JP4308520B2 - マイクロメカニックな構造エレメント及び相応する製法 - Google Patents
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Description
【０００１】
背景技術
本発明は、第１のドーピングを備えた基板材料と、基板内に設けられたマイクロメカニックな機能組織と、マイクロメカニックな機能組織を少なくとも部分的に覆うためのカバー層とを備えているマイクロメカニックな構造エレメントに関する。本発明はやはり相応する製法に関する。
【０００２】
マイクロメカニックな機能とは、任意の能動的な機能、例えばセンサ機能、あるいは受動的な機能、例えば導体路機能を指すものとする。
【０００３】
任意のマイクロメカニックな構造エレメント及び組織、特にセンサ及びアクチュエータ、に適用可能であるにもかかわらず、本発明並びにその根底をなす問題は、ケイ素表面マイクロメカニックの技術で製作可能なマイクロメカニックな構造エレメント、例えば加速センサに関して説明する。
【０００４】
一般に、表面マイクロメカニック（ＯＭＭ）において、一体的に集積された不活性のセンサであって、敏感な可動の組織が保護されずにチップ上にとりつけられているもの（アナログデバイス）は公知である。これによって、取り扱い及び梱包の際に高められた費用が生じる。
【０００５】
この問題を、評価回路を別個のチップ上に備えているセンサによって迂回することができ、例えばこの場合、ＯＭＭ組織は第２のキャップウェーハによって覆われている。この形式の梱包はＯＭＭ加速度センサの費用のかなりの部分を占める。これらの費用は、キャップウェーハとセンサウェーハとの間のシール面の高度の面需要によって、かつ、キャップウェーハの高価な組織（２−３マスク、ばらマイクロメカニック）に基づいて生じる。
【０００６】
DE 195 37 814 A1には、機能的な層システムの構造及び表面マイクロメカニックでセンサを気密に覆う方法が記載されている。この場合、センサ組織の製作は公知の技術的な方法によって説明されている。前述の気密の梱包はケイ素から成る別個のキャップウェーハによって行われ、このキャップウェーハは、例えばＫＯＨエッチングのような高価な組織化プロセスによって組織化される。キャップウェーハはガラスろう（シールガラス）により、センサを備えた基板（センサウェーハ）上に取り付けられる。このために、各センサチップの回りに幅広いボンディング枠が、キャップの充分な付着及びシール性を保証するために必要である。このことは、センサウェーハ当たりのセンサチップの数を著しく制限する。大きな所要スペース及びキャップウェーハの高価な製作費に基づいて、センサ梱包のために著しい費用が必要である。
【０００７】
図１０は公知のマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【０００８】
図１０においては、１０は半導体基板を、ＯＳは犠牲層を、ＦＥはマイクロメカニックな機能組織（例えば加速度センサ）を備えた機能平面を、ＳＧはシールガラスを、ＨＯは中空室を、かつ、ＫＷはキャップウェーハを、示す。既に述べたように、相応する製作法は比較的に高価である。それは、２つのウェーハ、すなわち基板ウェーハ１０及びキャップウェーハＫＷが必要であり、これらのウェーハは正確に互いに調節しなければならないからである。
【０００９】
G. Lammel、P. Renaud著“自由に立つ、可動の３Ｄの気孔性ケイ素のマイクロ組織”「固体トランジスタの第１３回ヨーロッパ会議の議事録」ユウロセンサーズXIII、ハーグ、１９９９年、ページ５３５〜５３６から、気孔性のケイ素層の下方に中空室を生ぜしめることが公知である。
【００１０】
発明の利点
請求項１の特徴を備えた本発明によるマイクロメカニックな構造エレメント若しくは請求項１５による製法は、マイクロメカニックな構造エレメント、例えば加速度センサ、マイクロポンプ、流動通路、逆止め弁、貫流標準などを気孔性の基板材料を使用して、簡単かつ安価に製作することを可能にする。
【００１１】
このような気孔性の基板材料、特に気孔性のケイ素、を使用することによって、比較的に簡単に、１つのプロセスステップ内で、その上に位置するダイヤフラムを備えた中空室を製作することができる。同じプロセスステップ内で、マイクロメカニックな組織を製作することができる。本発明によるマイクロメカニックな構造エレメント及び相応する製法の重要な利点は要するに：
−マイクロメカニックな組織を製作すること、
−ただ１つのプロセスステップ内で、その上にダイヤフラムを備えている中空室内で、
−ウェーハ対ウェーハの調節を備えたキャップウェーハを必要としないこと、
−中空室内に真空を封入することが可能であること、
−複雑な深さプロフィールを備えた組織の製作が可能であること、
である。
【００１２】
本発明の根底をなす思想は、マイクロメカニックな気能組織が、第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る範囲を有しており、これらの範囲は部分的に中空室により取り囲まれており、かつ、カバー層は基板材料から成る気孔性の層を有していることに存する。製作の際に、基板の陽極酸化の場合にｐドーピングされた範囲が良好にエッチング可能であり、しかしながらｎドーピングされた範囲は表面においてエッチング不能あるいは単にわずかにしかエッチング可能でないことが、利用される。
【００１３】
従属請求項においては、本発明のその都度の対象の有利な展開及び改善が記載されている。
【００１４】
好ましい１展開によれば、気孔性の層の気孔を閉鎖するための閉鎖層が設けられている。このようにして、ダイヤフラムの下側に所定の雰囲気を生ぜしめることができる。
【００１５】
別の好ましい１展開によれば、閉鎖層は、気孔性の範囲上に形成された酸化物層を有している。
【００１６】
別の好ましい１展開によれば、第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る範囲の少なくとも１つが、気孔性の範囲を支持するための支持範囲を有している。
【００１７】
別の好ましい１展開によれば、第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る範囲の少なくとも１つが、完全にその周囲から離されている。
【００１８】
別の好ましい１展開によれば、中空室が流動通路を有しており、この流動通路は、少なくとも２つの背面開口によって接続可能である。
【００１９】
別の好ましい１展開によれば、背面開口がそれぞれの貫通開口を介して接続されており、この接続開口は範囲内に形成されている。
【００２０】
別の好ましい１展開によれば、気孔性の層の気孔を閉鎖するための閉鎖層が設けられており、かつ、この閉鎖層上に、流動速度を圧電抵抗性に把握するための把握装置が設けられている。
【００２１】
別の好ましい１展開によれば、流動通路の内部において逆止め弁装置が相応する貫通開口の上方に設けられており、この逆止め弁装置は、第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る範囲の少なくとも１つを有しており、この範囲は、完全にその周囲から離されているか、あるいはばね作用をもって基板と結合されている。
【００２２】
別の好ましい１展開によれば、互いに異なる幾何条件の２つの逆止め弁装置が相応する貫通開口の上方に設けられており、その際気孔性の層の気孔を閉鎖するための閉鎖層が設けられており、かつ、気孔性の範囲が、ポンプダイヤフラムとしての閉鎖層により操作可能である。
【００２３】
