媒体を希釈するために添加する。
【0015】
エタノールはエタノールを有するエッチング媒体の表面張力を減少させ、これによりシリコン表面の良好な湿潤およびエッチングした孔、開口もしくは空隙へのエッチング媒体の良好な侵入を可能にする。更にエッチング工程の間に生じる気泡はエッチング媒体にエタノールを添加しないものより小さく、気泡は被覆層の孔により良好に漏出できる。従って被覆層の孔径および/または気孔率を有利なやり方でアルコールを添加しないものより小さく維持することができる。
【0016】
本発明の他の有利な構成において、被覆層および/または後の空洞の領域に電気化学的方法を用いて、有利に前記エッチング媒体を使用して開口および/または孔を形成することが用意される。
【0017】
更に本発明の有利な構成において、電気化学的エッチング法、有利にエッチング法を使用して、フッ化水素酸(HF)を使用して、電圧の印加によりおよびこれにより引き起こされる電流により、エッチング工程の際に生じる孔または空隙の拡大速度を、エッチング媒体により調節することが考慮される。孔もしくは空隙の拡大速度は、特にエッチングすべきシリコン基板のドーピングに、電流密度に、場合によりエッチング媒体中のHF濃度におよび温度に依存する。これは本発明のエッチング法の適当な処理パラメーターのわずかな例であると理解される。
【0018】
本発明の有利な構成により、エッチング工程もしくは孔形成もしくは空隙形成が適当なやり方で開始しおよび/または電圧を切ることにより、有利には突然中断するように、エッチング媒体、エッチング媒体中のHF濃度および/またはエッチングすべき領域のドーピングおよび/または温度および場合によりエッチング法の他の処理パラメーターを選択する。
【0019】
唯一のエッチング媒体および/または複数のエッチング媒体を使用する本発明の有利な電気化学的エッチング法において、被覆層の領域にエッチング媒体が存在する第1段階で、第1の、必ずしも必要でない時間的に一定の電流密度をエッチング媒体に生じる。達成すべき空洞の領域に該当するエッチング媒体が存在する第2段階で、有利に第1段階で生じる電流密度より高いかまたは明らかに高い、必ずしも必要でない時間的に一定の電流密度を生じる。これにより空洞のエッチング工程の間の拡大速度が多孔質被覆層を製造する孔の拡大速度より高いかまたは明らかに高い孔もしくは空隙により空洞または空洞の前段階が形成される。
【0020】
本発明の他の有利な構成において、基板またはエピタキシー層の被覆面の多孔質のエッチングすべき領域を、エッチング工程の前にマスク層もしくは保護層で包囲し、多孔質のエッチングすべき領域へのエッチング媒体の自由な侵入を可能にし、基板またはエピタキシー層の被覆面の多孔質でないエッチングすべき領域をエッチングの攻撃に対して保護することが考慮される。
【0021】
本発明の有利な構成により、保護層が多孔質のエッチングすべき領域もしくは被覆面の多孔質のエッチングすべき層を空洞のエッチングの間およびエッチングの後で基板もしくはエピタキシー層のエッチングされない部分に機械的に固定するように保護層が形成される。
【0022】
本発明の有利な構成において、多孔質のエッチングすべき領域もしくはエッチングすべき層のエッチングの前に、p−ドーピングシリコン基板の被覆面の多孔質のエッチングすべき層の周囲の少なくとも近くの領域にn−ドーピングを備えることにより保護層を形成する。これにより、特に多孔質のエッチングされた層がシリコン基板と機械的に結合している領域で基板のアンダーエッチングが十分に回避される。他方で特に有利に薄い多孔質層の場合に、この層が基板からはがれる不安が存在する。付加的に窒化珪素層をマスキングとしておよび特に場合によりこの下に存在する電気回路をエッチングの攻撃から保護するために使用することができる。
【0023】
選択的にまたは補足的にn−ドーピングもしくはn−ドーピング層の代わりに同様に基板またはエピタキシー層のアンダーエッチングを十分に回避する金属層または金属マスクを備えることができる。しかし金属層もしくは金属マスクの使用は、基板もしくはエピタキシー層に回路が設けられていない場合に有利であり、それというのもその他の場合には基板もしくはエピタキシー層に、金属層もしくは金属マスクを除去した後に残留する金属原子が回路の機能を損なうことがあるからである。
【0024】
