(57)【要約】本発明は、該当する独立請求項の上位概念部に記載した形式の、特に可動質量体もしくは振動構造体（５０１，５０２；６０１，７０２）を有する半導体構成素子（３００；４００；５００；６００；７００；９００；１０００；１１００）、特に多層状の半導体構成素子を製作するための方法および該方法により製作された半導体構成素子から出発する。単結晶振動構造体（５０１，５０２；６０１，７０２）を備えたマイクロマシニング型の構成素子、特に加速度センサまたはヨーレートセンサを簡単にかつ廉価に表面マイクロマシニングで製作することができるようにするためには、本発明による方法では、第１のステップで第１の多孔質の層（３０１；９０１）を半導体構成素子に形成し、第２のステップで中空室もしくは空洞（３０２；１１０１）を、半導体構成素子に設けられた第１の多孔質の層（３０１）の下方にまたは第１の多孔質の層（９０１）から形成することが提案されている。
2004525352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にシリコンから成る半導体基板（１０１）を有する半導体構成素子（３００；４００；５００；６００；７００；９００；１０００；１１００）、特に多層状の半導体構成素子、有利にはマイクロマシニング型の構成素子、特に加速度センサまたはヨーレートセンサを製作するための方法において、
第１のステップで第１の多孔質の層（３０１；９０１）を半導体構成素子に形成し；
第２のステップで中空室もしくは空洞（３０２；１１０１）を、半導体構成素子に設けられた第１の多孔質の層（３０１）の下方にまたは第１の多孔質の層（９０１）から形成する；
ことを特徴とする、半導体構成素子を製作するための方法。
【請求項２】
第２のステップが、第１の下位ステップを有しており、該第１の下位ステップの間に第１の多孔質の層（３０１）の下方に、約７０％よりも多くかつ１００％よりも少ない多孔率、有利には約８５〜９５％の多孔率を備えた第２の多孔質の層（３０２）を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
中空室もしくは空洞（３０２）を温度調整ステップによって第２の多孔質の層から形成する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
第２のステップが、第１の下位ステップを有しており、該第１の下位ステップの間に第１の多孔質の層（３０１）の下方に、最初は平面的な中空室を形成し、該最初は平面的な中空室を深さ方向に拡張し、こうして、最初は平面的な中空室から中空室もしくは空洞（３０２）を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
第１のかつ／または第２の多孔質の層（３０１，３０２；９０１）を１つまたはそれ以上のエッチング媒体によって形成し、この場合、該エッチング媒体が、有利にはフッ化水素酸（ＨＦ酸）を有しているかまたはフッ化水素酸から成っている、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】
エッチング媒体が、１つまたはそれ以上の添加物、たとえば気泡形成を減少させるための添加物、湿潤を改善するための添加物および／または乾燥を改善するための添加物、特にアルコール、たとえばエタノールを備えており、この場合、添加物、特にアルコールの体積濃度が、アルコールの場合に有利には約６０％〜約１００％である、請求項５記載の方法。
【請求項７】
第１のかつ／または第２の多孔質の層（３０１，３０２；９０１）を、半導体構成素子（３００；４００；５００；６００；７００）の上面と下面との間に電界を印加しかつ電流を調整して形成する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
第２の多孔質の層（３０２）を形成するためのもしくは最初は平面的な中空室を形成するための方法パラメータを、第２の多孔質の層（３０２）における細孔もしくは中空室の拡張速度が、第１の多孔質の層（３０１）を形成するための細孔もしくは中空室の拡張速度よりも著しく高くなるように選択する、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】
最初は平面的な中空室を形成するための方法パラメータを、第２の多孔質の層（３０２）の細孔もしくは中空室が互いに横方向で「オーバラップ」するように選択し、こうして、最初は平面的なただ１つの細孔もしくは最初は平面的なただ１つの中空室を形成する、請求項４から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
エッチングしたい半導体基板（１０１）、特にシリコン基板のドーピングと、エッチング媒体における電流密度と、エッチング媒体におけるフッ化水素酸濃度と、エッチング媒体に対する１つまたはそれ以上の添加物と、温度とが、前記方法パラメータを成している、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】
第１の多孔質の層（３０１）に、有利には単結晶であるエピタキシャル成長層（４０１）、たとえばシリコン層を析出する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
エピタキシャル成長層（４０１）を、該エピタキシャル成長層（４０１）から完全にまたは部分的に少なくとも１つの可動質量体（５０１，５０２；６０１；７０２）、特に加速度センサまたはヨーレートセンサの振動構造体を形成するように構造化する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
