JPH09205009A

JPH09205009A - 半導体ヒータおよびその製造方法

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Publication number: JPH09205009A
Application number: JP8326135A
Authority: JP
Inventors: J Koch Daniel; ダニエル・ジェイ・コッチ; G Goldman Kenneth; ケネス・ジー・ゴールドマン; G Keimekona Keith; キース・ジー・ケイメコナ; D Summers Mark; マーク・ディー・サマーズ
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 1997-08-05
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: JP2006024937A; US6023091A; JP3778640B2

Abstract

(57)【要約】【課題】隣接する素子構造間の熱絶縁を改良した半導
体ヒータを提供する。【解決手段】加熱素子（１６）とベース（１１）との
間に可密閉エア・ギャップ（１４）を形成することによ
り、半導体ヒータ（１０）の熱絶縁を改善する。加熱素
子（１６）上に最上層（１７）を形成し、エア・ギャッ
プ（１４）を密閉することにより、可密閉エア・ギャッ
プ（１４）を大気圧または真空のいずれかにすることが
できる。半導体ヒータ（１０）は、それを覆う抵抗層
（１８）の抵抗率を調節するための熱源としての用途を
含む、様々な用途において使用することができる。半導
体ヒータ（１０）の実施例は、化学センサ（２０）も含
む。加熱素子（２６）からの熱を用いて、上に配された
化学物質検出物質層（２８）を最適な温度に維持する。
本発明の実施例は、インク・ジェット・プリンタにおけ
るように、ウエル（５５）内の流体を加熱する変換器
（４０）も含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に半導体素
子に関し、更に特定すれば、ヒータとして用いられる半
導体素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体の用途の中には、回路内の抵抗素
子の固有抵抗(resistivity) を調節して、当該回路の応
答を特定の用途に合わせることを必要とする場合があ
る。タングステン・シリサイドのような物質の固有抵抗
を調節するための既知の方法に、タングステン・シリサ
イドの下に加熱素子を形成するというものがある。加熱
素子は、通常、２層の二酸化シリコン絶縁体に狭持され
たポリシリコン層から成る。こうしてポリシリコン層に
電流を通過させると、熱を発生し、タングステン・シリ
サイドをアニールする。アニールによってタングステン
・シリサイドの化学量論特性(sotichiometric properti
es) が変化し、これによってタングステン・シリサイド
層の固有抵抗が低下するのである。

【０００３】上述のプロセスに伴う問題の１つに、加熱
素子はタングステン・シリサイド層だけでなく、加熱素
子の大きな半径内にある全てを加熱してしまうことがあ
げられる。二酸化シリコン層またはシリコン基板による
熱絶縁では、どうみても不十分である。タングステン・
シリサイド層をアニールするには、５００℃ないし１１
００℃の温度が必要とされる。この既知の加熱素子には
周辺領域への熱損失があるために、当該加熱素子に近接
して構築可能な構造の組成が制限される。また、この方
法は、タングステン・シリサイド層と周囲の構造群(mas
s)との双方を加熱ため、大量の電力消費を必要とする。

【０００４】高温を必要とすること、および周囲の領域
に熱エネルギが失われることのために、プロセス・フロ
ーにおいてこのアニーリング・プロセスを実施できる位
置が制約を受けることになる。半導体業界で用いられて
いる金属相互接続部の殆どは、４８０℃以上に加熱する
ことができない。このために、加熱素子の使用が、あら
ゆる金属相互接続層の堆積より前のプロセス・フローの
部分に限定される。