本発明の他の有利な構成において、多孔質のエッチングされた被覆層、特にシリコン層を前処理し、その後この層に他の層、有利に1個以上のシリコン層を被覆または堆積することが用意される。前処理は、多孔質のエッチングされた被覆層内の孔を完全にまたは部分的に閉鎖し、この上に被覆されたもしくは堆積したシリコン層の品質を必要な場合はまたは有利に更に改良する目的を遂行する。
【0025】
本発明の前処理は多孔質のエッチングされた被覆層の熱処理にあり、その際熱処理は高温で、例えば約900℃〜約1200℃の範囲の温度で行う。有利には熱処理は水素雰囲気、窒素雰囲気および/または希ガス雰囲気下で行う。
【0026】
前記前処理に選択的にまたは補足的に、多孔質のエッチングされたシリコン層の(わずかな)酸化を用意することができる。有利には酸化を、反応器中の多孔質被覆層がさらされる雰囲気に(わずかな)酸素を添加して行い、その際酸化を約400〜600℃の範囲の温度で行う。わずかなとは多孔質のエッチングされた被覆層の孔のみが完全にまたは部分的に閉鎖され、ほぼネット状の酸化物構造を形成する酸化であると理解される。
【0027】
本発明の有利な構成により、少ない多孔質層もしくは被覆層を、約20〜約50%、有利には約30〜約40%、特に約33%の範囲のフッ化水素酸濃度(HF濃度)を有するエッチング媒体でエッチングする。
【0028】
本発明の他の有利な構成において、後の空隙もしくは空洞の前段階を形成する多孔質層を、約0〜約40%、有利には約5〜約20%、特に約20%未満の範囲のフッ化水素酸濃度(HF濃度)を有するエッチング媒体でエッチングする。有利にはフッ化水素酸により形成されないエッチング媒体の残りの部分は広い範囲でアルコール、例えばエタノールからなる。
【0029】
空隙もしくは空洞を形成する前記の本発明のエッチング工程の間に、孔もしくは空隙がきわめて早く互いに重なり、唯一の大きな孔を形成する、崩壊すべき層内の孔もしくは空隙の高い拡大速度を達成するために、本発明の構成において、本発明のエッチング媒体を用意する。本発明のエッチング媒体は約0〜約5%、有利に約1〜約3%、特に約5%未満の範囲のフッ化水素酸濃度(HF濃度)を有する。有利にはフッ化水素酸により形成されないこのエッチング媒体の残りの部分は広い範囲でアルコール、特にエタノールおよび/または浄水からなる。
【0030】
本発明の多層半導体部品を製造する本発明の方法を、以下に、熱伝導センサーを例として、必ずしも必要でない縮尺の図面を使用して詳細に説明する。その際同じ参照番号は同じかまたは同じ作用をする層または部品を示す。
【0031】
図1は図4に示された熱伝導センサー400の前段階100の横断面図を示す。図4に示された熱伝導センサー400を製造するために、まずシリコン基板101の表側にマスク層102を製造し、その際マスク層102により覆われていない領域103が生じる。マスク層は、例えば窒化物層、n−ドーピング層(p−ドーピングシリコン基板の場合)または以下に使用されるエッチング媒体により十分に攻撃されない、その他の適当な層であってもよい。シリコン基板の表側に存在する集積回路106はマスク層102によりエッチング攻撃に対して十分に保護される。
【0032】
シリコン基板101の表側を、電気化学的に、適当なエッチング媒体を使用して、エッチング媒体が被覆されていない領域103の下に直に、シリコン基板101内に小さい開口もしくは孔を形成するように、エッチングする。低い気孔率を有するシリコン層104が生じる。シリコン層104のこの小さい開口もしくは孔によりエッチング媒体がシリコン基板101の深部にある領域に到達し、同様にここに存在するシリコン内に孔を形成する。この場合に多孔質シリコン層104の下方に多孔質シリコン層105が生じる。
【0033】
電気化学的エッチング、特にウェットエッチングのためのエッチング媒体は、有利にフッ化水素酸(HF)または特にフッ化水素酸(HF)を有するエッチング媒体である。本発明により有利にシリコン基板101の表側と裏側の間に電界を形成し、その際発生した電界の強さもしくは発生した電流密度により孔もしくは開口もしくは空隙の拡大速度を調節する。
【0034】
本発明による有利な電気化学的エッチング法において、熱伝導センサーのエッチングすべき前段階物質を、エッチング媒体が充填された桶状容器に入れ、エッチング媒体の向かい合う端部に電圧を印加して電界を生じる。
【0035】
マスク層102により覆われない領域103の下の領域に多孔質シリコン層104が形成されることを配慮するために、被覆されていない領域103にエッチング媒体を被覆した後に第1工程で必ずしも必要でない一定の電流密度が生じる。電流密度は、被覆されていない領域103の下に直に、シリコン基板101内に開口もしくは孔が形成されるように選択する。