第１の多孔質の層（３０１；９０１）を少なくとも１つの可動質量体（５０１，５０２；６０１；７０２）の形成時に除去する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
半導体構成素子（３００；４００；５００；６００；７００；９００；１０００；１１００）、特に多層状の半導体構成素子、有利にはマイクロマシニング型の構成素子、特に加速度センサまたはヨーレートセンサであって、特にシリコンから成る半導体基板（１０１）と、中空室もしくは空洞（３０２）とが設けられている形式のものにおいて、
多孔質の層（３０１）が、中空室もしくは空洞（３０２）の上方に設けられていることを特徴とする、半導体構成素子。
【請求項１５】
半導体構成素子（３００；４００；５００；６００；７００；９００；１０００；１１００）、特に多層状の半導体構成素子、有利にはマイクロマシニング型の構成素子、特に加速度センサまたはヨーレートセンサであって、特にシリコンから成る半導体基板（１０１）が設けられている形式のものにおいて、
当該半導体構成素子が、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法により製作されていることを特徴とする、半導体構成素子。
【請求項１６】
多孔質の層（３０１；９０１）上にまたは多孔質の層（３０１；９０１）の上方に単結晶層（４０１）、特に単結晶シリコン層が配置されており、該単結晶層（４０１）が、少なくとも１つの電気的なかつ／または電子的な回路素子（４０２）を備えていて、かつ／または可動質量体（５０１，５０２；６０１，７０２）、特に加速度センサまたはヨーレートセンサの振動構造体を有するように構造化されている、請求項１４または１５記載の半導体構成素子。
【請求項１７】
可動質量体（６０１；７０２）が、少なくとも１つの電気的なかつ／または電子的な回路素子（６０４，６０５，６０６，６０７；７０７，７０８）を備えている、請求項１６記載の半導体構成素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、該当する独立請求項の上位概念部に記載した形式の、特に可動質量体もしくは振動構造体を有する半導体構成素子、特に多層状の半導体構成素子を製作するための方法および該方法により製作された半導体構成素子から出発する。
【０００２】
幾つかの半導体構成素子、特にマイクロマシニング型の加速度センサまたはヨーレートセンサは可動質量体もしくは、いわゆる「振動構造体」を有している。このようなセンサは、通常、いわゆる「表面マイクロマシニング」で多結晶シリコンから製作される。この場合、振動構造体は、気相エッチングによる酸化シリコン犠牲層のエッチング除去によって自由に可動に形成される。
【０００３】
加速度センサまたはヨーレートセンサを製作するための表面マイクロマシニングは手間のかかるものであり、ひいては高価である。単結晶シリコンから成る振動構造体に比べて、多結晶シリコンから成る振動構造体は機械的な特性に関して大きな変動幅を備えてしか製作することができない。さらに、多結晶シリコンから成る振動構造体はより不良の長時間安定性を有している。
【０００４】
一般的に、このようなセンサを表面マイクロマシニングで製作するためのプロセスは、半導体回路素子を形成するための典型的なプロセスに適合していない。
【０００５】
発明の利点
該当する独立請求項の特徴部に記載した特徴を備えた本発明による方法は従来のものに比べて、特に単結晶振動構造体を備えた、マイクロマシニング型の構成素子、特に加速度センサまたはヨーレートセンサを簡単にかつ廉価に表面マイクロマシニングで製作することができるという利点を有している。従属請求項に記載した手段によって、該当する独立請求項に記載した方法および半導体構成素子の有利な実施態様もしくは構成および改良形が可能となる。
【０００６】
本発明の主要な観点は、空洞もしくは中空室を半導体基板、特にシリコン基板にエッチング媒体によって形成することにある。このためには、基板のカバー層が、あとで形成される空洞の領域でエッチングされ、これによって、カバー層に開口もしくはエッチング開口、特に細孔もしくは中空室が形成される。エッチング開口もしくは外向きに開いた細孔を介して、エッチング媒体または１つまたはそれ以上の別のエッチング媒体が基板のより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別のエッチング媒体によって分解された半導体基板の部分は、有利には、カバー層の開口もしくは細孔および／または前記領域への外部の出入開口を介して除去される。カバー層は、有利には、約２〜１０μｍ、特に３〜５μｍの厚さを有している。多孔質のカバー層には、十分な単結晶エピタキシャル成長層を析出することができる。
【０００７】
出入開口の事例では、有利には、約２〜１０μｍの多孔質のカバー層の代わりに、有利には約４０〜８０μｍ、特に５０〜６０μｍの厚さを有する多孔質のカバー層が形成される。より大きな厚さは、カバー層が、出入開口のエッチング時のエッチング緩衝層として働くことができ、したがって、カバー層に析出される十分な単結晶エピタキシャル成長層の手前の確実なエッチングストップを可能にするという目的を有している。
【０００８】
可動質量体もしくは振動構造体を備えた半導体構成素子、たとえば加速度センサまたはヨーレートセンサを製作するためには、カバー層もしくは多孔質のカバー層に析出される十分な単結晶エピタキシャル成長層が１回またはそれ以上の工程によって構造化され、これによって、エピタキシャル成長層から完全にまたは部分的にセンサの可動質量体もしくは振動構造体が形成される。構造化は、有利には、公知のドライエッチング技術の使用によって行われる。
