JP2008543597A - マイクロマシニング型の構成エレメントを製造する方法ならびにマイクロマシニング型の構成エレメント - Google Patents

Abstract

本発明を用いて、基板に空洞を製作するためのマイクロマシニング法もしくは該方法により製造されたマイクロマシニング型の構成エレメントが提案される。当該方法では、第１のステップで第１の層が基板上または基板内に形成される。引き続き、第１の層に少なくとも１つの第２の層が被着される。この第２の層内には、進入孔が形成される。この進入孔を通じて、第１の材料および基板の材料を溶出させることができるので、第２の層の少なくとも一部の下方で基板に空洞が形成される。この空洞上方の前記第２の層は次いでダイヤフラムとして使用され得る。しかしさらに、第２の層に別の層を析出させ、この層と第２の層の全体でダイヤフラムを形成することも可能である。本発明の本質は、第１の層の材料の溶出によって第１の層に、基板と第２の層との間の設定可能な所定の角度を有する移行縁部が形成されるように第１の層の材料を選択することにある。

Description

本発明は、基板に設けられた空洞を有するマイクロマシニング型の構成エレメント（mikromechanisch. Bauelement）を製造する方法ならびに該方法を用いて製造されたマイクロマシニング型の構成エレメントに関する。

背景技術
マイクロシステム技術では、種々様々のダイヤフラムセンサが知られている。このようなダイヤフラムセンサの有利な製造では、まず基板上にダイヤフラム層が被着され、その後に基板から材料が溶出され、これによりダイヤフラムの下方に空洞が形成される。典型的には、表面マイクロマシニング（ＯＭＭ）のプロセスが使用される。すなわち、たとえば（等方性の）エッチングガスを用いて基板材料をダイヤフラム範囲の下方でエッチング除去することが知られている。この場合、等方性のエッチングプロセスに基づき、基板材料とダイヤフラムとの間に垂直の角度が生ぜしめられる。

発明の利点
本発明によれば、基板に空洞を製作するためのマイクロマシニング型の方法もしくは該方法を用いて製造されたマイクロマシニング型の構成エレメントが提供される。当該方法では、第１のステップで第１の層が基板に被着されるか、もしくは析出される。このことは、「その場ドーピング（in-situ Dotierung）」を有する析出プロセスにより行われ得る。択一的には、基板のインプランテーション（打込み）またはドーピングによって層を直接に基板表面内へ形成することができる。ドーピングはダイヤフラム範囲全体にわたって行なわれ得るか、または制限されていてよい。これにより、エッチングプロセス後にエッチングフロントが位置し得る範囲は基板とは異なるドーピングを有している。一般に、第１の層におけるドーピングは均質にまたは勾配を持って行われ得る。引き続き、第１の層に少なくとも１つの第２の層が被着される。この第２の層内には、進入孔が形成される。この進入孔を通じて、第１の層および基板の材料を溶出することができるので、第２の層の少なくとも一部の下方で基板に空洞が形成される。この空洞の上方の第２の層は次いでダイヤフラムとして使用され得る。しかし、さらに、第２の層に別の層を析出させ、この層と第２の層の全体でダイヤフラムを形成することも可能である。本発明の本質は、第１の層の材料の溶出によって第１の層に、基板と第２の層との間の設定可能な所定の角度を有する移行縁部が形成されるように第１の層の材料を選択することにある。

移行縁部の設定可能な所定の角度の利点は、基板材料と第２の層もしくはダイヤフラムとの間に垂直ではない角度を形成することができることにある。この垂直もしくは直角ではない角度により、ダイヤフラム内への層応力の入力結合が変えられて、最小限に抑えられ得る。

本発明の構成では、移行縁部の角度が第１の層の材料のドーピングによって規定される。この場合、たとえば第１の層の材料は基板の材料に比べて高いドーピング度または低いドーピング度および／または別のドーピングタイプおよび／または勾配を有していてよい。

総合的に見て、本発明による方法を用いると、表面マイクロマシニングにおいてダイヤフラムセンサを製造することができる。この場合、等方性エッチングプロセスが使用され、この等方性エッチングプロセスは基板および第１の層の材料の選択により基板と第２の層もしくはダイヤフラムとの間の移行側縁（＝エッチング側縁）の角度を規定する。

材料は気相エッチングにより溶出されると有利である。この場合、特にＣｌＦ_３またはたとえばＸｅＦ_２またはＢｒＦ_３のような別のハロゲン化合物を有する気相エッチングが行われる。

