(57)【要約】【課題】熱電素子を簡単に製造できるようにし、その際の作業ステップ数を少なくする。【解決手段】ドーピングされていない２つの熱電素子脚部を支持体の表面に形成する。第１の熱電素子脚部が覆われず第２の熱電素子脚部が覆われるよう第１のレジストマスクを被着し、第１の熱電素子脚部のドーピングを行い、第１のレジストマスクの少なくとも一部分を除去して第２の熱電素子脚部がこのマスクによって覆われないようにする。さらに第１の熱電素子脚部が覆われ第２の熱電素子脚部が覆われないよう第２のレジストマスクを被着し、第２の熱電素子脚部のドーピングを行い、第２のレジストマスクを少なくとも部分的に除去して、少なくとも第１の熱電素子脚部がこのマスクにより覆われないようにする。ついで各熱電素子脚部を導電性材料によって結合し、第１の熱電素子脚部をｎ形とし、第２の熱電素子脚部をｐ形とするかまたはその逆とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電素子の製造方法において、
第１および第２のドーピングされていない熱電素子脚部（１５）を支持体（１０）の表面に形成し、
第１のレジストマスク（２０）を、前記第１の熱電素子脚部が該マスクにより覆われず前記第２の熱電素子脚部が該マスクにより覆われるよう被着し、
前記第１の熱電素子脚部（２１）のドーピングを行い、
前記第１のレジストマスク（２０）の少なくとも一部分を除去して、少なくとも前記第２の熱電素子脚部が該マスクによって覆われないようにし、
第２のレジストマスク（３１）を、前記第１の熱電素子脚部（２１）が該マスクにより覆われ前記第２の熱電素子脚部が該マスクにより覆われないよう被着し、
前記第２の熱電素子脚部（３０）のドーピングを行い、
前記第２のレジストマスク（３１）を少なくとも部分的に除去して、少なくとも第１の熱電素子脚部（２１）が該マスクにより覆われないようにし、
前記第１の熱電素子脚部（２１）と前記第２の熱電素子脚部（３０）とを導電性材料（４０）によって結合し、
前記第１の熱電素子脚部（２１）のドーピングをｎ形ドーピングとし、前記第２の熱電素子脚部（３０）のドーピングをｐ形ドーピングとし、または、
前記第１の熱電素子脚部（２１）のドーピングをｐ形ドーピングとし、前記第２の熱電素子脚部（３０）のドーピングをｎ形ドーピングとすることを特徴とする、
熱電素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記の第１および第２の熱電素子脚部（１５）を、該熱電素子脚部のベースとなる材料を支持体表面に面全体にわたりデポジットし、次に構造形成することによって、該支持体表面に形成することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
前記第１および第２の熱電素子脚部（１５）のベースとなる材料を多結晶シリコンまたはシリコンゲルマニウムとすることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、
前記第１のレジストマスク（２０）を完全に除去することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、
前記第２のレジストマスク（３１）を完全に除去することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、
前記の第１および第２の熱電素子脚部の結合をアルミニウムまたはチタンから成るブリッジ（４０）によって行うことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、
前記支持体の表面はＳｉＯ２から成ることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、
前記支持体を、層列ＳｉＯ２−Ｓｉ３Ｎ４−ＳｉＯ２（１２）により被層されたシリコンウェハとすることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載の方法に従って製造された熱電素子。
【請求項１０】
自動車室内の空気の二酸化炭素濃度を求めるための二酸化炭素センサにおいて、
請求項９記載の熱電素子が含まれていることを特徴とするセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電素子および該熱電素子の製造方法ならびに該熱電素子を含むセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンマイクロマシニング技術においてＩＲセンサをサーモパイルベースで製造するためには一般に、熱電素子が薄い層としてやはり薄い膜の上にパターニングされる。熱電対を製造するためにはたとえば、ドーピングされた多結晶シリコン（Poly-Si）およびアルミニウム（Ａｌ）を使用することができる。ただしこの場合、アルミニウムは熱起電力にはほとんど寄与しない。ポリシリコンの熱起電力はそのドーピングに依存する。熱電素子の熱起電力を改善するために、たとえばアルミニウムの代わりに別のポリシリコン層が用いられる。最大の熱起電力を得るためには、これら双方のポリシリコン熱電素子脚部が異なる形（ｐ形およびｎ形）でなければならない。
【０００３】