【０００９】
本発明の有利な実施態様では、単結晶エピタキシャル成長層にかつ／または単結晶エピタキシャル成長層から形成された単結晶可動質量体もしくは単結晶可動構造体もしくは単結晶振動構造体に電気的なかつ／または電子的な半導体構成素子が、特に適切なドーピングによって形成される。単結晶エピタキシャル成長層もしくは単結晶可動質量体には、慣用の形式で電気的なもしくは電子的な回路素子が組み込まれてよい。
【００１０】
エピタキシャル成長層の単結晶シリコンから形成された可動質量体もしくは振動構造体は、多結晶シリコンから公知の形式で形成される振動構造体に比べて、可動質量体が単結晶シリコンから、機械的な特性に関して多結晶シリコンに比べて少ない変動幅を備えて製作可能となる点で優れている。さらに、本発明により単結晶シリコンから製作されたこのような振動構造体は高い長時間安定性を有している。
【００１１】
本発明の有利な実施態様では、多孔質のカバー層のエッチング工程時に、カバー層に設けられた細孔の拡張速度を、基板の、のちの中空室もしくは空洞を形成する領域に設けられた細孔もしくは中空室の拡張速度よりも低く、有利には著しく低くするための手段が講じられる。
【００１２】
このことは、本発明の有利な実施態様によれば、カバー層への細孔のエッチング時のエッチングパラメータおよび／またはエッチング媒体と、のちの空洞の領域への細孔もしくは中空室のエッチング時のエッチングパラメータおよび／またはエッチング媒体とが互いに異なって選択されていることによって達成される。
【００１３】
これに関して、特に有利には、空洞を製作するために分解したいシリコンを搬出するためのカバー層の多孔率が、プロセス技術的に良好にコントロール可能な形式で有利には単に測定されて大きな範囲で調整可能である。しかし、他方では、空洞を迅速にひいては廉価に製作することができる。
【００１４】
本発明の有利な実施態様によれば、エッチングパラメータを調整しかつ／または空洞のエッチング時のエッチング媒体を選択し、これによって、細孔もしくは中空室が極めて迅速に互いに「オーバラップ」するように、細孔もしくは中空室の拡張速度が高くされる。これによって、まず、ほぼ平面的なただ１つの出発中空室が基板に形成される。この出発中空室は引き続き深さ方向に拡張され、空洞を形成する。
【００１５】
直前の実施態様に対して択一的な本発明の有利な実施態様では、エッチングパラメータおよび／または空洞のエッチング時のエッチング媒体を選択し、これによって、基板の、のちの空洞を形成する領域の多孔率がカバー層の多孔率よりも大きくされる。基板は特に単結晶シリコン基板であってよい。有利には、のちの空洞の前段階が、８０％よりも多い多孔率を有している。有利には、空洞が、引き続き基板の多孔質の領域から、有利には約９００℃を上回る１回またはそれ以上の温度調整ステップの実施下で形成される。
【００１６】
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の温度調整時、たとえば約９００℃を上回る温度調整時にシリコンの、のちの空洞を形成する領域に設けられた細孔が約８０％よりも多い多孔率のまま変化させられる。これによって、あとで析出したいエピタキシャル成長層のための僅かに多孔質のカバー層もしくは出発層の下方に個々の大きな細孔、すなわち、中空室もしくは空洞が形成される。僅かに多孔質の層もしくは出発層の上面における細孔はこの高温ステップ時にほぼ閉じられるので、出発層には、１つまたはそれ以上の可動質量体を製作するための出発層を成す十分な単結晶シリコン層を析出することができる。
【００１７】
本発明の有利な実施態様によれば、開口および／または細孔をカバー層に形成するためのかつ／または空洞を、フッ化水素酸（ＨＦ）またはフッ化水素酸を含有した液状の混合物または化合物を中心として形成するためのエッチング媒体が考慮される。
【００１８】
本発明の有利な実施態様では、エッチング媒体に容易に揮発性の成分、有利にはアルコール、たとえばエタノールおよび／またはエッチング媒体を希釈するための精製された水が添加される。
【００１９】
エタノールは、このエタノールを備えたエッチング媒体の表面張力を減少させる。これによって、シリコン表面のより良好な湿潤およびエッチングされる細孔もしくは開口もしくは中空室へのエッチング媒体のより良好な侵入が可能となる。さらに、エッチング工程の間に形成される気泡は、エタノールがエッチング媒体に添加されない事例よりも小さく、したがって、気泡をより良好にカバー層の細孔を通して逃がすことができる。したがって、カバー層の細孔量および／または多孔率を、有利には、アルコールの添加なしの事例よりも小さく保つことができる。
【００２０】
本発明の別の有利な実施態様では、開口および／または細孔がカバー層にかつ／またはのちの空洞の領域に電気化学的な方法によって、有利には前述したエッチング媒体を使用して形成される。
【００２１】
さらに、電気化学的なエッチング法の使用下の本発明の有利な実施態様では、有利には、エッチング工程時に形成される細孔または中空室の拡張速度に電圧と、この電圧により生ぜしめられる電流との印加によってエッチング媒体により影響を与えるために、フッ化水素酸（ＨＦ）を使用したエッチング法が提案されている。細孔もしくは中空室の拡張速度は、特にエッチングしたいシリコン基板のドーピングと、電流密度と、場合によっては、エッチング媒体におけるＨＦ濃度と、温度とに関連している。当然ながら、これらは、単に本発明によるエッチング法の重要な方法パラメータの一例でしかない。
【００２２】