本発明の改良形では、一般に材料の溶出のために等方性エッチングプロセスが使用される。

基板および第１の層のための材料としては、半導体、特にシリコンが使用されると有利である。

第１の層には、有利には種々異なる層を被着させることができる。そこで、「第２の層」とは特別な実施例ではダイヤフラム層であると解することができる。さらに、第１の層に１つまたは複数の機能層を被着させることも考えられる。典型的な機能層は、たとえば導体路、ピエゾ抵抗型の抵抗を有する層、評価回路および／またマイクロシステム技術において汎用の、電気的および／または機械的に作用する別の層である。しかしさらに、第１の層に絶縁層を被着させることも考えられる。当然ながら、前記層の複数個を連続的に順次に基板もしくは第１の層に析出させることも考えられる。

本発明の別の利点は、以下に説明する実施例もしくは請求項２以下に記載されている。

図面
図１〜図３は、本発明による製作方法を概略的に示している。図４には、エッチング過程に対して異なった反応を示す第２の層の択一的な別の層形成が示されている。

実施例
有利な実施例では、マイクロマシニング型の構成素子もしくは構成エレメントを製造するために、基板１００としてシリコンウェーハが使用される。このシリコンウェーハの基板１００上には、慣用のマイクロマシニング加工法を用いてシリコン層が第１の層１１０としてエピタキシャルに成長により被着される（図１参照）。基板１００と第１の層１１０とにおいて互いに異なるエッチング速度を達成するためには、第１の層１１０における材料に、基板１００とは異なるドーピングが施されるようになっている。この場合、使用されるエッチングプロセスに応じて、たとえば第１の層１１０の材料に、より高いドーピングを施すか、あるいはまた、より低いドーピングを施すことができる。第１の層１１０の典型的な厚さは１μｍ〜１０μｍであると規定されており、ただしこれとは異なる層厚さも十分に使用され得る。

図２に図示されているように、第１の層１１０には第２の層１２０が被着される。この第２の層１２０は引き続きパターン化もしくは構造化される。これにより、少なくとも１つの進入孔１３０が形成され、この進入孔１３０によって第２の層１２０を通じて第１の層１１０が露出するので、外部から第１の層１１０への進入が可能となる。第２の層１２０により、たとえばこれから形成したい空洞１４０の上のダイヤフラム層を形成することができる。さらに、第２の層１２０とは極めて一般的には、空洞１４０の上方に設けられている種々の層を意味する。この場合、機能層、たとえばダイヤフラム層、導体路、評価回路、ピエゾ抵抗型の抵抗またはその他の、マイクロマシニング製作法により形成可能となる電気的および／または機械的な使用可能な層が考えられる。しかし、第１の層１１０にまず絶縁層を被着させ、次いでこの絶縁層に、別の製作法でマイクロマシニング型の構成エレメントのために必要となるあらゆる別の層および機能部を析出させることも可能である。

進入孔１３０は、第１の層１１０から材料を溶出するためにも、基板１００の材料を溶出するためにも働く。伸長された空洞のため、またはエッチングプロセスの加速のためには、複数の進入孔１３０を相並んで配置することができる。進入孔１３０の相互間隔は、材料の溶出のために使用されるエッチング媒体（気体状または液体状）に合わせて調整されていてよい。

基板に空洞を製作するための次のステップでは、図３Ａに示したように、基板１００と第１の層１１０とから材料が、進入孔１３０を通じて気相エッチングプロセスによって溶出される。この場合、ＣｌＦ_３が有利な気相エッチングプロセスであることが判った。しかし、一般には、使用された半導体材料もしくはシリコンを種々異なるドーピングのために等方性に種々異なる速度でエッチングする、あらゆるエッチングガスが適している。基板１００と、第１の層１１０のエピタキシャル成長により被着された材料とにおけるエッチング速度差に基づき、エッチング側縁１５０が生じる。

図３Ｂに示した詳細図から判るように、基板１００および第１の層１１０のエッチング速度差は、被着された第１の層１１０の垂直線に対して所定の角度１６０を有する移行縁部１５０（＝エッチング側縁）となって現れる。材料、ドーピング度、ドーピングタイプ、ドーピングプロファイル（ドーピング分布）もしくは勾配、エッチングガスおよびエッチング条件（たとえば温度および濃度）の適当な選択により、エッチング側縁もしくは移行側縁１５０の前記角度１６０を設定することができる。移行側縁１５０の前記角度１６０の設定により、第２の層１２０もしくはダイヤフラム内への層応力の入力結合（Schichtspannung）を変えて、ダイヤフラムへの層応力の影響を最小限に抑えることができる。したがって、空洞を備えたマイクロマシニング型の構成エレメントの一層安定した構成が可能となる。