【０００５】周囲の領域に熱エネルギが失われること
も、この技法を縮尺(scale) できる範囲を制限すること
になる。この既知の加熱素子のシュリンクは、ヒータを
形成するのに用いられる物質の熱伝導率によって制限さ
れるのであって、既知の加熱素子のパターニングに用い
られるフォトリソグラフィ・プロセスによるのではな
い。その結果、素子の幾何学的形状の縮小が更に進んで
も、このプロセスは一般的に縮尺が不可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから、隣接
する素子構造からの熱絶縁を改良した加熱素子を提供で
きれば、有利であることが認められよう。この加熱素子
は、その所望の機能を実行するために必要な電力が少な
くて済み、しかも縮小する素子の幾何学的形状に伴って
縮尺可能であれば、更に有利であろう。更にまた、この
加熱素子が、化学センサやサーマル・インク・ジェット
・プリンタ(thermal ink jet printer) のような他の用
途に使用できれば、一層有利であろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は隣接する素子構
造間の熱絶縁を改良した半導体ヒータを提供する。即
ち、加熱素子とベースとの間に可密閉エア・ギャップを
形成することにより、半導体ヒータの熱絶縁を改善す
る。加熱素子上に最上層を形成し、可密閉エア・ギャッ
プを密閉することにより、可密閉エア・ギャップを大気
圧または真空のいずれかにすることができる。半導体ヒ
ータは、それを覆う抵抗層の抵抗率を調節するための熱
源等、様々な用途において使用することができる。半導
体ヒータの実施例は化学センサ、インク・ジェット・プ
リンタにおけるようにウエル内の流体を加熱する変換器
を含む。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による半導体素
子、ヒータ、即ち、半導体ヒータ１０の拡大断面図であ
る。半導体ヒータ１０は、最上層１７と接触する流体ま
たは物質に熱を与え、その一方、半導体ヒータ１０が形
成されているベース１１からは本質的に熱絶縁されるよ
うに設計されている。半導体ヒータ１０における熱絶縁
は、加熱素子１６とベース１１または半導体物質層１２
との間の可密閉エア・ギャップ(sealable air gap)１４
によって与えられる。半導体物質１２の存在はオプショ
ンであり、これについては以下で簡単に述べる。可密閉
エア・ギャップ１４は、可密閉エア・ギャップ１４内の
圧力が１mtorr ないし７６０torrの真空となるように、
形成することができる。この真空圧力は、半導体ヒータ
１０の熱絶縁性を既知のヒータよりも５００パーセント
高めるという、予期せぬ改良をもたらした。これまで、
従来のヒータは、二酸化シリコン層のような２枚の誘電
体層の間にポリシリコン層を堆積することによって形成
していた。これら誘電体層の熱絶縁性は、空気に比較す
ると劣っているので、ポリシリコン層は加熱されると、
誘電体層は、ヒータ周囲の領域に熱エネルギを伝導させ
てしまうことになる。半導体における応用の中には、ヒ
ータが長時間にわたって５００℃ないし１０００℃の熱
を発生することを必要とする場合もある。隣接領域への
熱伝導によって、この熱が半導体業界で用いられている
多くの構造に損傷を与える可能性がある。しかしなが
ら、本発明では、可密閉エア・ギャップ１４を形成する
ことにより、加熱素子１６を周囲のあらゆる構造から熱
的に絶縁している。

【０００９】半導体ヒータ１０を作成するためのプロセ
スにおいて以下で述べるが、本発明は、可密閉エア・ギ
ャップ１４の形成を、その他の既知の構造に必要なプロ
セス工程よりも少ない工数で行う。ヒータを形成するた
めの他の既知の方法は、加速度計と設計が類似している
構造を用いる。典型的に、このようなヒータは懸垂状加
熱素子を有し、これがヒータ周囲の環境に露出される場
合や、されない場合がある。かかる構造は、複雑な連続
堆積工程を必要とし、加熱素子を形成するためにエッチ
ング段階を必要とし、加熱素子を適正に懸垂し支持させ
ている。この困難さおよびプロセス工程数のために、か
かるヒータ構造の形成は、高価なものとなる。

【００１０】次に、半導体ヒータ１０の形成方法につい
て説明する。図２は、図１に示す完成した構造を製造す
る際の初期段階における、半導体ヒータ１０の拡大断面
図である。まず、ベース１１を用意する。これは、半導
体基板または絶縁基板であることが好ましいが、以下に
続くプロセス条件に耐え得る物質であればいずれでもよ
い。ベース１１が、可密閉エア・ギャップ１４を形成す
る際に用いられるウエット・エッチングに対して抵抗力
がない場合、ベース１１を覆う半導体物質層１２を形成
することを必要とする場合もある。この犠牲エッチング
・バリア層１２は、典型的に、厚さが１００オングスト
ロームないし１０，０００オングストロームであり、低
圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）またはプラズマ・エンハンス
化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）プロセスのいずれかを用いて、
窒化シリコンで形成することが好ましい。ＬＰＣＶＤプ
ロセスは、７００℃ないし９５０℃でアンモニアとジク
ロロシラン(dichlorosilane)とを化合し、ＰＥＣＶＤ蒸
着は、同じ反応体を３００℃ないし６００℃で使用する
ことができる。