本発明の有利な実施態様によれば、エッチング媒体、エッチング媒体におけるＨＦ濃度および／またはエッチングしたい領域のドーピングおよび／または温度および場合によってはエッチング法の別のプロセスパラメータは、エッチング工程もしくは細孔形成もしくは中空室形成を適切に調整することができかつ／または電圧の遮断によって有利には十分に急激に中止することができるように選択される。
【００２３】
ただ１つのエッチング媒体および／または２つまたはそれ以上のエッチング媒体による、本発明により有利な電気化学的なエッチング法では、エッチング媒体がカバー層の領域に位置する第１の期間に、必ずしも時間的にコンスタントではない第１の電流密度がエッチング媒体に生ぜしめられる。該当するエッチング媒体が、形成したい空洞の領域に位置している第２の期間の間、有利には、必ずしも時間的にコンスタントではない第２の電流密度が生ぜしめられる。この第２の電流密度は、第１の期間の間に生ぜしめられた電流密度よりも高く設定されているかもしくは著しく高く設定されている。これによって、空洞または空洞の前段階が細孔もしくは中空室によって形成される。この細孔もしくは中空室の、空洞のエッチング工程の間の拡張速度は、多孔質のカバー層を製作するための細孔の拡張速度よりも高く設定されているかまたは著しく高く設定されている。
【００２４】
本発明の別の有利な実施態様では、基板のカバー面の、多孔質にエッチングしたい領域がエッチング工程前にマスク層もしくは支持層によって取り囲まれる。このマスク層もしくは支持層は、多孔質にエッチングしたい領域へのエッチング媒体の自由な出入を許容していて、基板のカバー面の、多孔質にエッチングしたくない領域をエッチング作用に対して防護している。
【００２５】
本発明の有利な実施態様によれば、支持層は、カバー面の、多孔質にエッチングしたい領域もしくは多孔質にエッチングしたい層を、空洞のエッチングの間にかつエッチングの後に基板の、エッチングされない部分に機械的に位置決めするように形成されている。
【００２６】
本発明の有利な実施態様では、支持層は、多孔質にエッチングしたい領域もしくはエッチングしたい層のエッチング前に形成される。この場合、少なくともｐ型ドーピングされたシリコン基板のカバー面の、多孔質にエッチングしたい層を取り囲む最も近くの領域がｎ型ドーピング部を備えている。これによって、特に多孔質にエッチングされた層がシリコン基板に機械的に結合されている領域での基板の「サイドエッチング」を十分に阻止することができる。他方では、特に多孔質の層もしくは出発層が有利に肉薄に形成されている場合には、この層が基板から剥離される危険があり得る。付加的には、窒化シリコン層をマスクとして使用することができると共に特に場合によって下方に位置する電子的な回路のエッチング作用に対する防護のために使用することができる。
【００２７】
択一的にまたは補足的には、ｎ型ドーピング部もしくはｎ型ドーピングされた層の代わりに、金属層または金属マスクを設けることができる。この金属層または金属マスクも同じく基板のサイドエッチングを十分に阻止している。しかし、一般的には、金属層もしくは金属マスクの使用は、基板に切換回路を設けたくない場合にしか有利とならない。なぜならば、さもないと、金属層もしくは金属マスクの除去後でも基板に残っている金属原子が切換回路の機能を損傷する恐れがあるからである。
【００２８】
本発明の有利な実施態様では、多孔質にエッチングされたカバー層、特にシリコン層が、このカバー層にエピタキシャル成長層、有利には十分な単結晶シリコン層を被着させるかもしくは析出する前に前処理される。この前処理は、十分な単結晶シリコン層の特質を必要な場合にまたは有利に一層改善するために、多孔質にエッチングされたカバー層もしくは出発層における細孔を完全にまたは部分的に閉鎖するという目的を追求している。
【００２９】
本発明による前処理は、多孔質にエッチングされたカバー層もしくは出発層の温度調整にある。この場合、この温度調整は高い温度、たとえば約９００℃〜約１１００℃の範囲内の温度で行われる。有利には、温度調整は水素雰囲気、窒素雰囲気および／または希ガス雰囲気下で行われる。
【００３０】
前述した前処理に対して択一的にまたは補足的には、多孔質にエッチングされたシリコン出発層の（僅かな）酸化が行われてよい。有利には、この酸化は、出発層が反応器内でさらされている雰囲気への酸素の（僅かな）添加下で行われる。この場合、酸化は、有利には、約４００℃〜６００℃の範囲内の温度で行われる。僅かな酸化とは、ほぼ出発層の細孔しか完全にまたは部分的に閉鎖せずかつほぼ網状の酸化構造を形成する酸化を意味している。この酸化構造は、本発明によれば、出発層に可能な限りの単結晶シリコン層を析出することができるようにするために、多孔質にエッチングされた出発層の表面を可能な限り少なくカバーするようになっている。その後、単結晶シリコン層から特にドライエッチング技術によって、有利には少なくとも１つの可動質量体が形成される。必要な場合には、酸化工程に続くプロセスステップでの酸化は、この所望の状態が生ぜしめられる限り除去される。
【００３１】
本発明の有利な実施態様では、出発層の厚さが、この出発層に析出されるシリコン層の厚さよりも著しく小さく寸法設定されており、これによって、形成される少なくとも１つの可動質量体もしくは振動構造体の物理的な特性が、厚さに関してプロセス技術的に良好に調整可能なシリコン層によって十分規定されている。
【００３２】
本発明の有利な実施態様によれば、エピタキシャル成長層を析出するための僅かに多孔質の層もしくは出発層がエッチング媒体によって形成される。このエッチング媒体は、約２０％〜約５０％の範囲、有利には約３０％〜約４０％の範囲、特に約３３％のフッ化水素酸濃度（ＨＦ濃度）を有している。
