(57)【要約】本発明は、特に半導体基板、特にシリコンからなる半導体基板（１０１）およびセンサー領域（４０４）を有する半導体部品（１００、・・・、７００）、特に多層半導体部品、有利にマイクロメカニック部品、特に熱伝導センサーの製造方法に関する。半導体基板（１０１）およびセンサー領域（４０４）の断熱を廉価に生じるために、本発明により、半導体部品（１００、・・・、７００）内に多孔質層（１０４、５０１）が設けられている。
2004524983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板、特にシリコンからなる半導体基板（１０１）およびセンサー領域（４０４）を有する半導体部品（１００、・・・、７００）、特に多層半導体部品、有利にマイクロメカニック部品の製造方法において、第１工程で半導体基板（１０１）に対してセンサー領域（４０４）を少なくとも部分的に断熱する多孔質層（１０４、５０１）を形成することを特徴とする、半導体部品の製造方法。
【請求項２】
第２工程で半導体部品内に、第１多孔質層（１０４）の下方にまたは外部に、空隙もしくは空洞（２０１。７０１）を形成する請求項１記載の方法。
【請求項３】
第２工程が、第１多孔質層（１０４）の下方に、約７０％より多く１００％より少ない、有利には約８０％の気孔率を有する第２多孔質層（１０５）を形成する第１部分工程を有する請求項２記載の方法。
【請求項４】
第２多孔質層（１０５）から熱処理工程により空隙もしくは空洞（２０１，７０１）を形成する請求項３記載の方法。
【請求項５】
第２工程が第１部分工程を有し、この部分工程で第１多孔質層（１０４）の下方に第１平面付着性空隙を形成し、この第１平面付着性空隙から空隙もしくは空洞（２０１、７０１）が形成されるような深さに第１平面付着性空隙を拡大する請求項２記載の方法。
【請求項６】
第１および／または第２多孔質層（１０４，１０５）を１種以上のエッチング媒体により形成し、その際エッチング媒体が有利にフッ化水素酸、ＨＦ酸を有するかまたはフッ化水素酸からなる請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
エッチング媒体が、気泡形成を減少する添加物、湿潤を改良する添加物および／または乾燥を改良する添加物、特にアルコール、例えばエタノールのような１種以上の添加物を有し、その際特にエタノールのような添加物の体積濃度が、エタノールの場合は、有利に約３０〜約８０％である請求項６記載の方法。
【請求項８】
半導体部品（１００、７００）の表側および裏側の間に電界を印加し、電流を生じることにより第１および／または第２多孔質層（１０４，１０５）を形成する請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
第２多孔質層の孔もしくは空隙の拡大速度が第１多孔質層（１０４）を形成する孔もしくは空隙の拡大速度より明らかに高くなるように、第２多孔質層（１０５）を形成する処理パラメーターもしくは第１平面付着性空隙を形成する処理パラメーターを選択する請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
第２多孔質層（１０５）の孔もしくは空隙を互いに横方向に重ね合わせ、唯一の第１平面付着性孔もしくは唯一の平面付着性空隙が形成されるように、第１平面付着性空隙を形成する処理パラメーターを選択する請求項５から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
エッチングすべき半導体基板、特にシリコン基板（１０１）のドーピング、エッチング媒体の電流密度、エッチング媒体のフッ化水素酸濃度、エッチング媒体への１種以上の添加物、および温度が処理パラメーターである請求項６から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
空洞もしくは空隙（２０１）に含有された水素を高温工程の枠内で空洞もしくは空隙から広い範囲で完全にまたは部分的に除去する請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法により製造される半導体部品（１００，２００、３００、４００、７００）。
【請求項１４】
半導体基板、特にシリコンからなる基板およびセンサー領域（４０４）を有する、半導体部品（１００、・・・、７００）、特に多層半導体部品、有利にマイクロメカニック部品、特に熱伝導性センサーにおいて、半導体基板（１０１）に対してセンサー領域（４０４）を少なくとも部分的に断熱する多孔質層（１０４，５０１）を有することを特徴とする半導体部品。
【請求項１５】
多孔質層（１０４，５０１）に閉鎖層（４０１）が設けられ、その際閉鎖層（４０１）が有利に１個以上のシリコン層、例えば酸化珪素層、窒化珪素層および／または類似するシリコン層からなり、閉鎖層の表側と裏側の間の圧力勾配を相殺するために、特に閉鎖層（４０１）の引張り応力が調節されるように、閉鎖層（４０１）の層順序もしくは層構造が選択もしくは形成される請求項１３または１４記載の半導体部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体部品、特に多層半導体部品の製造方法および前記方法により製造される半導体部品から出発する。
【０００２】
特にマイクロメカニック熱伝導センサーのような半導体部品は一般にバルクマイクロメカニックまたは表面マイクロメカニック技術により製造する。バルクマイクロメカニック部品の製造はかなり費用がかかり、高価である。公知の表面マイクロメカニック部品において空洞の製造は費用がかかる。表面マイクロメカニック技術で空洞を製造する通常の処理順序は、特に犠牲層の堆積、多くはポリシリコンからなるメンブラン層の堆積、メンブラン層内の開口の製造もしくは横方向のエッチング通路の開放、犠牲層のエッチング除去および開口の閉鎖からなり、閉鎖の際に空洞内部圧力が限定される。
