JP2005502480A - 掛架した多孔質シリコンの微小構造の製造方法、及びガスセンサへの適用 - Google Patents
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Abstract
本発明は、橋又はカンチレバーの形状により掛架した多孔質シリコン薄膜、及びその薄膜を採用した熱センサ装置の製造のための前面シリコンマイクロマシニングの方法を提供する。掛架した多孔質シリコン薄膜の製造方法は、以下の工程からなる。（ａ）少なくとも一つの、シリコン基板（１）の所定領域に多孔質シリコンを形成する工程と、（ｂ）標準的なフォトリソグラフィーを使用して、該多孔質シリコン層の周囲又は内部にエッチング開口窓（５）を画定する工程と、（ｃ）ドライエッチング技術の使用により、多孔質シリコン層（２）の下のシリコン基板（１）に、選択的なエッチングをすることにより、多孔質シリコン薄膜の分離と、該多孔質シリコン層の下に空間（６）形成する。更に、提供した方法が、多孔質シリコンの低い熱伝導性から生じる利点と、掛架した薄膜の使用とを組み合わせるため、本発明は熱損失が最小限の多孔質シリコン薄膜に基づく、熱センサの製造方法を提供する。さらに、本発明で提供された前面のマイクロマシニングの方法は、製造の方法を容易にする。提供した方法を利用する、熱定量的型のガスセンサ、伝導性測定型のガスセンサ、及び熱伝導センサ等、様々な型の熱センサ装置が記載された。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掛架した多孔質シリコン薄膜の製造方法、及びその方法を採用して生産される装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシニングしたガスセンサの製造において、ヒータの支持に使用される薄膜を形成するための方法の向上に多大な努力が集中されてきた。特に、薄膜がシリコン基板の周辺に沿って覆う閉鎖型薄膜と、掛架型薄膜（スパイダー型及びマクロ ホットプレートとも呼ばれる）との２つの異なる構造が利用されてきた（シモン（Ｓｉｍｏｎ）等、センサ アンド アクチュエータ ビー（Ｓｅｎｓｅｒ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｂ） ７３ ｐ．１， ２００１年）。後者において、薄膜要素は、支持ビームを用いてＳｉ基板に結合され、薄膜の中央の部分は、基板内でエッチングされた空間の上方に掛架される。
【０００３】
閉鎖型薄膜は、ウェハの裏側から、シリコンの異方性（結晶学的な）エッチングを用いて形成される。典型的には、ＫＯＨ及びＥＤＰなどのウェットエッチング剤が使用される。これらのエッチング剤のための適切なエッチング停止は、窒化シリコン、酸化シリコン及びホウ素をドープしたシリコンである。２つの異なる技術が、薄膜の形成のために利用されてきた。より一般的な、第一の方法は、酸化シリコン及び窒化シリコンの双方又はいずれか一方を、薄膜及び絶縁物質として使用することにより、典型的には厚さが１〜２μｍの間の薄膜を得る。［（ａ）ジー．スベルベグリエリ（Ｇ．Ｓｂｅｒｖｅｇｌｉｅｒｉ）等、マイクロシステム テクノロジー（Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ） ｐ．１８３、１９９７年、（ｂ）ジェイ．ガードナー（Ｊ．Ｇａｒｄｎｅｒ）、センサ アンド アクチュエータ Ｂ（Ｓｅｎｓ． Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｂ）２６／２７ ｐ．１３５ １９９５年、（ｃ）ディ．リー（Ｄ．Ｌｅｅ）、センサ アンド アクチュエータ Ｂ（Ｓｅｎｓ． Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｂ）４９ ｐ．１４７ １９９６年］。近年適用されるようになった、第二の方法は、シリコンの陽極酸化と、続く窒化物形成により取得され得る２５〜３０μｍの間の厚さの窒化多孔質シリコンを使用する（マックカグナニー（Ｍａｃｃａｇｎａｎｉ）等、プロシード．オブ １３回 ヨーロピアン カンファレンス オン ソリッド−ステート トランスデューサ（Ｐｒｏｃｅｅｄ． ｏｆ ｔｈｅ １３ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、オランダ １９９９年）。酸化シリコン、窒化シリコン、及び窒化多孔質シリコンの全ては、低熱伝導性であり、且つ加熱した活性領域と薄膜の枠との間に良好な断熱を提供し得る。
【０００４】
一方で、掛架型薄膜は、正面から完全に処理される。従って、掛架型薄膜は、ＣＭＯＳ処理とより相性が良いと言われている（ガイタン（Ｇａｉｔａｎ）等、米国特許第５４６４９６６号）。掛架した薄膜は、正面からＫＯＨ又はＥＤＰを使用した異方性のウェットエッチング、又は酸化層の犠牲エッチングのどちらによっても形成される。多孔質シリコンの犠牲エッチングは、掛架した薄膜を得るための別の可能性である（ナッシオポウロウ（Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）等、ＷＩＰＯにより１９９８年１１月１２日に公開された、国際特許ＰＣＴ／ＧＲ／０００４０号、ギリシャ特許ＯＢＩ １００３０１０号）。掛架した多結晶薄膜及び単結晶薄膜は、カルトサス（Ｋａｌｔｓａｓ）、及びナッシオポウロウ（Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）によるこの技術によって製造され［（α）ジー．カルトサス（Ｇ．Ｋａｌｔｓａｓ）、及びエイ．ジー．ナッシオポウロウ（Ａ．Ｇ．Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）、マテリアル リサーチ ソサエティ シンポジウム プロシーディングス（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．）４５９，Ｐ．２４９，１９９７年、（β）ジー．カルトサス（Ｇ．Ｋａｌｔｓａｓ）、及びエイ．ジー．ナッシオポウロウ（Ａ．Ｇ．Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）、センサ アンド アクチュエータ（Ｓｅｎｓ．Ａｃｔｕａｔｏｒｓ） Ａ６５，ｐ．１７５，１９９８年］、そして、掛架した窒化薄膜はガーデナース（Ｇａｒｄｅｎｉｅｒｓ）等による技術によって製造される（ジェイ．ジー．イー．ガーデナース（Ｊ．Ｇ．Ｅ．Ｇａｒｄｅｎｉｅｒｓ）等、センサ アンド アクチュエータ（Ｓｅｎｓ．Ａｃｔｕａｔｏｒｓ） Ａ６０，ｐ．２３５，１９９７年）。掛架した薄膜の典型的な側面方向の寸法は１００〜２００μｍの範囲である。