【００３３】
本発明の別の有利な実施態様では、のちの中空室もしくは空洞の前段階を成す多孔質の層がエッチング媒体によってエッチングされる。このエッチング媒体は、約０％〜約４０％の範囲、有利には約５％〜約２０％の範囲、特に約２０％未満のフッ化水素酸濃度（ＨＦ濃度）を有している。有利には、エッチング媒体の、フッ化水素酸によって形成されていない残りの成分はほぼアルコール、特にエタノールから成っている。
【００３４】
中空室もしくは空洞を形成するための本発明による前記エッチングステップの間に細孔もしくは中空室の高い拡張速度を、細孔もしくは中空室が極めて迅速に互いに「オーバラップ」し、したがって、ただ１つの「巨大孔」を形成する分解したい層で達成するためには、本発明の有利な実施態様では、本発明によるエッチング媒体が設けられている。この本発明によるエッチング媒体は、約０％〜約５％の範囲、有利には約１％〜３％の範囲、特に約５％未満のフッ化水素酸濃度（ＨＦ濃度）を有している。有利には、このエッチング媒体の、フッ化水素酸によって形成されていない残りの成分はほぼアルコール、特にエタノールおよび／または精製された水から成っている。
【００３５】
以下に、本発明による多層状の半導体構成素子もしくは半導体構成エレメントを製作するための本発明による方法を加速度センサの例において、必ずしも寸法通りでない概略図につき詳しく説明する。この場合、同じ符号は、同じかまたは同様に機能する層または部分を示している。
【００３６】
図１には、公知の加速度センサの前段階１００が示してある。この前段階１００は、単結晶シリコンから成るシリコン基板１０１と、このシリコン基板１０１に析出された酸化シリコン犠牲層１０２と、この酸化シリコン犠牲層１０２に析出された、多結晶シリコンから成る多結晶シリコン層１０３とを有している。前段階１００では、エッチングマスク（図示せず）が公知の形式で被着させられる。この場合、符号１０４で示したエッチング開口はエッチングマスクによってカバーされていない。その後、図１に示した前段階１００の上面が公知の形式でエッチングされる。これによって、図１に示したように、可動質量体１０５，１０６が多結晶シリコン層１０３に形成されるかもしくは提供され、空洞もしくは中空室１０７が酸化シリコン犠牲層１０２に形成されるかもしくは提供される。
【００３７】
図１に示した、公知の加速度センサの前段階１００を製作するための方法には、可動質量体１０５，１０６が多結晶構造に基づき大量生産の場合に機械的な特性に関して変動を有しているという欠点がある。さらに、中空室１０７がその寸法に関して大きな変動を有している。
【００３８】
図２には、本発明による第１の加速度センサを形成するための公知の前段階２００が横断面図で示してある。この公知の前段階２００は、単結晶シリコン基板１０１と、この単結晶シリコン基板１０１に組み込まれた電子的な回路素子もしくは切換回路２０１と、単結晶シリコン基板１０１の上面に設けられたエッチングマスク２０２とを有している。この場合、このエッチングマスク２０２にはエッチング開口２０３が切り欠かれている。
【００３９】
図３には、図２に示した公知の前段階２００に基づき製作された、本発明による第１の加速度センサの後続の前段階３００が示してある。この前段階３００を、図２に示した前段階２００から製作するためには、エッチング開口２０３によって規定された領域が、フッ化水素酸（フッ酸）を含有した１つまたはそれ以上のエッチング媒体の使用によって、前述したように、電気化学的に多孔質にエッチングされる。多孔率は、エッチング媒体における電流密度、シリコンのドーピングおよびエッチング媒体の組成によって制御される。多孔質の単結晶シリコン層３０１を形成するためには、この多孔質の単結晶シリコン層３０１が少ない多孔率を有するようにエッチング工程が制御される。多孔質の単結晶シリコン層３０１が形成された後、エッチング媒体における電流密度が臨界的な値を上回って増加させられ、かつ／またはエッチング媒体の組成が変化させられる。これによって、「細孔」（図示せず）が多孔質の層３０１の下方で大きくなり、シリコン基板１０１の材料が、符号３０２で示した領域で完全にエッチング除去されて空洞もしくは中空室３０２が多孔質の単結晶シリコン層３０１の下方に形成される。シリコン基板１０１の、エッチング媒体によって分解されたシリコンは、多孔質の層３０１の細孔を介して導出されてもよいし、別個の出入開口（図示せず）を通って導出されてもよい。
【００４０】
多孔質の層３０１と、この多孔質の層３０１の下方に形成される中空室３０２とを製作するための有利な手段はすでに詳しく説明したので、これに関しては、この箇所にのみ止めておくことにする。
【００４１】
図４には、図３に示した前段階３００に基づき製作された、本発明による第１の加速度センサの後続の前段階４００が示してある。この前段階４００は、シリコン基板１０１と、このシリコン基板１０１に組み込まれた電子的な回路素子もしくは切換回路２０１と、多孔質の単結晶シリコン層３０１と、空洞もしくは中空室３０２とを有している。多孔質の単結晶シリコン層３０１には単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１が析出されている。本発明による多孔質の単結晶シリコン層３０１への単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１の析出は、多孔質のシリコン層３０１の多孔率が適切に少ない場合に十分な単結晶エピタキシャル成長層４０１を多孔質の単結晶シリコン層３０１に析出することができることによって可能とされている。単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１は空洞もしくは中空室３０２を閉鎖している。この場合、単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１を析出するためのエピタキシャル成長プロセス時に形成される圧力は、中空室３０２内に閉じ込められた圧力を規定している。図４に示した例では、標準半導体プロセスによって、別の電子的な回路素子もしくは切換回路４０２またはこれに類するものが、たとえば単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１の適切なドーピングによって形成されている。
