(57)【要約】  コンポーネント、特にマイクロメカニカルコンポーネント及び／又はマイクロ流体コンポーネント及び／又はマイクロエレクトロニクスコンポーネントの製造方法及びコンポーネントが提案され、その際、前記コンポーネントは少なくとも１つの構造化された材料領域を有し、その際、第１の工程において前記の構造化された材料領域は、第１の材料の微粒子が第２の材料のマトリックス中に埋め込まれることにより製造され、かつその際、第２の工程で前記の構造化された材料領域は、乾式エッチング法又は気相エッチング法により多孔質にエッチングされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの構造化された材料領域（１２）を備えたコンポーネント（１０）、特にマイクロメカニカルコンポーネント及び／又はマイクロ流体コンポーネント及び／又はマイクロエレクトロニクスコンポーネント（１０）の製造方法において、第１の工程で前記の構造化された材料領域（１２）を、第１の材料の微粒子（２０）を第２の材料のマトリックス（２５）中に埋め込むことにより製造し、第２の工程で前記の構造化された材料領域（１２）を乾式エッチング法又は気相エッチング法により多孔質にエッチングすることを特徴とする、コンポーネント（１０）の製造方法。
【請求項２】
構造化された材料領域（１２）を第２の工程で、第１の材料を第２の材料に対して選択的にエッチングするか又は第２の材料を第１の材料に対して選択的にエッチングすることにより多孔質にエッチングすることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１の材料の微粒子（１２）がゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムを有する微結晶であり、及び／又は第２の材料のマトリックスがシリコンカーバイド又はシリコンを有することを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
構造化された材料領域（１２）の製造のために第１の工程で堆積法を使用し、その際、微粒子（２０）がプラズマ（３０）中で前駆物質（３１）から生じ、その際、前記前駆物質（３１）は特にガス状であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの構造化された材料領域（１２）を備えたコンポーネント（１０）、特にマイクロメカニカルコンポーネント及び／又はマイクロ流体コンポーネント及び／又はマイクロエレクトロニクスコンポーネント（１０）の製造方法において、第１の工程で前記の構造化された材料領域（１２）を、堆積法を使用して第１の材料の微粒子（２０）を第２の材料のマトリックス（２５）中に埋め込ことにより製造し、前記堆積法において、前記微粒子（２０）はプラズマ中で前駆物質（３１）から生じ、その際、前記前駆物質（３１）は特にガス状であることを特徴とする、コンポーネント（１０）の製造方法。
【請求項６】
第１工程において構造化された材料領域（１２）の製造のために使用される堆積法の際に、微粒子（２０）の周期的な生成及び堆積のためにプラズマ制御（３５）を使用し、その際、特に前記微粒子（２０）のサイズ及び／又は形状を、前記プラズマ制御（３５）の変更により変化させ、その際、特に電圧制御をプラズマ制御（３５）として使用することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
構造化された領域（１２）が構造パラメータとして、特に第２の材料のマトリックス（２５）中での第１の材料の微粒子（２０）の密度並びに前記微粒子（２０）のサイズ及び／又は形状を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法により製造された、コンポーネント（１０）、特にマイクロメカニカルコンポーネント及び／又はマイクロ流体コンポーネント及び／又はマイクロエレクトロニクスコンポーネント（１０）。
【請求項８】