【０００５】
掛架した薄膜の使用は、閉鎖型の薄膜よりも一般的に好まれる。その理由は、熱損失が周辺で生じる閉鎖型の薄膜と比較して、熱損失が薄膜の支持ビームを通じてのみ生じるため、掛架型薄膜からの熱損失が最小となるからである。高多孔質シリコン（多孔質が約６５％）は酸化シリコン同様に非常に良好な熱の属性を有する。センサへの適用において、高多孔質シリコンは、シリコン基板上の局所断熱のための材料として［（ａ）ナッシオポウロウ（Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）等、ＷＩＰＯにより１９９８年１１月１２日に公開された、国際特許ＰＣＴ／ＧＲ／０００４０号、ギリシャ特許ＯＢＩ １００３０１０号（ｂ）ジー．カルトサス（Ｇ．Ｋａｌｔｓａｓ）、及びエイ．ジー．ナッシオポウロウ（Ａ．Ｇ．Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）、センサ アンド アクチュエータ（Ｓｅｎｓ．Ａｃｔｕａｔｏｒｓ） Ａ７６，ｐ．１３３，１９９９年］、及び、掛架した薄膜の形成のための犠牲層としての２つの方法により使用されてきた。近年、窒化多孔質シリコン薄膜が、裏面エッチングを使用して製造された。マックカグナニー（Ｍａｃｃａｇｎａｎｉ）等は、ＫＯＨによる裏面エッチングの使用によって、閉鎖型の窒化多孔質シリコン薄膜を製造した（マックカグナニー（Ｍａｃｃａｇｎａｎｉ）、プロシード．オブ １３回 ヨーロピアン カンファレンス オン ソリッド−ステート トランスデューサ（Ｐｒｏｃ． ｏｆ ｔｈｅ １３ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、オランダ国 １９９９年）。提案された方法の不利な点は、裏面からバルクシリコンをエッチングする前に両面を位置合わせする必要があることと、傾斜した側壁が原因で、より多くの空間（薄膜を形成するために必要とされる横の寸法が４０％大きい）が必要なことである。垂直な壁を形成する能力を有する高アスペクト比のシリコンエッチングのなどのプラズマエッチング技術は、ウェットエッチング技術と比較して、ウェハ上で高密度のセンサを可能にし、ウェットエッチングに取って代わるものである。前面のマイクロマシニング技術を使用する閉鎖型薄膜の製造のための別の方法は、バラット（Ｂａｒａｔｔｏ）等（シー．バラット（Ｃ．Ｂａｒａｔｔｏ）、シン ソリッド フィルム（Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ），ｐ２６１，２００１年）により提案され、多孔質シリコンの下に空間を形成するために、多孔質シリコン層の形成の後、シリコン基板の電解研磨することに基づいている。しかし、閉鎖型の薄膜の場合、上記のように、基板に接触した領域が減少した掛架した薄膜と比較して薄膜の支持領域が多いため、熱損失は増加する［（ａ）ジー．カルトサス（Ｇ．Ｋａｌｔｓａｓ）、及びエイ．ジー．ナッシオポウロウ（Ａ．Ｇ．Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）、マテリアル リサーチ ソサエティ シンポジウム プロシーディングス（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．）４５９，Ｐ．２４９，１９９７年、（ｂ）ジェイ．ジー．イー．ガーデナース（Ｊ．Ｇ．Ｅ．Ｇａｒｄｅｎｉｅｒｓ）等、センサ アンド アクチュエータ（Ｓｅｎｓ．Ａｃｔｕａｔｏｒｓ） Ａ６０，ｐ．２３５，１９９７年］。
【０００６】
プラズマエッチングによるバルクシリコンマイクロマシニングは、埋設した高ドープｎ＋層を覆う、低ドープＳｉ構造を分離するために、効果的に使用されてきた。この方法は、Ｃｌ２／ＢＣｌ３プラズマ中における低ドープＳｉの異方性のエッチングと比較して、ｎ＋層の横方向の高いエッチング速度に基づいている（エックス．ワイ．リー（Ｘ．Ｙ．Ｌｉ）等、センサ アンド アクチュエータ（Ｓｅｎｓｅｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ） Ａ５７，ｐ．２２３，１９９６年）。しかし、この方法での高ドープｎ＋層の比較的遅い横方向のエッチングと、マスキング物質（ＰＥＣＶＤ酸化層）に相対して、比較的少ない選択性に起因して、分離した構造の横の寸法は、約４μｍに限定される。さらに、Ｆベースのプラズマによる高アスペクト比の異方性及び等方性のエッチングの組合せが、複層の基板（Ｓｉ−ＳｉＯ２−ポリＳｉ−ＳｉＯ２−Ｓｉのサンドイッチウェハ）から、自立するマイクロカンチレバー及び橋を分離するために採用されてきた（シー．キュウイ（Ｃ．Ｃｕｉ）等、センサ アンド アクチュエータ（Ｓｅｎｓｅｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ） Ａ７０，ｐ．６１，１９９８年）。この場合、分離した構造は、ＳｉＯ２層又はフッ化炭素プラズマ成膜層によって保護されるため、等方性のエッチング処理から、完全に保護される。この方法は、高アスペクト比の微小構造の製造及び分離の可能性を提供するとはいえ、複雑な処理による複層基板の製造に基づいている。一般に、ウェハの前面から基板と単結晶シリコン構造の分離は、ＳｉＯ２などのＳｉエッチング選択マスクによって、側面の構造が保護される場合、方向性及び等方性のドライシリコンエッチングを組み合わせた手段によって実現され得る。（エフ．アヤジ（Ｆ．Ａｙａｚｉ）等、ＪＭＥＭＳ９（３）、ｐ２８８、２０００年）。本発明により、分離構造は、非常に平易な処理により、多孔質Ｓｉから生産される。この処理は、多孔質Ｓｉにおける、使用した等方性のＳｉエッチング処理の高い選択性は、分離され得る構造のいかなる保護も不要にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的の一つは、薄膜の分離のためにドライエッチング技術を用いて、前面のマイクロマイシングに基づき、橋又はカンチレバーの形状で、掛架した多孔質シリコン薄膜を製造する方法を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、掛架した多孔質薄膜を使用する、ガスセンサの製造のための方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、掛架した多孔質シリコン薄膜の上部にあるヒータを使用する、熱伝導センサの製造のための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の方法は、熱センサに対する薄膜の利用の可能性を提供し、２つの主要な改良を兼ね備える。それらは、