【００１１】犠牲層１３は、好ましくはホスホシリケー
ト・ガラス（ＰＳＧ：phosphosilicate glass ）から成
り、この堆積には、３００℃ないし８００℃でテトラエ
チルオルトシリケート（ＴＥＯＳ：tetraethylorthosil
icate ）とホスフィンとのＬＰＣＶＤ反応、または２５
０℃ないし５００℃で同一の化学物質のＰＥＣＶＤ反応
を用いる。通常、犠牲層１３は厚さが１，０００オング
ストロームないし５０，０００オングストロームであ
り、１パーセントないし１２パーセントのドーパント濃
度にドープされ、後にウエット・エッチングで犠牲層１
３を除去する際の迅速化を図っている。尚、犠牲層１３
は、ドープされない二酸化シリコン、あるいは硼素また
は硼素と燐との組み合わせのような他の種でドープされ
た二酸化シリコンでも形成可能であることは理解されよ
う。次に、典型的な厚さが１μｍのフォトレジスト層を
用いて、犠牲層１３の部分を露出させる。次に、フッ素
を基にしたイオンを用いた反応性イオン・エッチング
（ＲＩＥ）を用いて、犠牲層１３の露出部分を除去す
る。あるいは、犠牲層１３は、フッ化水素酸から成るウ
エット・エッチング溶液を用いてエッチングすることも
可能である。次に硫酸と過酸化水素のウェット・エッチ
ングを用いてフォトレジスト層を除去する。

【００１２】加熱素子１６を形成するには、シリコン、
ポリシリコン、エピタキシャル・シリコン、アモルファ
ス・シリコン、またはフロート・ゾーン・シリコン(flo
at-zone silicon)のような抵抗性物質層を、５００オン
グストロームないし５０，０００オングストロームの厚
さに、犠牲層１３の残りの部分および犠牲エッチング・
バリア層１２の上に堆積する。例えば、シリコン、ポリ
シリコン、またはアモルファス・シリコンの層を形成す
るには、５００℃ないし８００℃におけるＬＰＣＶＤ反
応または３００℃ないし５００℃におけるＰＥＣＶＤ反
応のいずれかにおいて、シランの分解を用いることがで
きる。加熱素子１６を形成するために用いる抵抗性物質
は、加熱素子１６が約１０オームないし１０メガオーム
の抵抗を有するように、ホスフィンを用いて現場でドー
プすることが好ましい。また、抵抗性物質は、堆積の後
に、ホスフィン雰囲気におけるアニールによってドープ
することも可能であることは理解されよう。次に、フォ
トレジストの第２層にパターニングを行い、抵抗性物質
の部分を露出させる。次いで、塩素またはフッ素を基に
したイオンを用いたＲＩＥエッチングを行って、加熱素
子１６の部分を規定する。このエッチングで、犠牲層１
３の縁部付近に定着領域(anchor region) １９を形成
し、加熱素子１６および上に位置するあらゆる層に対す
る支持を与える。

【００１３】再び図１に戻って、第２フォトレジスト層
を除去した後に、犠牲層１３の残りの部分を除去し、可
密閉エア・ギャップ１４を形成する。フッ化水素酸の緩
衝液(buffered solution) を用いたウエット・エッチン
グを行えば、犠牲層１３を効果的に除去することができ
る。フッ化水素酸は、犠牲エッチング・バリア層１２お
よび加熱素子１６に対して高い選択性を有する。次に、
加熱素子１６および犠牲エッチング・バリア層１２上に
封止最上層１７を形成して、エア・ギャップ１４を密閉
する。好ましくは、最上層１７は、厚さが約５００オン
グストロームないし７５，０００オングストロームの誘
電体層である。最上層１７は、窒化シリコンのような物
質で形成され、低圧および低温ＰＥＣＶＤプロセスを用
いて堆積される。堆積の間、可密閉エア・ギャップ１４
は、ＰＥＣＶＤ反応チャンバと同じ低圧条件にあるの
で、半導体ヒータ１０が形成されたとき、真空状態を保
持する可密閉エア・ギャップ１４を形成することができ
る。

