(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜（１３）の上に取付けられた感熱領域（１４）によって温度を測定するセンサ（２０）であって、該薄膜は側壁（１５）によって側面に沿って全面的に規定される空洞部（１８）の上に配置され、
すべての側壁（１５）は平坦であり、隣接する側壁（１５）同士は８０度と１００度との間の角度で配置され、
すべての側壁（１５）が該薄膜に対して８０度と８９度との間の角度βであって、空洞部（１８）側に形成される角度βで配置され、
該空洞部が反応性イオンエッチング法によってエッチングされることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
すべての該側壁がシリコンからなることを特徴とする請求項１に記載のセンサ（２０）。
【請求項３】
該感熱領域（１４）が少なくとも２つの熱電材料を含む直列接続を有することを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ（２０）。
【請求項４】
該２つの熱電材料がそれぞれｐ型伝導シリコンおよびアルミニウム、ｎ型伝導シリコンおよびアルミニウム、またはｐ型伝導シリコンおよびｎ型伝導シリコンであることを特徴とする請求項３に記載のセンサ（２０）。
【請求項５】
該直列接続が近接して並べて配置されたｐ型伝導シリコンおよびｎ型伝導シリコンを含むことを特徴とする請求項３または４に記載のセンサ（２０）。
【請求項６】
該直接接続が、少なくとも１つのｐ型伝導シリコン層および少なくとも１つのｎ型伝導シリコン層を有し、これらの層が重ねられ、かつ絶縁体層によって分離されることを特徴とする請求項３または４に記載のセンサ（２０）。
【請求項７】
該感熱領域が２つの電極層の積層および２つの前記電極層の間に配列された焦電体層を有することを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ（２０）。
【請求項８】
該感熱領域が酸化金属または半導体のメアンダ層であることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ（２０）。
【請求項９】
該薄膜が長方形であることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれかに記載のセンサ（２０）。
【請求項１０】
該空洞部（１８）が十字形のベースを有することを特徴とする請求項９に記載のセンサ（２０）。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちいずれかに記載のセンサを含むことを特徴とする半導体チップ。
【請求項１２】
薄膜（１３）の上に取付けられた感熱領域（１４）によって温度を測定するセンサ（２０）であって、該感熱領域（１４）は少なくとも２つの熱電材料の直列接続を含み、
２つの該熱電材料がそれぞれｐ型伝導のシリコン、多結晶シリコンまたは多結晶シリコンゲルマニウム、およびｎ型伝導のシリコン、多結晶シリコンまたは多結晶シリコンゲルマニウムであることを特徴とする請求項４〜６、９、１０のうちいずれかに記載のセンサ。
【請求項１３】
該直列接続が、近接して並べて配列されたｐ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウム、およびｎ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウムを含むことを特徴とする請求項１２に記載のセンサ（２０）。
【請求項１４】
該直列接続が、ｐ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウム、およびｎ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウムの組で、近接して並べて配列された２０〜２００の層を有することを特徴とする請求項１２または１３に記載のセンサ（２０）。
【請求項１５】
該直列接続が、ｐ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウム、およびｎ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウムの組で、近接して並べて配列された６０〜１２０の層を有することを特徴とする請求項１２または１３に記載のセンサ（２０）。
【請求項１６】
該直列接続が少なくとも１つのｐ型伝導のシリコン層、多結晶シリコン層、または多結晶シリコンゲルマニウム層、および少なくとも１つのｎ型伝導のシリコン層、多結晶シリコン層、または多結晶シリコンゲルマニウム層を有し、これらの層が重ねられ、かつ絶縁体によって分離されることを特徴とする請求項１３〜１５のうちのいずれかに記載のセンサ（２０）。
【請求項１７】
該直列接続がｐ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウム、およびｎ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウムの２つまたは３つの組の層を有し、これらの層が重ねられ、かつ絶縁体によって分離されることを特徴とする請求項１６に記載のセンサ（２０）。
【請求項１８】
光電子的にパターニングされ得る赤外線吸収層が該感熱領域（１４）に取付けられることを特徴とする請求項１〜１０および１２〜１７のうちいずれかに記載のセンサ（２０）