ａ）良好な機械強度を備え、閉鎖型の薄膜と比較して熱損失が最小である、橋又はカンチレバーの形状の掛架した多孔質シリコン薄膜を製造する能力と、
ｂ）掛架した多孔質シリコン構造を、最大限の素子密度をもって製造するための前面マイクロマシニング技術の使用とである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１Ａ〜図１Ｃは掛架した多孔質シリコン薄膜の製造方法を説明する概略図である。基材（１）として、ドープした単結晶又は多結晶シリコンが使用される。基板のドーパント濃度は、ｎ型又はｐ型のどちらでもよく１０１４ｃｍ−２より高濃度であり得る。多孔質シリコン（２）は、該基板の所定の領域内に形成される。様々なマスキングの技術が多孔質シリコンの局所形成のために使用されている。それら技術には、イオン導入技術の他に、Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２，ＳｉＧｅ，ＳｉＣ，多結晶性シリコン、及びそれらの組合せからなる様々な層の成膜及びパターニングが含まれる。マスキング材料、又は多孔質シリコンの局所パターニングのための方法は、本発明の方法において限定要因ではない。
【００１１】
図１Ａは基板（１）及び画定した多孔質シリコン領域（２）を示している。本発明の実施形態の一つによると（図１Ａには図示せず）、多孔質シリコンの局所形成のためのマスクは、二酸化シリコン層及びポリシリコン層からなり得る。多孔質シリコン領域の形成後、絶縁層（３）が多孔質シリコンの上部に成膜される（図１Ｂ）。絶縁層（３）はＳｉＯ２，又はＳｉ３Ｎ４、又はそれらのいかなる組合せであってもよい。絶縁層（３）は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、それらの任意の組合せであり得る。次に、フォトレジスト（４）は、ウェハの上部に成膜され、そして、エッチング開口窓（５）が、標準的なフォトリソグラフィー技術を使用して開口される。多孔質シリコン薄膜（２）のデザイン及び幾何的な特性に従って、エッチング開口窓（５）が多孔質シリコン薄膜（２）の周辺、又は薄膜内部の所定位置に配置される（図１Ｂ）。絶縁層（３）及び多孔質シリコンの局所形成のために使用されるマスクの除去は、ウェットエッチング又はドライエッチングのいずれの技術によっても実現され得る。次に、エッチング開口窓（５）は、多孔質シリコン薄膜（２）に隣接するまで、シリコン基板（１）の下方に延びる。その位置で、多孔質構造の下のシリコン材料は、異方性の／等方性のドライエッチング処理の組合せによって、除去される。発明者によって行われた実験は、熱処理した多孔質シリコンのエッチング速度が、異方性のシリコン基板のエッチング速度と比較して１００倍遅く、そして、等方性エッチングと比較してさえも遅いことを示していた。この理由のため、多孔質薄膜は、シリコン基板の横方向のプラズマエッチング中に、実質的に影響を受けずに保護される。図１Ｃは、多孔質シリコン（２）の下に形成された空間（６）が示されている、分離した多孔質シリコン薄膜の断面図を示している。図２Ａ〜図２Ｃは、シリコン基板（１）、多孔質シリコン薄膜（２）、及び多孔質シリコン支持ビーム（７）が観察され得る、様々な掛架した多孔質シリコンの上面のデザインを示している。薄膜は空間（６）の上方に掛架されている。
【００１２】
本発明に記載された方法の効果的な実施のための主要な一つのパラメータは、ドライエッチング条件の最適化である。様々な方法は、方法が多孔質シリコンのエッチングよりも、シリコンのエッチングに対して高い選択性があるように、エッチングの条件が選択されるという条件によって使用され得る。例えば、６フッ化硫黄など、Ｆリッチガスは、１００〜３００ｓｃｃｍの間の流速で、１〜１０Ｐａの間の処理圧力を有して使用される。プラズマの発生は、好適には、５００Ｗ〜２０００Ｗの出力において、高周波（１３．５６ＭＨｚ）で発生される。同時に、イオン加速のための下部基板電圧は、基板電極に供給される。基板電圧は、好適には３０〜６０Ｖである。
【００１３】
ドライエッチング中に観察される現象の一つは、エッチング開口窓の寸法にエッチング速度が依存することである。この現象は、従来の高アスペクト比のＳｉエッチングにおいても観察されており、エッチング遅れ（ＲＩＥ−ｌａｇ）として公知である。発明者の実行した実験では、Ｓｉの横方向のエッチングに対してもこの影響が存在することが示された。しかし、Ｓｉエッチング速度におけるエッチング開口窓の寸法の影響は、本発明に記載された方法に、いかなる限定を加えるものではない。逆に、エッチング開口窓の位置と寸法を慎重にデザインすることにより、この関係から利益を得、そして特定の形状及び大きさの掛架した微小構造の選択的な分離を可能にする。
【００１４】
提供した方法の効果的な実施のための別の主要なパラメータは、多孔質シリコン層の特性の機械的な属性の最適化である。多孔質シリコン薄膜の構造特性（多孔率、厚さ、孔径）、そして、続く熱処理は、層のデザイン及び幾何的特性に基づいて最適化される必要があることは明らかである。本発明により提供される方法を使って、掛架した多孔質シリコン薄膜は、ほんの数ｎｍから数マイクロメータの厚さの範囲で、さらに数ミリメータまでの大きさで形成されてきている。
【００１５】