【０００３】
これに対して、請求項１記載の特徴を有する本発明の方法は、特にセンサー部品を有する熱伝導センサーのようなマイクロメカニック部品を表面マイクロメカニック技術で簡単かつ廉価に製造できるという利点を有する。従属請求項に示される手段により、独立請求項に記載の方法および半導体部品の有利な構成および改良が可能になる。
【０００４】
熱伝導センサーは、特に空気もしくはガス、特に水素に接触して排出される熱により空気流および/またはガス流、空気圧および/またはガス圧を測定するセンサーであると理解される。
【０００５】
本発明の重要な特徴は、半導体部品、例えば熱伝導センサーに多孔質層を形成することである。多孔質層は半導体基板、特にシリコン基板に、または半導体基板に堆積されたエピタキシー層、例えばシリコン層に形成することができる。廉価で製造可能な多孔質層は、特に半導体部品内に設けられたセンサー領域に対する半導体基板および/またはエピタキシー層の断熱に用いられる。断熱によりセンサー領域から基板および/またはエピタキシー層に向かう熱流が著しく減少する。センサー領域内に設けられたセンサーの応答感度が高まり、その所要時間が減少する。このために、後で形成されるセンサー部品の領域の基板またはエピタキシー層の被覆層を、この被覆層に、特に孔もしくは空隙のような開口もしくはエッチング開口が生じるようにエッチングする。多孔質層の厚さおよび/または気孔率は以下に説明するエッチング工程を用いて必要に応じて調節もしくは変動することができる。例えば多孔質層の厚さは約２〜８０μｍの範囲である。
【０００６】
本発明の他の重要な特徴は、多孔質層の領域にもしくは多孔質層の下に、半導体基板またはエピタキシー層内に空洞もしくは空隙を形成し、センサー領域に対する基板および/またはエピタキシー層の断熱もしくは減結合が更に改良されることである。多孔質層のエッチング開口もしくは外部に開いた孔を介してエッチング媒体または１種以上の他のエッチング媒体が基板またはエピタキシー層の深い領域に到達する。この領域でエッチング媒体もしくは他のエッチング媒体により崩壊した半導体基板もしくはエピタキシー層の部分は、有利に被覆層の開口もしくは孔および/またはこの領域への外部導入開口を介して除去される。空隙もしくは空洞の上方に存在する多孔質層もしくは被覆層は有利には薄く、同時に十分に支持できるように形成され、これにより多孔質層に他の層を堆積し、パターン化することができる。空隙の上方の多孔質層は有利には約２〜１０μｍ、特に３〜５μｍの厚さを有する。
【０００７】
本発明の有利な構成において、エッチング工程で被覆層の孔の拡大速度が後で空隙もしくは空洞を形成する基板またはエピタキシー層領域の孔もしくは空隙の拡大速度より少なく、有利には明らかに少ないことを配慮する措置を講じる。
【０００８】
これは、本発明の有利な構成により、被覆層の孔のエッチングの際のエッチングパラメーターおよび/またはエッチング媒体と、後で空洞の領域の孔もしくは空隙をエッチングする際のエッチングパラメーターおよび/またはエッチング媒体が異なるように選択することにより達成される。
【０００９】
ここで、空洞を製造するために崩壊すべきシリコンを排出するために、被覆層の気孔率を、プロセス技術的に良好に制御できるやり方で有利に適当に大きく調節できることが特に有利である。しかし他方で空洞は早く、同時に廉価に製造することができる。
【００１０】
本発明の有利な構成により、多孔質被覆層の下方の孔もしくは空隙の拡大速度を高くして、孔もしくは空隙がきわめて速く互いに重なるように、空洞をエッチングする際のエッチングパラメーターを調節しおよび/またはエッチング媒体を選択することが考慮される。これによりまず基板またはエピタキシー層内に唯一の十分に平面付着性出発空隙が形成され、これが時間の経過とともに深部に拡大し、空洞を形成する。
【００１１】
前記の構成に直接代用される本発明の有利な構成において、後で空洞が形成される基板またはエピタキシー層の領域の気孔率が被覆層の気孔率より大きくなるように、空洞をエッチングする際のエッチングパラメーターおよび/またはエッチング媒体を選択することが考慮される。有利には後の空洞の前段階は、エッチング除去されない空洞の材料の容積に対する空洞のすべての空隙の容積の比が７０％より多い気孔率を有する。有利には空洞は引き続き基板またはエピタキシー層の多孔質領域から有利には約９００℃より高い１個以上の熱処理工程を実施して形成される。
【００１２】
有利には水素雰囲気、窒素雰囲気または希ガス雰囲気下で、約９００℃より高い温度で熱処理する際に、後の空洞が形成されるシリコン領域に、約７０％より多い気孔率で孔が配列を変形し、これにより少ない多孔質被覆層の下に唯一の大きい孔、すなわち空隙もしくは空洞が生じる。少ない多孔質層の表側の孔は、この高温工程で十分に閉鎖され、被覆層に他の層、例えば１個以上の単結晶層を堆積することができる。
【００１３】
本発明の有利な構成により、被覆層に開口および/または孔を形成するおよび/または空洞を形成するエッチング媒体はフッ化水素酸（ＨＦ）またはフッ化水素酸を有する液体混合物または化合物である。
【００１４】
本発明の有利な構成において、エッチング媒体に、易揮発性成分、有利にアルコール、例えばエタノールおよび/または浄水を、エッチング媒体を希釈するために添加する。
【００１５】