別の好ましい１展開によれば、中空室が円形の内側の流動通路と、同心的な外側の流動通路とを有しており、これらの流動通路は、第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る分離範囲内の半径方向の貫通開口によって互いに接続されており、その際内側の流動通路がウェブによって中断されており、かつ、ウェブの一方の側において背面入口開口が、また、ウェブの他方の側において第１の背面出口開口が設けられており、かつ、その際外側の流動通路内に第２の背面出口開口が設けられており、これにより、背面入口開口を通って流入した媒体が、遠心力によって、質量に特有に、第１及び第２の背面出口開口により分離可能である。
【００２４】
別の好ましい１展開によれば、基板が少なくとも１つの溝を有しており、この溝は、部分的に第２のドーピングタイプのドーピング物質でかつ部分的に充てん材料で満たされている。
【００２５】
別の好ましい１展開によれば、基板材料はケイ素である。
【００２６】
別の好ましい１展開によれば、第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る範囲が基板内の種々の深さに設けられている。
【００２７】
実施例の説明
本発明の実施例は図面に示されており、以下において詳説する。
【００２８】
図面において、同じ符号は同じか又は機能が同じコンポーネントを示す。
【００２９】
図１ａ〜ｃは、マイクロメカニックな構造エレメントを製作するための本発明による製法の１実施形を説明するための概略的な横断面図を示す。
【００３０】
図１ａにおいて、１０はｐドーピングされた、ケイ素から成るウェーハ基板を示し、１５はｎドーピングされた、基板１０の範囲を示し、２０は金属マスクを示し、かつ、２１は金属マスク開口を示す。
【００３１】
本実施形による方法では、基板１０内のｎドーピングされた範囲は、標準半導体プロセスにより、ｐドーピングされた基板１０内に生ぜしめられる。このようなプロセスの例は、インプランテーション法であり、エネルギの調整によって浸入深さを相応する分配をもって固定することができる。ｎドーピングされた範囲１５はこれにより基板表面の下側のある程度の深さのところにあり、かつ、可能ならば、図示されてはいないが、基板表面に配置されている。
【００３２】
続くプロセスステップにおいて、基板表面の部分が金属マスク２０でマスクされる。金属マスク２０の代わりに、窒化物マスク、酸窒化物マスクあるいは類似物を使用することもできる。
【００３３】
図１ｂに関して、マスク２０によって規定された、基板１０の範囲が、フッ化水素酸（ＨＦ）によって電気化学的に気孔性にエッチングされる。気孔性はこの場合電流密度によって制御される。最初はわずかな電流密度が印加され、これによって小さな気孔性を備えた層が生ぜしめられる。次いで電流密度が臨界値の上方に高められる。付加的にフッ化水素酸を減少させることができ、あるいは、Ｈ２の形成を阻止する他の溶液を使用することができる。これにより気孔性の層３０の下側の範囲内の気孔は大きくなり、基板材料が完全にエッチングされ、かつ、中空室５０が残りの気孔性の層３０の下方に形成される。このことは、電解研磨と呼ばれる。材料除去はこの場合気孔性の層３０を通して行われる。
【００３４】
このようにして形成された、範囲１５によって形成された機能平面内の組織は、解放された組織６０と固定の組織７０とを有しており、及び特に支持範囲４０によって気孔性の層３０と結合されている組織エレメントも、要するにいわばダイヤフラム支持体を形成している組織エレメントも、有している。ｎドーピングされた組織の幅に応じて、組織は要するに特にアンダーエッチングをすることもでき、かつ、これにより解放することができる（図１ｂにおける符号６０を見よ）。
【００３５】
この実施形による本発明による製法では、半導体基板内の種々異なるドーピング、ここではｎとｐ、が電気化学的なエッチング攻撃に異なって反応することが利用される。特に、半導体基板１０内のｐドーピングされた範囲は極めて良好に陽極酸化せしめることができ、ｎドーピングされた範囲１５はこれに対しエッチング攻撃に対して極めて良好に抵抗する。埋められた、ｎドーピングされた範囲１５はしたがって陽極酸化中に攻撃されない。ｎドーピングされた範囲１５上の、万一表面に形成される、気孔性のフィルムはＨ２内での温度処理によって、あるいはケイ素をエッチングする溶液、例えばＴＭＡＨ、あるいはＫＯＨを含有する溶液内に短く漬けることによって、取り除くことができる。エッチングフロントはこの場合、ｎドーピングされた範囲１５の回りを延びる。
【００３６】
図１ｃに関して、気孔性のケイ素範囲３０の、中空室５０を上方に向かって制限する気孔は、種々のプロセスによって閉じることができる。可能なのは、閉鎖層７５の形成のための、気孔性の層３０の、酸化物、窒化物、金属、エピタクシーあるいは酸化による層分離である。Ｈ２内での温度処理、例えば１０００℃よりも上方の温度での温度処理も、真空密の閉鎖を生ぜしめることができる。閉鎖プロセス中の圧力比は中空室５０内に生ずる内圧を定め、その際Ｈ２は温度処理によって拡散することができる。
【００３７】
図１ｃに示した組織は加速度センサとして役立つことができる。公知の形式で、解放された組織６０が横加速度の場合に振動することができ、これによって、周期的に、解放されている組織６０と固定の組織７０との間の間隔が変化する。間隔変化は公知の形式でインターデジタルコンデンサによって容量性に評価することができる。真空を閉鎖ダイヤフラムの下方で気孔性の範囲３０と閉鎖層７５との間に封入しておく場合には、これは前述の支持範囲４０によって安定化することができる。
【００３８】
オプションとして、この方法で制作されたすべてのマイクロメカニックな組織は相応する積層回路、例えば評価回路、と一緒に、製作することができる。このために、選択的に、気孔性の範囲上に、エピタクシー層を分離することができる。相応する回路要素は例えばＣＭＯＳ、バイポーラプロセスあるいは混合プロセスで製作される。
【００３９】
図２は、図１に示した本発明による製法の実施形の変化形を示す。
【００４０】
図２において、符号２００はドーピングマスクを示し、２０１はドーピングマスク開口を示す。図１ａ〜ｃによる金属マスク２０と異なって、この実施形ではｎドーピングがマスク２００として使用される。もちろん、マスクとしての、ｎドーピングと、かつ、ドーピングされた基板表面上の付加的なマスク層、例えば窒化物、とを組み合わせることも、可能である。
【００４１】
図３ａ、ｂは図１に示した本発明による製法の実施形の別の変化形を示す。
【００４２】
図３の変化形では、ｎドーピングされた範囲１５は種々の深さに設けられている。このことは、特に種々のインプランテーションエネルギを選択することによって可能である。これによって、極めて複雑な深さプロフールを備えた組織も製作することができる。図３ａ、ｂに示した例では、ｎドーピングされた範囲１５ａを備えた上方の機能平面を形成するため、及び、ｎドーピングされた範囲１５ｃを備えた機能平面を製作するために、２つの異なったインプランテーションが行われている。その他の点では、方法ステップは、既に図１ａ〜ｃに関して詳細に説明したように、行われる。
【００４３】
第２の機能平面を取り付ける別の可能性は、第１のインプランテーション後にエピタクシー層を取り付け、このエピタクシー層内に第２の機能平面をインプランテーションすることである。
【００４４】
図４ａ〜ｄは図１に示した本発明による製法の実施形のなお別の変化形を示す。
【００４５】
図４ａにおいて、８０は、既に導入された符号に対して付加的に、ｐドーピングされた半導体基板１０内の溝を示す。これらの溝は普通の技術により、半導体基板１０内に取り付けられ、例えば硬質マスクと結合したエッチング技術によって、取り付けられる。
【００４６】