本発明の別の実施形態により、熱型ガスセンサが、製造される。この場合、多孔質シリコン領域（２）の局所形成後、絶縁層（３）が、図３Ａを示されるように成膜される。絶縁層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、又はそれは任意の組合せのいずれでもあり得る。しかし、非常に低い熱伝導性を有する断熱物質の使用が求められる。ヒータ（８）がこの絶縁層（３）の上部に形成される（図３Ａ）。ヒータはドープした多結晶シリコン、任意の伝導層、又はＰｔ／Ｔｉ等の、層の組合せから製造される。次に、絶縁層９が、ヒータ（８）の上部に成膜される（図３Ｂ）。該絶縁層（９）の成膜方法は、ヒータの性質に依存する。ヒータが多結晶シリコンから製造される場合、絶縁層は、ＬＰＣＶＤ又はＬＴＯ技術によって成膜されたＳｉＯ２であり得る。次に、触媒層（１０）は、該絶縁層（９）の上に成膜される（図３Ｂ）。記載した特定の実施形態のため、触媒材料の選択は、Ｐｔ，Ｐｄなどの幅広い材料から行われ得る。触媒材料の選択は、検出されるガスの属性に依存する。本発明の方法による、触媒材料に対する唯一の限定は、以下の処理、特に、ウェット技術（アセトンなど有機溶媒への露出など）、又はドライエッチング技術（Ｏ２プラズマ等）のいずれかの使用によって実行され得る、フォトレジストの除去によって、影響を受けずに保護されることである。触媒層のパターニングは、リフトオフ技術又は、必要な場合にウェットエッチングを伴う、標準的なフォトリソグラフィー技術のいずれによっても実現され得る。触媒層（１０）の表面のガスの触媒反応により発生され、又は吸収される熱による温度変化は、装置に実施される熱レジスタ（８）、又は第二レジスタ、センサレジスタ（図３に図示されない）によって検出され得る。別の方法では、一体型の熱電対列は、触媒反応に起因する温度変化を検出するために使用され得る。
【００１６】
該触媒材料（１０）の成膜及びパターニングの後、フォトレジスト（４）はウェハの上部に成膜され、エッチング開口窓（５）は、図３Ｃに示されるように、標準的なフォトリソグラフィー技術を使用して開口される。多孔質シリコンの分離は上記のように実行される。図３Ｃは、多孔質シリコン（２）の下に形成された空間（６）が観察され得る、センサの断面概念図を示している。図４は、シリコン基板（１）、多孔質シリコン薄膜（２）、多孔質シリコン支持ビーム（７）、ヒータを示すデザイン（８）を観察し得る、装置の平面図を示している。
【００１７】
本発明の別の実施形態により、伝導性測定型のガスセンサが製造される。多孔質シリコン領域（２）及びヒータ（８）の形成のための製造方法は、上記の方法と同様である（図５Ａ）。ヒータの上部の絶縁層（９）の成膜後、伝導電極（１１）が成膜され、更にパターン化される（図５Ｂ）。触媒材料（１０）は電極の上に成膜される（図５Ｂ）。触媒物質の選択は、検出されるガスに依存し、材料（ＳｎＯ２等）又は周囲のガスに依存する任意の材料の電気特性から幅広く選択され得る。多孔質シリコン薄膜の分離は、上記の方法により実行される。図５Ｃは、多孔質シリコン薄膜（２）の下に形成される空間（６）が観察され得る、多孔質シリコン薄膜の分離後のガスセンサの断面概念図を示している。
【００１８】
本発明の別の実施形態により、熱伝導性センサは、図６に示されるように、空間（６）の上に掛架した多孔質シリコン薄膜（２）の上部にＰｔレジスタ（１２）を成膜することによって形成され得る。絶縁層（３）はレジスタ及び多孔質シリコン薄膜（２）の間に存在し得る。掛架した多孔質シリコン薄膜（２）の寸法は、センサの反応時間を調節するために変化し得る。
【００１９】
我々が今まで提供してきた記載は、多孔質シリコン物質の分離に焦点を合わせてきたが、しかし、ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４に対して、高い選択的なＳｉのドライエッチングによって、本発明に記載された方法を、酸化シリコン、窒化シリコン、又はそれらの材料の任意のスタックにより製造される、掛架した薄膜の分離のために、使用することが可能である。製造方法のわずかな変更により、多結晶シリコン薄膜は分離され得る。
【００２０】
本発明は幾つかの好適な実施形態について記載されてきた。本発明は、描写され且つ記載された実施形態によって限定されない。本発明の範囲は添付した請求項により定められる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】掛架した多孔質シリコン薄膜の製造方法を示している断面概略図。
【図１Ｂ】掛架した多孔質シリコン薄膜の製造方法を示している断面概略図。
【図１Ｃ】掛架した多孔質シリコン薄膜の製造方法を示している断面概略図。
【図２Ａ】様々な多孔質シリコン薄膜の平面概略図。
【図２Ｂ】様々な多孔質シリコン薄膜の平面概略図。
【図２Ｃ】様々な多孔質シリコン薄膜の平面概略図。
【図３Ａ】熱センサ要素として、ヒータ及びレジスタの双方又はいずれか一方を使用する、熱型のガスセンサの製造のための処理を示している切断面外略図。
【図３Ｂ】熱センサ要素として、ヒータ及びレジスタの双方又はいずれか一方を使用する、熱型のガスセンサの製造のための処理を示している切断面外略図。
【図３Ｃ】熱センサ要素として、ヒータ及びレジスタの双方又はいずれか一方を使用する、熱型のガスセンサの製造のための処理を示している切断面外略図。
【図４】熱型のセンサの平面図。
【図５Ａ】伝導性測定型のガスセンサの製造方法を示している切断面図。
【図５Ｂ】伝導性測定型のガスセンサの製造方法を示している切断面図。
【図５Ｃ】伝導性測定型のガスセンサの製造方法を示している切断面図。
【図６】熱伝導性のセンサを示している切断面図。
【０００１】
本発明は、掛架した多孔質シリコン薄膜の製造方法、及びその方法を採用して生産される装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシニングしたガスセンサの製造において、ヒータの支持に使用される薄膜を形成するための方法の向上に多大な努力が集中されてきた。特に、薄膜がシリコン基板の周辺に沿って覆う閉鎖型薄膜と、掛架型薄膜（スパイダー型及びマクロ ホットプレートとも呼ばれる）との２つの異なる構造が利用されてきた（シモン（Ｓｉｍｏｎ）等、センサ アンド アクチュエータ ビー（Ｓｅｎｓｅｒ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｂ） ７３ ｐ．１， ２００１年）。後者において、薄膜要素は、支持ビームを用いてＳｉ基板に結合され、薄膜の中央の部分は、基板内でエッチングされた空間の上方に掛架される。
