(57)【要約】マイクロマシニング型の構成素子およびマイクロマシニング型の構成素子を製造するための方法が提案され、この場合、中空室（１０）と多孔質シリコン（１１）の範囲とが設けられており、多孔質シリコン（１１）の範囲が、中空室（１０）内の圧力を低下させるために設けられている。
2006500233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空室（１０）と、該中空室（１０）に隣接した、多孔質シリコン（１１）の範囲とを備えた、マイクロマシニング型の構成素子において、多孔質シリコン（１１）の範囲が、中空室（１０）内の圧力を低下させるために設けられていることを特徴とする、マイクロマシニング型の構成素子。
【請求項２】
第１の基板（２０）と第２の基板（３０）とが設けられていて、第１の基板（２０）と第２の基板（３０）との間に中間層（２５，２６，２７）が設けられている、請求項１記載のマイクロマシニング型の構成素子。
【請求項３】
第１の基板（２０）と第２の基板（３０）とが、前記中間層（２５，２６，２７）を挟んで互いに気密に結合されている、請求項２記載のマイクロマシニング型の構成素子。
【請求項４】
第１の基板（２０）とダイヤフラム（６０）とが設けられており、中空室（１０）がダイヤフラム（６０）と第１の基板（２０）との間に設けられており、多孔質シリコン（１１）の範囲が第１の基板（２０）に設けられている、請求項１記載のマイクロマシニング型の構成素子。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の構成素子を製造するための方法において、第１の基板（２０）にマイクロマシニング型の構造体（２００）を形成し、第２の基板（３０）に多孔質シリコン（１１）の範囲を形成し、第１の基板（２０）と第２の基板（３０）とを互いに結合することを特徴とする、マイクロマシニング型の構成素子を製造するための方法。
【請求項６】
請求項１から４までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の構成素子を製造するための方法において、第１の基板（２０）に多孔質シリコン（１１）の範囲を形成し、第１の基板（２０）にマイクロマシニング型の構造体を形成し、第２の基板（３０）を第１の基板（２０）と結合することを特徴とする、マイクロマシニング型の構成素子を製造するための方法。
【請求項７】
請求項１から４までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の構成素子を製造するための方法において、第１の基板（２０）に多孔質シリコン（１１）の範囲を形成し、第１の基板（２０）にマイクロマシニング型の構造体を形成することを特徴とする、マイクロマシニング型の構成素子を製造するための方法。
【請求項８】
多孔質シリコン（１１）の範囲を活性化し、これによって圧力を低下させる、請求項５、６または７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載のマイクロマシニング型の構成素子ならびに請求項５、請求項６および請求項７の上位概念部にそれぞれ記載の方法に関する。一般に、閉鎖された系内の気体を結合するために使用される、多孔質金属から成るゲッタ材料が知られている。このように閉鎖された系、たとえば中空室内では、低い圧力が封入されることが望ましい。この場合、この圧力は真空に近づく。ゲッタ材料を用いて、封入された気体を結合し、これにより圧力を著しく減少させることができる。公知のゲッタ材料において不都合となるのは、このようなゲッタ材料の製造プロセスが、半導体製造プロセスにおいて使用するためには不適切であることである。さらに、公知のゲッタ材料において不都合となるのは、ゲッタ材料が半導体に対して適性を有しないことである。
【０００２】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有するマイクロマシニング型の構成素子ならびに請求項５、請求項６および請求項７の特徴部にそれぞれ記載の特徴を有する方法には、多孔質シリコンから成るゲッタ材料が設けられているという利点がある。この多孔質シリコンは既存の半導体プロセスに問題なく組み込むことができる。さらに、多孔質シリコンは半導体に対して極めて良好な適性を有している。さらに、多孔質シリコンが廉価なゲッタ材料として設けられていることも有利である。多孔質シリコンは、たとえば酸素（O２）を、既に低い温度において二酸化ケイ素の形成により結合する。これにより、多孔質シリコンの形のゲッタ材料を活性化するために、たとえば高温熱処理法の場合のように構成素子を高い温度にまで加熱することは必要とならない。さらに、多孔質シリコンは、たとえばＣＭＯＳ、ＢＣＤ等のような半導体プロセスに問題なく組込み可能であり、そしてゲッタ材料である多孔質シリコンは、たとえばセンサのキャップ装着時において、封入された圧力を最小限に保持するために使用され得ることも有利である。さらに、多孔質シリコンの使用により、本発明によれば、大きな表面、特に最大１０００ｍ２／ｃｍ３を超えるまでの表面が形成され、これにより高いゲッタ効果が達成可能となることも有利である。