図４ｂに示すように、溝８０を形成した後に、ｎドーピングされた被覆層９０、例えばエピタクシーケイ素、により気相被覆が行われ、これによりｎドーピングされた範囲１５ｃが形成される。次いで、図４ｃに示すように、溝が充てん材料、例えばポリケイ素、によって満たされ、かつ、得られた組織が平面化される。最後に図４ｄに関連して、エピタクシーポリケイ素層１５０の分離が行われる。
【００４７】
溝形成、ドーピング、充てん及びエピタクシー分離のこのやり方は、周期的に繰り返され、複雑な深さプロフィールが生ぜしめられる。特に、溝８０及び被覆層９０によってｎドーピングされた範囲を生ぜしめるこの変化形は、高い観点比を備えた極めて鋭いドーピングプロフィールの形成を可能にする。充てんのために、例えばｎドーピングされたポリケイ素の他に、酸化物、ＢＰＳＧ及び類似物も使用することができる。特に充てん材料１００は、生ぜしめられる組織がどのように見えるかに応じて、ｎドーピング又はｐドーピングされていることができる。
【００４８】
図４ｄに続いて、図１ｂ及びｃに関連して説明した別のプロセスステップが行われる。
【００４９】
図５ａ、ｂは、本発明の第１実施形によるマイクロメカニック並びに構造エレメントの概略的な横断面図及び平面図を示す。
【００５０】
図５ａ、ｂは、規定された貫通開口を備えた、分岐した流動通路としての適用を示す。この実施形では、貫通開口は背面開口５１０として設けられているのに対し、気孔性の範囲３０は閉鎖層７５によって気密に閉鎖されている。ｎドーピングされた範囲１５は中空室５０ａを下方に向かって制限するのに役立ち、かつ、これにより流動通路の底として役立つ。流動通路のｙ形の組織は適当なマスクがけによって達成することができる。
【００５１】
特に図５ａ、ｂに示した組織においては、貫通開口５２０が設けられており、これはｎドーピングされた範囲１５内に設けられていて、かつ、背面開口５１０のエッチングの際に背面から、貫通がそれほど大きくないようにする。このことは、相応する萼形の背面エッチングプロフィールによって示されている。この限りにおいて、ｎドーピングされた範囲１５は、背面からのエッチングのためのエッチングストップとしても作用する。
【００５２】
図５ａ、ｂによる組織の図示していない１展開では、付加的なエピタクシー層が分離され、かつ、その上に出力構造エレメント、例えば出力トランジスタが実現される。その場合流動通路は冷却液体又は冷却ガス若しくは他の冷却媒体を導き、これにより出力構造エレメントは背面から良好な熱的な連結によって冷却することができる。このことは、前面からの冷却に対して、表面を冷却剤に対して保護する必要がないという利点を有している。好ましくは、この図示されていない適用のために、流動通路はジグザグ形にあるいは他の方向に入り組ませて構成されている。
【００５３】
図６ａ、ｂは、本発明の第２実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図及び平面図を示す。
【００５４】
図６ａ、ｂに示した組織は、図５ａ、ｂに示した組織の１展開である。この場合、圧電抵抗の抵抗エレメント６３０，６３０′が気孔性の範囲３０の上方の閉鎖層７５上に設けられている。流動方向ＳＴで流動速度が異なっている場合に、これにより異なった圧力が生じ、この圧力はダイヤフラム及びひいては圧電抵抗の抵抗６３０，６３０′に異なった強さの電圧を作用させる。これから生じた抵抗変化は評価することができる。可能なのは、従来の熱的な質量流センサに類似した温度感知器を備えた加熱組織も使用することである。
【００５５】
有利にはこの場合、質量流を背面から供給することによって、抵抗エレメント６３０，６３０′の媒体保護が必要でないことである。
【００５６】
図７ａ、ｂは、本発明の第３実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの、マイクロ閉鎖球又はマイクロ閉鎖プレートを備えた、横断面図を示す。
【００５７】
図７ａ、ｂに示した実施形は逆止め弁に関するものである。この場合、７３０は図７ａのマイクロ閉鎖球を示し、７４０は図７ｂのマイクロ閉鎖プレートを示し、これらはｎドーピングされた範囲１５ｂ内の貫通開口７２０と共に、逆止め弁を形成している。この場合、マイクロ閉鎖球７３０若しくはマイクロ閉鎖プレート７４０は、陽極酸化プロセス中に貫通通路若しくは貫通開口７２０と同時に生ぜしめられ、かつ、逆流の際に貫通開口７２０のシールを行う。
【００５８】
図８ａ、ｂは本発明の第４実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図及び平面図を示す。
【００５９】
図８ａ、ｂに示した例は、マイクロポンプである。この例では、気孔性の範囲３０及び閉鎖層７５から成るダイヤフラムは薄く構成されていて、かつ、方向ＭＡに変位可能である。
【００６０】
このような変位は、例えば、磁気的な層が閉鎖層７５として使用され、これが電磁石によって変位可能であるようにすることによって、実現することができる。同様に、ダイヤフラムを熱的に変位させること、あるいは静電的な変位も考えることができる。この場合、中空室５０ｄが容積を増減し、かつ、２つの異なった逆止め弁８３０，８３０′を使用することによって、流動方向ＳＴを教え込むことができる。この例では逆止め弁８３０は球形に構成されていて、逆止め弁８３０′はだ円体の形に構成されており、このだ円体はだ円体形に細長い開口と協働する。
【００６１】
ダイヤフラムが上方に向かって変位する場合、逆止め弁８３０′は右側の入口を閉じるのに対し、逆止め弁８３０は液体が流れることができる。これにより、左側の貫通開口を通って液体が吸い込まれる。下方に向かっての変位の際に、左側の逆止め弁８３０は円形の貫通開口を閉じるのに対し、右側の可逆止め弁８３０′を通って液体が流れることができる。これにより、吸い込まれた液体が右側の貫通開口を通って押し出される。
【００６２】
図９ａ、ｂは、本発明の第５実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図及び平面図を示す。
【００６３】
図９ａ、ｂに示した組織はガス遠心分離器である。ガス遠心分離器は円形の内側の流動通路５０ｅ及び同心的な外側の流動通路５０ｆを有しており、これらの流動通路は基板材料から成る分離範囲１５内の半径方向の貫通開口９０５によって、互いに接続されている。内側の流動通路はウェブ９１０によって中断されている。ウェブの一方の側には背面入口開口Ｅがあり、ウェブ９１０の他方の側には第１の背面出口開口Ａ１が設けられている。外側の流動通路５０ｆ内には、第２の背面津口開口Ａ２が端部に設けられている。これにより、背面入口開口Ｅを通って流入した媒体は遠心力によって質量に特有に第１の若しくは第２の背面出口開口Ａ１，Ａ２に導かれる。換言すれば、遠心力によって、より重いガス成分が外側の流動通路５０ｆに押されるのに対し、より軽いガス成分は内側の流動通路５０ｅに残る。当該の分離作用を強めるために、複数のこのようなガス遠心分離器を互いに直列に接続することができる。
【００６４】
本発明は、以上、好ましい実施例によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、多様な形式で変形させることができる。
【００６５】
特に、例えばゲルマニウムのような任意のマイクロメカニックな基礎材料を使用することができ、かつ、単に例として述べたケイ素基板に限定されるものではない。また任意のセンサ組織を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 マイクロメカニックな構造エレメントを製作する、本発明による製法の１実施形を表すための横断面図である。
【図１ｂ】 マイクロメカニックな構造エレメントを製作する、本発明による製法の１実施例を表すための横断面図である。
【図１ｃ】 マイクロメカニックな構造エレメントを製作する、本発明による製法の１実施例を表すための横断面図を示す。