【０００３】
閉鎖型薄膜は、ウェハの裏側から、シリコンの異方性（結晶学的な）エッチングを用いて形成される。典型的には、ＫＯＨ及びＥＤＰなどのウェットエッチング剤が使用される。これらのエッチング剤のための適切なエッチング停止は、窒化シリコン、酸化シリコン及びホウ素をドープしたシリコンである。２つの異なる技術が、薄膜の形成のために利用されてきた。より一般的な、第一の方法は、酸化シリコン及び窒化シリコンの双方又はいずれか一方を、薄膜及び絶縁物質として使用することにより、典型的には厚さが１〜２μｍの間の薄膜を得る。［（ａ）ジー．スベルベグリエリ（Ｇ．Ｓｂｅｒｖｅｇｌｉｅｒｉ）等、マイクロシステム テクノロジー（Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ） ｐ．１８３、１９９７年、（ｂ）ジェイ．ガードナー（Ｊ．Ｇａｒｄｎｅｒ）、センサ アンド アクチュエータ Ｂ（Ｓｅｎｓ． Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｂ）２６／２７ ｐ．１３５ １９９５年、（ｃ）ディ．リー（Ｄ．Ｌｅｅ）、センサ アンド アクチュエータ Ｂ（Ｓｅｎｓ． Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｂ）４９ ｐ．１４７ １９９６年］。近年適用されるようになった、第二の方法は、シリコンの陽極酸化と、続く窒化物形成により取得され得る２５〜３０μｍの間の厚さの窒化多孔質シリコンを使用する（マックカグナニー（Ｍａｃｃａｇｎａｎｉ）等、プロシード．オブ １３回 ヨーロピアン カンファレンス オン ソリッド−ステート トランスデューサ（Ｐｒｏｃｅｅｄ． ｏｆ ｔｈｅ １３ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、オランダ １９９９年）。酸化シリコン、窒化シリコン、及び窒化多孔質シリコンの全ては、低熱伝導性であり、且つ加熱した活性領域と薄膜の枠との間に良好な断熱を提供し得る。
【０００４】
一方で、掛架型薄膜は、正面から完全に処理される。従って、掛架型薄膜は、ＣＭＯＳ処理とより相性が良いと言われている（ガイタン（Ｇａｉｔａｎ）等、米国特許第５４６４９６６号）。掛架した薄膜は、正面からＫＯＨ又はＥＤＰを使用した異方性のウェットエッチング、又は酸化層の犠牲エッチングのどちらによっても形成される。多孔質シリコンの犠牲エッチングは、掛架した薄膜を得るための別の可能性である（ナッシオポウロウ（Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）等、ＷＩＰＯにより１９９８年１１月１２日に公開された、国際特許ＰＣＴ／ＧＲ／０００４０号、ギリシャ特許ＯＢＩ １００３０１０号）。掛架した多結晶薄膜及び単結晶薄膜は、カルトサス（Ｋａｌｔｓａｓ）、及びナッシオポウロウ（Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）によるこの技術によって製造され［（α）ジー．カルトサス（Ｇ．Ｋａｌｔｓａｓ）、及びエイ．ジー．ナッシオポウロウ（Ａ．Ｇ．Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）、マテリアル リサーチ ソサエティ シンポジウム プロシーディングス（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．）４５９，Ｐ．２４９，１９９７年、（β）ジー．カルトサス（Ｇ．Ｋａｌｔｓａｓ）、及びエイ．ジー．ナッシオポウロウ（Ａ．Ｇ．Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）、センサ アンド アクチュエータ（Ｓｅｎｓ．Ａｃｔｕａｔｏｒｓ） Ａ６５，ｐ．１７５，１９９８年］、そして、掛架した窒化薄膜はガーデナース（Ｇａｒｄｅｎｉｅｒｓ）等による技術によって製造される（ジェイ．ジー．イー．ガーデナース（Ｊ．Ｇ．Ｅ．Ｇａｒｄｅｎｉｅｒｓ）等、センサ アンド アクチュエータ（Ｓｅｎｓ．Ａｃｔｕａｔｏｒｓ） Ａ６０，ｐ．２３５，１９９７年）。掛架した薄膜の典型的な側面方向の寸法は１００〜２００μｍの範囲である。
【０００５】
掛架した薄膜の使用は、閉鎖型の薄膜よりも一般的に好まれる。その理由は、熱損失が周辺で生じる閉鎖型の薄膜と比較して、熱損失が薄膜の支持ビームを通じてのみ生じるため、掛架型薄膜からの熱損失が最小となるからである。高多孔質シリコン（多孔質が約６５％）は酸化シリコン同様に非常に良好な熱の属性を有する。センサへの適用において、高多孔質シリコンは、シリコン基板上の局所断熱のための材料として［（ａ）ナッシオポウロウ（Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）等、ＷＩＰＯにより１９９８年１１月１２日に公開された、国際特許ＰＣＴ／ＧＲ／０００４０号、ギリシャ特許ＯＢＩ １００３０１０号（ｂ）ジー．カルトサス（Ｇ．Ｋａｌｔｓａｓ）、及びエイ．ジー．ナッシオポウロウ（Ａ．Ｇ．Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）、センサ アンド アクチュエータ（Ｓｅｎｓ．Ａｃｔｕａｔｏｒｓ） Ａ７６，ｐ．１３３，１９９９年］、及び、掛架した薄膜の形成のための犠牲層としての２つの方法により使用されてきた。近年、窒化多孔質シリコン薄膜が、裏面エッチングを使用して製造された。マックカグナニー（Ｍａｃｃａｇｎａｎｉ）等は、ＫＯＨによる裏面エッチングの使用によって、閉鎖型の窒化多孔質シリコン薄膜を製造した（マックカグナニー（Ｍａｃｃａｇｎａｎｉ）、プロシード．オブ １３回 ヨーロピアン カンファレンス オン ソリッド−ステート トランスデューサ（Ｐｒｏｃ． ｏｆ ｔｈｅ １３ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、オランダ国 １９９９年）。