(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その可動部分として少なくとも膜領域（１′）を有するとともに、部分的にその表面（５）がＮ−ドープされているＰ−基板（３）を有するマイクロメカニカルな膜（９）であって、その際、
最上層が、前記膜領域（１′）を含むＮ−エピタキシャル層（１）であり、かつ、
前記Ｐ−基板（３）の上に、１つもしくは複数のＮ−エピタキシャル層（７、７′）が配置されており、当該Ｎ−エピタキシャル層（７、７′）が、前記膜領域（１′）において、Ｎ−ドープされた領域（６、６′、６″）を形成する、マイクロメカニカルな膜（９）であって、
前記の異なるＮ−エピタキシャル層（７、７′）と、前記の膜領域（１′）及びＮ−ドープされた領域（６、６′、６″）からなる膜とは、互いに異なる厚さで形成されており、ここで、前記Ｎ−ドープされた領域（６、６′、６″）の内部に層中断部が設けられることが予定されている、ことを特徴とする、
マイクロメカニカルな膜。
【請求項２】
前記Ｎ−エピタキシャル層（７、７′、７″）が、前記膜領域（１′）中でＰ−ドープされた領域（８、８′、８″）を有する、請求項１記載の膜。
【請求項３】
前記Ｎ−エピタキシャル層（７）を、その堆積の間にＮ−ドープし、かつ引き続き局所的にＰ−ドープするか、または、
前記Ｎ−エピタキシャル層（７）を、その堆積の間にＰ−ドープし、かつ引き続き周辺領域（６′）において局所的にＮ−ドープするか、または、
前記Ｎ−エピタキシャル層（７）を、ドープせずに堆積させ、かつ周辺領域（６′）において局所的にＮ−ドープし、かつ膜領域（８′）において局所的にＰドープする、
請求項２記載の膜。
【請求項４】
前記の局所的にＰ−ドープされたＮ−エピタキシャル層（７）に、前記のＮ−ドープされている膜層（１）または前記膜領域（１′）が隣接している、請求項２または３記載の膜。
【請求項５】
前記の異なるＮ−エピタキシャル層（７、７′）のＰ−ドープされた領域（８、８′、８″）または前記の局所的にＮ−ドープされているＰ−基板（３）のＰ−ドープされた領域（８、８′、８″）が、前記Ｎ−エピタキシャル層（７、７′）の各々の中で異なった大きさで形成されている、請求項２から４までのいずれか１項記載の膜。
【請求項６】
前記の異なるＮ−エピタキシャル層（７、７′）のＰ−ドープされた領域（８、８′、８″）または前記の局所的にＮ−ドープされたＰ−基板（３）のＰ−ドープされた領域（８、８′、８″）が、前記のＮ−ドープされている膜層（１）または前記膜領域（１′）を起点として、層状に、先行する層におけるよりも大きな面積で形成されている、請求項２から５までのいずれか１項記載の膜。
【請求項７】
前記の異なるＮ−エピタキシャル層（７、７′）のＰ−ドープされた領域（８、８′、８″）または前記の局所的にＮ−ドープされたＰ−基板（３）のＰ−ドープされた領域（８、８′、８″）が、前記のＮ−ドープされている膜層（１）または前記膜領域（１′）を起点として、層状に、先行する層におけるよりも小さな面積で形成されている、請求項２から５までのいずれか１項記載の膜。
【請求項８】
前記の異なるＮ−エピタキシャル層（７、７′）のＰ−ドープされた領域（８、８′、８″）または前記の局所的にＮ−ドープされたＰ−基板（３）のＰ−ドープされた領域（８、８′、８″）が、マイクロメカニカルな膜（９）の中央または前記膜領域（１′）の下方のような、それぞれの層の異なった部分領域に配置されている、請求項２から７までのいずれか１項記載の膜。
【請求項９】
それぞれのＮ−エピタキシャル層（７、７′）のＮ−ドープされた領域（６、６′、６″）およびＰ−ドープされた領域（８、８′、８″）が、交互に、隣接して、かつ／またはマイクロメカニカルな膜（９）の中心に対して対称的に、配置されている、請求項２から８までのいずれか１項記載の膜。
【請求項１０】