エタノールはエタノールを有するエッチング媒体の表面張力を減少させ、これによりシリコン表面の良好な湿潤およびエッチングした孔、開口もしくは空隙へのエッチング媒体の良好な侵入を可能にする。更にエッチング工程の間に生じる気泡はエッチング媒体にエタノールを添加しないものより小さく、気泡は被覆層の孔により良好に漏出できる。従って被覆層の孔径および/または気孔率を有利なやり方でアルコールを添加しないものより小さく維持することができる。
【００１６】
本発明の他の有利な構成において、被覆層および/または後の空洞の領域に電気化学的方法を用いて、有利に前記エッチング媒体を使用して開口および/または孔を形成することが用意される。
【００１７】
更に本発明の有利な構成において、電気化学的エッチング法、有利にエッチング法を使用して、フッ化水素酸（ＨＦ）を使用して、電圧の印加によりおよびこれにより引き起こされる電流により、エッチング工程の際に生じる孔または空隙の拡大速度を、エッチング媒体により調節することが考慮される。孔もしくは空隙の拡大速度は、特にエッチングすべきシリコン基板のドーピングに、電流密度に、場合によりエッチング媒体中のＨＦ濃度におよび温度に依存する。これは本発明のエッチング法の適当な処理パラメーターのわずかな例であると理解される。
【００１８】
本発明の有利な構成により、エッチング工程もしくは孔形成もしくは空隙形成が適当なやり方で開始しおよび/または電圧を切ることにより、有利には突然中断するように、エッチング媒体、エッチング媒体中のＨＦ濃度および/またはエッチングすべき領域のドーピングおよび/または温度および場合によりエッチング法の他の処理パラメーターを選択する。
【００１９】
唯一のエッチング媒体および/または複数のエッチング媒体を使用する本発明の有利な電気化学的エッチング法において、被覆層の領域にエッチング媒体が存在する第１段階で、第１の、必ずしも必要でない時間的に一定の電流密度をエッチング媒体に生じる。達成すべき空洞の領域に該当するエッチング媒体が存在する第２段階で、有利に第１段階で生じる電流密度より高いかまたは明らかに高い、必ずしも必要でない時間的に一定の電流密度を生じる。これにより空洞のエッチング工程の間の拡大速度が多孔質被覆層を製造する孔の拡大速度より高いかまたは明らかに高い孔もしくは空隙により空洞または空洞の前段階が形成される。
【００２０】
本発明の他の有利な構成において、基板またはエピタキシー層の被覆面の多孔質のエッチングすべき領域を、エッチング工程の前にマスク層もしくは保護層で包囲し、多孔質のエッチングすべき領域へのエッチング媒体の自由な侵入を可能にし、基板またはエピタキシー層の被覆面の多孔質でないエッチングすべき領域をエッチングの攻撃に対して保護することが考慮される。
【００２１】
本発明の有利な構成により、保護層が多孔質のエッチングすべき領域もしくは被覆面の多孔質のエッチングすべき層を空洞のエッチングの間およびエッチングの後で基板もしくはエピタキシー層のエッチングされない部分に機械的に固定するように保護層が形成される。
【００２２】
本発明の有利な構成において、多孔質のエッチングすべき領域もしくはエッチングすべき層のエッチングの前に、ｐ−ドーピングシリコン基板の被覆面の多孔質のエッチングすべき層の周囲の少なくとも近くの領域にｎ−ドーピングを備えることにより保護層を形成する。これにより、特に多孔質のエッチングされた層がシリコン基板と機械的に結合している領域で基板のアンダーエッチングが十分に回避される。他方で特に有利に薄い多孔質層の場合に、この層が基板からはがれる不安が存在する。付加的に窒化珪素層をマスキングとしておよび特に場合によりこの下に存在する電気回路をエッチングの攻撃から保護するために使用することができる。
【００２３】
選択的にまたは補足的にｎ−ドーピングもしくはｎ−ドーピング層の代わりに同様に基板またはエピタキシー層のアンダーエッチングを十分に回避する金属層または金属マスクを備えることができる。しかし金属層もしくは金属マスクの使用は、基板もしくはエピタキシー層に回路が設けられていない場合に有利であり、それというのもその他の場合には基板もしくはエピタキシー層に、金属層もしくは金属マスクを除去した後に残留する金属原子が回路の機能を損なうことがあるからである。
【００２４】
本発明の他の有利な構成において、多孔質のエッチングされた被覆層、特にシリコン層を前処理し、その後この層に他の層、有利に１個以上のシリコン層を被覆または堆積することが用意される。前処理は、多孔質のエッチングされた被覆層内の孔を完全にまたは部分的に閉鎖し、この上に被覆されたもしくは堆積したシリコン層の品質を必要な場合はまたは有利に更に改良する目的を遂行する。
【００２５】
本発明の前処理は多孔質のエッチングされた被覆層の熱処理にあり、その際熱処理は高温で、例えば約９００℃〜約１２００℃の範囲の温度で行う。有利には熱処理は水素雰囲気、窒素雰囲気および/または希ガス雰囲気下で行う。
【００２６】
前記前処理に選択的にまたは補足的に、多孔質のエッチングされたシリコン層の（わずかな）酸化を用意することができる。有利には酸化を、反応器中の多孔質被覆層がさらされる雰囲気に（わずかな）酸素を添加して行い、その際酸化を約４００〜６００℃の範囲の温度で行う。わずかなとは多孔質のエッチングされた被覆層の孔のみが完全にまたは部分的に閉鎖され、ほぼネット状の酸化物構造を形成する酸化であると理解される。
【００２７】
本発明の有利な構成により、少ない多孔質層もしくは被覆層を、約２０〜約５０％、有利には約３０〜約４０％、特に約３３％の範囲のフッ化水素酸濃度（ＨＦ濃度）を有するエッチング媒体でエッチングする。
【００２８】