【0036】
第1工程で生じる必ずしも必要でない一定の電流密度の他の重要な基準は、被覆されていない領域103の下に直にシリコン基板101内に適当な開口もしくは孔が形成される電流密度を生じることにある。特にエッチング工程の間に形成される多孔質シリコン層104に他の層、有利にはシリコン層を堆積することを引き続き可能にする開口もしくは孔が適している。従って開口もしくは孔は適当な大きさもしくは適当な直径を有しなければならない。有利な開口もしくは孔は、例えば約10〜100nm、有利に約10〜30nmの直径を有する。
【0037】
これは適当な開口もしくは孔の1つの例であると理解される。
【0038】
エッチング媒体が多孔質シリコン層104を貫通した後に、第2工程で、有利に電流密度を、第1工程の間の電流密度に比べて増加し、これにより孔もしくは空隙の拡大速度が増加し、多孔質シリコン層104内の孔に比べてより大きいシリコン層105内の孔が形成される。
【0039】
エッチング媒体により崩壊されるシリコンはエッチング工程の間および/または後で多孔質シリコン層104内の開口もしくは孔により除去され、新しいエッチング媒体を供給する。
【0040】
図1に示される、熱伝導センサーもしくは空隙の前段階を製造する本発明の方法の有利な第1変形において、後の空隙201(図2)を製造するエッチング工程を、後の空隙201を形成するシリコン層105の気孔率が十分に大きくなるように、適当な処理パラメーターおよび/または1種以上の適当なエッチング媒体の選択により調節する。十分にとは、有利には70%より多く、100%より少ない気孔率であると理解される。引き続き熱処理を行う。熱処理は、有利に水素雰囲気、窒素雰囲気または希ガス雰囲気下でおよび/または約900℃より高い温度で行う。シリコン層105の高い気孔率により熱処理の際に孔が配列を変形し、少ない多孔質シリコン層104の下に唯一の大きい孔、すなわち図2に示される空隙もしくは図2に示される空洞が生じる。少ない多孔質シリコン層104の表側の孔は熱処理もしくは高温工程の際に十分に閉鎖され、この層の上に他の層を堆積することができる。
【0041】
図示されていないが、同様に有利な、熱伝導センサーもしくは空隙201の前段階を形成する本発明の第2変形において、低い気孔率のシリコン層104の形成後、処理パラメーターを、シリコン層104の下の薄い移行層内部の孔もしくは空隙の拡大速度が著しく高まり、その際この移行層内の孔が合体もしくは互いにほとんど重なるように調節する。言い換えると移行層が最初の平面付着性空隙であり、引き続くエッチング工程の間に深部に成長し、最後に空隙もしくは空洞201を形成する。すなわち最初の孔がエッチングされ、引き続き拡大するのでなく、移行層が最初は少ない厚さの平面付着性の大きい孔を深部で徐々に成長する。
【0042】
本発明により、エッチング媒体は有利に易揮発性成分を有する。有利にはアルコール、例えばエタノールを使用する。
【0043】
必要なまたは有利な場合は、本発明により、基板101の被覆面の多孔質のエッチングすべき領域に、被覆面の多孔質のエッチングすべき層、すなわちシリコン層104を、エッチングの間および後でもしくは空隙201を形成する間に基板のエッチングされない被覆面の領域の結合位置に機械的に固定する(図示されていない)マスク層および/または保護層を備えることが用意される。この保護層は、例えばp−ドーピングシリコン基板101の被覆面の多孔質のエッチングすべきシリコン層104の周囲の少なくとも近くにある領域にn−ドーピングを備えることにより製造することができる。これにより結合位置もしくはシリコン基板104とシリコン基板101の界面の領域のシリコン基板101のアンダーエッチングが十分に回避される。更に有利な薄い多孔質のシリコン層104がシリコン基板101に確実に固定されることが配慮される。
【0044】
図3は熱伝導センサー(図示されていない)の第2変形の前段階300の横断面図を示す。示された前段階300はシリコン基板101、シリコン基板101上に堆積されたシリコン・エピタキシー層301およびシリコン・エピタキシー層301の表側に被覆されたマスク層102を有する。マスク層102はシリコン・エピタキシー層301を被覆しない領域301を有する。更にシリコン・エピタキシー層301の表側におよびシリコン基板もしくはウェーハ101とエピタキシー層301の間にそれぞれ集積回路303もしくは302が形成されている。