請求項２から９までのいずれか１項の記載の膜であって、
前記Ｎ−ドープされた領域（６、６′、６″）に代えてＰ−ドープされた領域を有するとともに、前記Ｐ−ドープされた領域（８、８′、８″）に代えてＮ−ドープされた領域を有する、膜。
【請求項１１】
前記Ｐ−基板（３）が、その外側に向いた面にエッチングマスク（４）を有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の膜。
【請求項１２】
請求項１に記載のマイクロメカニカルな膜を製造する方法であって、以下の方法工程：
Ｐ−基板（３）の片面を、該マイクロメカニカルな膜の可動部としての膜領域の外側で局所的にＮ−ドープする工程、
上記の層上に、先行する基板層に相応して中央の膜領域においてＰ−ドープされているＮ−エピタキシャル層を第一のＮ−エピタキシャル層（７）として施与する工程、
第二のＮ−エピタキシャル層（７′）を前記第一のＮ−エピタキシャル層（７）に相応して施与する工程、
前記第二のＮ−エピタキシャル層（７′）を前記膜領域においてまたは付加的な領域においてＰ−ドープする工程、
前記膜領域を含む純粋にＮ−ドープされた膜層（１）を、前記第二のＮ−エピタキシャル層（７′）上に施与する工程、
前記基板（３）の露出面にエッチングマスク（４）を施与する工程、および
前記エッチングマスク（４）に相応して少なくとも前記基板（３）を除去して、露出した膜（１′）を製造する工程
を含むことを特徴とする、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、その表面上で部分的にＮ−ドープされているＰ−基板を有し、その際、最上層がＮ−エピタキシャル層であるマイクロメカニカルな膜に関する。
【背景技術】
【０００２】  マイクロメカニカルな圧力センサでは、膜はＰＮ−エッチストップを用いた異方性エッチングによって定義される。エッチフロントは、Ｐ−ドープされた基板とＮ−ドープされた層との間の境界面で止まる。その際、膜の締込部はエッチングされたキャビティの周辺部によって定義される。圧力に依存した膜のひずみは、膜の表面でピエゾ抵抗性の抵抗変化により測定される。抵抗の感度にとって、膜の締込部に対して相対的な抵抗の位置は重要である。【０００３】  マイクロメカニカルな膜はすでにＤＥ４３０９２０７Ａ１号から公知である。これは、ピエゾ抵抗の圧力センサを有する半導体装置であり、該装置は、導電性のエピタキシャル層により形成されており、かつ半導体基板上に反対の導電性を備えた膜を有している。半導体とは反対側の膜の外面には少なくとも１つのピエゾ抵抗が設置されており、かつ膜の内面は半導体基板を貫通する開口部を通じてエッチングされて露出している。半導体基板とエピタキシャル層との間には環状に構造化された、導電性の中間層が設置されており、該層は膜の内面に隣接する開口部の領域に固定されている。この場合、該中間層は半導体基板と反対の導電性を有している。異なったドーピングによるこの膜は、膜中での厚さの違いを限定的に保証するのみであり、これはドーピングの侵入深さにより決定されている。さらにここで示した膜はエピタキシャル層を１つ有するのみである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明の課題は、正確に成形され、著しく異なった剛性を有する締込部もしくは膜領域が保証されているように、マイクロメカニカルな膜を形成し、かつ配置することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上記課題は本発明により、Ｐ−基板上に１つもしくは複数のＮ−エピタキシャル層が配置されており、該層が膜領域においてＰ−ドープされていることによって解決される。このことにより膜の締込部もしくは張設部が、膜もしくはＰ−ドープされた領域を最終的にエッチングする間に定義されるようになり、かつ側面のアンダーエッチングによって定義されなくなる。Ｐ−ドープされた基板内のエッチングの周辺領域は、付加的に配置されたＮ−エピタキシャル層の下方に存在し、かつ膜の挙動もしくは締込部に影響を与えない。膜の締込部の正確な定義は、たとえば圧力センサにとって極めて重要である。というのも、圧力に関する感度は、締込部（膜の端部）に対して相対的なピエゾ抵抗の抵抗位置により影響を受けるからである。