本発明の他の有利な構成において、後の空隙もしくは空洞の前段階を形成する多孔質層を、約０〜約４０％、有利には約５〜約２０％、特に約２０％未満の範囲のフッ化水素酸濃度（ＨＦ濃度）を有するエッチング媒体でエッチングする。有利にはフッ化水素酸により形成されないエッチング媒体の残りの部分は広い範囲でアルコール、例えばエタノールからなる。
【００２９】
空隙もしくは空洞を形成する前記の本発明のエッチング工程の間に、孔もしくは空隙がきわめて早く互いに重なり、唯一の大きな孔を形成する、崩壊すべき層内の孔もしくは空隙の高い拡大速度を達成するために、本発明の構成において、本発明のエッチング媒体を用意する。本発明のエッチング媒体は約０〜約５％、有利に約１〜約３％、特に約５％未満の範囲のフッ化水素酸濃度（ＨＦ濃度）を有する。有利にはフッ化水素酸により形成されないこのエッチング媒体の残りの部分は広い範囲でアルコール、特にエタノールおよび/または浄水からなる。
【００３０】
本発明の多層半導体部品を製造する本発明の方法を、以下に、熱伝導センサーを例として、必ずしも必要でない縮尺の図面を使用して詳細に説明する。その際同じ参照番号は同じかまたは同じ作用をする層または部品を示す。
【００３１】
図１は図４に示された熱伝導センサー４００の前段階１００の横断面図を示す。図４に示された熱伝導センサー４００を製造するために、まずシリコン基板１０１の表側にマスク層１０２を製造し、その際マスク層１０２により覆われていない領域１０３が生じる。マスク層は、例えば窒化物層、ｎ−ドーピング層（ｐ−ドーピングシリコン基板の場合）または以下に使用されるエッチング媒体により十分に攻撃されない、その他の適当な層であってもよい。シリコン基板の表側に存在する集積回路１０６はマスク層１０２によりエッチング攻撃に対して十分に保護される。
【００３２】
シリコン基板１０１の表側を、電気化学的に、適当なエッチング媒体を使用して、エッチング媒体が被覆されていない領域１０３の下に直に、シリコン基板１０１内に小さい開口もしくは孔を形成するように、エッチングする。低い気孔率を有するシリコン層１０４が生じる。シリコン層１０４のこの小さい開口もしくは孔によりエッチング媒体がシリコン基板１０１の深部にある領域に到達し、同様にここに存在するシリコン内に孔を形成する。この場合に多孔質シリコン層１０４の下方に多孔質シリコン層１０５が生じる。
【００３３】
電気化学的エッチング、特にウェットエッチングのためのエッチング媒体は、有利にフッ化水素酸（ＨＦ）または特にフッ化水素酸（ＨＦ）を有するエッチング媒体である。本発明により有利にシリコン基板１０１の表側と裏側の間に電界を形成し、その際発生した電界の強さもしくは発生した電流密度により孔もしくは開口もしくは空隙の拡大速度を調節する。
【００３４】
本発明による有利な電気化学的エッチング法において、熱伝導センサーのエッチングすべき前段階物質を、エッチング媒体が充填された桶状容器に入れ、エッチング媒体の向かい合う端部に電圧を印加して電界を生じる。
【００３５】
マスク層１０２により覆われない領域１０３の下の領域に多孔質シリコン層１０４が形成されることを配慮するために、被覆されていない領域１０３にエッチング媒体を被覆した後に第１工程で必ずしも必要でない一定の電流密度が生じる。電流密度は、被覆されていない領域１０３の下に直に、シリコン基板１０１内に開口もしくは孔が形成されるように選択する。
【００３６】
第１工程で生じる必ずしも必要でない一定の電流密度の他の重要な基準は、被覆されていない領域１０３の下に直にシリコン基板１０１内に適当な開口もしくは孔が形成される電流密度を生じることにある。特にエッチング工程の間に形成される多孔質シリコン層１０４に他の層、有利にはシリコン層を堆積することを引き続き可能にする開口もしくは孔が適している。従って開口もしくは孔は適当な大きさもしくは適当な直径を有しなければならない。有利な開口もしくは孔は、例えば約１０〜１００ｎｍ、有利に約１０〜３０ｎｍの直径を有する。
【００３７】
これは適当な開口もしくは孔の１つの例であると理解される。
【００３８】
エッチング媒体が多孔質シリコン層１０４を貫通した後に、第２工程で、有利に電流密度を、第１工程の間の電流密度に比べて増加し、これにより孔もしくは空隙の拡大速度が増加し、多孔質シリコン層１０４内の孔に比べてより大きいシリコン層１０５内の孔が形成される。
【００３９】
エッチング媒体により崩壊されるシリコンはエッチング工程の間および/または後で多孔質シリコン層１０４内の開口もしくは孔により除去され、新しいエッチング媒体を供給する。
【００４０】
図１に示される、熱伝導センサーもしくは空隙の前段階を製造する本発明の方法の有利な第１変形において、後の空隙２０１（図２）を製造するエッチング工程を、後の空隙２０１を形成するシリコン層１０５の気孔率が十分に大きくなるように、適当な処理パラメーターおよび/または１種以上の適当なエッチング媒体の選択により調節する。十分にとは、有利には７０％より多く、１００％より少ない気孔率であると理解される。引き続き熱処理を行う。熱処理は、有利に水素雰囲気、窒素雰囲気または希ガス雰囲気下でおよび/または約９００℃より高い温度で行う。シリコン層１０５の高い気孔率により熱処理の際に孔が配列を変形し、少ない多孔質シリコン層１０４の下に唯一の大きい孔、すなわち図２に示される空隙もしくは図２に示される空洞が生じる。少ない多孔質シリコン層１０４の表側の孔は熱処理もしくは高温工程の際に十分に閉鎖され、この層の上に他の層を堆積することができる。
【００４１】