コンポーネント（１０）が少なくとも１つの他の構造化された材料領域（１２′）を有し、その際、前記の他の構造化された材料領域（１２′）は構造化された材料領域（１２）に対して異なるように調節された構造パラメータを有することを特徴とする、請求項７記載のコンポーネント（１０）。
【請求項９】
構造化された材料領域（１２）及び／又は他の構造化された材料領域（１２′）は、化学的感受性の膜として、特にＮＨ3を検知する膜として、及び／又は半透過性膜として、特に透析に使用するための半透過性膜として、及び／又はフィルタとして、特に化学的に腐食性の液体を濾過するためのフィルタとして、熱的にデカップする膜として、特にマイクロボロメータ用の熱的にデカップルする膜として考慮されていることを特徴とする、請求項７又は８記載のコンポーネント（１０）。
【請求項１０】
ケモセンサとして及び／又は膜として及び／又はフィルタとして及び／又はセンサとしての、請求項７から９までのいずれか１項記載のコンポーネントの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主請求項の上位概念の特徴を有する、マイクロメカニカルコンポーネントの製造方法及びマイクロメカニカルコンポーネントに関する。
【０００２】
シリコン及びシリコンカーバイドから多孔性層を製造するために、エッチング媒体として例えばフッ酸を用いる電気化学的陽極酸化を使用することは、例えば米国特許US 5 376 241 Aから公知である。この方法は重大な欠点を有する、それというのも一方で多孔化すべき層の比較的高い導電性を前提とし、他方でエッチング剤が液体として存在するためである。この比較的高い導電性は、特にシリコンカーバイドにとって著しい制限である、それというのもこの材料系は多大な工業的費用をかけてドーピングできるだけであるためである。エッチング媒体が液体として存在すること、及びこれとの関係で前記エッチング媒体の固有の表面張力は、多孔化の際に最小で生じる細孔サイズを制限する。公知の多孔化プロセスの他の欠点はフッ酸の取り扱いを避けることができないことであり、このことは大きな危険性を意味する。
【０００３】
発明の開示
それに対して、主請求項に記載された第１の実施態様によるマイクロメカニカルコンポーネントの本発明による製造方法及び本発明によるマイクロメカニカルコンポーネントは、前記コンポーネントの材料領域の構造化が第１の方法工程で既に可能であるため、構造パラメータの本来の定義はこの方法工程で既に行われ、かつ第２の方法工程で構造化された材料領域の一部の選択的エッチングのためのエッチング工程は有利に気相エッチング工程により又は乾式エッチング法により行うことができるため、使用した液体エッチング媒体の表面張力又は化学的性質から生じる、例えば細孔サイズに関する不利な影響は生じないという利点を有する。
【０００４】
本発明の場合に、構造化された材料領域は第２の工程で、第１の材料を第２の材料に対して選択的にエッチングするか又は第２の材料を第１の材料に対して選択的にエッチングするか又は第１の材料の微粒子がゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムを有する微結晶であり及び／又は第２の材料のマトリックスがシリコンカーバイド又はシリコンを有することにより多孔質にエッチングされるのが有利である。これにより、有利に、多孔化方法は、この多孔化すべき層によるか又はこの構造化された材料領域により無電流で行うことができる。乾式エッチング法として、本発明の場合にＣｌＦ3エッチングガスを用いたエッチングが考慮される。第１の材料もしくは第２の材料の材料の組み合わせとして、本発明の場合に、第１の材料として例えばゲルマニウム材料又はシリコン−ゲルマニウム材料もしくは相応する微結晶が考慮され、第２の材料としてシリコンカーバイドが考慮される。この材料の組み合わせによって、例えばＣｌＦ3エッチングガスを用いたエッチングは、極めて高い選択性（ゲルマニウムもしくはシリコン−ゲルマニウム対シリコンカーバイドのエッチングは、一般に約１０６３対１〜約１０５対１）で行うことができる。