【０００６】  さらに、Ｎ−エピタキシャル層を堆積する前に、基板を局所的にＮ−ドープし、かつＮ−エピタキシャル層を堆積している間にＮ−ドープし、かつ引き続き局所的にＰ−ドープするか、または堆積している間にＰ−ドープし、かつ引き続き周辺領域において局所的にＮ−ドープするか、またはエピタキシャル層をドーピングしないで堆積させ、かつ引き続き周辺領域に局所的にＮ−ドーピングを、およびエピタキシャル層の中央領域にＰ−ドーピングを行うことは有利である。このようなドーピングにより一貫したドーピングが可能であるため、個々のＮ−エピタキシャル層が比較的厚くなる。しかし、ここで示されるＮ−エピタキシャル層の数を変更することにより、膜の締込部の厚さを明らかにいっそう厚くすることが可能である。
【０００７】  １実施態様によれば、局所的にＰ−ドープされたＮ−エピタキシャル層または局所的にＮ−ドープされたＰ−基板に、Ｎ−ドープされた膜層または膜が隣接しているという付加的な可能性が存在する。こうして形成される膜もしくは膜の補強部は、締込領域において実質的により厚く、ひいては明らかにより安定している。
【０００８】  さらに、異なったＮ−エピタキシャル層または局所的にＮ−ドープされたＰ−基板のＰ−ドープされた領域は、個々のＮ−エピタキシャル層中もしくはドーピング層中、異なった大きさで形成されていてもよいか、または膜層もしくは膜を起点として層状に、先行する層よりも次第に大きい面積もしくは小さい面積で形成されていてもよい。従って膜の下方で任意の補強形が可能であり、かつ膜をその使用分野に相応して適合させることができる。
【０００９】  さらに、異なったＮ−エピタキシャル層もしくは局所的にＮ−ドープされたＰ−基板のＰ−ドープされた領域が、それぞれの層の異なった部分領域、たとえばマイクロメカニカルな膜の中央もしくは膜の下方に配置されており、かつそれぞれのＮ−エピタキシャル層のＮ−ドープされた領域ならびにＰ−ドープされた領域が、交互に、隣接して、および／またはマイクロメカニカルな膜の中心に対して対称的に配置されていることも有利である。
【００１０】  本発明による解決方法の有利な１実施態様によれば、異なったＮ−エピタキシャル層が異なった厚さで形成されていることも考えられる。
【００１１】  本発明にとって、これまで「Ｎ−ドープされた」と称していた領域がＰ−ドープされて形成されており、かつこれまで「Ｐ−ドープされた」と称していた領域がＮ−ドープされて形成されていてもよいことは、特に重要である。従って異なった層のベースドーピングを自由に選択することができ、かつ局所的に行われた相応するドーピングを適合させることができる。
【００１２】  最終的に、膜層がＮ−エピタキシャル層として形成されており、かつＰ−基板が、外側に向いている面にエッチングマスクを有しており、膜の下方で露出させるべき領域は、該エッチングマスクを有しておらず、エッチング剤に露出されることが有利である。
【００１３】  最後に、Ｐ−基板の片側を周辺領域において局所的にＮ−ドープし、該層上にＮ−エピタキシャル層を堆積させるか、もしくは施与し、該エピタキシャル層は先行する基板層に相応して中央部がＰ−ドープされており、かつ第二のＮ−エピタキシャル層を第一のエピタキシャル層に相応させて施与し、その際、第二のＮ−エピタキシャル層を、膜領域において、または付加的な領域においてＰ−ドープすることは有利である。その後、純粋にＮ−ドープされた膜層をＮ−エピタキシャル層上に堆積させるか、もしくは施与し、その際、基板の露出面にエッチングマスクを施与する。