【００１４】半導体ヒータ１０を動作させるには、電流
を加熱素子１６に流す。加熱素子１６は抵抗性物質で形
成されているので、電流からのエネルギは熱エネルギに
変換される。加熱素子１６は最上層１７と物理的に接触
しているので、この熱エネルギは最上層１７の内側か
ら、最上層１７の外側に伝導する。定着領域１９に、ま
たはその付近に、加熱素子１６への電気的接続部（図示
せず）を設け、ベース１１への熱伝導を最少に抑える。

【００１５】次に図３に移る。図３は、種々の形状のヒ
ータ間に印加した電圧（ボルト）の関数として、温度
（摂氏）で示したグラフである。線６０は、２層の二酸
化シリコン層間に狭持されたポリシリコン線から成る既
知の加熱素子で得られる温度を表わす。線６１は、可密
閉エア・ギャップ１４が通常の大気圧であることを除
き、本発明にしたがって形成された半導体素子１０の挙
動を表わす。線６２は、可密閉エア・ギャップ１４が真
空圧状態にある、本発明による半導体ヒータ１０の挙動
を表わす。

【００１６】線６３は、シリコンの融点を示し、図３か
らわかるように、真空エア・ギャップ１４を有する半導
体ヒータ１０を用いた場合にこの温度に達するのに必要
なエネルギは、大気圧にあるエア・ギャップを有する半
導体ヒータまたはエア・ギャップを有さない既知のヒー
タよりも少なくて済む。例えば、７．５ボルトでは、本
発明の半導体ヒータ１０はほぼ摂氏１，４００度に達す
る。しかしながら、この同一電圧で、可密閉エア・ギャ
ップ１４が大気圧のヒータは摂氏６２５度に達し、既知
のヒータは約摂氏２５０度に達するに過ぎない。半導体
素子１０を既知のヒータと比較すると、各ヒータに同一
の電圧量を用いた場合に、加熱能力に５００パーセント
の上昇が見られる。熱絶縁および熱損失の減少のため
に、本発明の半導体ヒータ１０は、大幅に高い温度を発
生することができる。また、半導体ヒータ１０は、大幅
に低い電圧で、既知のヒータと同一温度を発生すること
も可能である。このため、半導体ヒータ１０は、低電圧
ではあるが高温を必要とする用途には理想的である。オ
ームの法則を考えると、本発明の半導体ヒータ１０が用
いる電圧が５０％減少すれば、半導体ヒータ１０の電力
消費は２００％減少する。

【００１７】半導体ヒータ１０は、流体、気体等、この
半導体ヒータ１０と接触する物質、または半導体ヒータ
１０を覆って形成される物質に応じて、種々の用途にお
いて使用することができる。ここで再び図１を参照し
て、半導体ヒータ１０の第１の応用例を示す。半導体ヒ
ータ１０の特定の用法の１つに、最上層１７上に形成さ
れた抵抗１８の固有抵抗を調整する場合のように、半導
体ヒータ１０に接触する物質の固有抵抗を調整するため
にアニーリング温度(annealing temperature) を発生と
いうことがあげられる。この構造は、最終組み立てプロ
セスの一部として使用し、抵抗１８の抵抗値を修正する
ことによって、回路の性能を調節することができる。抵
抗１８を形成するには、最上層１７上に第２抵抗性物質
（図示せず）を形成する。必要な固有抵抗に応じて、第
２抵抗性物質の形成には、タングステン・シリサイド、
チタン・シリサイド、モリブデン・シリサイド、クロー
ム・シリサイド、コバルト・シリサイド、またはタンタ
ル・シリサイドのような種々の物質を用いることができ
る。この形成には、蒸着、スパッタリング、またはＬＰ
ＣＶＤまたはＰＥＣＶＤを使用した堆積が使用される。
次に、第２抵抗性物質に選択的にパターニング、および
エッチングを行い、所望の寸法を有する抵抗１８を形成
する。

【００１８】最上層１７上に残る抵抗１８の部分は、最
上層１７によって、加熱素子１６に熱的に結合されてい
る。したがって、電流が加熱素子１６を通過すると、そ
の結果得られる熱が抵抗１８をアニールし、その固有抵
抗を調節する。例えば、抵抗１８がタングステン・シリ
サイド層で形成されている場合、半導体ヒータ１０から
の５００℃ないし１，１００℃の熱によって、タングス
テン・シリサイドの化学量論特性が変化する。これが、
タングステン・シリサイドの固有抵抗を調節し、抵抗１
８の抵抗値を変化することになる。半導体ヒータ１０
は、隣接する回路構造（図示せず）への熱損失を最少に
抑えるので、相補金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）素子の
ような他の構造に近接して、半導体ヒータ１０を形成す
ることが可能となる。