【０００５】
さらに、主請求項に記載された第２の実施態様による又は第１の実施態様の有利なバリエーションによるマイクロメカニカルコンポーネントの本発明による製造方法及び本発明によるマイクロメカニカル素子は、第１の工程において堆積法を使用し、前記堆積法において前記微粒子がプラズマ中で前駆物質から生じ、その際、前記前駆物質は特にガス状であるという利点を有する。これにより、本発明の場合に、意外にも、いわゆるダストプラズマ（dusty plasma）の効果を、構造化された材料領域の作製のために有利に利用することが可能である。この場合、材料堆積のためのこのようなプラズマの電場の領域内で生じる第１の材料のクリスタリット又は微結晶は、第２の材料と一緒に堆積され、それにより構造化された材料領域の構造化を達成することができる。
【０００６】
この場合、構造化された材料領域の製造のために第１の工程で使用される堆積法の場合に、微粒子の周期的な生成及び堆積のためにプラズマ制御を使用するのが特に有利であり、その際、特に微粒子のサイズ及び／又は形状は、前記プラズマ制御の変更により変化し、その際、特に電圧−出力制御がプラズマ制御として使用される。これにより、有利に、比較的簡単な方法で、構造化された材料領域の構造パラメータの制御を、例えば、前記プラズマ又は前記コンポーネントの前記基剤の上方でプラズマ状態を維持するための前記電場を周期的に拍動させることにより達成することができる。このパルスサイクル（これは以後、プラズマサイクルのデューティーサイクルと記載する）はこの場合、本発明により有利に、前記プラズマのスイッチオン時間がプラズマ中に第１の材料の十分に大きな微結晶を生じさせるために十分であり、かつ前記プラズマのスイッチオフ時間は、前記放電が完全に消えかつそれにより第２のマトリックス上に前記の微結晶が落下するために十分であるように形成される。
【０００７】
本発明の他の主題は、第１の実施態様又は第２の実施態様による、つまり構造化された材料領域の製造の後に（多孔化する）エッチングあり又はなしの、本発明の方法により製造された、コンポーネント、特にマイクロメカニカルコンポーネント及び／又はマイクロ流体コンポーネント及び／又はマイクロエレクトロニクスコンポーネントである。この場合、構造化された材料領域の構造パラメータとして、特に第２の材料のマトリックス中の第１の材料の微粒子の密度並びに前記微粒子のサイズ及び／又は形状が考慮され、かつ前記コンポーネントは、前記の構造化された材料領域とは異なるように調節された構造パラメータを有する少なくとも１つの他の構造化された材料領域を有することが特に有利である。これにより、本発明による製造方法の第１の工程の間の堆積条件の多様な変更によって、極めて多様でかつ特に異なる用途のために適した構造化された膜領域を作製することができる。さらに、本発明の場合に、構造化された材料領域の作製の間に前記堆積条件を連続的及び／又は断続的に及び／又は周期的に交換して変更することで、異なる堆積領域に異なる構造パラメータを存在させることも可能である。
【０００８】
本発明によるコンポーネントの構造化された材料領域及び／又は他の構造化された材料領域が、化学的感受性の膜として、特にＮＨ3を検知する膜として、及び／又は半透過性膜として、特に透析に使用するための半透過性膜として、及び／又はフィルタとして、特に化学的に腐食性の液体を濾過するためのフィルタとして、熱的にデカップする膜として、特にマイクロボロメータ用の熱的にデカップルする膜として考慮されていることが特に有利である。これにより、本発明の場合に、有利に、前記の構造化された材料領域のため又は多孔化された構造化された材料領域のために多くの可能な適用を示すことが可能である。相応して、本発明の他の主題は、本発明によるコンポーネントの、ケモセンサとして及び／又は膜として及び／又はフィルタとして及び／又はセンサとしての使用であり、これは本発明によるコンポーネントの適用分野をさらに高める。
【０００９】
本発明の実施例が図面に示されており、これらの実施例を以下で詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による第２の実施態様のコンポーネントの断面図を表す。