【実施例】
【００１４】  本発明のさらなる利点および詳細は、特許請求の範囲および詳細な説明に記載されており、かつ図面で示されている。図面は次のものを示している：
図１〜５  Ｐ−基板および周辺領域において局所的にＰ−ドープされたＮ−エピタキシャル層を有するマイクロメカニカルな膜を製造するための方法工程、
図６  異なった補強部を有する膜を有する図５の記載の第二の実施態様、
図７  別の補強部の変形を有する図５の記載の第三の実施態様。【００１５】  種々の異なったドーピング型のエピタキシャル層１、７、７′を基板３上に施与することによりマイクロメカニカルな膜９を製造する。【００１６】  図１では、Ｐ−ドープされた基板が３で示されており、該基板はマイクロメカニカルな膜を製造するためのベースを形成する。基板３は、その表面５上で局所的にＮ−ドープされている、つまりその一般的なＰ−ドーピング以外にその表面５上でＮ−ドープされた領域６を有する。Ｎ−ドープされた領域６は、チップの表面５の周辺領域上で広がっているので、表面５上ではＰ−ドープされた領域８が中央に生じたままである。この場合、ドープされた層６は、３〜１０μｍの厚さもしくは高さを有する。【００１７】  図２では、別の方法工程により、基板３上もしくはその局所的にＮ−ドープされた表面５（図１を参照のこと）に、局所的にＰ−ドープされたＮ−エピタキシャル層７が施与されている。この場合、Ｎ−エピタキシャル層は基板３のＮ−ドープされた領域６に相応して同様に、その周辺領域６′においてＮ−ドープされている。Ｎ−エピタキシャル層７は、堆積の間にＮ−ドープされ、かつ引き続き局所的にＰ−ドープされるか、または堆積の間にＰ−ドープされ、かつ引き続き周辺領域６′において局所的にＮ−ドープされる。エピタキシャル層をドーピングしないで堆積させ、かつ引き続き周辺領域６′に局所的にＮ−ドーピングを行い、かつ領域８′にＰ−ドーピングを行うことも可能である。最終的にＮ−ドープされた周辺領域６′ならびにＮ−エピタキシャル層７の中心にあるＰ−ドープされた領域８′が生じる。【００１８】  図３では、もう１つの方法工程により表面５′（図２を参照のこと）上に第二のＮ−エピタキシャル層７′が堆積もしくは施与されており、これは第一のＮ−エピタキシャル層７に相応して同様に中心領域において局所的にＰ−ドープされているか、もしくはＮ−ドープされた外側の領域６″およびＰ−ドープされた内側の領域８″を有する。異なったドープ型のこれらの領域は後に意図される膜形に相応して形成されている。【００１９】  図４によれば、次のプロセス工程により、第二のＮ−エピタキシャル層７′の表面５″（図３を参照のこと）上にＮ−ドープされた膜層１が施与されている。【００２０】  従ってこうして形成されるマイクロメカニカルな膜（図４）は、実質的に純粋にＰ−ドープされた基板３および純粋にＮ−ドープされた膜層１を有し、これらは２つのＮ−エピタキシャル層７、７′をこれらの間に有している。Ｎ−エピタキシャル層７、７′ならびに基板３の表面５は、この場合、局所的に異なってドーピングされている、つまりそれぞれの層７、７′中でＮ−およびＰ−ドープされた領域が交代し、その際、Ｐ−ドープされた領域は中心に設置されている。実施態様に応じてＰ−ドープされた領域を偏心的に設置することもまた可能である。【００２１】  基板３のもう一方の外面１０上に、図５に記載のエッチングマスク４が設置されている。エッチングマスク４は、基板３の周辺領域を覆うので、中心領域は露出している。エッチングもしくはエッチフロントは、この露出面で開始され、かつＰＮ−エッチストップにより停止される、つまりエッチングの境界はＮ−ドープされた領域により定義される。従ってエッチングの際に、中心のＰ−ドープされた領域のみがエッチングされて露出し、かつＮ−ドープされた周辺領域６、６′、６″は、そのままで残る。