(57)【要約】【課題】閉鎖された穿孔開口を有するダイアフラム構造体を形成する方法において、従来技術の欠点が改良されたものを提供する。【解決手段】基板（１）に、少なくとも１つの微孔性の層（２）を形成し、前記基板（１）内に、微孔性の層を貫通するエッチングプロセスにより、少なくとも微孔性の層（２）により覆われた中空室（６）を、微孔性の層（２）の下に形成し、微孔性の層に閉鎖層（５）を形成し、該閉鎖層（５）が、前記微孔性の層（２）を少なくとも部分的に覆っているようにした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖された穿孔開口を有するダイアフラム構造体を形成する方法であって、該ダイアフラム構造体が、中空室を覆っており、
・基板（１）に、少なくとも１つの微孔性の層（２）を形成し、
・前記基板（１）内に、微孔性の層を貫通するエッチングプロセスにより、少なくとも微孔性の層（２）により覆われた中空室（６）を、微孔性の層（２）の下に形成し、
・微孔性の層に閉鎖層（５）を形成し、該閉鎖層（５）が、前記微孔性の層（２）を少なくとも部分的に覆っているようにすることを特徴とする、閉鎖された穿孔開口を有するダイアフラム構造体を形成する方法。
【請求項２】
微孔性の層（２）の、中空室に向いていない方の側に閉鎖層を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
多孔質シリコンにより微孔性の層（２）を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
エッチングプロセスの前に微孔性の層（２）を酸化する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
微孔性の層（２）に、穿孔されたダイアフラム層（３）を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
中空室（６）を形成するためのエッチングプロセスを、ダイアフラム層（３）の穿孔開口並びに微孔性の層（２）を介して行う、請求項５記載の方法。
【請求項７】
閉鎖層（５）を次のように被着する、すなわち、閉鎖層（５）が、
・穿孔開口の外部でダイアフラム層（３）に載置され、
・穿孔開口内で、微孔性の層（２）に載置されるように、
被着する、請求項５記載の方法。
【請求項８】
閉鎖層（５）が、窒化物又は酸化物又は金属より成っているようにする、請求項１記載の方法。
【請求項９】
微孔性の層が、０．０１μｍ〜１μｍまでの間の厚さを有しているようにする、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
微孔性の層が、ほぼ１ｎｍ〜５００ｎｍまでの間の直径を有する孔を有しているようにする、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
閉鎖層が、１０ｎｍ〜１０００ｎｍまでの厚さを有しているようにする、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
ダイアフラム全体を、酸化された多孔質シリコンにより形成する、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
微孔性の層（２）が、中空室（６）を完全に覆うのではなく、ダイアフラムの穿孔領域にのみ位置しているようにする、請求項５記載の方法。
【請求項１４】
閉鎖された穿孔開口を有するダイアフラム構造体であって、該ダイアフラム構造体が、中空室（６）を覆っており、前記ダイアフラム構造体が、
・ダイアフラムの、中空室に向いている方の側に少なくとも１つの微孔性の層（２）を有しており、
・かつダイアフラムの、中空室に向いていない方の側に閉鎖層（５）を有しており、該閉鎖層（５）が、微孔性の層（２）を少なくとも部分的に覆うようにする
ことを特徴とする、閉鎖された穿孔開口を有するダイアフラム構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉鎖された穿孔開口を備えたダイアフラム構造体を形成する方法に関する。さらに本発明は対応したダイアフラム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度センサ（例えば赤外線センサ）を表面マイクロマシニング（ＯＭＭ）により形成するためには、ガス相エッチングプロセス（例えばＣＩＦ３）が使用される。これにより、穿孔されたダイアフラムを介して、断熱のための空隙をバルクシリコン内にエッチングすることが可能である。このような空隙の典型的なエッチング深さは、１０〜１５０μｍまでの領域で変動する。エッチングプロセスはほぼ等方性なので、サイドエッチングの幅はエッチング深さとほぼ同じ大きさである。
【０００３】
それ故、数百μｍの延びを有する面の大きいダイアフラムを完全にサイドエッチングするためには、ダイアフラム内に１つのみよりも多いエッチング孔を設けることが不可欠である。このようなエッチング孔の典型的なサイズは０．５〜５μｍである。このような穿孔されたダイアフラムは、例えば未公開のドイツ連邦共和国特許出願第１０３１５９６３号明細書につき公知である。
【０００４】
このような穿孔されたダイアフラムは、様々な理由、すなわち、