【図２】本発明による第１の実施態様のコンポーネントの断面図を表す。
【図３】本発明によるコンポーネントの構造化された材料領域の細部を表す断面図を表す。
【図４】本発明によるコンポーネント中での構造化された材料領域のバリエーションを示す図を表す。
【図５】本発明によるコンポーネント中での構造化された材料領域のバリエーションを示す図を表す。
【図６】前記コンポーネントの本発明による製造方法及び製造のための装置を示す図を表す。
【００１１】
本発明の実施態様
図１中には、本発明の第２の実施態様による本発明によるコンポーネント１０の断面図が示され、図２中には、本発明の第１の実施態様によるコンポーネント１０の断面図が示されている。両方の実施態様の場合に、コンポーネント１０は構造化された材料領域１２を有する。この構造化された材料領域１２は、図３において細部を表す断面図で示されている。この場合、構造化された材料領域１２は、微粒子２０（以後、粒子２０と記載する）がマトリックス２５中に埋め込まれるように設けられている。前記微粒子２０は、主に第１の材料を有し、マトリックス２５は主に第２の材料を有する。さらに、図１中でも、図２中でも、コンポーネント１０が例示的に有する基材１１を有する。
【００１２】
第１の実施態様（図２）と第２の実施態様（図１）との差異は、第１の実施態様（図２）の場合に、第２の材料（つまりマトリックス２５）に対して相対的に第１の材料（つまり微粒子２０）のエッチングが行われるか、又はその逆で第１の材料に対して相対的に第２の材料のエッチングが行われるかであり、第２の実施態様（図１）の場合にはこのようなエッチングは実施されない。本発明のコンポーネント１０の第１の実施態様の場合に実施されたエッチングは、図２において、構造化された材料領域１２の内部の個々の微粒子２０が破線又は点線で示されている。この場合、構造化された材料領域１２は、以後、エッチングが実施されても又はされていなくても構造化された材料領域１２として表す、それというのも、粒子２０がマトリックス２５中に埋め込まれることにより構造化された材料領域１２中に形成される構造はエッチングされていない場合でも存在し、選択エッチングの際にもマトリックス２５に対する粒子２０（又はその逆）が存在する。
【００１３】
図４及び５の場合に、コンポーネント１０中での構造化された材料領域１２又は基材１１の配置の異なるバリエーションを示す。この場合、構造化された材料領域１２の他に、他の構造化された材料領域１２′が存在することも示す。この場合、本発明の範囲内で、他の構造化された材料領域１２′とは、特にその（マトリックス２５内の粒子２０の）構造化に関して異なる構造パラメータを有する材料領域であると解釈され、つまり、例えば粒子２０がより大きいか、又は他の形状を有するか、又は粒子２０が同じ大きさであるが、低い密度で（マトリックス２５中に）分布して存在している材料領域であると解釈される。
【００１４】
構造化された材料領域１２の本発明による作製方法は、コンポーネント１０の第１の実施態様の場合でも、第２の実施態様の場合でも、図６において、この製造方法により第１の工程を実施するための装置が図示的に表されることにより示唆的に表されている。本発明による方法の第１の工程の場合に、構造化された材料領域１２は、第１の材料の微粒子２０を第２の材料のマトリックス２５中に埋め込むことにより製造される。次に構造化された材料領域１２の多孔化が望まれる場合に、本発明の場合に、気相エッチング法（もしくは乾式エッチング法）を用いて、第２の方法工程で所望のエッチングを行うことができ、湿式エッチング法の前記欠点は生じない。この方法は、図１において矢印及び符号４０で示され、これはエッチング媒体又はエッチングガス４０の表示のために用いられる。
【００１５】
この本発明による方法は、次に優先的に、ゲルマニウム微粒子２０もしくはシリコン−ゲルマニウム微粒子２０を、主にシリコンカーバイドを有するマトリックス２５中に埋め込む実施例に関して例示的に記載する。しかしながら、本発明の場合に、微粒子２０とマトリックス２５との間で他の材料の組み合わせを選択することも可能である。