図示されていないが、同様に有利な、熱伝導センサーもしくは空隙２０１の前段階を形成する本発明の第２変形において、低い気孔率のシリコン層１０４の形成後、処理パラメーターを、シリコン層１０４の下の薄い移行層内部の孔もしくは空隙の拡大速度が著しく高まり、その際この移行層内の孔が合体もしくは互いにほとんど重なるように調節する。言い換えると移行層が最初の平面付着性空隙であり、引き続くエッチング工程の間に深部に成長し、最後に空隙もしくは空洞２０１を形成する。すなわち最初の孔がエッチングされ、引き続き拡大するのでなく、移行層が最初は少ない厚さの平面付着性の大きい孔を深部で徐々に成長する。
【００４２】
本発明により、エッチング媒体は有利に易揮発性成分を有する。有利にはアルコール、例えばエタノールを使用する。
【００４３】
必要なまたは有利な場合は、本発明により、基板１０１の被覆面の多孔質のエッチングすべき領域に、被覆面の多孔質のエッチングすべき層、すなわちシリコン層１０４を、エッチングの間および後でもしくは空隙２０１を形成する間に基板のエッチングされない被覆面の領域の結合位置に機械的に固定する（図示されていない）マスク層および/または保護層を備えることが用意される。この保護層は、例えばｐ−ドーピングシリコン基板１０１の被覆面の多孔質のエッチングすべきシリコン層１０４の周囲の少なくとも近くにある領域にｎ−ドーピングを備えることにより製造することができる。これにより結合位置もしくはシリコン基板１０４とシリコン基板１０１の界面の領域のシリコン基板１０１のアンダーエッチングが十分に回避される。更に有利な薄い多孔質のシリコン層１０４がシリコン基板１０１に確実に固定されることが配慮される。
【００４４】
図３は熱伝導センサー（図示されていない）の第２変形の前段階３００の横断面図を示す。示された前段階３００はシリコン基板１０１、シリコン基板１０１上に堆積されたシリコン・エピタキシー層３０１およびシリコン・エピタキシー層３０１の表側に被覆されたマスク層１０２を有する。マスク層１０２はシリコン・エピタキシー層３０１を被覆しない領域３０１を有する。更にシリコン・エピタキシー層３０１の表側におよびシリコン基板もしくはウェーハ１０１とエピタキシー層３０１の間にそれぞれ集積回路３０３もしくは３０２が形成されている。
【００４５】
前記方法によりシリコン・エピタキシー層３０１内に多孔質シリコン層１０４およびこの下に存在する空隙もしくは空洞２０１が領域１０３に形成される。
【００４６】
図１〜３に記載される熱伝導センサーの２つの変形は、空隙もしくは空洞２０１の上に多孔質の支持できる被覆層１０４を有し、被覆層の上に他の層を堆積することができる。多孔質被覆層１０４の厚さは約２〜１０μｍ、有利に約３〜５μｍである。付加的に空隙２０１と周囲の圧力を相殺するために、被覆層１０４に１個以上の決められた開口を導入することができる。
【００４７】
図４には図１または図２に示された前段階にもとづいて製造した熱伝導センサー４００の横断面図を示す。マスク層１０２を除去後、多孔質シリコン層１０４を閉鎖層４０１の堆積によりまたは酸化により閉鎖する。閉鎖層４０１の堆積もしくは酸化の際に存在する圧力は空隙もしくは空洞２０１内に閉じ込められた圧力を決定する。シリコン層の厚さおよび気孔率は、シリコン層がセンサー領域のできるだけ低い熱伝導率もしくはできるだけ良好な断熱性の周囲条件下で基板に対して十分な機械的安定性を有するように、有利に決定される。多孔質シリコン層１０４の上方に設けられたセンサー領域４０４とシリコン基板１０１の間の改良された断熱性を達成するために、空隙もしくは空洞２０１内に気圧より低い圧力、特に真空が有利に存在する。これによりセンサー領域からシリコン基板１０１への熱放出が更に減少し、センサー領域に存在するセンサー部品のより高い反応感度もしくは応答速度が達成される。
【００４８】
閉鎖層４０１を堆積後、空隙もしくは空洞２０１内にガス、例えば水素が存在する場合は、ガスを本発明の高温工程を使用して、例えば窒素雰囲気下で空隙もしくは空洞２０１から十分に取り出すことができる。水素は少ない分子量によりおよび水素濃度の勾配により、特に基板に比べて一般に薄い閉鎖層４０１を通過して拡散する。
【００４９】
空隙もしくは空洞２０１のガスもしくは空気を通さない閉鎖は反応器中でまたは蒸発装置内で実施することができ、空隙もしくは空洞２０１の製造後に必ず実施しなければならないのではなく、最後の処理工程の１つとして行ってもよい。これは、多孔質層１０４に処理中に、引き続く光学的パターン化工程（リソグラフィー）で画像の欠陥を生じることがある湾曲が生じないという利点を有する。
【００５０】
閉鎖層４０１を堆積する前に、多孔質シリコン層１０４を前処理することができる。有利な本発明の前処理は、多孔質シリコン層１０４の熱処理からなる。有利には熱処理を高温で、例えば約９００〜約１２００℃の範囲の温度で行いおよび/または熱処理を水素雰囲気、窒素雰囲気および/または希ガス雰囲気下で行う。
【００５１】
前処理は、多孔質のエッチングされた単結晶シリコン層１０４内の孔を十分に閉鎖することを可能にし、シリコン層の上に他の層、特にシリコン層を堆積することができる。堆積したシリコン層の品質が前処理なしで満足できる場合には、特に費用の理由からこの前処理を省くことができることが理解される。
【００５２】
閉鎖層４０１は１個以上の酸化珪素層、窒化珪素層、ポリシリコン層または単結晶シリコン層から形成されてもよい。例えば酸化珪素層および窒化珪素層の異なるシリコン層の堆積により、閉鎖層４０１内で膜表側と膜裏側の間の圧力の差に対抗する引張り応力が生じ、閉鎖層４０１内で圧力の差により引き起こされる湾曲が回避される。
【００５３】