提案された方法の不利な点は、裏面からバルクシリコンをエッチングする前に両面を位置合わせする必要があることと、傾斜した側壁が原因で、より多くの空間（薄膜を形成するために必要とされる横の寸法が４０％大きい）が必要なことである。垂直な壁を形成する能力を有する高アスペクト比のシリコンエッチングのなどのプラズマエッチング技術は、ウェットエッチング技術と比較して、ウェハ上で高密度のセンサを可能にし、ウェットエッチングに取って代わるものである。前面のマイクロマシニング技術を使用する閉鎖型薄膜の製造のための別の方法は、バラット（Ｂａｒａｔｔｏ）等（シー．バラット（Ｃ．Ｂａｒａｔｔｏ）、シン ソリッド フィルム（Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ），ｐ２６１，２００１年）により提案され、多孔質シリコンの下に空間を形成するために、多孔質シリコン層の形成の後、シリコン基板の電解研磨することに基づいている。しかし、閉鎖型の薄膜の場合、上記のように、基板に接触した領域が減少した掛架した薄膜と比較して薄膜の支持領域が多いため、熱損失は増加する［（ａ）ジー．カルトサス（Ｇ．Ｋａｌｔｓａｓ）、及びエイ．ジー．ナッシオポウロウ（Ａ．Ｇ．Ｎａｓｓｉｏｐｏｕｌｏｕ）、マテリアル リサーチ ソサエティ シンポジウム プロシーディングス（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．）４５９，Ｐ．２４９，１９９７年、（ｂ）ジェイ．ジー．イー．ガーデナース（Ｊ．Ｇ．Ｅ．Ｇａｒｄｅｎｉｅｒｓ）等、センサ アンド アクチュエータ（Ｓｅｎｓ．Ａｃｔｕａｔｏｒｓ） Ａ６０，ｐ．２３５，１９９７年］。
【０００６】
プラズマエッチングによるバルクシリコンマイクロマシニングは、埋設した高ドープｎ＋層を覆う、低ドープＳｉ構造を分離するために、効果的に使用されてきた。この方法は、Ｃｌ２／ＢＣｌ３プラズマ中における低ドープＳｉの異方性のエッチングと比較して、ｎ＋層の横方向の高いエッチング速度に基づいている（エックス．ワイ．リー（Ｘ．Ｙ．Ｌｉ）等、センサ アンド アクチュエータ（Ｓｅｎｓｅｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ） Ａ５７，ｐ．２２３，１９９６年）。しかし、この方法での高ドープｎ＋層の比較的遅い横方向のエッチングと、マスキング物質（ＰＥＣＶＤ酸化層）に相対して、比較的少ない選択性に起因して、分離した構造の横の寸法は、約４μｍに限定される。さらに、Ｆベースのプラズマによる高アスペクト比の異方性及び等方性のエッチングの組合せが、複層の基板（Ｓｉ−ＳｉＯ２−ポリＳｉ−ＳｉＯ２−Ｓｉのサンドイッチウェハ）から、自立するマイクロカンチレバー及び橋を分離するために採用されてきた（シー．キュウイ（Ｃ．Ｃｕｉ）等、センサ アンド アクチュエータ（Ｓｅｎｓｅｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ） Ａ７０，ｐ．６１，１９９８年）。この場合、分離した構造は、ＳｉＯ２層又はフッ化炭素プラズマ成膜層によって保護されるため、等方性のエッチング処理から、完全に保護される。この方法は、高アスペクト比の微小構造の製造及び分離の可能性を提供するとはいえ、複雑な処理による複層基板の製造に基づいている。一般に、ウェハの前面から基板と単結晶シリコン構造の分離は、ＳｉＯ２などのＳｉエッチング選択マスクによって、側面の構造が保護される場合、方向性及び等方性のドライシリコンエッチングを組み合わせた手段によって実現され得る。（エフ．アヤジ（Ｆ．Ａｙａｚｉ）等、ＪＭＥＭＳ９（３）、ｐ２８８、２０００年）。本発明により、分離構造は、非常に平易な処理により、多孔質Ｓｉから生産される。この処理は、多孔質Ｓｉにおける、使用した等方性のＳｉエッチング処理の高い選択性は、分離され得る構造のいかなる保護も不要にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的の一つは、薄膜の分離のためにドライエッチング技術を用いて、前面のマイクロマイシングに基づき、橋又はカンチレバーの形状で、掛架した多孔質シリコン薄膜を製造する方法を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、掛架した多孔質薄膜を使用する、ガスセンサの製造のための方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、掛架した多孔質シリコン薄膜の上部にあるヒータを使用する、熱伝導センサの製造のための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の方法は、熱センサに対する薄膜の利用の可能性を提供し、２つの主要な改良を兼ね備える。それらは、
ａ）良好な機械強度を備え、閉鎖型の薄膜と比較して熱損失が最小である、橋又はカンチレバーの形状の掛架した多孔質シリコン薄膜を製造する能力と、
ｂ）掛架した多孔質シリコン構造を、最大限の素子密度をもって製造するための前面マイクロマシニング技術の使用とである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１Ａ〜図１Ｃは掛架した多孔質シリコン薄膜の製造方法を説明する概略図である。基材（１）として、ドープした単結晶又は多結晶シリコンが使用される。基板のドーパント濃度は、ｎ型又はｐ型のどちらでもよく１０１４ｃｍ−２より高濃度であり得る。多孔質シリコン（２）は、該基板の所定の領域内に形成される。様々なマスキングの技術が多孔質シリコンの局所形成のために使用されている。それら技術には、イオン導入技術の他に、Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２，ＳｉＧｅ，ＳｉＣ，多結晶性シリコン、及びそれらの組合せからなる様々な層の成膜及びパターニングが含まれる。マスキング材料、又は多孔質シリコンの局所パターニングのための方法は、本発明の方法において限定要因ではない。
【００１１】