【００１９】対照的に、２層の二酸化シリコン層間に狭
持されたポリシリコン層から成る既知のヒータは、非常
に大量の熱エネルギを下地の基板に失う。例えば、この
既知のヒータを用いてタングステン・シリサイド層を８
００℃に加熱した場合、このヒータから１００ミクロン
のところにある隣接する基板は５００℃に加熱される。
この温度は、半径１００ミクロンの範囲内にある全ての
隣接するアルミニウム金属線またはその他の構造を損傷
または溶融するのに十分である。

【００２０】従来のヒータとは異なり、本発明は熱絶縁
を改善したので、隣接する構造の加熱は最少に抑えられ
ている。上述の例の説明を続けると、加熱素子１０を用
いて最上層１７上のタングステン・シリサイド層を８０
０℃に加熱した場合、半導体ヒータ１０から１００ミク
ロンの所にあるベース１１の部分の温度は、１００℃に
達するに過ぎない。したがって、隣接する構造に損傷を
与える危険性は非常に少ないので、半導体ヒータ１０
は、ＣＭＯＳプロセス・フローの中に統合することがで
き、アルミニウムの金属相互接続線を形成した後でも、
アニール工程を実施することが可能となる。また、半導
体ヒータ１０の熱絶縁性のために、半導体ヒータ１０
は、上述の既知のヒータのように、隣接する構造の接近
度には限定されないので、本発明はより小さな素子の幾
何学的形状にも調整可能である。

【００２１】次に図４に移ると、本発明の半導体ヒータ
の第２の応用例が示されている。半導体ヒータ１０は、
雰囲気３２において化学物質の存在を検出するための化
学センサ２０を形成する際、その一部として使用するこ
ともできる。化学センサ２０は、ベース２１から加熱素
子２６を熱的に絶縁する、可密閉エア・ギャップ２４を
含む。犠牲エッチング・バリア層２２をベース２１上に
形成し、化学センサ２０の製造プロセスの間、ベース２
１を保護してもよい。加熱素子２６の上に最上層２７を
形成し、エア・ギャップ２４を密閉する。

【００２２】次に、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、スパッタリン
グ、または蒸着技法によって、化学的感応物質(chemica
lly sensitive material) ２８を最上層２７上に形成す
る。この物質は、フォトレジスト層および適切なエッチ
ャントを用いて、選択的にパターニングを行うことがで
きる。化学的感応物質２８は、特定の化学物質と接触す
ると、化学的感応物質２８はその固有抵抗を変化させる
という特性を有する。この化学的検出特定を有する物質
には、酸化錫、酸化鉄、酸化タングステン、酸化ニッケ
ル、酸化亜鉛、酸化コバルト、酸化インディウム、酸化
ニオブ、および化合物ＬａＣｒＯ₃ が含まれる。しか
も、これらの物質の中には、適当な温度にあるときにの
みこの化学的検出特性を有するものがある。これによっ
て、本発明の実施例は、所定の化学物質の存在を検出す
る用途には理想的なものとなる。

【００２３】例えば、酸化錫のＣＶＤ堆積を用いて化学
的感応物質２８を形成した場合、化学センサ２０は、一
酸化炭素の存在を検出するために使用することができ
る。加熱素子２６を用いて、化学的感応物質２８の層を
９５℃ないし８００℃の温度に加熱する。ほんの少量の
一酸化炭素が雰囲気３２に入るだけで、酸化錫の一部が
この一酸化炭素と反応する。これによって、化学的感応
物質２８の固有抵抗が変化し、一酸化炭素の存在を示
す。雰囲気３２は浸透性のある蓋３１で規定されている
ので、化学センサ２０で検出すべき化学物質は蓋３１を
通過することができる。化学センサ２０はベース２１へ
の熱損失を最少に抑えつつ化学感応物質２８を加熱する
ことができるので、本発明は、既知の化学センサよりも
消費電力が少ない化学センサ２０を提供する。