【００１６】
本発明による方法の第１の工程の場合に、構造化された材料領域１２を、例えば非晶質シリコンカーバイドからなるマトリックス２５中のゲルマニウム微粒子又はシリコン−ゲルマニウム微粒子２０又は微結晶２０の埋め込みとして作製する。（第２の方法工程での微粒子２０のエッチングの後に、熱による方法工程（図示されていない）を用いて、例えばいわゆるラピッドサーマルプロセッシングにより、多孔性非晶質シリコンカーバイドから多孔性多結晶シリコンカーバイドへの変換を行うことも可能である。）
構造化された材料領域１２の製造のために、本発明の場合に例えばＰＥＣＶＤプロセス（プラズマ支援化学蒸着；plasma enhanced chemical vapor deposition）が使用される。このプロセスにおいて、堆積法又は被覆法の過程で層形成する物質（以後、前駆物質３１又は前駆体３１と記載する）が有利にガス状の形で供給される。これは、図６において、前駆物質３１について２つの矢印により示されている。層形成する前駆物質３１として、例えばゲルマニウム微粒子又はシリコンゲルマニウム微粒子２０のために、ゲルマン（ＧｅＨ4）又はゲルマン（ＧｅＨ4）とシラン（ＳｉＨ4）を考慮することができ、シリコンカーバイドを有するマトリックス２５のために、前駆物質３１としてシラン（ＳｉＨ4）及びメタン（ＣＨ4）を考慮することができる。この前駆物質３１は、本発明の場合に例えば同時にプラズマ放電に供給され、この場合、プラズマの範囲は図６において符号３０で示されている。シリコンカーバイドの形成のための前駆物質３１の他の例として、全てのケイ素−炭化水素（ＳｉkＣmＨn）及びその混合物又は異性体が本発明の場合に挙げられる。
【００１７】
さらに、図６中に、構造化された材料領域１２の作製の際に、例えば基材１１並びに電極（図６中には符号を用いて示していない）にプラズマ３０の生成のための電圧を印加できることが示されている。この場合、通常のプラズマ被覆装置、例えば平行板型反応器（parallel plate reactor）又は誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ、inductively coupled plasma）が、例えば図示された基材電極と共に、使用することができる。本発明の場合に、構造化される材料領域１２を形成するために、異なる材料間の結晶−結合エネルギーの大きな差を利用する。例えば、シリコンカーバイドについての結晶−結合エネルギーは約５ｅＶであり、ゲルマニウム又はシリコン−ゲルマニウムについての結晶−結合エネルギーは約２ｅＶであり、これは、例えば約３００℃の典型的なプロセス温度でシリコンカーバイドを非晶質相の形で成長させ、他方で基材の温度及び前記プラズマからのエネルギーは、ゲルマニウム−微結晶又はシリコン−ゲルマニウム−微結晶を（まずプラズマ中に）形成させるのに既に十分であり、引き続き非晶質シリコンカーバイドからなる前記マトリックス中に埋め込まれることになる。本発明の場合に、意外にも、今までむしろ材料層の堆積の際に欠点と見なされていた、いわゆるダストプラズマ（dusty plasma）が、構造化された材料領域１２の作製のために有利に利用できる。この場合、このようなプラズマ３０の領域内で生じる第１の材料のクリスタリット２０又は微結晶２０は第２の材料と一緒に堆積し、それにより構造化された材料領域１２の構造化が達成される。つまり、例えばシラン含有又はゲルマン含有の低圧プラズマはプラズマ内に粒子を形成する傾向がある（ダストプラズマ）。この粒子は、数ナノメートルから数マイクロメートルの範囲内のサイズの微結晶であり、この微結晶は放電の空間中に形成される、それというのも前記微結晶はガス放電（又はプラズマ３０）の自由電子により電気的に負に帯電し、この電荷はプラズマ３０と基材１１又は基材電極１１との間の電荷層（空間電荷区域）中でほぼ浮遊して保持されることができる。