【図２】 図１ａに示した本発明による製法の実施形の１変化形を示す。
【図３ａ】 図１に示した本発明による製法の実施形の別の変化形を示す。
【図３ｂ】 図１に示した本発明による製法の実施形の別の変化形を示す。
【図４ａ】 図１の示した本発明による製法の実施形のなお別の変化形を示す。
【図４ｂ】 図１の示した本発明による製法の実施形のなお別の変化形を示す。
【図４ｃ】 図１の示した本発明による製法の実施形のなお別の変化形を示す。
【図４ｄ】 図１の示した本発明による製法の実施形のなお別の変化形を示す。
【図５ａ】 本発明の第１の実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【図５ｂ】 本発明の第１の実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な平面図を示す。
【図６ａ】 本発明の第２の実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【図６ｂ】 本発明の第２の実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な平面図を示す。
【図７ａ】 本発明の第３の実施形の、マイクロ閉鎖球を備えた、マイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【図７ｂ】 本発明の第３の実施形の、マイクロ閉鎖プレートを備えた、マイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【図８ａ】 本発明の第４実施形のマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【図８ｂ】 本発明の第４実施形のマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な平面図を示す。
【図９ａ】 本発明の第１実施形のマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【図９ｂ】 本発明の第１実施形のマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な平面図を示す。
【図１０】 公知のマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【符号の説明】
１０ ウェーハ基板、 １５ ｎドーピング範囲、 １５ａ ｎドーピング範囲、 １５ｂ ｎドーピング範囲、 １５ｃ ｎドーピング範囲、 ２０ 金属マスク、 ２１ 金属マスク開口、 ３０ 気孔性の層、 ４０ 支持範囲、 ５０ 中空室、 ５０ａ 中空室、 ５０ｄ 中空室、 ５０ｅ 流動通路、 ５０ｆ 流動通路、 ６０ 組織、 ７０ 組織、 ７５ 閉鎖層、 ８０ 溝、 ９０ ｎドーピングの被覆層、 １００ 充てん材料、 １５０ エピタクシーポリケイ素層、 ２００ ドーピングマスク、 ２０１ ドーピングマスク開口、 ５１０ 背面開口、 ５２０ 貫通開口、 ６３０ 抵抗エレメント、 ６３０′ 抵抗エレメント、７２０ 貫通開口、 ７３０ マイクロ閉鎖球、 ７４０ マイクロ閉鎖プレート、 ８３０ 逆止め弁、 ８３０′ 逆止め弁、 ９０５ 貫通開口、 ９１０ ウェブ、 Ｅ 背面入口開口、 Ａ１ 背面出口開口、 Ａ２ 背面出口開口、 ＦＥ 機能平面、 ＨＯ 中空室、 ＫＷ キャップウェーハ、 ＭＡ 方向、 ＯＳ 犠牲層、 ＳＧ シールガラス、 ＳＴ 流動方向
背景技術
本発明は、第１のドーピングを備えた基板材料と、基板内に設けられたマイクロメカニックな機能組織と、マイクロメカニックな機能組織を少なくとも部分的に覆うためのカバー層とを備えているマイクロメカニックな構造エレメントに関する。本発明はやはり相応する製法に関する。
【０００２】
マイクロメカニックな機能とは、任意の能動的な機能、例えばセンサ機能、あるいは受動的な機能、例えば導体路機能を指すものとする。
【０００３】
任意のマイクロメカニックな構造エレメント及び組織、特にセンサ及びアクチュエータ、に適用可能であるにもかかわらず、本発明並びにその根底をなす問題は、ケイ素表面マイクロメカニックの技術で製作可能なマイクロメカニックな構造エレメント、例えば加速センサに関して説明する。
【０００４】
一般に、表面マイクロメカニック（ＯＭＭ）において、一体的に集積された不活性のセンサであって、敏感な可動の組織が保護されずにチップ上にとりつけられているもの（アナログデバイス）は公知である。これによって、取り扱い及び梱包の際に高められた費用が生じる。
【０００５】
この問題を、評価回路を別個のチップ上に備えているセンサによって迂回することができ、例えばこの場合、ＯＭＭ組織は第２のキャップウェーハによって覆われている。この形式の梱包はＯＭＭ加速度センサの費用のかなりの部分を占める。これらの費用は、キャップウェーハとセンサウェーハとの間のシール面の高度の面需要によって、かつ、キャップウェーハの高価な組織（２−３マスク、ばらマイクロメカニック）に基づいて生じる。
【０００６】
DE 195 37 814 A1には、機能的な層システムの構造及び表面マイクロメカニックでセンサを気密に覆う方法が記載されている。この場合、センサ組織の製作は公知の技術的な方法によって説明されている。前述の気密の梱包はケイ素から成る別個のキャップウェーハによって行われ、このキャップウェーハは、例えばＫＯＨエッチングのような高価な組織化プロセスによって組織化される。キャップウェーハはガラスろう（シールガラス）により、センサを備えた基板（センサウェーハ）上に取り付けられる。このために、各センサチップの回りに幅広いボンディング枠が、キャップの充分な付着及びシール性を保証するために必要である。このことは、センサウェーハ当たりのセンサチップの数を著しく制限する。大きな所要スペース及びキャップウェーハの高価な製作費に基づいて、センサ梱包のために著しい費用が必要である。
【０００７】
図１０は公知のマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【０００８】
図１０においては、１０は半導体基板を、ＯＳは犠牲層を、ＦＥはマイクロメカニックな機能組織（例えば加速度センサ）を備えた機能平面を、ＳＧはシールガラスを、ＨＯは中空室を、かつ、ＫＷはキャップウェーハを、示す。既に述べたように、相応する製作法は比較的に高価である。それは、２つのウェーハ、すなわち基板ウェーハ１０及びキャップウェーハＫＷが必要であり、これらのウェーハは正確に互いに調節しなければならないからである。
【０００９】
G. Lammel、P. Renaud著“自由に立つ、可動の３Ｄの気孔性ケイ素のマイクロ組織”「固体トランジスタの第１３回ヨーロッパ会議の議事録」ユウロセンサーズXIII、ハーグ、１９９９年、ページ５３５〜５３６から、気孔性のケイ素層の下方に中空室を生ぜしめることが公知である。
【００１０】
発明の利点
請求項１の特徴を備えた本発明によるマイクロメカニックな構造エレメント若しくは請求項１５による製法は、マイクロメカニックな構造エレメント、例えば加速度センサ、マイクロポンプ、流動通路、逆止め弁、貫流標準などを気孔性の基板材料を使用して、簡単かつ安価に製作することを可能にする。
【００１１】
このような気孔性の基板材料、特に気孔性のケイ素、を使用することによって、比較的に簡単に、１つのプロセスステップ内で、その上に位置するダイヤフラムを備えた中空室を製作することができる。同じプロセスステップ内で、マイクロメカニックな組織を製作することができる。本発明によるマイクロメカニックな構造エレメント及び相応する製法の重要な利点は要するに：
−マイクロメカニックな組織を製作すること、
−ただ１つのプロセスステップ内で、その上にダイヤフラムを備えている中空室内で、