図１Ａは基板（１）及び画定した多孔質シリコン領域（２）を示している。本発明の実施形態の一つによると（図１Ａには図示せず）、多孔質シリコンの局所形成のためのマスクは、二酸化シリコン層及びポリシリコン層からなり得る。多孔質シリコン領域の形成後、絶縁層（３）が多孔質シリコンの上部に成膜される（図１Ｂ）。絶縁層（３）はＳｉＯ２，又はＳｉ３Ｎ４、又はそれらのいかなる組合せであってもよい。絶縁層（３）は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、それらの任意の組合せであり得る。次に、フォトレジスト（４）は、ウェハの上部に成膜され、そして、エッチング開口窓（５）が、標準的なフォトリソグラフィー技術を使用して開口される。多孔質シリコン薄膜（２）のデザイン及び幾何的な特性に従って、エッチング開口窓（５）が多孔質シリコン薄膜（２）の周辺、又は薄膜内部の所定位置に配置される（図１Ｂ）。絶縁層（３）及び多孔質シリコンの局所形成のために使用されるマスクの除去は、ウェットエッチング又はドライエッチングのいずれの技術によっても実現され得る。次に、エッチング開口窓（５）は、多孔質シリコン薄膜（２）に隣接するまで、シリコン基板（１）の下方に延びる。その位置で、多孔質構造の下のシリコン材料は、異方性の／等方性のドライエッチング処理の組合せによって、除去される。発明者によって行われた実験は、熱処理した多孔質シリコンのエッチング速度が、異方性のシリコン基板のエッチング速度と比較して１００倍遅く、そして、等方性エッチングと比較してさえも遅いことを示していた。この理由のため、多孔質薄膜は、シリコン基板の横方向のプラズマエッチング中に、実質的に影響を受けずに保護される。図１Ｃは、多孔質シリコン（２）の下に形成された空間（６）が示されている、分離した多孔質シリコン薄膜の断面図を示している。図２Ａ〜図２Ｃは、シリコン基板（１）、多孔質シリコン薄膜（２）、及び多孔質シリコン支持ビーム（７）が観察され得る、様々な掛架した多孔質シリコンの上面のデザインを示している。薄膜は空間（６）の上方に掛架されている。
【００１２】
本発明に記載された方法の効果的な実施のための主要な一つのパラメータは、ドライエッチング条件の最適化である。様々な方法は、方法が多孔質シリコンのエッチングよりも、シリコンのエッチングに対して高い選択性があるように、エッチングの条件が選択されるという条件によって使用され得る。例えば、６フッ化硫黄など、Ｆリッチガスは、１００〜３００ｓｃｃｍの間の流速で、１〜１０Ｐａの間の処理圧力を有して使用される。プラズマの発生は、好適には、５００Ｗ〜２０００Ｗの出力において、高周波（１３．５６ＭＨｚ）で発生される。同時に、イオン加速のための下部基板電圧は、基板電極に供給される。基板電圧は、好適には３０〜６０Ｖである。
【００１３】
ドライエッチング中に観察される現象の一つは、エッチング開口窓の寸法にエッチング速度が依存することである。この現象は、従来の高アスペクト比のＳｉエッチングにおいても観察されており、エッチング遅れ（ＲＩＥ−ｌａｇ）として公知である。発明者の実行した実験では、Ｓｉの横方向のエッチングに対してもこの影響が存在することが示された。しかし、Ｓｉエッチング速度におけるエッチング開口窓の寸法の影響は、本発明に記載された方法に、いかなる限定を加えるものではない。逆に、エッチング開口窓の位置と寸法を慎重にデザインすることにより、この関係から利益を得、そして特定の形状及び大きさの掛架した微小構造の選択的な分離を可能にする。
【００１４】
提供した方法の効果的な実施のための別の主要なパラメータは、多孔質シリコン層の特性の機械的な属性の最適化である。多孔質シリコン薄膜の構造特性（多孔率、厚さ、孔径）、そして、続く熱処理は、層のデザイン及び幾何的特性に基づいて最適化される必要があることは明らかである。本発明により提供される方法を使って、掛架した多孔質シリコン薄膜は、ほんの数ｎｍから数マイクロメータの厚さの範囲で、さらに数ミリメータまでの大きさで形成されてきている。
【００１５】
本発明の別の実施形態により、熱型ガスセンサが、製造される。この場合、多孔質シリコン領域（２）の局所形成後、絶縁層（３）が、図３Ａを示されるように成膜される。絶縁層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、又はそれは任意の組合せのいずれでもあり得る。しかし、非常に低い熱伝導性を有する断熱物質の使用が求められる。ヒータ（８）がこの絶縁層（３）の上部に形成される（図３Ａ）。ヒータはドープした多結晶シリコン、任意の伝導層、又はＰｔ／Ｔｉ等の、層の組合せから製造される。次に、絶縁層９が、ヒータ（８）の上部に成膜される（図３Ｂ）。該絶縁層（９）の成膜方法は、ヒータの性質に依存する。ヒータが多結晶シリコンから製造される場合、絶縁層は、ＬＰＣＶＤ又はＬＴＯ技術によって成膜されたＳｉＯ２であり得る。次に、触媒層（１０）は、該絶縁層（９）の上に成膜される（図３Ｂ）。記載した特定の実施形態のため、触媒材料の選択は、Ｐｔ，Ｐｄなどの幅広い材料から行われ得る。触媒材料の選択は、検出されるガスの属性に依存する。本発明の方法による、触媒材料に対する唯一の限定は、以下の処理、特に、ウェット技術（アセトンなど有機溶媒への露出など）、又はドライエッチング技術（Ｏ２プラズマ等）のいずれかの使用によって実行され得る、フォトレジストの除去によって、影響を受けずに保護されることである。触媒層のパターニングは、リフトオフ技術又は、必要な場合にウェットエッチングを伴う、標準的なフォトリソグラフィー技術のいずれによっても実現され得る。触媒層（１０）の表面のガスの触媒反応により発生され、又は吸収される熱による温度変化は、装置に実施される熱レジスタ（８）、又は第二レジスタ、センサレジスタ（図３に図示されない）によって検出され得る。別の方法では、一体型の熱電対列は、触媒反応に起因する温度変化を検出するために使用され得る。
【００１６】
該触媒材料（１０）の成膜及びパターニングの後、フォトレジスト（４）はウェハの上部に成膜され、エッチング開口窓（５）は、図３Ｃに示されるように、標準的なフォトリソグラフィー技術を使用して開口される。多孔質シリコンの分離は上記のように実行される。図３Ｃは、多孔質シリコン（２）の下に形成された空間（６）が観察され得る、センサの断面概念図を示している。図４は、シリコン基板（１）、多孔質シリコン薄膜（２）、多孔質シリコン支持ビーム（７）、ヒータを示すデザイン（８）を観察し得る、装置の平面図を示している。