閉鎖層４０１上にもしくは酸化シリコン層１０４上に、多孔質シリコン層１０４の上のセンサー領域４０４にセンサー部品４０２，４０３が、例えば金属、有利に白金を堆積し、パターン化することにより形成される。選択的にセンサー部品４０２および４０３の製造を、例えば閉鎖層４０１上にポリシリコンを堆積し、堆積したポリシリコンを引き続きドーピングし、堆積したポリシリコン層を最後にパターン化することにより行うことができる（図示されていない）。更にセンサー部品４０２および４０３をポリシリコン層を堆積し、ポリシリコン層をパターン化し、ドーピングすることにより製造することができる（図示されていない）。
【００５４】
センサー部品４０２および４０３は温度センサーおよび発熱体として用いられる抵抗を有し、その際温度センサー４０２は外部センサー領域４０４に配置され、発熱体４０３は内部センサー領域に配置される。有利には発熱体４０３だけを運転し、第２の発熱体４０３は第１発熱体が故障した場合に予備として使用する。熱伝導センサー４００の表面上を流動方向Ｓで流れる空気流またはガス流が発熱体４０３から放出される熱を吸収し、第２温度センサー４０２の間に温度勾配を形成する、熱伝導センサー４００は、例えば自動車の吸入通路に供給される燃焼空気を測定および/または制御するために設けられていてもよい。例えば集積回路１０６により評価される温度勾配により、熱伝導センサー４００を介して流れる空気量またはガス量およびその流動方向を決定することができる。
【００５５】
センサー部品４０２および４０３の上に他の層を被覆し、場合によりパターン化することができる。センサー部品４０２および４０３を湿分の浸入から保護するためにおよび／またはセンサー部品４０２および４０３の機械的安定性を高めるために、例えば１個以上の窒化珪素層を堆積することができる。その際センサー部品４０２および４０３に堆積される層の厚さは、センサー部品４０２および４０３の十分な応答感度が保証され、すなわち層の熱容量ができるだけ少なくなるように、有利に決定される。
【００５６】
図５は、唯一の厚い多孔質層５０１を有する本発明の熱伝導センサー６００（図６）の第２変形の前段階５００の横断面図を示す。厚い多孔質層５０１は特に図１〜３に関して説明されるように同様の方法で製造する。しかし多孔質層５０１は有利に少ない多孔質層１０４より明らかに厚く、その際多孔質層５０１の厚さは有利には約４０〜８０μｍ、特に約５０〜６０μｍである。前記熱伝導センサーと異なり、空隙もしくは空洞２０１の形成は考慮されない。熱伝導性をかなり減少するために、多孔質層５０１の気孔率および／または孔径を、前記エッチング法を使用して最適化することができる。例えば多孔質層５０１の内部の気孔率および／または孔径を変動することができる。有利には多孔質層５０１の基板１０１に向かった下側の領域の気孔率および／または孔径は、多孔質層５０１のセンサー領域４０４に向かった上側の領域より大きい。例えば多孔質層５０１の上側領域の気孔率は、例えば最大２０％までであり、多孔質層５０１の下側領域の気孔率は、例えば最大８０％までである。付加的にまたは選択的に熱伝導率を更に低下するために、厚い多孔質層５０１を酸化することができる。唯一の厚い多孔質層５０１は薄い多孔質層１０４および空洞２０１からなる組み合わせに比べて特に高い機械的安定性の利点および一般に高い熱伝導性もしくはセンサー領域から基板への高い熱放出の欠点を有する。
【００５７】
図６には図５に示された前段階にもとづいて製造した熱伝導センサー６００の横断面図が示されている。マスク層１０２を除去後、１個以上の層を厚い多孔質層５０１に堆積し、場合によりパターン化することができ、その際多孔質層５０１の空気を通さない閉鎖であってもよい。有利には厚い多孔質層５０１に閉鎖層４０１を堆積し、閉鎖層は図４の実施例に相当して１個以上のシリコン層、例えば酸化珪素層、窒化珪素層、ポリシリコン層または単結晶シリコン層を有する。閉鎖層４０１の上に、金属、有利には白金を堆積し、パターン化することによりセンサー部品もしくは抵抗４０２および４０３を形成する。センサー部品４０２および４０３の上に他の層を堆積し、パターン化することができる。
【００５８】
熱伝導センサー６００は図４の熱伝導センサー４００に相当して空気量またはガス量を測定するために配置され、熱伝導センサー６００の機能は図４の熱伝導センサ−４００の機能と同じである。熱伝導センサー４００および６００は自動車分野に、特に自動車の吸入領域に、燃焼混合物の最適化のために吸入流を計測するために、有利に使用される。しかし空気量またはガス量を測定する全体的な他の使用分野も考えられる。
【００５９】
図４に示される熱伝導センサー４００は多孔質層１０４によりおよび多孔質層１０４の下側の空隙もしくは空洞２０１の形成によりシリコン基板に対するセンサー領域のきわめて良好な断熱を示すが、これに対して図６の熱伝導センサー６００は大きい機械的安定性および高い製造収率を有する。特に吸入通路に熱伝導センサーを配置する場合に、センサーは強い空気流またはガス流および粒子の攻撃にさらされ、できるだけ大きい寿命を達成するために、十分な機械的安定性が保証されなければならない。更に有利には気孔率および／または孔径が変動する機械的に十分に安定な厚い多孔質層５０１の形成により、十分な応答感度を保証する十分な断熱が得られる。
【００６０】
図７は熱伝導センサー７００の第４変形の平面図を示し、熱伝導センサーのセンサー部品７０３および７０４が、センサーを包囲するガス、例えば水素の圧力を測定するために設けられている。前記の本発明の方法を使用して、熱伝導センサー４００の前段階１００および２００に関して図１および図２に示されるように、シリコン基板１０１内に多孔質シリコン層（図示されていない）およびこの下にある空隙もしくは空洞７０１を製造する。図４に示される方法に相当して、多孔質層の上に閉鎖層４０１を堆積し、閉鎖層の上にセンサー部品７０３および７０４を製造する。付加的に測定信号を評価するために１個以上の集積回路が設けられていてもよい。センサー部品７０３および７０４は抵抗として形成され、その際センサー部品７０３は温度センサーとして、およびセンサー部品７０４は発熱体として用いる。付加的に発熱体が損傷した場合に、他の発熱体に切り換えるために、１個以上の発熱体（図示されていない）が設けられていてもよい。発熱体７０４および温度センサー７０３は互いに隣接して配置され、リード線７０５を介して接触面７０６と接続されている。