【0045】
前記方法によりシリコン・エピタキシー層301内に多孔質シリコン層104およびこの下に存在する空隙もしくは空洞201が領域103に形成される。
【0046】
図1〜3に記載される熱伝導センサーの2つの変形は、空隙もしくは空洞201の上に多孔質の支持できる被覆層104を有し、被覆層の上に他の層を堆積することができる。多孔質被覆層104の厚さは約2〜10μm、有利に約3〜5μmである。付加的に空隙201と周囲の圧力を相殺するために、被覆層104に1個以上の決められた開口を導入することができる。
【0047】
図4には図1または図2に示された前段階にもとづいて製造した熱伝導センサー400の横断面図を示す。マスク層102を除去後、多孔質シリコン層104を閉鎖層401の堆積によりまたは酸化により閉鎖する。閉鎖層401の堆積もしくは酸化の際に存在する圧力は空隙もしくは空洞201内に閉じ込められた圧力を決定する。シリコン層の厚さおよび気孔率は、シリコン層がセンサー領域のできるだけ低い熱伝導率もしくはできるだけ良好な断熱性の周囲条件下で基板に対して十分な機械的安定性を有するように、有利に決定される。多孔質シリコン層104の上方に設けられたセンサー領域404とシリコン基板101の間の改良された断熱性を達成するために、空隙もしくは空洞201内に気圧より低い圧力、特に真空が有利に存在する。これによりセンサー領域からシリコン基板101への熱放出が更に減少し、センサー領域に存在するセンサー部品のより高い反応感度もしくは応答速度が達成される。
【0048】
閉鎖層401を堆積後、空隙もしくは空洞201内にガス、例えば水素が存在する場合は、ガスを本発明の高温工程を使用して、例えば窒素雰囲気下で空隙もしくは空洞201から十分に取り出すことができる。水素は少ない分子量によりおよび水素濃度の勾配により、特に基板に比べて一般に薄い閉鎖層401を通過して拡散する。
【0049】
空隙もしくは空洞201のガスもしくは空気を通さない閉鎖は反応器中でまたは蒸発装置内で実施することができ、空隙もしくは空洞201の製造後に必ず実施しなければならないのではなく、最後の処理工程の1つとして行ってもよい。これは、多孔質層104に処理中に、引き続く光学的パターン化工程(リソグラフィー)で画像の欠陥を生じることがある湾曲が生じないという利点を有する。
【0050】
閉鎖層401を堆積する前に、多孔質シリコン層104を前処理することができる。有利な本発明の前処理は、多孔質シリコン層104の熱処理からなる。有利には熱処理を高温で、例えば約900〜約1200℃の範囲の温度で行いおよび/または熱処理を水素雰囲気、窒素雰囲気および/または希ガス雰囲気下で行う。
【0051】
前処理は、多孔質のエッチングされた単結晶シリコン層104内の孔を十分に閉鎖することを可能にし、シリコン層の上に他の層、特にシリコン層を堆積することができる。堆積したシリコン層の品質が前処理なしで満足できる場合には、特に費用の理由からこの前処理を省くことができることが理解される。
【0052】
閉鎖層401は1個以上の酸化珪素層、窒化珪素層、ポリシリコン層または単結晶シリコン層から形成されてもよい。例えば酸化珪素層および窒化珪素層の異なるシリコン層の堆積により、閉鎖層401内で膜表側と膜裏側の間の圧力の差に対抗する引張り応力が生じ、閉鎖層401内で圧力の差により引き起こされる湾曲が回避される。
【0053】
閉鎖層401上にもしくは酸化シリコン層104上に、多孔質シリコン層104の上のセンサー領域404にセンサー部品402,403が、例えば金属、有利に白金を堆積し、パターン化することにより形成される。選択的にセンサー部品402および403の製造を、例えば閉鎖層401上にポリシリコンを堆積し、堆積したポリシリコンを引き続きドーピングし、堆積したポリシリコン層を最後にパターン化することにより行うことができる(図示されていない)。更にセンサー部品402および403をポリシリコン層を堆積し、ポリシリコン層をパターン化し、ドーピングすることにより製造することができる(図示されていない)。
【0054】