【０００３】
請求項２〜請求項４もしくは請求項８に記載の手段により、請求項１に記載のマイクロマシニング型の構成素子もしくは請求項５、請求項６および請求項７にそれぞれ記載の方法の有利な改良および改善が可能となる。第１の基板と第２の基板とが設けられていて、第１の基板と第２の基板との間に中間層が設けられていることが特に有利である。これにより、特に簡単な手段、たとえばウェーハ接合によって、第１の基板と第２の基板とを互いに密に結合し、これによって中空室を形成することが可能となる。さらに、第１の基板と第２の基板とが、前記中間層を挟んで互いに気密に結合されていることが有利である。このために本発明によれば、多孔質シリコンの形のゲッタ材料により規定された真空を中空室内で保持することが可能となるので有利である。さらに、第１の基板とダイヤフラムとが設けられており、中空室がダイヤフラムと第１の基板との間に設けられており、多孔質シリコンの範囲が第１の基板に設けられていることも有利である。これにより、簡単に、たとえば絶対圧センサを製造することが可能となる。このような絶対圧センサは既に、測定されるべき小さな圧力に応答して正確な測定結果を提供する。なぜならば、中空室の内室中の、比較されるべき圧力が極めて低いからである。
【０００４】
図面
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【０００５】
図１は、本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の原理図であり、
図２は、本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第１実施例を示す断面図であり、
図３は、本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第２実施例を示す断面図であり、
図４は、発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第３実施例を示す断面図であり、
図５は、発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第４実施例を示す断面図である。
【０００６】
実施例の説明
マイクロマシニング型の構成素子もしくはマイクロマシニング型の素子、たとえば加速度センサ、ヨーレートセンサまたは圧力センサの製造時では、しばしば、封入された真空を有する中空室が必要とされる。この中空室は全ての図面において符号１０で示されている。このような中空室もしくは容積１０は種々様々に形成され得る。たとえばエッチングにより凹設部を形成することができる。後続のステップにおいて、このように前処理された第１の基板２０に第２の基板３０が接合され、この場合にも、種々の方法、特にシールガラス接合、ウェーハ直接接合または陽極接合が使用され得る。さらに本発明によれば、第１の基板２０を第２の基板３０と接着するか、またはろう接することも考えられる。これらの結合プロセスは、たいてい真空中で実施される。このことは、中空室１０の気密閉鎖後に中空室１０内に真空を形成したいという理由により行われる。しかし、しばしばこれらの結合プロセスには次のような不都合が付随している。すなわち、これらの結合プロセス自体が、原理的な原因による気体発生と結び付けられているので、中空室１０の内圧を任意に小さく形成することができなくなる。したがって、本発明によれば、中空室１０を閉鎖する前に、閉鎖したい容積１０内に、もしくは容積１０に隣接するように、ゲッタ材料が導入される。この場合、発生した気体はこのゲッタ材料によって結合されるので、中空室１０内の圧力を低下させることができる。ゲッタ材料としては、本発明によれば、多孔質シリコンしか使用されない。この多孔質シリコンは全ての図面において、符号１１で示した多孔質シリコンの範囲によって示されている。本発明によれば、ゲッタ材料として多孔質シリコンが使用されると、多孔質シリコンのゲッタ特性を活性化するために低い温度しか必要とならないという利点が得られる。このような低い温度は半導体プロセスに容易に組み込まれ得る。このことは、ゲッタ材料である多孔質シリコンの活性化が半導体構成素子の成層後でもまだ可能となることを意味する。この場合、完成した半導体構成素子は一般に、半導体構成素子の製造のために使用された純然たる半導体材料よりも低い耐熱性しか有しないことが考慮されなければならない。多孔質シリコン１１の極めて大きな表面には、たとえば酸素が結合され得る。その場合、気体状の酸素と多孔質シリコンとから成る多孔質シリカ（二酸化ケイ素）が生じる。
【０００７】