ｐ形にドーピングされたポリシリコン熱電素子脚部とｎ形にドーピングされたポリシリコン熱電素子脚部を備えたこの種の熱電素子を製造するために、最初にポリシリコンを面全体にわたりデポジットし、その後、たとえばインプランテーション法などによってドーピングすることが知られている。ついで、すでにドーピングされた状態において面全体にわたりデポジットされドーピングされたポリシリコン層から、第１の熱電素子脚部が構造形成される。その後、第１の熱電素子脚部を除去することなく第２の熱電素子脚部の構造形成を行えるようにする目的で、エッチングストップとして中間酸化物を挿入する必要がある。これは両方のポリシリコン熱電素子脚部の接触領域において開放される。その後、第２の熱電素子脚部がデポジットされ（たとえばインプランテーションなどによって）ドーピングされ、さらに構造形成される。典型的には、これら両方の熱電素子脚部が結合部分において金属ブリッジにより接続される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、熱電素子を簡単に製造できるようにし、さらに作業ステップ数を少なくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によればこの課題は以下の方法により解決される。すなわち第１および第２のドーピングされていない熱電素子脚部を支持体の表面に形成し、第１のレジストマスクを、前記第１の熱電素子脚部が該マスクにより覆われず前記第２の熱電素子脚部が該マスクにより覆われるよう被着し、前記第１の熱電素子脚部のドーピングを行い、前記第１のレジストマスクの少なくとも一部分を除去して、少なくとも前記第２の熱電素子脚部が該マスクによって覆われないようにし、第２のレジストマスクを、前記第１の熱電素子脚部が該マスクにより覆われ前記第２の熱電素子脚部が該マスクにより覆われないよう被着し、前記第２の熱電素子脚部のドーピングを行い、前記第２のレジストマスクを少なくとも部分的に除去して、少なくとも第１の熱電素子脚部が該マスクにより覆われないようにし、前記第１の熱電素子脚部と前記第２の熱電素子脚部とを導電性材料によって結合し、前記第１の熱電素子脚部のドーピングをｎ形ドーピングとし、前記第２の熱電素子脚部のドーピングをｐ形ドーピングとし、または、前記第１の熱電素子脚部のドーピングをｐ形ドーピングとし、前記第２の熱電素子脚部のドーピングをｎ形ドーピングとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
これにより熱電素子を簡単に製造できるようになり、この製造は作業ステップ数が少ない点で傑出している。
【０００７】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、第１および第２の熱電素子脚部を、この熱電素子脚部のベースとなる材料を支持体表面に面全体にわたりデポジットし、次に構造形成することによって、この支持体表面に形成する。この場合、面全体にわたるデポジットを著しく容易に実施することができる。構造形成にあたり、たとえば公知のエッチング法を用いることができる。
【０００８】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、第１および第２の熱電素子脚部のベースとなる材料は多結晶シリコンである。この材料は低コストで入手可能である。シリコンの代わりにシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を用いることもできる。ＳｉＧｅも多結晶材料として入手できる。
【０００９】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、第１のレジストマスクの完全な除去が行われる。これにより、以降の製造ステップの邪魔になる残留レジストがそのまま残されてしまわないようになる。
【００１０】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、第２のレジストマスクの完全な除去が行われる。
【００１１】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、第１および第２の熱電素子脚部の結合をアルミニウムまたはチタンから成るブリッジによって行う。
【００１２】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、支持体表面はＳｉＯ２から成る。
【００１３】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、支持体は層列ＳｉＯ２−Ｓｉ３Ｎ４−ＳｉＯ２により被層されたシリコンウェハである。
【００１４】
本発明による熱電素子は、構造サイズが小さいことならびに多くの個数の製造に適していることから有利には、車両内の空気の二酸化炭素含有量を監視する二酸化炭素センサとして適用することができる。
【００１５】
本発明はさらに、既述の方法に従い製造された熱電素子にも関する。本発明による方法の有利な実施形態は、当然ながら本発明による熱電素子の有利な実施形態を成すものでもあり、またその逆もあてはまる。
【００１６】
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【実施例】
【００１７】