【００６１】
運転中は発熱体７０４が電流により加熱され、温度センサー７０３が温度を測定する。発熱体からセンサーを包囲するガスに向かって放出される熱はその圧力および種類に依存し、すなわち周囲圧力が大きいほど、発熱体からガスに向かって放出される熱量が大きい。決められたもしくは一定の温度を維持するために必要である熱出力により、周囲圧力および／またはガスの種類もしくは組成を決定することができる。
【００６２】
発熱体７０４から閉鎖層４０１および多孔質層への熱の放出を減少するために、閉鎖層４０１および多孔質層１０４の側面からセンサー部品７０３および７０４が部分的に除去されている。多孔質層および閉鎖層４０１は片面が開いた空隙もしくは空洞７０１の上にウェブ７０１を形成する。選択的に閉鎖層４０１のみの側面からセンサー部品７０３および７０４を除去することができる。
【００６３】
選択的に図５および図６の実施例に相当して空隙もしくは空洞の形成を省くことができ、有利には酸化されている唯一の厚い多孔質層（図示されていない）が設けられていてもよい。厚い多孔質層の上に閉鎖層４０１が被覆され、閉鎖層は多孔質層を完全にまたは部分的にのみ、例えばウェブ７０２として覆う。前記のように、閉鎖層４０１の上にセンサー部品７０３および７０４を形成する。
【００６４】
センサー部品７０３および７０４の上に、必要な場合は他の層を堆積し、場合によりパターン化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１シリコン層より高い気孔率を有する、第１シリコン層の下にある第２多孔質シリコン層とともに、シリコン基板内に低い気孔率を有する第１シリコン層を形成した後の本発明の熱伝導センサーの前段階の横断面図である。
【図２】高い気孔率を有する第２シリコン層が空隙に変化した後の図１に示された前段階の横断面図である。
【図３】シリコン基板上に堆積したエピタキシー層を有する熱伝導センサーの第２変形の前段階の横断面図である。
【図４】図１または図２に示された前段階にもとづいて製造した、センサー部品が備えられている熱伝導センサーの横断面図である。
【図５】唯一の厚い多孔質層を有する本発明の熱伝導センサーの第３変形の前段階の横断面図である。
【図６】図５に示された前段階にもとづいて製造した、センサー部品が備えられている熱伝導センサーの横断面図である。
【図７】周囲圧力の測定を目的とするセンサー部品を有する本発明の熱伝導センサーの第４変形の平面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１００  熱伝導センサーの前段階
１０１  シリコン基板
１０２  マスク層
１０３  被覆されていない領域、
１０４  低い気孔率を有するシリコン層
１０５  高い気孔率を有するシリコン層
１０６  集積回路
２００  熱伝導センサーの他の前段階
２０１  空隙もしくは空洞
３００  熱伝導センサーの他の前段階
３０１  シリコン・エピタキシー層
３０２  集積回路
３０３  集積回路
４００  熱伝導センサー
４０１  閉鎖層
４０２  センサー部品（温度センサー）
４０３  センサー部品（発熱体）
４０４  センサー領域
Ｓ  電流の方向
５００  熱伝導センサーの他の前段階
５０１  厚い多孔質層
６００  熱伝導センサー
７００  圧力測定のために形成される熱伝導センサー、
７０１  片面が開いた空隙
７０２  ウェブ
７０３  センサー部品（温度センサー）
７０４  センサー部品（発熱体）
７０５  リード線
７０６  接触面
【国際公開パンフレット】
2004524983.tif 000003
2004524983.tif 000004
2004524983.tif 000005
2004524983.tif 000006
2004524983.tif 000007
2004524983.tif 000008
2004524983.tif 000009
2004524983.tif 000010
2004524983.tif 000011
2004524983.tif 000012
2004524983.tif 000013
2004524983.tif 000014
2004524983.tif 000015
2004524983.tif 000016
2004524983.tif 000017
2004524983.tif 000018
2004524983.tif 000019
2004524983.tif 000020
2004524983.tif 000021
2004524983.tif 000022
2004524983.tif 000023
2004524983.tif 000024
2004524983.tif 000025
2004524983.tif 000026
2004524983.tif 000027
2004524983.tif 000028
2004524983.tif 000029
2004524983.tif 000030
2004524983.tif 000031
2004524983.tif 000032
2004524983.tif 000033
2004524983.tif 000034
2004524983.tif 000035