本発明による方法および本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の特に有利な使用領域は、多孔質シリコンを、たとえば陽極接合の際の酸素ゲッタとして使用することである。この場合、陽極接合とは、たいていナトリウムを含有しているガラスを用いたシリコン、特にシリコンウェーハの結合を意味する。このプロセスでは、結合面に酸素が発生する。この酸素は複数の中空室および特に中空室１０内に拡散侵入し、中空室１０内でゲッタ材料、たとえば特に本発明による多孔質シリコン１１によって結合され得るので、これにより中空室１０もしくは空洞１０内には、できるだけ低い圧力が形成される。陽極接合は、たとえば高められた温度、本発明によればたとえば４００℃において実施される。この温度で多孔質シリコンは反応性となり、相応する酸素を直ちに同一のプロセスで結合する。その後に選択的に実施される熱処理（Temperung）が行われると、多孔質シリコンのゲッタ作用もしくは多孔質シリコン１１の範囲のゲッタ作用を増幅させることができる。
【０００８】
シールガラス接合の場合でも、とりわけ酸素が発生する。この酸素も結合され得るので、これによって中空室１０もしくは空洞１０内の内圧を少なくとも部分的に低下させることができる。しかし、シールガラス接合時に同じく発生する、酸素以外の別の気体は、多孔質シリコンの極めて大きな表面に同じく吸着され得るので、これによって圧力を減少させることができる。
【０００９】
多孔質シリコンは、結合プロセスとしてシリコンフュージョン接合（Silicon-Fusion-Bonding）が行われる場合でも、ゲッタ材料として本発明によれば有利に使用可能となる。この場合、このプロセスでは約１０００℃前後の高い温度が達成されるが、多孔質シリコンは破壊されない。
【００１０】
図１には、本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の原理図が示されている。中空室１０とも呼ばれる、閉鎖された容積内では、任意の表面に、つまり中空室１０に隣接した任意の個所に、多孔質シリコン１１の範囲が設けられている。この場合、本発明によるマイクロマシニング型の構成素子は第１の基板２０と第２の基板３０とを有している。第１の基板２０は第２の基板３０と結合されており、第１の基板２０と第２の基板３０との間には中間層２５が設けられている。本発明によれば、第１の基板２０が特にシリコン基板として設けられており、第２の基板３０は同じく特にシリコン基板として設けられている。図１の原理図には、多孔質シリコン１１の範囲が第２の基板３０に設けられている。第２の基板３０がシリコン基板として設けられている場合、多孔質シリコンの範囲１１の形成は第２の基板３０のシリコン材料へのエッチング法によって特に簡単に可能となる。第１の基板２０を第２の基板３０と結合する場合、本発明の特別な構成では、ウェーハ接合法もしくはウェーハ接合法ステップが実施される。この場合、中間層２５はたとえばシールガラスとして設けられている。
【００１１】
図２には、本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第１実施例が示されている。この構成素子は第１の基板２０を有しており、この第１の基板２０はマイクロマシニング型の構造体２００を有している。マイクロマシニング型の構造体２００を形成するためには、第１の基板２０に特に犠牲層２１、たとえば犠牲酸化物の形の犠牲層２１が設けられている。さらに、本発明によるマイクロマシニング型の構成素子では、第１の基板２０にマイクロマシニング型の構造体２００の形成のために機能層２２が設けられている。この機能層２２は特にエピポリシリコン層（Epi-Polysiliziumschicht；本来単結晶を製造するためのエピタキシャル装置を使って製造された多結晶シリコンの層）によって製作されている。この機能層２２では、マイクロマシニング型の構造体２００が、たとえば振動子構造体を有している。さらに図２には、第２の基板３０が図示されている。この第２の基板３０は多孔質シリコンの範囲１１を有している。結合層２６で第１の基板２０が第２の基板３０と接合されると、両基板２０，３０の構造化により中空室１０が形成される。この中空室１０に隣接した多孔質シリコン１１の範囲は、第２の基板３０に設けられている。マイクロマシニング型の構造体２００は特に加速度センサまたはヨーレートセンサを成す。結合層２６は特にシールガラスを有している。
【００１２】