センサー部品402および403は温度センサーおよび発熱体として用いられる抵抗を有し、その際温度センサー402は外部センサー領域404に配置され、発熱体403は内部センサー領域に配置される。有利には発熱体403だけを運転し、第2の発熱体403は第1発熱体が故障した場合に予備として使用する。熱伝導センサー400の表面上を流動方向Sで流れる空気流またはガス流が発熱体403から放出される熱を吸収し、第2温度センサー402の間に温度勾配を形成する、熱伝導センサー400は、例えば自動車の吸入通路に供給される燃焼空気を測定および/または制御するために設けられていてもよい。例えば集積回路106により評価される温度勾配により、熱伝導センサー400を介して流れる空気量またはガス量およびその流動方向を決定することができる。
【0055】
センサー部品402および403の上に他の層を被覆し、場合によりパターン化することができる。センサー部品402および403を湿分の浸入から保護するためにおよび/またはセンサー部品402および403の機械的安定性を高めるために、例えば1個以上の窒化珪素層を堆積することができる。その際センサー部品402および403に堆積される層の厚さは、センサー部品402および403の十分な応答感度が保証され、すなわち層の熱容量ができるだけ少なくなるように、有利に決定される。
【0056】
図5は、唯一の厚い多孔質層501を有する本発明の熱伝導センサー600(図6)の第2変形の前段階500の横断面図を示す。厚い多孔質層501は特に図1〜3に関して説明されるように同様の方法で製造する。しかし多孔質層501は有利に少ない多孔質層104より明らかに厚く、その際多孔質層501の厚さは有利には約40〜80μm、特に約50〜60μmである。前記熱伝導センサーと異なり、空隙もしくは空洞201の形成は考慮されない。熱伝導性をかなり減少するために、多孔質層501の気孔率および/または孔径を、前記エッチング法を使用して最適化することができる。例えば多孔質層501の内部の気孔率および/または孔径を変動することができる。有利には多孔質層501の基板101に向かった下側の領域の気孔率および/または孔径は、多孔質層501のセンサー領域404に向かった上側の領域より大きい。例えば多孔質層501の上側領域の気孔率は、例えば最大20%までであり、多孔質層501の下側領域の気孔率は、例えば最大80%までである。付加的にまたは選択的に熱伝導率を更に低下するために、厚い多孔質層501を酸化することができる。唯一の厚い多孔質層501は薄い多孔質層104および空洞201からなる組み合わせに比べて特に高い機械的安定性の利点および一般に高い熱伝導性もしくはセンサー領域から基板への高い熱放出の欠点を有する。
【0057】
図6には図5に示された前段階にもとづいて製造した熱伝導センサー600の横断面図が示されている。マスク層102を除去後、1個以上の層を厚い多孔質層501に堆積し、場合によりパターン化することができ、その際多孔質層501の空気を通さない閉鎖であってもよい。有利には厚い多孔質層501に閉鎖層401を堆積し、閉鎖層は図4の実施例に相当して1個以上のシリコン層、例えば酸化珪素層、窒化珪素層、ポリシリコン層または単結晶シリコン層を有する。閉鎖層401の上に、金属、有利には白金を堆積し、パターン化することによりセンサー部品もしくは抵抗402および403を形成する。センサー部品402および403の上に他の層を堆積し、パターン化することができる。
【0058】
熱伝導センサー600は図4の熱伝導センサー400に相当して空気量またはガス量を測定するために配置され、熱伝導センサー600の機能は図4の熱伝導センサ−400の機能と同じである。熱伝導センサー400および600は自動車分野に、特に自動車の吸入領域に、燃焼混合物の最適化のために吸入流を計測するために、有利に使用される。しかし空気量またはガス量を測定する全体的な他の使用分野も考えられる。
【0059】
図4に示される熱伝導センサー400は多孔質層104によりおよび多孔質層104の下側の空隙もしくは空洞201の形成によりシリコン基板に対するセンサー領域のきわめて良好な断熱を示すが、これに対して図6の熱伝導センサー600は大きい機械的安定性および高い製造収率を有する。特に吸入通路に熱伝導センサーを配置する場合に、センサーは強い空気流またはガス流および粒子の攻撃にさらされ、できるだけ大きい寿命を達成するために、十分な機械的安定性が保証されなければならない。更に有利には気孔率および/または孔径が変動する機械的に十分に安定な厚い多孔質層501の形成により、十分な応答感度を保証する十分な断熱が得られる。
【0060】