【請求項１９】
光電子的にパターニングされ得る赤外線吸収層が該感熱領域（１４）に取付けられることを特徴とする請求項１１に記載の半導体チップ。
【請求項２０】
温度測定センサを製造する方法であって、薄膜は支持基板に取付けられ、
空洞部が、反応性イオンエッチング法を使用して該薄膜の下で該支持基板にエッチングされることを特徴とする、請求項１〜１０および１２〜１８のうちいずれかに記載のセンサを製造する方法。
【請求項２１】
該空洞部のエッチングに先立ち、該反応性イオンエッチング法のためのより小さいエッチングレートを有する層が該薄膜と反対の支持基板側に取付けられることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
感熱領域が該薄膜に取付けられることを特徴とする請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
温度測定センサを製造する方法であって、活性化段階において側壁を有する空洞部は反応性イオンエッチングによって支持基板にエッチングされ、不動態化段階において保護層である、該側壁から材料が除去されるのを妨げ、または目に見えて減少させるポリマー層が該側壁に積層され、かつ、いくつかの別の活性化段階および不動態化段階を含む該センサを製造する方法であって、
該不動態化段階が弱められ、および／もしくは縮小され、ならびに／または該活性化段階が強められ、および／もしくは延長されることを特徴とする、請求項１〜１０および１８のうちいずれかに記載したセンサを製造する方法。
【請求項２４】
該側壁が該支持基板表面に対して８０度と８９度との間の角度βになるほどに、該不動態化段階が弱められ、および／もしくは縮小され、ならびに／または該活性化段階が強められ、および／もしくは延長されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
該側壁が該支持基板表面に対して８５度と８９度との間の角度βになるほどに、該不動態化段階が弱められ、および／もしくは縮小され、ならびに／または該活性化段階が強められ、および／もしくは延長されることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
該支持基板がシリコン本体であることを特徴とする請求項２０〜２５のうちいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空洞部の上に配置される薄膜の上および／または下に取付けられた感熱領域によって温度を測定するセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなセンサは、図１において示される。図１に従ったセンサは、センサの底面、すなわち薄膜の反対の面に対して角度αで配置された側壁を有する。図１に従った周知のセンサの角度αは約５４．７度である。
【０００３】
このようなセンサは、特にサーモパイルセンサとして開発された熱赤外線センサとして知られており、センサは、マイクロメカニックスによって製造される。この場合において、誘電体層、たとえばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４またはそれらの結合で形成された薄膜は、シリコン基板の頂面に位置し、ここからセンサが形成される。薄膜は異方性エッチング、たとえばＫＯＨまたはＥＤＰを使用することによって形成され、エッチングにおいて、シリコンチップの結晶方位が〈１００〉であるとき、正方形の薄膜の型がシリコンにおいて形成し得る。シリコンエッチングの壁は、約５４．７度傾いた典型的な壁を形成するように、いわゆる１１１面に従う。かかる温度測定センサは従来から知られている（特許文献１〜７参照）。
【０００４】
【特許文献１】
ＥＰ  １  ０３９  ２８０  Ａ２
【特許文献２】
ＥＰ  １  ０４５  ２３２  Ａ２
【特許文献３】
ＥＰ  ０  ５９９  ３６４  Ｂ１
【特許文献４】
Ｕ．Ｓ．３，８０１，９４９
【特許文献５】
Ｕ．Ｓ．５，６９３，９４２
【特許文献６】
ＤＥ  ４２  ２１  ０３７  Ａ１
【特許文献７】
ＤＥ  １９７  １０  ９４６  Ａ１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、改良された温度測定センサ、および対応する製造方法を提供することである。これに関連して、可能ならば周知のセンサよりも比べて小さい面積で同一の感度を有する対応センサを設計すること、またはより高い感度で同一の面積を有するセンサを設計することが望まれる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、薄膜（１３）の上および／または下に取付けられた感熱領域（１４）によって温度を測定するセンサ（１０，２０）であって、該薄膜は側壁（１５）によって側面に沿って全面的に規定される空洞部（１８）の上に配置され、
少なくとも１つの側壁（１５）が該薄膜に対して８０度と１００度との間の角度βで配置されることを特徴とするセンサである。
【０００７】
また本発明は、薄膜の上および／または下に取付けられた感熱領域によって温度を測定するセンサ（１０，２０）であって、該薄膜は空洞部の上に配置され、該空洞部が反応性イオンエッチング法によってエッチングされることを特徴とするセンサである。
【０００８】
