JP4368971B2

JP4368971B2 - センサ膜基板の製造方法

Info

Publication number: JP4368971B2
Application number: JP15153499A
Authority: JP
Inventors: ヴェーバーヘリベルト; シュミットシュテフェン
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-05-30
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: DE19824401B4; US6365055B1; DE19824401A1; JP2000028457A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜基板の前面に、背面からエッチングにより形成された開口の縁部に張設された膜を有する、特に質量流量センサ又は圧力センサのための、センサ膜基板を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
任意のセンサ膜基板の製造に使用可能であるが、本発明並びに本発明の基礎とする問題点をシリコン技術における質量流量センサ、例えば自動車工業において使用するための空気質量センサに関して説明する。
【０００３】
このような慣用の空気質量センサにおいては、空気質量の測定はそのような誘電性薄膜で熱電的に行われる。膜の製造は、基板（シリコンウエーハ）の前面に膜機能層を析出させかつ引き続き膜領域の背面エッチングにより行われる。
【０００４】
図４は、慣用にセンサ膜基板において生じる問題点を説明するための慣用のセンサ膜基板の略示図である。
【０００５】
図４において、参照符号１０は、前面ＶＳ及び背面ＲＳを有するシリコン基板、２０及び２５はそれぞれＳｉＯ₂及びＳｉ₃Ｎ₄からなる膜層、５０は背面側からエッチングにより形成した開口、Ｒは開口５０縁部、及び１００は膜及びＡは膜１００の張設領域を示す。
【０００６】
従って、上記の公知の構成においては、膜／シリコン基板移行部、従って縁部Ｒにエッチングにより結晶学的に条件付けられる鋭利なエッチングエッジが生じるという事実が不利であることが判明した。前面ＶＳが圧力負荷を受けると、このエッチングエッジに、応力亀裂を個々の膜層内に生ぜしめることができる程の大きさである切欠き効果が生じる。
【０００７】
ドイツ国特許第４２１５７２２号明細書は、前面に縁部の領域で付加的ドーピング領域を導入することを提案している。このドーピング領域は、異方性背面エッチングの際に膜１００の露出位置までエッチングされず、かつ、シリコンを等方性エッチングするエッチング溶液を用いた後エッチングの際に丸味付けられ、切欠き効果の減少及び耐圧性の上昇が達成される。しかしながら、この処置は、プロセス技術的に費用がかかる。それというのも、付加的なドーピング工程及びエッチング工程が必要であるからである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前記の従来の技術の欠点を排除した、冒頭に記載した形式のセンサ膜基板を製造する方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明により、膜基板の前面に、背面からエッチングにより形成された開口の縁部に張設された膜をを有するセンサ膜基板を製造する方法により解決され、該方法は、次の工程：
基板を準備する；
基板を前面上の領域内で縁部に比して局所的に肉厚化する、その際該肉厚部は基板への連続した移行部を有する；
局所的肉厚化領域を有する前面に膜層を析出させる；及び
縁部が肉厚化領域の下に位置するように、背面から膜の露出位置まで開口をエッチングにより形成する
からなる。
【００１０】
前記の本発明によるセンサ膜基板の製造方法は、公知の解決手段に比して、１つの付加的な肉厚化工程が必要であるにすぎず、しかも付加的なエッチング工程は不必要であるという利点を有する。
【００１１】
本発明は、以下の技術思想を基礎とする：前面の１つの領域において縁部に対して基板の局所的肉厚化を行う、その際該肉厚部は基板への連続した移行部を有する。引き続き、局所的肉厚化領域を有する前面への膜層の析出を行う。次いで、肉厚化領域の下に、背面のエッチングエッジを設ける。
【００１２】
このような軟調の流れる移行部により、圧力作用を受けた際の張設領域における切欠き効果及び破断傾向が軽減されかつ膜安定性が高められる。それというのも、応力が好ましくも膜の張設領域内に分配されるからである。応力亀裂はもはや生ぜず、かつ、爆発圧耐性は決定的に改善される。
【００１３】
請求項２以降には、請求項１に記載された方法の有利な実施態様及び改良が記載されている。
【００１４】
本発明の有利な１実施態様によれば、局所的肉厚化の工程は、以下の工程を有する：基板の前面にマスキング層を析出させかつ構造化して該領域に対して露出させる；及び該領域を局所的に酸化する。肉厚化された領域と肉厚化されていない領域との間に一様な移行部を形成するためには、局所的酸化の際の鳥の嘴状移行が傑出して好適である。さらに、シリコンの局所的酸化は十分に制御可能なプロセスである。
【００１５】
もう１つの有利な実施態様によれば、領域の局所的酸化の前に下方の膜部分層を基板の酸化により形成しかつ引き続き下方の膜部分層の肉厚化を実施する。しかしながら、この膜部分層を省くことは、全く可能である。
【００１６】
もう１つの有利な実施態様によれば、マスキング層を前面に膜層層の析出前に除去する。この操作は、マスキング層が膜内に組み込まれるべきでない場合に行う。しかしながら、このような組み込み又は変換後（例えば窒化物層の酸化物層への復帰）の組み込みも可能である。
【００１７】
もう１つの有利な実施態様によれば、基板がシリコン基板である。
【００１８】
もう１つの有利な実施態様によれば、マスキング層が窒化物層である。
【００１９】
もう１つの有利な実施態様によれば、マスキング層を開口のエッチングの際の背面のマスキングのためにも使用する。そうすれば、この層は二重の機能を有することができる。
【００２０】
もう１つの有利な実施態様によれば、局所的酸化領域が膜領域を除き残りの基板上に存在することができる。
【００２１】
【実施例】
図面には本発明の実施例が示されており、該実施例により本発明を以下に詳細に説明する。
【００２２】
図面において、同じ参照符号は同じ又は同じ機能の要素を示す。
【００２３】
図１は、本発明による方法の実施例を説明するたのセンサ膜基板の製造の略示図である。
【００２４】
図１において、既に説明した参照符号に加えて３０は窒化物層かつＬは肉厚化領域、即ちここでは局所的酸化のための領域を示す。
【００２５】
センサ膜基板を製造するための本発明による方法の実施例においては、プロセス経過の重要な工程は、以下のように進行する。
【００２６】
この場合はシリコン基板である基板１０を準備する。
【００２７】
次いで、酸化物層２０を基板１０の酸化により前面ＲＳ及び背面ＶＳに酸化物層２０（前面ＶＳ上の下方膜部分層）を形成する。
【００２８】
基板１０の前面ＶＳ及び背面ＲＳ上にマスキング層として窒化物層３０を析出させ、引き続き背面側の開口５０の後での縁部Ｒに対して領域Ｌを露出させるために前面ＶＳでのフォトリソグラフィーによる構造化を行う。その後、例えば円形の膜１００の場合は円形リングである領域Ｌの局所的酸化を行う。局所的酸化により、酸化された領域Ｌの特徴的な鳥の嘴形が形成される。
【００２９】
図２は、本発明による方法の実施例を説明するたのセンサ膜基板の別の製造段階の略示図である。
【００３０】
図２に示された製造段階を達成するためには、前面ＶＳから窒化物層２０を除去しかつ次いで、局所的に肉厚化された領域Ｌを有する膜部分層２０を有する前面上に膜層２５を析出させる。
【００３１】
次いで、縁部Ｒが肉厚化された領域Ｌの下に位置するように、背面から膜１００の露出位置まで開口５０をエッチングにより形成する、その際開口５０のエッチングの際に背面ＲＳのマスキングのために予め相応して構造化された窒化物層３０を使用する。
【００３２】
図３は、図２の縁部区分Ｂの拡大図である。図３において、局所的に酸化された領域Ｌの縁部の鳥の嘴状形態が明らかに認識できる。この鳥の嘴状形態は、結果として肉厚化した領域への軟調のもしくは流れる移行部、ひいては切欠き効果の有効な減少を生じる。
【００３３】
前記には本発明を有利な実施例につき記載したが、本発明はそれに制限されるものではなく、多種多様に変更可能である。
【００３４】
特に基板及びその上に析出される層の材料は例として記載したにすぎず、相応して適当な材料と取り替えることもできる。
【００３５】
最後に、膜の形状も記載した円形の形に制限されず、例えば別の形を取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法の実施例を説明するたのセンサ膜基板の製造の略示図である。
【図２】図２は、本発明による方法の実施例を説明するたのセンサ膜基板の別の製造段階の略示図である。
【図３】図２の縁部区分Ｂの拡大図である。
【図４】本発明が基礎とした問題点を説明するための慣用のセンサ膜基板の略示図である。
【符号の説明】
１０基板、ＶＳ１０の前面、ＲＳ１０の背面、２０酸化物層、２５膜層、３０窒化物層、５０開口、Ａ切欠き効果を有する張設領域、Ｂ切欠き効果を有しない張設領域、Ｒ５０の縁部、１００膜、Ｌ局所的酸化のための領域（肉厚化領域）