【００４２】
単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１の特質を改善するためには、すでに前述したように、多孔質の単結晶シリコン層３０１が必要に応じて前処理され得る。
【００４３】
図５には、図４に示した前段階４００に基づき形成された、本発明による第１の加速度センサの後続の前段階５００が示してある。
【００４４】
前段階５００は、シリコン基板１０１と、このシリコン基板１０１に組み込まれた電子的な回路素子もしくは切換回路２０１と、空洞もしくは中空室３０２と、２つの可動質量体５０１，５０２とを有している。両可動質量体５０１，５０２は、有利には、公知のドライエッチング技術によって単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１と多孔質の単結晶シリコン層３０１とから形成されている。さらに、単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１には、電子的な回路素子もしくは切換回路４０２が適宜な標準半導体法、特に適切なドーピングによって組み込まれている。
【００４５】
図１に示した、２つの可動質量体１０５，１０６を備えた公知の加速度センサの前段階１００と、図５に示した、本発明による第１の加速度センサの前段階５００とを比較すると、可動質量体５０１，５０２が、多結晶シリコンから成る可動質量体１０５，１０６とは異なり、単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１の単結晶シリコンから形成されているだけでなく、僅かに多孔質の単結晶シリコン層３０１からも形成されていることが分かる。単結晶シリコンにおける規定された材料パラメータに基づき、本発明によれば、可動質量体５０１，５０２はその機械的な特性に関して少ない変動で再現可能に形成することができる。さらに、前段階５００の単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１には電子的な回路素子もしくは切換回路４０２が組み込まれてよい。このことは、多結晶シリコン層１０３では、標準半導体プロセスの使用下で不可能である。
【００４６】
可動質量体もしくは振動構造体５０１，５０２および場合によっては別の質量体（図示せず）の運動の評価は、たとえば容量式に行うことができる。この容量式の評価のためには、可動質量体５０１，５０２（および有利には別の可動質量体（図示せず）も）が、有利には、インタデジタル構造体（交互配置型構造体）の形で単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１から形成される。インタデジタル構造体とは、特に少なくとも第１の構造体と第２の構造体とから成るような構造体を意味している。第１の構造体と第２の構造体とは、それぞれ部分的に可動の多数のフィンガ状の質量体を有している。この場合、第１の構造体のそれぞれ１つのフィンガは、第２の構造体の隣り合った２つのフィンガの間に配置されている。第１の構造体は固定側の第１のコンデンサプレートを形成しており、第２の構造体は可動側の第２のコンデンサプレートを形成している。このようなインタデジタル構造体は、第２の構造体に作用する加速度を検出するために高い感度を有している。
【００４７】
しかし、択一的には、可動質量体５０１，５０２もしくは振動構造体の加速度もしくは変位を検出するために、可動質量体５０１，５０２と別の質量体（図示せず）とに圧電抵抗が設けられていてもよい。さらに、図５に示した前段階５００にコンデンサ（図示せず）を設けることが可能である。このコンデンサは、たとえばテスト目的のために可動質量体５０１，５０２を電圧の印加によって適切に変位させる。その後、この変位もしくは加速度が、前述した形式で容量式にまたは圧電抵抗式に検出される。
【００４８】
図６には、図４に示した前段階４００に基づき形成された、本発明による第２の加速度センサの前段階６００が平面図で示してある。本発明による第２の加速度センサの前段階６００は、図５に示した、本発明による第１の加速度センサの前段階５００とは異なり、質量体５０１，５０２に比べて大きな面のただ１つの可動質量体６０１を有している。この可動質量体６０１は固定アーム６０２，６０３を介して単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１に結合されている。大きな面の可動質量体６０１の下方には空洞もしくは中空室３０２が位置している。可動質量体６０１は固定アーム６０２，６０３の適宜な構成によって単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１にばね弾性的に懸吊されているので、大きな面の可動質量体６０１はＸ方向、すなわち、上下の図面縁部の方向だけでなくＺ方向、すなわち、図面に対して垂直な方向にも振動することができる。有利な形式では、図６に示した前段階６００によって、Ｘ方向だけでなくＺ方向でも、大きな面の可動質量体６０１の加速度と、この加速度によって生ぜしめられる変位とを検出する加速度センサを実現することができる。大きな面の可動質量体６０１の変位もしくは加速度の評価は圧電抵抗６０４，６０５，６０６，６０７を介して行われる。この場合、圧電抵抗６０４，６０５は、可動質量体６０１の第１のばね弾性的な懸吊手段として働く固定アーム６０２に配置されており、圧電抵抗６０６，６０７は、可動質量体６０１の第２のばね弾性的な懸吊手段として働く第２の固定アーム６０３に配置されている。破線６０８は、多孔質にエッチングされた領域の縁部、すなわち、シリコン基板１０１に隣接する多孔質の単結晶シリコン層３０１の縁部を示している。