−ウェーハ対ウェーハの調節を備えたキャップウェーハを必要としないこと、
−中空室内に真空を封入することが可能であること、
−複雑な深さプロフィールを備えた組織の製作が可能であること、
である。
【００１２】
本発明の根底をなす思想は、マイクロメカニックな気能組織が、第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る範囲を有しており、これらの範囲は部分的に中空室により取り囲まれており、かつ、カバー層は基板材料から成る気孔性の層を有していることに存する。製作の際に、基板の陽極酸化の場合にｐドーピングされた範囲が良好にエッチング可能であり、しかしながらｎドーピングされた範囲は表面においてエッチング不能あるいは単にわずかにしかエッチング可能でないことが、利用される。
【００１３】
従属請求項においては、本発明のその都度の対象の有利な展開及び改善が記載されている。
【００１４】
好ましい１展開によれば、気孔性の層の気孔を閉鎖するための閉鎖層が設けられている。このようにして、ダイヤフラムの下側に所定の雰囲気を生ぜしめることができる。
【００１５】
別の好ましい１展開によれば、閉鎖層は、気孔性の範囲上に形成された酸化物層を有している。
【００１６】
別の好ましい１展開によれば、第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る範囲の少なくとも１つが、気孔性の範囲を支持するための支持範囲を有している。
【００１７】
別の好ましい１展開によれば、第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る範囲の少なくとも１つが、完全にその周囲から離されている。
【００１８】
別の好ましい１展開によれば、中空室が流動通路を有しており、この流動通路は、少なくとも２つの背面開口によって接続可能である。
【００１９】
別の好ましい１展開によれば、背面開口がそれぞれの貫通開口を介して接続されており、この接続開口は範囲内に形成されている。
【００２０】
別の好ましい１展開によれば、気孔性の層の気孔を閉鎖するための閉鎖層が設けられており、かつ、この閉鎖層上に、流動速度を圧電抵抗性に把握するための把握装置が設けられている。
【００２１】
別の好ましい１展開によれば、流動通路の内部において逆止め弁装置が相応する貫通開口の上方に設けられており、この逆止め弁装置は、第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る範囲の少なくとも１つを有しており、この範囲は、完全にその周囲から離されているか、あるいはばね作用をもって基板と結合されている。
【００２２】
別の好ましい１展開によれば、互いに異なる幾何条件の２つの逆止め弁装置が相応する貫通開口の上方に設けられており、その際気孔性の層の気孔を閉鎖するための閉鎖層が設けられており、かつ、気孔性の範囲が、ポンプダイヤフラムとしての閉鎖層により操作可能である。
【００２３】
別の好ましい１展開によれば、中空室が円形の内側の流動通路と、同心的な外側の流動通路とを有しており、これらの流動通路は、第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る分離範囲内の半径方向の貫通開口によって互いに接続されており、その際内側の流動通路がウェブによって中断されており、かつ、ウェブの一方の側において背面入口開口が、また、ウェブの他方の側において第１の背面出口開口が設けられており、かつ、その際外側の流動通路内に第２の背面出口開口が設けられており、これにより、背面入口開口を通って流入した媒体が、遠心力によって、質量に特有に、第１及び第２の背面出口開口により分離可能である。
【００２４】
別の好ましい１展開によれば、基板が少なくとも１つの溝を有しており、この溝は、部分的に第２のドーピングタイプのドーピング物質でかつ部分的に充てん材料で満たされている。
【００２５】
別の好ましい１展開によれば、基板材料はケイ素である。
【００２６】
別の好ましい１展開によれば、第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る範囲が基板内の種々の深さに設けられている。
【００２７】
実施例の説明
本発明の実施例は図面に示されており、以下において詳説する。
【００２８】
図面において、同じ符号は同じか又は機能が同じコンポーネントを示す。
【００２９】
図１ａ〜ｃは、マイクロメカニックな構造エレメントを製作するための本発明による製法の１実施形を説明するための概略的な横断面図を示す。
【００３０】
図１ａにおいて、１０はｐドーピングされた、ケイ素から成るウェーハ基板を示し、１５はｎドーピングされた、基板１０の範囲を示し、２０は金属マスクを示し、かつ、２１は金属マスク開口を示す。
【００３１】
本実施形による方法では、基板１０内のｎドーピングされた範囲は、標準半導体プロセスにより、ｐドーピングされた基板１０内に生ぜしめられる。このようなプロセスの例は、インプランテーション法であり、エネルギの調整によって浸入深さを相応する分配をもって固定することができる。ｎドーピングされた範囲１５はこれにより基板表面の下側のある程度の深さのところにあり、かつ、可能ならば、図示されてはいないが、基板表面に配置されている。
【００３２】
続くプロセスステップにおいて、基板表面の部分が金属マスク２０でマスクされる。金属マスク２０の代わりに、窒化物マスク、酸窒化物マスクあるいは類似物を使用することもできる。
【００３３】
図１ｂに関して、マスク２０によって規定された、基板１０の範囲が、フッ化水素酸（ＨＦ）によって電気化学的に気孔性にエッチングされる。気孔性はこの場合電流密度によって制御される。最初はわずかな電流密度が印加され、これによって小さな気孔性を備えた層が生ぜしめられる。次いで電流密度が臨界値の上方に高められる。付加的にフッ化水素酸を減少させることができ、あるいは、Ｈ２の形成を阻止する他の溶液を使用することができる。これにより気孔性の層３０の下側の範囲内の気孔は大きくなり、基板材料が完全にエッチングされ、かつ、中空室５０が残りの気孔性の層３０の下方に形成される。このことは、電解研磨と呼ばれる。材料除去はこの場合気孔性の層３０を通して行われる。
【００３４】
このようにして形成された、範囲１５によって形成された機能平面内の組織は、解放された組織６０と固定の組織７０とを有しており、及び特に支持範囲４０によって気孔性の層３０と結合されている組織エレメントも、要するにいわばダイヤフラム支持体を形成している組織エレメントも、有している。ｎドーピングされた組織の幅に応じて、組織は要するに特にアンダーエッチングをすることもでき、かつ、これにより解放することができる（図１ｂにおける符号６０を見よ）。
【００３５】
この実施形による本発明による製法では、半導体基板内の種々異なるドーピング、ここではｎとｐ、が電気化学的なエッチング攻撃に異なって反応することが利用される。特に、半導体基板１０内のｐドーピングされた範囲は極めて良好に陽極酸化せしめることができ、ｎドーピングされた範囲１５はこれに対しエッチング攻撃に対して極めて良好に抵抗する。埋められた、ｎドーピングされた範囲１５はしたがって陽極酸化中に攻撃されない。ｎドーピングされた範囲１５上の、万一表面に形成される、気孔性のフィルムはＨ２内での温度処理によって、あるいはケイ素をエッチングする溶液、例えばＴＭＡＨ、あるいはＫＯＨを含有する溶液内に短く漬けることによって、取り除くことができる。エッチングフロントはこの場合、ｎドーピングされた範囲１５の回りを延びる。
【００３６】