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004524983.tif 000036
2004524983.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成15年4月29日(2003.4.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板、特にシリコンからなる半導体基板（１０１）および
センサー領域（４０４）
を有する半導体部品（１００、・・・、７００）、特に多層半導体部品、有利にマイクロメカニック部品、特に熱伝導センサーの製造方法において、
第１工程で半導体基板（１０１）に対してセンサー領域（４０４）を少なくとも部分的に断熱する多孔質層（１０４、５０１）を形成し、
第２工程で半導体部品内に第１多孔質層（１０４）の下方に空隙もしくは空洞（２０１。７０１）を形成し、かつ
第２工程が第１部分工程を有し、この部分工程で第１多孔質層（１０４）の下方に第１平面付着性空隙を形成し、この第１平面付着性空隙から空隙もしくは空洞（２０１、７０１）が形成されるような深さに第１平面付着性空隙を拡大することを特徴とする、半導体部品の製造方法。
【請求項２】
半導体基板、特にシリコンからなる半導体基板（１０１）および
センサー領域（４０４）
を有する半導体部品（１００、・・・、７００）、特に多層半導体部品、有利にマイクロメカニック部品、特に熱伝導センサーの製造方法において、
第１工程で半導体基板（１０１）に対してセンサー領域（４０４）を少なくとも部分的に断熱する多孔質層（１０４、５０１）を形成し、
第２工程で半導体部品内に第１多孔質層（１０４）の下方に空隙もしくは空洞（２０１。７０１）を形成し、
第２工程が第１部分工程を有し、この部分工程で第１多孔質層（１０４）の下方に約７０％より多く１００％より少ない、有利には約８０％の気孔率を有する第２多孔質層（１０５）を形成し、かつ
第２多孔質層（１０５）から熱処理工程により空隙もしくは空洞（２０１，７０１）を形成することを特徴とする半導体部品の製造方法。
【請求項３】
第１および／または第２多孔質層（１０４，１０５）を１種以上のエッチング媒体により形成し、その際エッチング媒体が有利にフッ化水素酸、ＨＦ酸を有するかまたはフッ化水素酸からなる請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
エッチング媒体が、気泡形成を減少する添加物、湿潤を改良する添加物および／または乾燥を改良する添加物、特にアルコール、例えばエタノールのような１種以上の添加物を有し、その際特にエタノールのような添加物の体積濃度が、エタノールの場合は、有利に約３０〜約８０％である請求項３記載の方法。
【請求項５】
半導体部品（１００・・・７００）の表側および裏側の間に電界を印加し、電流を生じることにより第１および／または第２多孔質層（１０４，１０５）を形成する請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
第２多孔質層の孔もしくは空隙の拡大速度が第１多孔質層（１０４）を形成する孔もしくは空隙の拡大速度より明らかに高くなるように、第２多孔質層（１０５）を形成する処理パラメーターもしくは第１平面付着性空隙を形成する処理パラメーターを選択する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
第２多孔質層（１０５）の孔もしくは空隙を互いに横方向に重ね合わせ、唯一の第１平面付着性孔もしくは唯一の平面付着性空隙が形成されるように、第１平面付着性空隙を形成する処理パラメーターを選択する請求項１または３から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
エッチングすべき半導体基板、特にシリコン基板（１０１）のドーピング、エッチング媒体の電流密度、エッチング媒体のフッ化水素酸濃度、エッチング媒体への１種以上の添加物、および温度が処理パラメーターである請求項３から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
空洞もしくは空隙（２０１）に含有された水素を高温工程の枠内で空洞もしくは空隙から広い範囲で完全にまたは部分的に除去する請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項記載の方法により製造される半導体部品（１００，２００、３００、４００、７００）。
【請求項１１】
半導体基板、特にシリコンからなる基板
センサー領域（４０４）、および
半導体基板（１０１）に対してセンサー領域（４０４）を少なくとも部分的に断熱する多孔質層（１０４，５０１）
を有する、半導体部品として、特に多層半導体部品、有利にマイクロメカニック部品、特に熱伝導性センサーが考慮される、特に請求項１０記載の半導体部品（１００・・・７００）において、多孔質層（１０４，５０１）に閉鎖層（４０１）が設けられ、閉鎖層（４０１）が有利に１個以上のシリコン層、例えば酸化珪素層、窒化珪素層および／または類似するシリコン層からなり、閉鎖層の表側と裏側の間の圧力勾配を少なくとも部分的に相殺するために、閉鎖層（４０１）の引張り応力が調節されるように、閉鎖層（４０１）の層順序もしくは層構造が選択もしくは形成されることを特徴とする、半導体部品。
【国際調査報告】
2004524983.tif 000038
2004524983.tif 000039
2004524983.tif 000040
2004524983.tif 000041
2004524983.tif 000042
2004524983.tif 000043