・機械的な安定性の低下、
・後続の形成プロセス（例えば切断、個別化）の間に空隙に汚れが堆積すること、
・センサ耐用寿命の間に空隙に汚れが堆積すること（「センサドリフト」の原因となる）
から不都合であることがあり得る。
【０００５】
それ故、このような開口は有利には再び閉鎖される。これらの開口の閉鎖は、例えば、付加的な層が開口の上部に析出されることにより行うことができる。この場合には、不可欠な層厚さが、穿孔開口のサイズに関係している（典型的には、層厚さは開口の直径にほぼ等しい）。しかしながら、厚い閉鎖層は、不利な機械的及び熱的な特性に基づき不都合である。さらに、大きい層厚さは、長い析出時間、ひいては高いコストを必要とする。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願第１０３１５９６３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、閉鎖された穿孔開口を有するダイアフラム構造体を形成する方法において、従来技術の欠点が改良されたものを提供することである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、閉鎖された穿孔開口を有するダイアフラム構造体を形成する方法において、ダイアフラム構造体が中空室を覆う形式の方法に関する。この方法では、
・基板に、少なくとも１つの微孔性の層が形成され、
・微孔性の層を貫通するエッチングプロセスにより、少なくとも微孔性の層により覆われた中空室が微孔性の層の下方に形成され、
・微孔性の層に閉鎖層が形成され、この閉鎖層が微孔性の層を少なくとも部分的に覆う。
【０００８】
わずかな孔直径を有する微孔性の層により、薄い閉鎖層の使用が可能となる。ダイアフラムの閉鎖の主な利点は、これにより、極めて低い圧力しか閉じ込めることができず、これにより、空隙を介した熱導出が減じられることである。
【０００９】
本発明の有利な１構成が、閉鎖層が、微孔性の層の、中空室に向いていない方の側に形成されることを特徴とする。これにより、閉鎖層が外側から微孔性の層若しくはダイアフラム層に被着されることにより、特に簡単な製造プロセスが可能である。
【００１０】
本発明の有利な１構成が、微孔性の層が多孔質シリコンから成っていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の有利な１構成が、多孔質シリコン若しくは微孔性の層がエッチングプロセスの前に酸化せしめられることを特徴とする。これにより、前記層は、のちに続く、層を貫通するエッチングプロセスにより破壊されるか、又はほぼ損なわれてしまうことのないように準備される。
【００１２】
本発明の有利な１構成が、微孔性の層上に、穿孔されたダイアフラム層が形成されることを特徴とする。このダイアフラム層は、マイクロマシニングによる機能エレメントの支持体として適している。ダイアフラム層の穿孔開口を介してダイアフラム層のサイドエッチング、ひいては空隙の形成が行われる。
【００１３】
本発明の有利な１構成が、中空室を形成するためのエッチングプロセスが、ダイアフラム層の穿孔開口並びに微孔性の層を介して行われることを特徴とする。この場合には、エッチングプロセスのために微孔性の層の透過性が意図的に、有利に利用される。
【００１４】
本発明の有利な１構成が、閉鎖層が次のように被着される、すなわち、
・穿孔開口の外部でダイアフラム層に載置され、
・穿孔開口内で微孔性の層に載置される
ように被着されることを特徴とする。これにより、閉鎖層は孔開口を含めてダイアフラムの表面全体を覆う。
【００１５】
本発明の有利な１構成が、閉鎖層が窒化物又は酸化物又は金属から成っていることを特徴とする。これにより、信頼性ある材料が使用される。
【００１６】
本発明の有利な１構成が、微孔性の層が０．１μｍ〜１μｍまでの間の厚さを有しており、これにより、センサの熱特性に不利な影響が及ぼされないことを特徴とする。
【００１７】
本発明の有利な１構成が、多孔質シリコン若しくは微孔性の層が、ほぼ１ｎｍ〜５００ｎｍまでの間の直径を有する孔を有していることを特徴とする。これにより、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍまでの極めて薄い閉鎖層が可能である。「ほぼ」という表現を用いることにより、当然のことながら統計学的な分配により、１００ｎｍを越える直径を有する個々の孔（「異常値」）も可能であることが示唆されている。
【００１８】
本発明の有利な１構成が、閉鎖層が数１００ｎｍ又はそれよりもわずかな厚さを有していることを特徴とする。特に層厚さは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍまでの間で変動する。
【００１９】
本発明の有利な１構成が、ダイアフラム全体が、酸化された多孔質シリコンから形成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の有利な１構成が、微孔性の層が中空室を完全には覆うのではなく、ダイアフラムの穿孔領域にのみ位置することを特徴とする。
【００２１】
さらに本発明は、閉鎖された穿孔開口を有するダイアフラム構造体において、このダイアフラム構造体が中空室を覆っているものを含む。このダイアフラム構造体は、