図１には、従来技術により知られているシリコンマイクロマシニングによる赤外線センサが示されている。この場合、特定の波長をもつ入射赤外線放射が参照符号１で表されている。参照符号２により広帯域の吸収層が表されており、この吸収層は熱電素子を温接点において覆っている。熱電素子３は膜４の上に取り付けられており、この膜は中空室もしくはキャビティ５の上に張設されている。参照符号６により、取り出された熱電素子電圧が表されている。左下コーナーに描かれているダイアグラム７には、膜の上で求められた空間的温度経過特性が書き込まれている。
【００１８】
図２には、従来技術により知られている方法に従い形成された熱電素子の構造が示されており、この熱電素子の製造については背景技術の段落で説明済みである。この図では以下の参照符号が用いられている。
２００＝ｎ形ポリシリコン熱電素子脚部
２０１＝ｐ形ポリシリコン熱電素子脚部
２０２＝エッチングストップとしての中間酸化物
本発明によれば、ただ１回のポリシリコンデポジットプロセスおよびそれに続く構造形成によって、両方の熱電素子脚部を形成することができる。センサにおいてまったく役割を果たさない中間酸化物は（その個所で絶縁が不要なため）省かれる。これによって作業ステップが減り、コストが低減される。
【００１９】
両方の熱電素子脚部の構造形成はドーピングされていない状態で行われ、つまり面全体に被着されたポリシリコンから両方の熱電素子脚部が製造される。その後、２つのレジストマスクを用いて各熱電素子脚部が選択的にドーピングされアニーリングされる。ドーピング法としてインプランテーション法を使用することができる。
【００２０】
次に、本発明による方法の流れについて図３〜図６を参照しながら説明する。
【００２１】
図３ａにはウェハ１０が示されており、この上にＯＮＯ膜１１が設けられる。ここでＯＮＯ膜とは層列ＳｉO２−Ｓｉ３Ｎ４−ＳｉＯ２のことである。そしてこの膜１１の上に、ドーピングされていないポリシリコン層が面全体にわたりデポジットされる。図３ａによればこの膜は破線で描かれており、これには参照符号１２が付されている。ポリシリコンの代わり、ＳｉＧｅまたはビスマスまたはアンチモンをベースとした化合物のような他の半導体材料を用いることもできる。
【００２２】
図３ｂには、ポリシリコン層から構造形成された２つの熱電素子脚部１５が示されている。これらの熱電素子脚部はこのステップではまだ結合されていない。
【００２３】
その後、図４に描かれているように、これら２つの熱電素子脚部の一方がレジストマスク２０により覆われる。さらに、ポリシリコンで覆われていないウェハの残りの部分をレジストマスクで覆うこともできる。ついで面全体にわたりインプランテーションが行われる。これを原子またはイオンの打ち込みまたは高エネルギービームの利用によって行うことができる。レジストマスクが設けられることから、インプランテーションはレジストマスクで覆われていない脚部２１に対してのみ作用を及ぼす。インプランテーションならびにそれに続く活性化によって、この脚部のポリシリコンがｎ形ポリシリコンに変えられる。その後、レジストマスク２０が除去され、その下に設けられているポリシリコンがアニーリングされる。
【００２４】
次に、図５に描かれているように、いまやドーピングされている熱電素子右脚部がレジストマスク３１によって保護される。この場合もレジストマスクを、ポリシリコンで覆われていないウェハ部分にも広げることができる。ここで面全体にわたりインプランテーション法を施すことによって熱電素子左脚部３０がインプランテーションされ、ポリシリコンからｐ形ポリシリコンへ変えられる。
【００２５】
ついでレジストがやはり除去されて、ポリシリコンがアニーリングされる。このようにして２番目の熱電素子脚部の選択的なドーピングが完了する。
【００２６】
なお、ドーピングの順序を逆にすることも当然ながら可能であり、つまり最初にｐ形ドーピングを行い、次にｎ形ドーピングを行うこともできる。
【００２７】
最後に、図６に描かれているように、両方の熱電素子脚部が（たとえばＡｌまたはＴｉのような金属から成る）ブリッジ４０を介して互いに結合される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】赤外線センサの構造を示す図
【図２】従来技術により知られている熱電素子の構造を示す図
【図３ａ】熱電素子製造における種々の工程を示す図
【図３ｂ】熱電素子製造における種々の工程を示す図
【図４】熱電素子製造における種々の工程を示す図
【図５】熱電素子製造における種々の工程を示す図
【図６】熱電素子製造における種々の工程を示す図
【符号の説明】
【００２９】
１  赤外線ビーム
２  広帯域の吸収層
３  熱電素子
４  膜
５  中空室
６  取り出された熱電素子電圧
７  膜の上で求められた空間的温度経過特性のグラフ
１０  ウェハ
１１  ＯＮＯ膜
１２  ドーピングされていないポリシリコン層
１５，３０  熱電素子脚部
２０，３１  レジストマスク
２１  マスクに覆われていない脚部
４０  ブリッジ
２００  ｎ形ポリシリコン熱電素子脚部
２０１  ｐ形ポリシリコン熱電素子脚部
２０２  エッチングストップとしての中間酸化物
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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