図7は熱伝導センサー700の第4変形の平面図を示し、熱伝導センサーのセンサー部品703および704が、センサーを包囲するガス、例えば水素の圧力を測定するために設けられている。前記の本発明の方法を使用して、熱伝導センサー400の前段階100および200に関して図1および図2に示されるように、シリコン基板101内に多孔質シリコン層(図示されていない)およびこの下にある空隙もしくは空洞701を製造する。図4に示される方法に相当して、多孔質層の上に閉鎖層401を堆積し、閉鎖層の上にセンサー部品703および704を製造する。付加的に測定信号を評価するために1個以上の集積回路が設けられていてもよい。センサー部品703および704は抵抗として形成され、その際センサー部品703は温度センサーとして、およびセンサー部品704は発熱体として用いる。付加的に発熱体が損傷した場合に、他の発熱体に切り換えるために、1個以上の発熱体(図示されていない)が設けられていてもよい。発熱体704および温度センサー703は互いに隣接して配置され、リード線705を介して接触面706と接続されている。
【0061】
運転中は発熱体704が電流により加熱され、温度センサー703が温度を測定する。発熱体からセンサーを包囲するガスに向かって放出される熱はその圧力および種類に依存し、すなわち周囲圧力が大きいほど、発熱体からガスに向かって放出される熱量が大きい。決められたもしくは一定の温度を維持するために必要である熱出力により、周囲圧力および/またはガスの種類もしくは組成を決定することができる。
【0062】
発熱体704から閉鎖層401および多孔質層への熱の放出を減少するために、閉鎖層401および多孔質層104の側面からセンサー部品703および704が部分的に除去されている。多孔質層および閉鎖層401は片面が開いた空隙もしくは空洞701の上にウェブ701を形成する。選択的に閉鎖層401のみの側面からセンサー部品703および704を除去することができる。
【0063】
選択的に図5および図6の実施例に相当して空隙もしくは空洞の形成を省くことができ、有利には酸化されている唯一の厚い多孔質層(図示されていない)が設けられていてもよい。厚い多孔質層の上に閉鎖層401が被覆され、閉鎖層は多孔質層を完全にまたは部分的にのみ、例えばウェブ702として覆う。前記のように、閉鎖層401の上にセンサー部品703および704を形成する。
【0064】
センサー部品703および704の上に、必要な場合は他の層を堆積し、場合によりパターン化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【図1】第1シリコン層より高い気孔率を有する、第1シリコン層の下にある第2多孔質シリコン層とともに、シリコン基板内に低い気孔率を有する第1シリコン層を形成した後の本発明の熱伝導センサーの前段階の横断面図である。
【図2】高い気孔率を有する第2シリコン層が空隙に変化した後の図1に示された前段階の横断面図である。
【図3】シリコン基板上に堆積したエピタキシー層を有する熱伝導センサーの第2変形の前段階の横断面図である。
【図4】図1または図2に示された前段階にもとづいて製造した、センサー部品が備えられている熱伝導センサーの横断面図である。
【図5】唯一の厚い多孔質層を有する本発明の熱伝導センサーの第3変形の前段階の横断面図である。
【図6】図5に示された前段階にもとづいて製造した、センサー部品が備えられている熱伝導センサーの横断面図である。
【図7】周囲圧力の測定を目的とするセンサー部品を有する本発明の熱伝導センサーの第4変形の平面図である。
【符号の説明】
【0066】
100 熱伝導センサーの前段階
101 シリコン基板
102 マスク層
103 被覆されていない領域、
104 低い気孔率を有するシリコン層
105 高い気孔率を有するシリコン層
106 集積回路
200 熱伝導センサーの他の前段階
201 空隙もしくは空洞
300 熱伝導センサーの他の前段階
301 シリコン・エピタキシー層
302 集積回路
303 集積回路
400 熱伝導センサー
401 閉鎖層
402 センサー部品(温度センサー)
403 センサー部品(発熱体)
404 センサー領域
S 電流の方向
500 熱伝導センサーの他の前段階
501 厚い多孔質層
600 熱伝導センサー
700 圧力測定のために形成される熱伝導センサー、
701 片面が開いた空隙
702 ウェブ
703 センサー部品(温度センサー)
704 センサー部品(発熱体)
705 リード線
706 接触面

Claims (15)