【００４９】
大きな面の可動質量体６０１がＸ方向、すなわち、上下の図面縁部の方向に加速させられる場合には、上側の両圧電抵抗６０４，６０６が同じ抵抗変化を被る。この抵抗変化は下側の両圧電抵抗６０５，６０７の抵抗変化に相対している。大きな面の可動質量体６０１がＺ方向、すなわち、図面に対して垂直な方向に加速させられる場合には、全ての圧電抵抗６０４，６０５，６０６，６０７が同じ抵抗変化を被る。たとえば圧電抵抗は、大きな面の可動質量体６０１の加速度もしくは変位を検出するために、ホイートストンブリッジに接続されてよい。
【００５０】
単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１の単結晶シリコンから成る大きな面の可動質量体６０１は、単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１から、公知のドライエッチング技術、特にトレンチエッチングによって形成することができる。
【００５１】
図７には、図４に示した前段階４００に基づき製作された、本発明による第３の加速度センサの前段階７００が、図８のＡ−Ａ線に沿った横断面図で示してある。本発明による第３の加速度センサの前段階７００は、シリコン基板１０１と、ボトム電極７０１と、空洞もしくは中空室３０２と、多孔質の単結晶シリコン層３０１と、単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１と、カバー電極７０２とを有している。ボトム電極７０１は、ドーピングされた領域から成っている。この領域のドーピングはシリコン基板１０１の多孔質のエッチング前にシリコン基板１０１内に行われる。有利には、ボトム電極７０１を形成するドーピングされた領域は、多孔質にエッチングされた領域もしくは多孔質の単結晶シリコン層３０１よりも深くシリコン基板１０１内に到達している。カバー電極７０２は、ドーピングされた領域によって形成される。この領域のドーピングは単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１の析出前に行われる。
【００５２】
図８には、図７に示した、本発明による第３の加速度センサの前段階７００が平面図で示してある。この前段階７００の平面図には、カバー電極７０２が示してある。このカバー電極７０２は、可動質量体５０１，５０２に比べて大きな面の可動質量体を成している。カバー電極７０２は固定アーム７０３，７０４でシリコン基板１０１にばね弾性的に懸吊されている。外側の破線７０５は、シリコン基板１０１に隣接する、多孔質にエッチングされた領域３０１の縁部を示している。内側の破線は、カバー電極７０２の下方に位置する、シリコン基板１０１に設けられた（自体カバーされた）ボトム電極７０１を示している。カバー電極７０２に作用する加速度と、この加速度によって生ぜしめられた、コンデンサを形成するカバー電極７０２とボトム電極７０１との間の容量変化とに基づきカバー電極７０２の運動を検出するためには、電気的な接続部７０７が設けられている。この接続部７０７はカバー電極７０２から固定アーム７０４を介してシリコン基板１０１にまで延びている。さらに、接続部７０８が設けられている。この接続部７０８はボトム電極７０１とコンタクト形成していて、シリコン基板１０１に案内されている。接続部７０７，７０８は、有利には、適切にドーピングされた領域によって単結晶シリコンエピタキシャル成長層４０１とシリコン基板１０１とに形成される。カバー電極７０２は、このカバー電極７０２もしくは本発明による第３の加速度センサへの所定の加速度の作用時に固定側のボトム電極７０１に対してＺ方向、すなわち、図面に対して垂直な方向に変位可能となる。カバー電極７０２の変位もしくは加速度は、カバー電極７０２とボトム電極７０１とによって形成されたコンデンサ装置を介して容量式に検出することができるかもしくは評価することができる。
【００５３】
図９には、本発明による第１の加速度センサ、第２の加速度センサまたは第３の加速度センサのための図３の前段階３００に対して択一的な有利な前段階９００が示してある。図９に示した前段階９００は、図３に示した前段階３００とは異なり、多孔質の単結晶シリコン層９０１を有している。この多孔質の単結晶シリコン層９０１の厚さは、単結晶シリコン層３０１と空洞もしくは中空室３０２とから成る組合せの総厚さにほぼ相当している。多孔質の単結晶シリコン層９０１は、たとえば前述した手段によって形成することができる。
【００５４】
図１０に示した、本発明による第１の加速度センサ、第２の加速度センサまたは第３の加速度センサのための図４の前段階４００に対して択一的な前段階１０００は、エピタキシャル成長層４０１が、前段階９００の多孔質の単結晶シリコン層９０１と単結晶シリコン層１０１の上面とに析出されている点で図４に示した前段階４００と異なっている。