従って予めＰ−ドープされた領域もしくは基板３は、エッチングマスクが存在しない箇所でエッチング剤により除去される。なお存在するＰ−ドープされた部分領域１２は、生じた台形の自由空間１１中のその側面１３でのみエッチング剤によりエッチングされるので、該側面はエッチング時間に相応して周辺領域の方へと広がる。Ｐ−ドープされた領域内でエッチング境界を形成する領域を破線で示す。というのも、この境界はアンダーエッチングに基づいて正確に定義することができないからである。【００２２】  次いで中央領域に生じた自由空間１１により、膜層１は、この領域内で露出した膜１′を形成する。膜１′は、実質的にＮ−エピタキシャル層７、７′の予め存在していたＰ−ドープされた領域８、８′、８″の大きさを有する。というのも、Ｐ−ドープされた領域はエッチングの際に除去され、ひいては膜１′の発生が可能だったからである。【００２３】  図６および７では、Ｐ−ドープされた領域８、８′、８″もしくはここから生じる膜１′の実施態様に関する２つの変形を示している。【００２４】  この場合、周辺領域へ向かう自由空間１１の拡張部は、実質的に図５におけるよりも実質的に大きく形成されている。つまり膜層１の自由に振動する領域、つまり膜１′は、図６および７によれば実質的に幅広く形成されている。膜１′の中心領域は、膜層１に引き続き、Ｎ−ドープされた領域６、６′、６″を有しており、これらは膜１′の補強部として役立つ。これらの領域は、Ｎ−ドープされた領域６、６′、６″として製造した際に、それぞれのＮ−エピタキシャル層中に形成されていた。【００２５】  図７に相応して、補強部１４は任意の形に成形することができるので、予めＰ−ドープされた領域に相応して該補強部１４中に任意の自由空間１１が形成されている。【００２６】  ここに記載した自由空間１１もしくはその部分領域１１′は、断面図において理想化された方形に形成されており、その際、自由空間１１もしくはその突出面は、エッチングマスク４を起点として膜１′へ向かって、表面５に対して垂直に次第に小さくなるか、もしくは膜１′の大きさへと段階的に小さくなっていく。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Ｐ−基板および周辺領域において局所的にＰ−ドープされたＮ−エピタキシャル層を有するマイクロメカニカルな膜を製造するための方法工程を示す図。
【図２】  Ｐ−基板および周辺領域において局所的にＰ−ドープされたＮ−エピタキシャル層を有するマイクロメカニカルな膜を製造するための方法工程を示す図。
【図３】  Ｐ−基板および周辺領域において局所的にＰ−ドープされたＮ−エピタキシャル層を有するマイクロメカニカルな膜を製造するための方法工程を示す図。
【図４】  Ｐ−基板および周辺領域において局所的にＰ−ドープされたＮ−エピタキシャル層を有するマイクロメカニカルな膜を製造するための方法工程を示す図。
【図５】  Ｐ−基板および周辺領域において局所的にＰ−ドープされたＮ−エピタキシャル層を有するマイクロメカニカルな膜を製造するための方法工程を示す図。
【図６】  異なった剛性の膜を有する図５に記載の第二の実施態様を示す図。
【図７】  別の剛性の変形を有する図５の記載の第三の実施態様を示す図。
【符号の説明】  １、１′  膜、  ３  Ｐ−基板、  ４  エッチングマスク、  ５、５′、５″  表面、  ６、６′、６″  周辺領域、  ７、７′、７″  Ｎ−エピタキシャル層、  ８、８′、８″  Ｐ−ドープされた領域、  ９  マイクロメカニカルな膜、  １１、１１′  自由空間  、  １２  Ｐ−ドープされた部分領域、  １３  側面、  １４  補強部
【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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