【００２４】次に図５に移ると、本発明の半導体ヒータ
の第３の応用例が示されている。上述と同一のプロセス
を用いて半導体ヒータ１０を形成すれば、変換器４０を
形成することができる。変換器４０は、図１の半導体ヒ
ータ１０の部分を含み、これが流体５２のウエル５５に
結合されており、加熱素子４６を用いて流体５２を加熱
する構造となっている。変換器４０は、加熱素子４６が
可密閉エア・ギャップ４４によってベース４１から熱的
に絶縁されるように形成されている。ベース４１の上に
犠牲エッチング・バリア層４２を形成し、変換器４０の
製造プロセスの間、ベース４１を保護してもよい。最上
層４７を加熱素子４６の上に形成し、エア・ギャップ４
４を密閉する。

【００２５】次に、ポリイミドまたはホスホシリケート
・ガラスから成るボンディング層４９を、最上層４７上
に形成する。次いで、ボンディング層４９に選択的なパ
ターニングを行い、エッチングして最上層４７の部分を
露出させる。最上層４７およびその他のヒータのあらゆ
る素子を保護するために、ボンディング層４９および最
上層４７の露出部分の上に、スパッタリング、ＣＶＤ堆
積、ＰＥＣＶＤ堆積、または蒸着によって、バリア物質
層４８を形成する。バリア物質層４８は、パラディウム
またはタンタルのような、いずれかの保護物質で構成す
ることができる。次に、バリア物質層４８に選択的なパ
ターニングおよびエッチングを行い、露出された最上層
４７上の部分だけを残す。尚、ボンディング層４９およ
びバリア物質層４８は、逆の順序でも配置可能であるこ
とは理解されよう。次に、当技術では一般的に既知の技
法を用いて、ボンディング領域５０において、シリコン
基板５１をボンディング層４９に接合することによっ
て、ウエル５５を形成する。かかる技法は、１９８６年
７月２２日に、Hawkins et al.に特許された、米国特許
番号第４，６０１，７７７号に記載されている。

【００２６】加熱素子４６によって発生された熱は、流
体５２を局所的に沸騰させる。この局所的沸騰によっ
て、ウエル５５内に核形成蒸気圧(nucleation vapor pr
essure) が生じ、矢印５３で示す方向に、流体５２の一
部をウエル５５から開口を通じて押し出させる。流体５
２には、サーマル・インク、フォトリプログラフィック
・インク(photoreprographic ink) 、医薬品、燃料等が
可能であることは理解されよう。したがって、変換器４
０は、インク・ジェット・プリンタ、複写機、または医
療システムにおける薬物分配のように、流体を分配する
ために種々の用途に使用可能である。変換器４０は、ベ
ース４１への熱損失を最少に抑えて流体を加熱すること
ができるので、本発明は既知の変換器よりも消費電力が
少ない変換器４０を提供することができる。

【００２７】以上の説明から、本発明は、形成基板であ
るベース１１に対する熱絶縁を改良した半導体ヒータ１
０を提供することが認められよう。熱絶縁は、加熱素子
１６とベース１１との間の可密閉エア・ギャップ１４に
よって与えられる。本発明は、既知のヒータに対して、
５００パーセントもの熱絶縁の改善をもたらすので、半
導体ヒータ１０の消費電力の低減が図られ、他のヒータ
では実現不可能な種々の用途にも使用可能となる。熱絶
縁の改善により、熱に敏感な構造でも半導体ヒータ１０
に更に近接して形成できるようになるので、半導体ヒー
タ１０を使用する半導体回路の集積密度(packing densi
ty) も高めることができる。また、本発明は、既知のヒ
ータよりも少ない処理工程で製造することができる。こ
れは、集積密度の向上とあいまって、半導体ヒータ１０
を組み込む用途の全体的な製造コストを低減させること
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一製造段階における本発明によるヒータを示す
拡大断面図。