そこでは、前記微粒子は（スイッチオンされたプラズマ３０の場合に）、前記微粒子が（重力により）前記基材１１に落下する程度の重さになるまで成長する。このダストプラズマ効果は、本発明の場合に、微粒子２０をマトリックス２５中に埋め込むために有利に利用される。このために、本発明の場合に、プラズマ３０を持続的にスイッチオンしたままにして（かつ前記粒子２０の重力による被覆プロセス又は埋め込みプロセスに利用される）ことができるか、又はプラズマ３０を拍動させることができ、つまり、周期的にスイッチオン及びスイッチオフすることができ、スイッチオン時間にわたり前記粒子２０の形成及び前記粒子のサイズが調節可能であり、かつスイッチオフ時間にわたり前記粒子２０の前記マトリックス２５中への埋め込みを行うことができる。このために、図６中には、プラズマ制御３５が、特に放電電圧の出力−電圧制御として示唆的に示されている。
【００１８】
前記放電又は前記プラズマ３０中に水素を本発明により添加することによって（図６には図示されていない）、ゲルマニウム又はシリコン−ゲルマニウムの結晶化が促進される。従って、水素含有量及びプラズマ３０の供給される電力によって、本発明の場合に、ゲルマニウム−微結晶又はシリコン−ゲルマニウム−微結晶２０の粒度分布を適切に制御することができる。これにより、本発明による方法の第１の工程の間のプラズマ３０の被覆条件により、特に微結晶２０又は粒子２０のサイズを、構造化された材料領域１２の主要な構造パラメータとして調節できるか又は簡単に制御できる。前記プラズマ放電のための付加的なキャリアガスとして、本発明の場合に、例えばアルゴン、また他の全ての不活性ガス、例えばヘリウム、ネオン又は窒素が挙げられる。
【００１９】
前駆物質３１を供給する方法又は装置に応じて、本発明の場合に、粒子２０の他の構造パラメータ及びそれにより構造化された材料領域１２の他の構造パラメータに影響を及ぼすことも可能である。例えば、それにより粒子２０の形状及び／又は粒子２０の密度（基材表面積当たりの粒子の数として）を変化させることができる。さらに、本発明の場合に、プラズマ条件のラテラルな変化が構造化された材料領域１２の構造パラメータのラテラルな変化を生じさせることもできる。
【００２０】
構造化された材料領域１２の異なる領域の間の又は相互に境界付けられた異なる材料領域１２，１２′の間の垂直方向の区別は、本発明の場合に、いわゆるパラメータ勾配（つまり、被覆時間の増大により及びそれにより構造化された材料領域１２の層厚の増大にもよるようなプラズマ条件の時間的に変化）により異なる被覆条件をプラズマ中に存在させることができ、それにより異なる構造パラメータを構造化された材料領域１２の異なる領域に作成することができる。このようなパラメータ勾配は、例えば前駆物質３１のガス流量又はガス流及び／又は放電の電気的パラメータ及び／又は放電圧力において行うことができる。従って、例えば構造化された材料領域１２の層厚により可変の粒子−サイズ分布を調節することができ、それにより第２の方法工程においてエッチング工程の間の異なる細孔サイズも生じる。
【００２１】
主にシリコンカーバイドからなるマトリックス２５中でのゲルマニウム−微結晶２０又はシリコン−ゲルマニウム−微結晶２０の作製とは別に、本発明の場合に、マトリックス２５として非晶質多孔性シリコンを使用することもできる。この場合、同様にゲルマニウム微結晶２０又はシリコン−ゲルマニウム−微結晶２０を前記マトリックス２５中に埋め込むことができる。この場合でも、構造化された材料領域１２の多孔化は、乾式エッチング法を用いたエッチングにより、それにより（非晶質）多孔性シリコンを得ることが可能であり、このことは、特に一方のシリコンと他方のゲルマニウム又はシリコン−ゲルマニウムとの間の高いエッチング選択性（例えば約１対４０００（例えばＣｌＦ3を用いたエッチングの場合））により可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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