図３には、本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第２実施例が示されている。第１の基板２０はこの場合、図３の上側の範囲に図示されている。第１の基板２０はセンサ基板とも呼ばれる。第１の基板２０内に、もしくは第１の基板２０の外面には、マイクロマシニング型の構造体２００が形成されている。このためには、やはり犠牲層２１と機能層２２、特にエピポリシリコンから成る機能層２２とが設けられている。第２実施例では、第２の基板３０として特にコンポジットウェーハが設けられている。この場合、コンポジットウェーハは固有の第２の基板３０と、別の結合層２７とから成っており、この結合層２７は特にパイレックスガラス層として固有の第２の基板３０と結合されている。この場合、前記結合層２７は第２の基板３０と共にコンポジットウェーハを形成している。このコンポジットウェーハには、多孔質シリコン１１の範囲が設けられており、そして「シールド電極」５０が設けられている。このシールド電極５０は特に、陽極接合時に機能層の振動子構造体を保護するために必要となる。振動子構造体は、あとで行われる陽極接合のために必要となる電圧が印加されると、静電気力により上方へ引っ張られて、第１の基板２０に接合されてしまう恐れがある。シールド電極５０は部分的に開放されているので、縁部またはマイクロマシニング型の構造体２００の振動子構造体が設けられていない個所では、中空室１０と多孔質シリコン１１の範囲との間の結合が形成されている。シールド電極５０のこのような開口は図３において符号５１で示されている。これによって、排気したい容積１０もしくは中空室１０は多孔質シリコン１１の範囲に接続されている。
【００１３】
図４には、本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第３実施例が示されている。第３実施例では、多孔質シリコン１１の範囲が第１の基板２０に、犠牲層２１もしくは機能層２２の被着前に形成される。このことから、図４に図示した一連の層列が得られる。この場合、まず第１の基板２０に続いて多孔質シリコン１１の範囲が設けられており、そしてこの多孔質シリコン１１の範囲に続いて（エッチング除去された）犠牲層２１が設けられており、さらに犠牲層２１に続いて機能層２２が設けられている。本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第３実施例において第１の基板２０に最初に形成される多孔質シリコン１１の範囲は、マイクロマシニング型の構造体２００の形成時にまず犠牲酸化物２１もしくは犠牲層２１によって覆われ、続いて機能層２２によっても覆われる。マイクロマシニング型の構造体２００を露出させるために犠牲層２１をエッチング除去することにより、多孔質シリコン１１もしくは多孔質シリコン１１の範囲は再び露出させられ、これによって活性化される。
【００１４】
図３においても図４においても、つまり本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第２実施例の場合にも第３実施例の場合にも、本発明の特に有利な構成では、マイクロマシニング型の構造体２００が加速度センサもしくはヨーレートセンサを成しており、この場合、このことは特に図示のマイクロパッケージテクノロジ（ＭＰＴ）において規定されている。
【００１５】
図５には、本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第４実施例が示されている。この第４実施例は中空室１０内に小さな内圧を発生させるためのゲッタ材料として多孔質シリコンを備えている絶対圧センサを成している。多孔質シリコンの範囲はやはり符号１１で示されていて、第１の基板２０に設けられている。さらに、第４実施例によるマイクロマシニング型の構成素子は第１の基板２０に犠牲層２１を有していて、この犠牲層２１の上にダイヤフラム６０が設けられている。図５の図面上側に図示されているダイヤフラム６０の上面は圧力センサの周辺圧にさらされていて、中空室１０内ではゲッタ材料により生ぜしめられて特に低い内圧が形成されている。ダイヤフラム６０の範囲に設けられたセンサ素子（図５には図示しない）により、外部の圧力特性に関連したダイヤフラム６０の撓みが検出されて、電気的な信号に変換される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の原理図である。
【図２】本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第１実施例を示す断面図である。
【図３】本発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第２実施例を示す断面図である。
【図４】発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第３実施例を示す断面図である。
【図５】発明によるマイクロマシニング型の構成素子の第４実施例を示す断面図である。
【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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【国際調査報告】
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