図１ｃに関して、気孔性のケイ素範囲３０の、中空室５０を上方に向かって制限する気孔は、種々のプロセスによって閉じることができる。可能なのは、閉鎖層７５の形成のための、気孔性の層３０の、酸化物、窒化物、金属、エピタクシーあるいは酸化による層分離である。Ｈ２内での温度処理、例えば１０００℃よりも上方の温度での温度処理も、真空密の閉鎖を生ぜしめることができる。閉鎖プロセス中の圧力比は中空室５０内に生ずる内圧を定め、その際Ｈ２は温度処理によって拡散することができる。
【００３７】
図１ｃに示した組織は加速度センサとして役立つことができる。公知の形式で、解放された組織６０が横加速度の場合に振動することができ、これによって、周期的に、解放されている組織６０と固定の組織７０との間の間隔が変化する。間隔変化は公知の形式でインターデジタルコンデンサによって容量性に評価することができる。真空を閉鎖ダイヤフラムの下方で気孔性の範囲３０と閉鎖層７５との間に封入しておく場合には、これは前述の支持範囲４０によって安定化することができる。
【００３８】
オプションとして、この方法で制作されたすべてのマイクロメカニックな組織は相応する積層回路、例えば評価回路、と一緒に、製作することができる。このために、選択的に、気孔性の範囲上に、エピタクシー層を分離することができる。相応する回路要素は例えばＣＭＯＳ、バイポーラプロセスあるいは混合プロセスで製作される。
【００３９】
図２は、図１に示した本発明による製法の実施形の変化形を示す。
【００４０】
図２において、符号２００はドーピングマスクを示し、２０１はドーピングマスク開口を示す。図１ａ〜ｃによる金属マスク２０と異なって、この実施形ではｎドーピングがマスク２００として使用される。もちろん、マスクとしての、ｎドーピングと、かつ、ドーピングされた基板表面上の付加的なマスク層、例えば窒化物、とを組み合わせることも、可能である。
【００４１】
図３ａ、ｂは図１に示した本発明による製法の実施形の別の変化形を示す。
【００４２】
図３の変化形では、ｎドーピングされた範囲１５は種々の深さに設けられている。このことは、特に種々のインプランテーションエネルギを選択することによって可能である。これによって、極めて複雑な深さプロフールを備えた組織も製作することができる。図３ａ、ｂに示した例では、ｎドーピングされた範囲１５ａを備えた上方の機能平面を形成するため、及び、ｎドーピングされた範囲１５ｃを備えた機能平面を製作するために、２つの異なったインプランテーションが行われている。その他の点では、方法ステップは、既に図１ａ〜ｃに関して詳細に説明したように、行われる。
【００４３】
第２の機能平面を取り付ける別の可能性は、第１のインプランテーション後にエピタクシー層を取り付け、このエピタクシー層内に第２の機能平面をインプランテーションすることである。
【００４４】
図４ａ〜ｄは図１に示した本発明による製法の実施形のなお別の変化形を示す。
【００４５】
図４ａにおいて、８０は、既に導入された符号に対して付加的に、ｐドーピングされた半導体基板１０内の溝を示す。これらの溝は普通の技術により、半導体基板１０内に取り付けられ、例えば硬質マスクと結合したエッチング技術によって、取り付けられる。
【００４６】
図４ｂに示すように、溝８０を形成した後に、ｎドーピングされた被覆層９０、例えばエピタクシーケイ素、により気相被覆が行われ、これによりｎドーピングされた範囲１５ｃが形成される。次いで、図４ｃに示すように、溝が充てん材料、例えばポリケイ素、によって満たされ、かつ、得られた組織が平面化される。最後に図４ｄに関連して、エピタクシーポリケイ素層１５０の分離が行われる。
【００４７】
溝形成、ドーピング、充てん及びエピタクシー分離のこのやり方は、周期的に繰り返され、複雑な深さプロフィールが生ぜしめられる。特に、溝８０及び被覆層９０によってｎドーピングされた範囲を生ぜしめるこの変化形は、高い観点比を備えた極めて鋭いドーピングプロフィールの形成を可能にする。充てんのために、例えばｎドーピングされたポリケイ素の他に、酸化物、ＢＰＳＧ及び類似物も使用することができる。特に充てん材料１００は、生ぜしめられる組織がどのように見えるかに応じて、ｎドーピング又はｐドーピングされていることができる。
【００４８】
図４ｄに続いて、図１ｂ及びｃに関連して説明した別のプロセスステップが行われる。
【００４９】
図５ａ、ｂは、本発明の第１実施形によるマイクロメカニック並びに構造エレメントの概略的な横断面図及び平面図を示す。
【００５０】
図５ａ、ｂは、規定された貫通開口を備えた、分岐した流動通路としての適用を示す。この実施形では、貫通開口は背面開口５１０として設けられているのに対し、気孔性の範囲３０は閉鎖層７５によって気密に閉鎖されている。ｎドーピングされた範囲１５は中空室５０ａを下方に向かって制限するのに役立ち、かつ、これにより流動通路の底として役立つ。流動通路のｙ形の組織は適当なマスクがけによって達成することができる。
【００５１】
特に図５ａ、ｂに示した組織においては、貫通開口５２０が設けられており、これはｎドーピングされた範囲１５内に設けられていて、かつ、背面開口５１０のエッチングの際に背面から、貫通がそれほど大きくないようにする。このことは、相応する萼形の背面エッチングプロフィールによって示されている。この限りにおいて、ｎドーピングされた範囲１５は、背面からのエッチングのためのエッチングストップとしても作用する。
【００５２】
図５ａ、ｂによる組織の図示していない１展開では、付加的なエピタクシー層が分離され、かつ、その上に出力構造エレメント、例えば出力トランジスタが実現される。その場合流動通路は冷却液体又は冷却ガス若しくは他の冷却媒体を導き、これにより出力構造エレメントは背面から良好な熱的な連結によって冷却することができる。このことは、前面からの冷却に対して、表面を冷却剤に対して保護する必要がないという利点を有している。好ましくは、この図示されていない適用のために、流動通路はジグザグ形にあるいは他の方向に入り組ませて構成されている。
【００５３】
図６ａ、ｂは、本発明の第２実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図及び平面図を示す。
【００５４】
図６ａ、ｂに示した組織は、図５ａ、ｂに示した組織の１展開である。この場合、圧電抵抗の抵抗エレメント６３０，６３０′が気孔性の範囲３０の上方の閉鎖層７５上に設けられている。流動方向ＳＴで流動速度が異なっている場合に、これにより異なった圧力が生じ、この圧力はダイヤフラム及びひいては圧電抵抗の抵抗６３０，６３０′に異なった強さの電圧を作用させる。これから生じた抵抗変化は評価することができる。可能なのは、従来の熱的な質量流センサに類似した温度感知器を備えた加熱組織も使用することである。
【００５５】
有利にはこの場合、質量流を背面から供給することによって、抵抗エレメント６３０，６３０′の媒体保護が必要でないことである。
【００５６】
図７ａ、ｂは、本発明の第３実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの、マイクロ閉鎖球又はマイクロ閉鎖プレートを備えた、横断面図を示す。
【００５７】
図７ａ、ｂに示した実施形は逆止め弁に関するものである。この場合、７３０は図７ａのマイクロ閉鎖球を示し、７４０は図７ｂのマイクロ閉鎖プレートを示し、これらはｎドーピングされた範囲１５ｂ内の貫通開口７２０と共に、逆止め弁を形成している。この場合、マイクロ閉鎖球７３０若しくはマイクロ閉鎖プレート７４０は、陽極酸化プロセス中に貫通通路若しくは貫通開口７２０と同時に生ぜしめられ、かつ、逆流の際に貫通開口７２０のシールを行う。
【００５８】
図８ａ、ｂは本発明の第４実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図及び平面図を示す。
【００５９】
図８ａ、ｂに示した例は、マイクロポンプである。この例では、気孔性の範囲３０及び閉鎖層７５から成るダイヤフラムは薄く構成されていて、かつ、方向ＭＡに変位可能である。