Claims

膜基板の前面（ＶＳ）に、背面（ＲＳ）からエッチングにより形成された開口（５０）の縁部（Ｒ）に張設された膜（１００）を有するセンサ膜基板を製造する方法であって、次の工程：
基板（１０）を準備する；
基板（１０）を前面（ＶＳ）上の領域（Ｌ）内で縁部（Ｒ）に対して酸化により局所的に肉厚化する、その際該肉厚部は基板（１０）への連続した移行部を有する；
局所的肉厚化領域（Ｌ）を有する前面（ＶＳ）に膜層（２５）を析出させる；及び
縁部（Ｒ）が肉厚化領域（Ｌ）の下に位置するように、背面（ＲＳ）から開口（５０）をエッチングすることにより膜（１００）を形成する
からなるセンサ膜基板の製造方法において、
前記基板（１０）の酸化により下方の膜部分層（２０）を形成し、次いで前記の下方の膜部分層（２０）の領域（Ｌ）を局所的酸化することにより下方の膜部分層（２０）の肉厚化を実施することを特徴とする、センサ膜基板の製造方法。
局所的肉厚化工程が、以下の工程：
基板（１０）の前面（ＶＳ）にマスキング層（３０）を析出させかつ構造化して領域（Ｌ）を縁部（Ｒ）に対して露出させる；及び
領域（Ｌ）を局所的に酸化する
を有する、請求項１記載の方法。
マスキング層（３０）を前面（ＶＳ）への膜層（２５）の析出前に除去する、請求項１又は２記載の方法。
基板（１０）がシリコン基板である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
マスキング層（３０）が窒化物層である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
マスキング層（３０）を開口（５０）のエッチングの際の背面（ＲＳ）のマスキングのためにも使用する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
局所的酸化領域（Ｌ）が膜領域を除き残りの基板上に存在する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。