・ダイアフラムの、中空室に向いている方の側に少なくとも１つの微孔性の層を有しており、
・ダイアフラムの、中空室に向いていない方の側に閉鎖層を有しており、この閉鎖層が微孔性の層を少なくとも部分的に覆っている。
【００２２】
本発明による方法の有利な構成が、当然のことながら本発明によるダイアフラム構造体の有利な構成をも意味しており、かつ逆のこともいえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
プロセス進行の変更により、従来技術により公知の０．５μｍよりも小さいエッチング開口を実施することができる。この場合にはダイアフラムの部分の構造化は、フォトリソグラフィによっては行われるのではなく、空孔形成プロセスにより行われる。これにより、数ナノメータの直径を有する孔サイズを形成することができ、エッチング開口を極めて薄い層により閉じることができる。
【００２４】
それ故、ダイアフラムの下方には多孔質シリコン技術により、付加的にいわば「微小孔性又は中孔性の層が形成される。穿孔されたダイアフラムは、多孔性の層が１ｎｍ〜１００ｎｍまでの間の孔直径を有する多孔性の層が閉じらた直後には気密に閉鎖されている。これにより、さらに極めて薄い閉鎖層（厚さ１０〜１００ｎｍまでの大きさ）のみが不可欠である。
【００２５】
次にプロセスの進行を図１、図２、図３、図４、図５、図６及び図７につき説明する。
【００２６】
図１では、基板１の、のちにダイアフラムが生じることになる領域２に、多孔質シリコンの極めて薄い層（有利には１００ｎｍ〜１μｍまでの厚さ）が形成される。空孔形成プロセスのパラメータ（主に電流密度）により、空孔のサイズが規定される。この空孔サイズにより、閉鎖層のためにのちに不可欠な層厚さが同時に規定される。多孔質シリコン（ＰｏｒＳｉ（ポーラスシリカ）と呼ばれる）は、空隙を形成するためののちのＳｉエッチングプロセスの間に保護されるように、酸化される（ＯｘＰｏｒＳｉ（多孔質シリコン酸化膜）と呼ばれる）。
【００２７】
図２では、前記ＯｘＰｏｒＳｉ層２の上部に感応性の構造体若しくは機能エレメントを有するダイアフラム３本体が形成される。
【００２８】
図３では、ダイアフラム３の上部にフォトレジスト層４が被着される。次いで、ダイアフラム３は、ＯｘＰｏｒＳｉ層の領域にフォトリソグラフィにより構造化され、ＯｘＰｏｒＳｉ層２まで開口される。これにより、穿孔開口が生じる。図３には、例えば４つの穿孔開口が示されている。
【００２９】
図４では、いまや標準方法によりダイアフラムが（例えばエッチングガスＣＩＦ３により）サイドエッチングされる。この場合には、エッチングガスがダイアフラム３の穿孔開口及びＯｘＰｏｒＳｉ層２の空孔を介して基板１内に進入する。この場合に、空隙若しくは中空室６が生じる。
【００３０】
図５では、レジスト層４の除去後に空隙が極めて薄い閉鎖層５（例えばＣＶＤ酸化物又は窒化物）により閉鎖される。この場合には不可欠な層厚さはもはや穿孔の開口サイズによりもたらされるのではなく、ＯｘＰｏｒＳｉ層の空孔サイズによりもたらされる。
【００３１】
ＯｘＰｏｒＳｉ２の極めてわずかな熱伝導率（約０．３〜０．５Ｗ／（ｍ＊Ｋ））に基づき、０．１〜１μｍまでの間の厚さのＯｘＰｏｒＳｉ層２は、センサの熱特性には極めてわずかな影響しか有さない。
【００３２】
図６には、本発明の１構成が示されている。この構成では、ＯｘＰｏｒＳｉ層２は穿孔開口の領域にのみ形成されている。符号５はここでも閉鎖層を示しており、符号３はここでもダイアフラム層を示している。
【００３３】
図７には、本発明の１構成が示されている。この構成では、ダイアフラムが全てＯｘＰｏｒＳｉ２により形成されている。その上にはセンサ構造体７並びに閉鎖層５が位置している。この場合には、最初の２つの実施例で使用されたダイアフラム層及びこのダイアフラム層の穿孔は省略される。
【００３４】
当然のことながら、ダイアフラムが部分的にのみＯｘＰｏｒＳｉから形成されている構成も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施例の基本プロセスの経過を時間的な順序で示す横断面図である。
【図２】本発明の第１実施例の基本プロセスの経過を時間的な順序で示す横断面図である。
【図３】本発明の第１実施例の基本プロセスの経過を時間的な順序で示す横断面図である。
【図４】本発明の第１実施例の基本プロセスの経過を時間的な順序で示す横断面図である。
【図５】本発明の第１実施例の基本プロセスの経過を時間的な順序で示す横断面図である。
【図６】本発明の第２実施例を示す横断面図である。
【図７】本発明の第３実施例を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  基板、  ２  領域、  ３  ダイアフラム、  ４  フォトレジスト層、  ５  閉鎖層、  ６  中空室、  ７  センサ構造
【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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【図７】
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