【００１７】
本発明の別の実施形態により、伝導性測定型のガスセンサが製造される。多孔質シリコン領域（２）及びヒータ（８）の形成のための製造方法は、上記の方法と同様である（図５Ａ）。ヒータの上部の絶縁層（９）の成膜後、伝導電極（１１）が成膜され、更にパターン化される（図５Ｂ）。触媒材料（１０）は電極の上に成膜される（図５Ｂ）。触媒物質の選択は、検出されるガスに依存し、材料（ＳｎＯ２等）又は周囲のガスに依存する任意の材料の電気特性から幅広く選択され得る。多孔質シリコン薄膜の分離は、上記の方法により実行される。図５Ｃは、多孔質シリコン薄膜（２）の下に形成される空間（６）が観察され得る、多孔質シリコン薄膜の分離後のガスセンサの断面概念図を示している。
【００１８】
本発明の別の実施形態により、熱伝導性センサは、図６に示されるように、空間（６）の上に掛架した多孔質シリコン薄膜（２）の上部にＰｔレジスタ（１２）を成膜することによって形成され得る。絶縁層（３）はレジスタ及び多孔質シリコン薄膜（２）の間に存在し得る。掛架した多孔質シリコン薄膜（２）の寸法は、センサの反応時間を調節するために変化し得る。
【００１９】
我々が今まで提供してきた記載は、多孔質シリコン物質の分離に焦点を合わせてきたが、しかし、ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４に対して、高い選択的なＳｉのドライエッチングによって、本発明に記載された方法を、酸化シリコン、窒化シリコン、又はそれらの材料の任意のスタックにより製造される、掛架した薄膜の分離のために、使用することが可能である。製造方法のわずかな変更により、多結晶シリコン薄膜は分離され得る。
【００２０】
本発明は幾つかの好適な実施形態について記載されてきた。本発明は、描写され且つ記載された実施形態によって限定されない。本発明の範囲は添付した請求項により定められる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】掛架した多孔質シリコン薄膜の製造方法を示している断面概略図。
【図１Ｂ】掛架した多孔質シリコン薄膜の製造方法を示している断面概略図。
【図１Ｃ】掛架した多孔質シリコン薄膜の製造方法を示している断面概略図。
【図２Ａ】様々な多孔質シリコン薄膜の平面概略図。
【図２Ｂ】様々な多孔質シリコン薄膜の平面概略図。
【図２Ｃ】様々な多孔質シリコン薄膜の平面概略図。
【図３Ａ】熱センサ要素として、ヒータ及びレジスタの双方又はいずれか一方を使用する、熱型のガスセンサの製造のための処理を示している切断面外略図。
【図３Ｂ】熱センサ要素として、ヒータ及びレジスタの双方又はいずれか一方を使用する、熱型のガスセンサの製造のための処理を示している切断面外略図。
【図３Ｃ】熱センサ要素として、ヒータ及びレジスタの双方又はいずれか一方を使用する、熱型のガスセンサの製造のための処理を示している切断面外略図。
【図４】熱型のセンサの平面図。
【図５Ａ】伝導性測定型のガスセンサの製造方法を示している切断面図。
【図５Ｂ】伝導性測定型のガスセンサの製造方法を示している切断面図。
【図５Ｃ】伝導性測定型のガスセンサの製造方法を示している切断面図。
【図６】熱伝導性のセンサを示している切断面図。
Claims (7)
- （ａ）シリコン基板の所定の領域の少なくとも一部に、多孔質シリコン層を製造する工程と、
（ｂ）標準的なフォトリソグラフィーを使用することにより、前記多孔質シリコンの周囲又は内部にエッチング開口窓を画定する工程と、
（ｃ）ドライエッチング技術の使用によって、前記多孔質シリコン層の下の前記シリコン基板を選択的にエッチングすることにより、前記多孔質シリコン薄膜の分離を提供すると共に、前記該多孔質シリコン層の下に空間を形成する工程とからなる、橋状又はカンチレバー状の形態の、掛架した多孔質シリコン薄膜を製造するための前面シリコンマイクロマシニング方法。 - 該多孔質シリコンの上部にパターン化した伝導層を形成する工程をさらに備え、前記パターン化した伝導層は熱センサ装置の製造のためのヒータとして使用される、請求項１に記載の橋状又はカンチレバー状の形態の、掛架した多孔質シリコン薄膜を製造するための請求項１に記載の前面シリコンマイクロマシニング方法。
- 請求項１に記載の前面マイクロマシニングの方法により製造される、橋状又はカンチレバー状の形態によって掛架した多孔質シリコン薄膜に基づき、
（ａ）シリコン基板と、
（ｂ）局所的な断熱を提供するために、シリコン基板上の空間の上部に掛架された薄膜と、
（ｃ）該掛架した薄膜上のパターン化した伝導層と、
（ｄ）該伝導層の上部の絶縁層と、
（ｅ）該絶縁層の上部の触媒材料と、
（ｆ）触媒材料による周囲のガスの反応に起因した温度変化を感知するための熱センサ要素とからなるガスセンサ装置。 - 前記センサ要素は、Ｐｔレジスタである請求項３に記載のガスセンサ。
- 該熱センサ要素は複数の熱電対を有し、前記熱電対の一方のコンタクトは前記掛架した多孔質シリコン薄膜の上にあり、他方のコンタクトはバルクシリコンの上にある請求項３に記載のガスセンサ装置。
- 請求項１に記載の前面マイクロマシニングの方法により製造される橋状又はカンチレバー状の形態の、掛架した多孔質シリコン薄膜に基づき、
（ａ）シリコン基板と、
（ｂ）局所的な断熱を提供するために、シリコン基板上の空間の上部に掛架される薄膜と、
（ｃ）該掛架した薄膜上のパターン化した伝導層と、
（ｄ）該伝導層の上部の絶縁層と、
（ｅ）該絶縁層の上部の金属電極と、
（ｆ）該電極の上部の触媒材料とからなるガスセンサ装置であって、該触媒材料の抵抗性が周囲のガスに依存するガスセンサ装置。 - 請求項１に記載の前面マイクロマシニングの方法により製造される橋状又はカンチレバー状の形態の掛架した多孔質シリコン薄膜に基づき、且つ、
（ａ）シリコン基板と、
（ｂ）局所的な断熱を提供するために、シリコン基板上の空間の上部に掛架された薄膜と、
（ｃ）該掛架した薄膜上のパターン化した伝導層とからなる熱伝導センサであって、該パターン化した伝導層は、Ｐｔレジスタであり、前記多孔質シリコン薄膜の寸法は、前記センサの熱損失を最小化し、且つ反応時間を調節するために変更し得る熱伝導センサ。
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