【００５５】
図１１に示した、図５の前段階５００に対して択一的な前段階１１００は、前段階１０００の多孔質の単結晶シリコン層９０１が、図５に関連して説明した可動質量体５０１，５０２の形成時に除去されるかもしくはエッチング除去される点で図５に示した前段階５００と異なっている。多孔質の単結晶シリコン層９０１の除去によって空洞もしくは中空室１１０１が形成される。
【００５６】
図９〜図１１に示した、図３〜図５の前段階３００，４００，５００に対して択一的な前段階９００，１０００，１１００は前段階３００，４００，５００に比べて、可動質量体と空洞もしくは中空室とを製作するための全ての手間が、前述した手段によって減少させられるという利点を有している。図１１に示した空洞もしくは中空室１１０１を形成するためには、まず、多孔質の単結晶シリコン層３０１が形成され、その後、エッチングパラメータの変更によって空洞もしくは中空室３０２が形成されるように、エッチングパラメータを調整することがもはや不要となる。むしろ、エッチングパラメータの変更なしに、全て多孔質の単結晶シリコン層９０１を形成することができる。この多孔質の単結晶シリコン層９０１は、可動質量体５０１，５０２の前述したエッチング時にもしくは形成時にエピタキシャル成長層４０１から一緒に除去されるかもしくはエッチング除去される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
２つの可動質量体もしくは２つの振動構造体を備えた公知の加速度センサの前段階を横断面図で示す図である。
【図２】
本発明による第１の加速度センサを形成するための公知の前段階を横断面図で示す図である。
【図３】
単結晶の多孔質の層と、この多孔質の層の下方に形成された空洞もしくは中空室とを備えた、図２に示した公知の前段階に基づき製作された、本発明による第１の加速度センサの後続の前段階を横断面図で示す図である。
【図４】
エピタキシャル成長層と、このエピタキシャル成長層に組み込まれた電子的な回路素子または切換回路とを有する、図３に示した前段階に基づき製作された、本発明による第１の加速度センサの後続の前段階を横断面図で示す図である。
【図５】
エピタキシャル成長層から形成された可動質量体もしくは振動構造体を有する、図４に示した前段階に基づき形成された、本発明による第１の加速度センサの後続の前段階を横断面図で示す図である。
【図６】
圧電抵抗を介して検出される加速度または変位を伴う可動質量体もしくは振動構造体を有する、図４に示した前段階に基づき形成された、本発明による第２の加速度センサの前段階を平面図で示す図である。
【図７】
容量式に検出される加速度または変位を伴う可動質量体もしくは振動構造体を有する、図４に示した前段階に基づき製作された、本発明による第３の加速度センサの前段階を図８のＡ−Ａ線に沿った横断面図で示す図である。
【図８】
図７に示した、容量式の評価手段を備えた本発明による第３の加速度センサの前段階を平面図で示す図である。
【図９】
図２に示した公知の前段階に基づき製作された、図３に示した前段階に対する択一的な前段階としての本発明による第１の加速度センサ、第２の加速度センサまたは第３の加速度センサの後続の前段階を横断面図で示す図である。
【図１０】
図９に示した前段階に基づき製作された後続の前段階を横断面図で示す図である。
【図１１】
図１０に示した前段階に基づき形成された後続の前段階を横断面図で示す図である。
【符号の説明】
１００  前段階、  １０１  シリコン基板、  １０２  酸化シリコン犠牲層、  １０３  多結晶シリコン層、  １０４  エッチング開口、  １０５  可動質量体、  １０６  可動質量体、  １０７  中空室、  ２００  前段階、  ２０１  切換回路、  ２０２  エッチングマスク、  ２０３  エッチング開口、  ３００  前段階、  ３０１  多孔質の単結晶シリコン層、  ３０２  中空室、  ４００  前段階、  ４０１  単結晶シリコンエピタキシャル成長層、  ４０２  切換回路、  ５００  前段階、  ５０１  可動質量体、  ５０２  可動質量体、  ６００  前段階、  ６０１  可動質量体、  ６０２  固定アーム、  ６０３  固定アーム、  ６０４  圧電抵抗、  ６０５  圧電抵抗、  ６０６  圧電抵抗、  ６０７  圧電抵抗、  ６０８  縁部、  ７００  前段階、  ７０１  ボトム電極、  ７０２  カバー電極、  ７０３  固定アーム、  ７０４  固定アーム、  ７０５  縁部、  ７０７  接続部、  ７０８  接続部、  ９００  前段階、  ９０１  多孔質の単結晶シリコン層、  １０００  前段階、  １１００  前段階、  １１０１  中空室
【国際公開パンフレット】
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2004525352.tif 000004
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2004525352.tif 000035
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004525352.tif 000036
2004525352.tif 000037
【国際調査報告】
2004525352.tif 000038
2004525352.tif 000039
2004525352.tif 000040
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