また本発明は、該空洞部が側壁によって側面に沿って全面的に規定され、隣接する側壁が互いに対して少なくとも４０度の角度αで配置されることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、少なくとも１つの側壁（１５）が該薄膜に対して８０度と１００度との間の角度βで配置されることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、該空洞部が、境界を規定するために、少なくとも１つの側壁を側面に沿って有し、該少なくとも１つの側壁が該薄膜に対して８０度と１００度との間の角度βで配置されることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、隣接する側壁が互いに対して少なくとも８０度の角度αで配置されることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、隣接する側壁が互いに対して実質的に９０度の角度αで配置されることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、少なくとも１つの側壁が該薄膜に対して８０度と９０度との間の角度βで配置されることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、すべての該側壁が実質的にシリコンからなることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、該感熱領域（１４）が少なくとも２つの熱電材料を含む直列接続を有することを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、該２つの熱電材料がそれぞれｐ型伝導シリコンおよびアルミニウム、ｎ型伝導シリコンおよびアルミニウム、またはｐ型伝導シリコンおよびｎ型伝導シリコンであることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、該直列接続が近接して並べて配置されたｐ型伝導シリコンおよびｎ型伝導シリコンを含むことを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、該直接接続が、少なくとも１つのｐ型伝導シリコン層および少なくとも１つのｎ型伝導シリコン層を有し、これらの層が重ねられ、かつ絶縁体層によって分離されることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、該感熱領域が２つの電極層の積層および２つの前記電極層の間に配列された焦電体層を有することを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、該感熱領域が酸化金属または半導体のメアンダ層であることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、該薄膜が長方形であることを特徴とする。
また本発明は、該空洞部（１８）が十字形のベースを有することを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前述のセンサを含むことを特徴とする半導体チップ、特にシリコンチップである。
【００２３】
また本発明は、薄膜（１３）の上および／または下に取付けられた感熱領域（１４）によって温度を測定するセンサ（１０，２０）であって、該感熱領域（１４）は少なくとも２つの熱電材料の直列接続を含み、
２つの該熱電材料がそれぞれｐ型伝導のシリコン、多結晶シリコンまたは多結晶シリコンゲルマニウム、およびｎ型伝導のシリコン、多結晶シリコンまたは多結晶シリコンゲルマニウムであることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、該直列接続が、近接して並べて配列されたｐ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウム、およびｎ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウムを含むことを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、該直列接続が、特にｐ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウム、およびｎ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウムの組で、近接して並べて配列された２０〜２００の、好ましくは６０〜１２０の層を有することを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、該直列接続が少なくとも１つのｐ型伝導のシリコン層、多結晶シリコン層、または多結晶シリコンゲルマニウム層、および少なくとも１つのｎ型伝導のシリコン層、多結晶シリコン層、または多結晶シリコンゲルマニウム層を有し、これらの層が重ねられ、かつ絶縁体によって分離されることを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、該直列接続がｐ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウム、およびｎ型伝導のシリコン、多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウムの２つまたは３つの組の層を有し、これらの層が重ねられ、かつ絶縁体によって分離されることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、光電子的にパターニングされ得る赤外線吸収層が該感熱領域（１４）に取付けられることを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、温度測定センサを製造する方法であって、薄膜は支持基板に取付けられ、