択一的な別の構成では、図４に示したように直接に基板１００に第１の層１１２を導入することが考えられる。この場合、インプランテーション法またはドーピング法によってまず基板１００に範囲１１２が形成される。この範囲１１２はこの場合、多かれ少なかれ伸長されて基板１００に存在していてよい。しかし、範囲１１２は、この範囲１１２があとから空洞１４０となる部分の上側の輪郭縁の一部を形成していて、エッチング過程の後に移行縁部１５０を有していることによりすぐれている。範囲１１２は空洞１４０の縁部全体を取り囲んでいると有利である。この場合、範囲１１２は、互いに結合されていない個々の部分範囲から成っていてもよい。しかし重要となるのは、範囲１１２が、その後に形成される複数の進入孔を取り囲んでいることである。これらの進入孔を通じて基板１００の材料が溶出される。

本発明による製造方法の第１の段階を示す断面図である。 本発明による製造方法の第２の段階を示す断面図である。 本発明による製造方法の第３の段階を示す断面図である。 図３ＡのＩＩＩＢで示した部分の拡大図である。 本発明の択一的な別の実施例を示す断面図である。

Claims (11)

1. −基板（１００）上または基板（１００）内に第１の層（１１０，１１２）を形成し、
   −該第１の層（１１０，１１２）に少なくとも１つの第２の層（１２０）を被着させ、
   −該第２の層（１２０）に進入孔（１３０）を形成し、
   −該進入孔（１３０）を通じて第１の層（１１０，１１２）の材料と基板（１００）の材料とを溶出させて空洞（１４０）を形成する、
   より成るステップを実施して、基板に空洞を製作するためのマイクロマシニング法において、第１の層（１１０，１１２）の材料の溶出により、第２の層（１２０）と基板（１００）との間の設定可能な角度（１６０）を有する移行縁部（１５０）を形成することを特徴とする、基板に空洞を製作するためのマイクロマシニング法。
2. 前記角度を、第１の層の材料のドーピングにより、特に基板向きに対する関係で設定し、この場合、特に前記角度を
   −ドーピング度および／または
   −ドーピングタイプおよび／または
   −ドーピングプロファイルもしくはドーピング勾配
   に関連して設定する、請求項１記載の方法。
3. 第１の層（１１２）を基板（１００）におけるドーピングされた範囲として形成し、この場合特に、移行縁部（１５０）を第１の層における材料の溶出後に形成する、請求項１記載の方法。
4. 材料を気相エッチングにより溶出し、この場合特にＣｌＦ_３またはＸｅＦ_２またはＢｒＦ_３のような別のハロゲン化合物を有する気相エッチングを行う、請求項１記載の方法。
5. 材料を等方性のエッチングプロセスによって溶出する、請求項１記載の方法。
6. 基板および第１の層のための材料として、半導体材料、特にシリコンを使用する、請求項１記載の方法。
7. 第２の層として、ダイヤフラム層、機能層、導体路、ピエゾ抵抗型の抵抗および／または絶縁層を被着させる、請求項１記載の方法。
8. マイクロマシニング型の構成エレメントであって、
   −基板（１００）が設けられており、
   −第１の層（１１０）が設けられており、
   −第２の層（１２０）が設けられており、
   −空洞（１４０）が設けられており、該空洞（１４０）が、基板（１００）と第１の層（１１０）と第２の層（１２０）とによって仕切られている
   形式のものにおいて、第１の層（１１０）が、第２の層（１２０）と基板（１００）との間の所定の角度（１６０）を有する移行縁部（１５０）を形成しており、ただし前記角度（１６０）は第１の層（１１０）および基板（１００）の材料に関連して設定されていることを特徴とする、マイクロマシニング型の構成エレメント。
9. 第１の層の材料と基板の材料とが、互いに異なるドーピング度および／または互いに異なるドーピングタイプおよび／または互いに異なるドーピングプロファイルもしくは互いに異なるドーピング勾配を有している、請求項７記載のマイクロマシニング型の構成エレメント。
10. 基板および第１の層のための材料として半導体材料、特にシリコンが規定されている、請求項７記載のマイクロマシニング型の構成エレメント。
11. 第２の層が、ダイヤフラム層、機能層、導体路、ピエゾ抵抗型の抵抗および／または絶縁層を有している、請求項７記載のマイクロマシニング型の構成エレメント。

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