【００６０】
このような変位は、例えば、磁気的な層が閉鎖層７５として使用され、これが電磁石によって変位可能であるようにすることによって、実現することができる。同様に、ダイヤフラムを熱的に変位させること、あるいは静電的な変位も考えることができる。この場合、中空室５０ｄが容積を増減し、かつ、２つの異なった逆止め弁８３０，８３０′を使用することによって、流動方向ＳＴを教え込むことができる。この例では逆止め弁８３０は球形に構成されていて、逆止め弁８３０′はだ円体の形に構成されており、このだ円体はだ円体形に細長い開口と協働する。
【００６１】
ダイヤフラムが上方に向かって変位する場合、逆止め弁８３０′は右側の入口を閉じるのに対し、逆止め弁８３０は液体が流れることができる。これにより、左側の貫通開口を通って液体が吸い込まれる。下方に向かっての変位の際に、左側の逆止め弁８３０は円形の貫通開口を閉じるのに対し、右側の可逆止め弁８３０′を通って液体が流れることができる。これにより、吸い込まれた液体が右側の貫通開口を通って押し出される。
【００６２】
図９ａ、ｂは、本発明の第５実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図及び平面図を示す。
【００６３】
図９ａ、ｂに示した組織はガス遠心分離器である。ガス遠心分離器は円形の内側の流動通路５０ｅ及び同心的な外側の流動通路５０ｆを有しており、これらの流動通路は基板材料から成る分離範囲１５内の半径方向の貫通開口９０５によって、互いに接続されている。内側の流動通路はウェブ９１０によって中断されている。ウェブの一方の側には背面入口開口Ｅがあり、ウェブ９１０の他方の側には第１の背面出口開口Ａ１が設けられている。外側の流動通路５０ｆ内には、第２の背面津口開口Ａ２が端部に設けられている。これにより、背面入口開口Ｅを通って流入した媒体は遠心力によって質量に特有に第１の若しくは第２の背面出口開口Ａ１，Ａ２に導かれる。換言すれば、遠心力によって、より重いガス成分が外側の流動通路５０ｆに押されるのに対し、より軽いガス成分は内側の流動通路５０ｅに残る。当該の分離作用を強めるために、複数のこのようなガス遠心分離器を互いに直列に接続することができる。
【００６４】
本発明は、以上、好ましい実施例によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、多様な形式で変形させることができる。
【００６５】
特に、例えばゲルマニウムのような任意のマイクロメカニックな基礎材料を使用することができ、かつ、単に例として述べたケイ素基板に限定されるものではない。また任意のセンサ組織を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 マイクロメカニックな構造エレメントを製作する、本発明による製法の１実施形を表すための横断面図である。
【図１ｂ】 マイクロメカニックな構造エレメントを製作する、本発明による製法の１実施例を表すための横断面図である。
【図１ｃ】 マイクロメカニックな構造エレメントを製作する、本発明による製法の１実施例を表すための横断面図を示す。
【図２】 図１ａに示した本発明による製法の実施形の１変化形を示す。
【図３ａ】 図１に示した本発明による製法の実施形の別の変化形を示す。
【図３ｂ】 図１に示した本発明による製法の実施形の別の変化形を示す。
【図４ａ】 図１の示した本発明による製法の実施形のなお別の変化形を示す。
【図４ｂ】 図１の示した本発明による製法の実施形のなお別の変化形を示す。
【図４ｃ】 図１の示した本発明による製法の実施形のなお別の変化形を示す。
【図４ｄ】 図１の示した本発明による製法の実施形のなお別の変化形を示す。
【図５ａ】 本発明の第１の実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【図５ｂ】 本発明の第１の実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な平面図を示す。
【図６ａ】 本発明の第２の実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【図６ｂ】 本発明の第２の実施形によるマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な平面図を示す。
【図７ａ】 本発明の第３の実施形の、マイクロ閉鎖球を備えた、マイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【図７ｂ】 本発明の第３の実施形の、マイクロ閉鎖プレートを備えた、マイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【図８ａ】 本発明の第４実施形のマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【図８ｂ】 本発明の第４実施形のマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な平面図を示す。
【図９ａ】 本発明の第１実施形のマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【図９ｂ】 本発明の第１実施形のマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な平面図を示す。
【図１０】 公知のマイクロメカニックな構造エレメントの概略的な横断面図を示す。
【符号の説明】
１０ ウェーハ基板、 １５ ｎドーピング範囲、 １５ａ ｎドーピング範囲、 １５ｂ ｎドーピング範囲、 １５ｃ ｎドーピング範囲、 ２０ 金属マスク、 ２１ 金属マスク開口、 ３０ 気孔性の層、 ４０ 支持範囲、 ５０ 中空室、 ５０ａ 中空室、 ５０ｄ 中空室、 ５０ｅ 流動通路、 ５０ｆ 流動通路、 ６０ 組織、 ７０ 組織、 ７５ 閉鎖層、 ８０ 溝、 ９０ ｎドーピングの被覆層、 １００ 充てん材料、 １５０ エピタクシーポリケイ素層、 ２００ ドーピングマスク、 ２０１ ドーピングマスク開口、 ５１０ 背面開口、 ５２０ 貫通開口、 ６３０ 抵抗エレメント、 ６３０′ 抵抗エレメント、７２０ 貫通開口、 ７３０ マイクロ閉鎖球、 ７４０ マイクロ閉鎖プレート、 ８３０ 逆止め弁、 ８３０′ 逆止め弁、 ９０５ 貫通開口、 ９１０ ウェブ、 Ｅ 背面入口開口、 Ａ１ 背面出口開口、 Ａ２ 背面出口開口、 ＦＥ 機能平面、 ＨＯ 中空室、 ＫＷ キャップウェーハ、 ＭＡ 方向、 ＯＳ 犠牲層、 ＳＧ シールガラス、 ＳＴ 流動方向
Claims (24)
- 第１のドーピングタイプ（ｐ）を備えた基板材料から成る基板（１０）と、基板（１０）内に設けられたマイクロメカニックな機能組織と、マイクロメカニックな機能組織を少なくとも部分的に覆うカバー層とを有している形式のマイクロメカニックな構造エレメントにおいて、マイクロメカニックな機能組織が、第２の反対のドーピングタイプ（ｎ）を備えた基板材料から成る範囲（１５；１５ａ；１５ｃ；７３０；７４０；８３０）を有しており、これらの範囲が少なくとも部分的に中空室（５０；５０ａ〜ｆ）により取り囲まれており、カバー層が基板材料から成る気孔性の層（３０）を有していることを特徴とする、マイクロメカニックな構造エレメント。