  1. 半導体基板、特にシリコンからなる半導体基板(101)およびセンサー領域(404)を有する半導体部品(100、・・・、700)、特に多層半導体部品、有利にマイクロメカニック部品の製造方法において、第1工程で半導体基板(101)に対してセンサー領域(404)を少なくとも部分的に断熱する多孔質層(104、501)を形成することを特徴とする、半導体部品の製造方法。
  2. 第2工程で半導体部品内に、第1多孔質層(104)の下方にまたは外部に、空隙もしくは空洞(201。701)を形成する請求項1記載の方法。
  3. 第2工程が、第1多孔質層(104)の下方に、約70%より多く100%より少ない、有利には約80%の気孔率を有する第2多孔質層(105)を形成する第1部分工程を有する請求項2記載の方法。
  4. 第2多孔質層(105)から熱処理工程により空隙もしくは空洞(201,701)を形成する請求項3記載の方法。
  5. 第2工程が第1部分工程を有し、この部分工程で第1多孔質層(104)の下方に第1平面付着性空隙を形成し、この第1平面付着性空隙から空隙もしくは空洞(201、701)が形成されるような深さに第1平面付着性空隙を拡大する請求項2記載の方法。
  6. 第1および/または第2多孔質層(104,105)を1種以上のエッチング媒体により形成し、その際エッチング媒体が有利にフッ化水素酸、HF酸を有するかまたはフッ化水素酸からなる請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. エッチング媒体が、気泡形成を減少する添加物、湿潤を改良する添加物および/または乾燥を改良する添加物、特にアルコール、例えばエタノールのような1種以上の添加物を有し、その際特にエタノールのような添加物の体積濃度が、エタノールの場合は、有利に約30〜約80%である請求項6記載の方法。
  8. 半導体部品(100、700)の表側および裏側の間に電界を印加し、電流を生じることにより第1および/または第2多孔質層(104,105)を形成する請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 第2多孔質層の孔もしくは空隙の拡大速度が第1多孔質層(104)を形成する孔もしくは空隙の拡大速度より明らかに高くなるように、第2多孔質層(105)を形成する処理パラメーターもしくは第1平面付着性空隙を形成する処理パラメーターを選択する請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 第2多孔質層(105)の孔もしくは空隙を互いに横方向に重ね合わせ、唯一の第1平面付着性孔もしくは唯一の平面付着性空隙が形成されるように、第1平面付着性空隙を形成する処理パラメーターを選択する請求項5から9までのいずれか1項記載の方法。
  11. エッチングすべき半導体基板、特にシリコン基板(101)のドーピング、エッチング媒体の電流密度、エッチング媒体のフッ化水素酸濃度、エッチング媒体への1種以上の添加物、および温度が処理パラメーターである請求項6から10までのいずれか1項記載の方法。
  12. 空洞もしくは空隙(201)に含有された水素を高温工程の枠内で空洞もしくは空隙から広い範囲で完全にまたは部分的に除去する請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
  13. 請求項1から12までのいずれか1項記載の方法により製造される半導体部品(100,200、300、400、700)。
  14. 半導体基板、特にシリコンからなる基板およびセンサー領域(404)を有する、半導体部品(100、・・・、700)、特に多層半導体部品、有利にマイクロメカニック部品、特に熱伝導性センサーにおいて、半導体基板(101)に対してセンサー領域(404)を少なくとも部分的に断熱する多孔質層(104,501)を有することを特徴とする半導体部品。
  15. 多孔質層(104,501)に閉鎖層(401)が設けられ、その際閉鎖層(401)が有利に1個以上のシリコン層、例えば酸化珪素層、窒化珪素層および/または類似するシリコン層からなり、閉鎖層の表側と裏側の間の圧力勾配を相殺するために、特に閉鎖層(401)の引張り応力が調節されるように、閉鎖層(401)の層順序もしくは層構造が選択もしくは形成される請求項13または14記載の半導体部品。
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