【図２】一製造段階における本発明によるヒータを示す
拡大断面図。

【図３】種々のヒータについて電圧の関数として発生さ
れた温度を比較するグラフ。

【図４】本発明の第２実施例による化学センサの一部と
して用いられたヒータを示す拡大断面図。

【図５】本発明の第３実施例によるインク・ジェット・
プリンタの一部として用いられたヒータを示す拡大断面
図。

【符号の説明】

１０半導体ヒータ１１ベース１２犠牲エッチング・バリア層１３犠牲層１４可密閉エア・ギャップ１６加熱素子１７最上層１８抵抗２０化学センサ２１ベース２２犠牲エッチング・バリア層２４可密閉エア・ギャップ２６加熱素子２７最上層２８化学的感応物質３１蓋４０変換器４２犠牲エッチング・バリア層４４可密閉エア・ギャップ４６加熱素子４７最上層４８バリア物質層４９ボンディング層５０ボンディング領域５１シリコン基板５２流体５５ウエル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者キース・ジー・ケイメコナアメリカ合衆国アリゾナ州スコッツデール、イースト・ベッカー・レーン12815 (72)発明者マーク・ディー・サマーズアメリカ合衆国アリゾナ州フェニックス、イースト・グランドビュー・ロード4502

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ヒータ（１０）であって：半導体物
質の第１層（１２）；前記半導体物質の第１層（１２）
を覆う、半導体物質の第２層（１６）であって、前記半
導体物質の第１層（１２）と前記半導体物質の第２層
（１６）との間に、可密閉エア・ギャップ（１４）が存
在し、該可密閉エア・ギャップ（１４）によって前記半
導体物質の第１層（１２）から熱的に絶縁されている、
前記半導体物質の第２層（１６）；および前記半導体
物質の第１層（１２）を覆う誘電体層（１７）であっ
て、該誘電体層（１７）の少なくとも一部は、前記半導
体物質の第２層（１６）の少なくとも一部と隣接してお
り、更に、外表面と内表面とを有する前記誘電体層（１
７）；から成ることを特徴とする半導体ヒータ（１
０）。
【請求項２】ベース上に形成された半導体素子（１０）
であって：前記ベース（１１）を覆う加熱素子（１６）
であって、該加熱素子（１６）と前記ベース（１１）と
の間にエア・ギャップ（１４）が存在する、前記加熱素
子（１６）；および前記ベース（１１）を覆う最上層
（１７）であって、前記加熱素子（１６）が熱的に結合
されている前記最上層（１７）から成り、前記加熱素子
（１６）は前記エア・ギャップ（１４）によって、前記
ベース（１１）から熱的に絶縁されている、ことを特徴
とする半導体素子（１０）。
【請求項３】半導体ヒータ（１０）の形成方法であっ
て：表面を有するベース（１１）を用意する段階；前記
ベースの表面上に犠牲層を形成する段階；前記犠牲層を
覆うように、抵抗性物質の第１層（１６）を形成する段
階；前記犠牲層を除去し、前記抵抗性物質の第１層（１
６）と前記ベース（１１）との間にエア・ギャップ（１
４）を形成する段階；および前記抵抗性物質の第１層
（１６）上に、前記ベース（１１）を覆うように最上層
（１７）を形成し、前記抵抗性物質の第１層（１６）と
前記ベース（１１）との間の前記エア・ギャップ（１
４）を密閉する段階；から成ることを特徴とする方法。
【請求項４】物質（１８）の固有抵抗を調節する方法で
あって：最上層（１７）とベース（１１）との間に密閉
空洞（１４）が形成された半導体ヒータ（１０）であっ
て、前記密閉空洞（１４）内に、前記最上層（１７）と
接触する加熱素子（１６）を有する前記半導体ヒータ
（１０）を用意する段階；前記最上層（１７）上に物質
（１８）を形成し、前記加熱素子（１６）に該物質（１
８）を熱的に結合する段階；および前記加熱素子（１
６）に電流を通過させることによって、前記物質（１
８）をアニールし、前記加熱素子（１６）からの熱によ
って、前記物質（１８）の固有抵抗を調節する段階；か
ら成ることを特徴とする方法。
【請求項５】化学物質を検出する方法であって：最上層
（２７）とベース（２１）との間に密閉空洞（２４）が
形成された半導体ヒータ（２０）であって、前記密閉空
洞（２４）内に、前記最上層（２７）と接触する加熱素
子（２６）を有する前記半導体ヒータ（２０）を用意す
る段階；前記最上層（２７）上に物質（２８）を形成
し、前記加熱素子（２６）に該物質（２８）を熱的に結
合する段階；および前記物質（２８）が化学物質と接触
したときに、前記物質（２８）の固有抵抗が変化するよ
うに、前記加熱素子（２６）に電流を通過させることに
よって前記物質（２８）を加熱する段階；から成ること
を特徴とする方法。