- 気孔性の層（３０）の気孔を閉鎖するための閉鎖層（７５）が設けられていることを特徴とする、請求項１記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 閉鎖層（７５）が、気孔性の範囲上に形成された酸化物層を有していることを特徴とする、請求項１又は２記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 第２のドーピングタイプ（ｎ）を備えた基板材料から成る前記範囲（１５；１５ａ；１５ｂ；１５ｃ；７３０；７４０；８３０）の少なくとも１つが、気孔性の層（３０）を支持するための支持範囲（４０）を有していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 第２のドーピングタイプ（ｎ）を備えた基板材料から成る前記範囲（１５；１５ａ；１５ｂ；１５ｃ；７３０；７４０；８３０）の少なくとも１つが、完全にその周囲から離されているか、あるいはばね作用をもって基板と結合されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 前記中空室（５０ａ〜ｆ）が流動通路を有しており、この流動通路は、少なくとも２つの背面開口（Ｅ、Ａ、Ａ２；５１０；６１０；７１０；８１０）によって接続可能であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 前記背面開口（Ｅ、Ａ１、Ａ２；５１０；６１０；７１０；８１０）がそれぞれの貫通開口（５２０；６２０；７２０；８２０；８２０′）を介して接続されており、この貫通開口は前記範囲（１５）内に形成されていることを特徴とする、請求項６記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 気孔性の層（３０）の気孔を閉鎖するための閉鎖層（７５）が設けられており、かつ、この閉鎖層（７５）上に、流動速度を圧電抵抗で検出するための検出装置（６３０；６３０′）が設けられていることを特徴とする、請求項６又は７記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 前記流動通路の内部において逆止め弁装置が対応する貫通開口（５２０；６２０；７２０；８２０；８２０′）の上方に設けられており、この逆止め弁装置は、第２のドーピングタイプ（ｎ）を備えた基板材料から成る前記範囲（７３０；７４０；８３０）の少なくとも１つを有しており、この範囲は、完全にその周囲から離されているか、あるいはばね作用をもって基板と結合されていることを特徴とする、請求項７又は８記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 互いに異なる幾何条件の２つの逆止め弁装置が対応する貫通開口（８２０、８２０′）の上方に設けられており、気孔性の層（３０）の気孔を閉鎖するための閉鎖層（７５）が設けられており、かつ、気孔性の範囲（３０）が、ポンプダイヤフラムとしての閉鎖層（７５）により操作可能であることを特徴とする、請求項８記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 前記中空室（５０ａ〜ｆ）が円形の内側の流動通路（５０ｅ）と、同心的な外側の流動通路（５０ｆ）とを有しており、これらの流動通路は、第２のドーピングタイプ（ｎ）を備えた基板材料から成る分離範囲（１５）内の半径方向の貫通開口（９０５）によって互いに接続されており、その際内側の流動通路（５０ｅ）がウェブ（９１０）によって中断されており、かつ、ウェブ（９１０）の一方の側において背面入口開口（Ｅ）が、また、ウェブ（９１０）の他方の側において第１の背面出口開口（Ａ１）が設けられており、かつ、その際外側の流動通路（５０ｆ）内に第２の背面出口開口（Ａ２）が設けられており、これにより、背面入口開口（Ｅ）を通って流入した媒体が、遠心力によって、質量に特有に、第１及び第２の背面出口開口（Ａ１；Ａ２）により分離可能であることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 基板（１０）が少なくとも１つの溝（８０）を有しており、この溝は、部分的に第２のドーピングタイプ（ｎ）のドーピング物質でかつ部分的に充てん材料（１００）で満たされていることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 基板材料がケイ素であることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る前記範囲（１５；１５ａ；１５ｂ；１５ｃ；７３０；７４０；８３０）が基板（１０）内の種々の深さに設けられていることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項に記載のマイクロメカニックな構造エレメント。
- 次のステップ：すなわち、第１のドーピングタイプ（ｐ）を備えた基板材料から成る基板（１０）を準備するステップと、マイクロメカニックな機能組織を基板（１０）内に設けるステップと、マイクロメカニックな機能組織を少なくとも部分的に覆うカバー層を設けるステップとを有している形式のマイクロメカニックな構造エレメントの製法において、第２の反対のドーピングタイプ（ｎ）を備えた基板材料から成る範囲（１５；１５ａ；１５ｂ；１５ｃ；７３０；７４０；８３０）をマイクロメカニックな機能組織内に設け、マイクロメカニックな機能組織のためのマスク（２０；２００）を形成し、前記範囲（１５；１５ａ；１５ｂ；１５ｃ；７３０；７４０；８３０）を備えたマイクロメカニックな機能組織を、マスクを使用して陽極エッチングして、これにより前記範囲（１５；１５ａ；１５ｂ；１５ｃ；７３０；７４０；８３０）が少なくとも部分的に、中空室（５０；５０ａ〜ｆ）により取り囲まれており、かつ、カバー層が基板材料から成る気孔性の層（３０）として形成されているようにすることを特徴とする、マイクロメカニックな構造エレメントの製法。
- 気孔性の層（３０）の気孔を閉鎖するための閉鎖層（７５）を設けることを特徴とする、請求項１５記載の製法。
- 閉鎖層（７５）を気孔性の層（３０）の酸化によって形成することを特徴とする、請求項１５又は１６記載の製法。
- 表面に形成された気孔性の層を前記範囲（１５；１５ａ；１５ｂ；１５ｃ；７３０；７４０；８３０）上で取り除くために温度処理を行うことを特徴とする、請求項１５から１７までのいずれか１項に記載の製法。
- マスク（２００）を、第２のドーピングタイプ（ｎ）の範囲を生ぜしめるために基板（１０）の表面をドーピングすることによって、形成することを特徴とする、請求項１５から１８までのいずれか１項に記載の製法。
- 第２のドーピングタイプを備えた基板材料から成る前記範囲（１５；１５ａ；１５ｂ；１５ｃ；７３０；７４０；８３０）を、基板（１０）内の種々の深さのところに設けることを特徴とする、請求項１５から１９までのいずれか１項に記載の製法。
- 前記範囲（１５；１５ａ；１５ｂ；１５ｃ；７３０；７４０；８３０）を、基板（１０）のドーピングと基板材料のエピタキシャル析出との周期的な連続によって製作することを特徴とする、請求項２０記載の製法。
- 前記範囲（１５；１５ａ；１５ｂ；１５ｃ；７３０；７４０；８３０）を、種々の侵入深さを備えた複数のインプランテーションによって製作することを特徴とする、請求項２０記載の製法。
- 第２のドーピングタイプの基板材料から成る前記範囲（１５；１５ａ；１５ｂ；１５ｃ；７３０；７４０；８３０）を次のステップ；すなわち、基板（１０）内に溝（８０）を設けるステップ、第２のドーピングタイプ（ｎ）のドーピング物質を溝（８０）内に取り付けるステップ、溝を充てん材料（１００）で満たすステップ、得られた組織を平面化するステップ、及び、基板材料をエピタキシャル析出するステップによって製作することを特徴とする、請求項１５から２２までのいずれか１項に記載の製法。
- 第２のドーピングタイプのドーピング物質を溝（８０）内に取り付けることを、気相蒸着によって行うことを特徴とする、請求項２３記載の製法。
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