空洞部が、反応性イオンエッチング法を使用して該薄膜の下で該支持基板にエッチングされることを特徴とする方法である。
【００３０】
また本発明は、該空洞部のエッチングに先立ち、該反応性イオンエッチング法のためのより小さいエッチングレートを有する層が該薄膜と反対の支持基板側に取付けられることを特徴とする。
また本発明は、感熱領域が該薄膜に取付けられることを特徴とする。
【００３１】
また本発明は、温度測定センサを製造する方法であって、活性化段階において側壁を有する空洞部は反応性イオンエッチングによって支持基板にエッチングされ、不動態化段階において保護層、特に該側壁から材料が除去されるのを妨げ、または目に見えて減少させるポリマー層が該側壁に積層され、かつ、いくつかの別の活性化段階および不動態化段階を含む該センサを製造する方法であって、
該不動態化段階が弱められ、および／もしくは縮小され、ならびに／または該活性化段階が強められ、および／もしくは延長されることを特徴とする。
【００３２】
また本発明は、該側壁が該支持基板表面に対して８０度と９０度との間の角度βになるほどに、該不動態化段階が弱められ、および／もしくは縮小され、ならびに／または該活性化段階が強められ、および／もしくは延長されることを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、該側壁が該支持基板表面に対して８５度と９０度との間の角度βになるほどに、該不動態化段階が弱められ、および／もしくは縮小され、ならびに／または該活性化段階が強められ、および／もしくは延長されることを特徴とする。
また本発明は、該支持基板がシリコン本体であることを特徴とする。
【００３４】
この目的は空洞部の上に位置する薄膜の上および／または下に取付けられた感熱領域によって温度を測定するセンサによって達成され、空洞部は反応性イオンエッチング法によってエッチングされる。この目的のために、特にディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）が反応性イオンエッチング法として有利に使用される。このようなセンサはその面積に比べて特に高い感度を表す。周知のセンサの感度と同一の感度を有するこのようなセンサは目に見えてより小さい。この点、反応性イオンエッチング法は、特に隣接する側壁が少なくとも４０度の角度で互いに配置され、かつ少なくとも１つの側壁（好ましくはすべての側壁）が薄膜に対して８０度と１００度との間の角度で配置される、空洞部が側面に沿って側壁によって全面的に規定されるような方法で、本発明の好適な実施の形態において使用される。このような高い感度を有するセンサは特に小さい面積を有する。このようなセンサは、特に狭い外側シリコン端面を有し、かつその前面においてパッドを接着し、その後面において機械的にセンサをエキポシ樹脂端面（通常０．１〜０．２ｍｍ）を有するハウジングベースに取付けるのに適している。
【００３５】
本発明のさらに好適な実施の形態において、隣接する側壁は少なくとも４５度の角度で、好ましくは少なくとも８０度の角度で互いに対して配置される。たとえばＳｉ3Ｎ4から形成されるいわゆる保護層は、感熱領域に取付けられ得る。
【００３６】
特に小さいセンサが本発明の好適な実施の形態によって得られ、実施の形態において隣接する側壁は実質的に９０度たとえば８０度〜１００度の角度で互いに配置される。このような高い感度を有するセンサは、同一の感度を有するセンサは先行技術のセンサより約０．５〜０．７ｍｍ小さいので、特に小さい面積を有する。
【００３７】
本発明の好適な実施の形態において、少なくとも１つの側壁は、空洞部を規定する薄膜領域が薄膜と反対の開かれた（または適切な場合には、閉じられた）領域よりも大きいような方法で、薄膜に対して７０度と９０度との間の角度で、特に８５度と９０度との間の角度で配置される。これに関連して、すべての側壁は、空洞部を規定する薄膜領域が薄膜の反対の開かれた（または適切な場合には、閉じられた）領域よりも大きいような、薄膜に対して７０度と９０度との間の角度、特に８５度と９０度との間の角度で有利に配置される。このようなセンサは、感度の損失なく特別な機械的安定性を有する。
【００３８】
本発明のさらに好適な実施の形態において、すべての側壁は実質的にシリコンから形成される。
【００３９】
本発明のさらに好適な実施の形態において、センサはサーモパイルとして設計され、感熱領域は少なくとも２つの熱電材料、特にｐ型伝導シリコンおよびアルミニウム、ｎ型伝導シリコンおよびアルミニウム、またはｐ型伝導シリコンおよびｎ型伝導シリコンからそれぞれ形成された材料の直列接続を含む。熱電材料は、結晶もしくは多結晶シリコン、ポリシリコンゲルマニウム、またはアモルファスシリコンになり得る。直列接続が、金属線、特にアルミニウム（有利に２つのコンタクトウィンドウを有する）を介して互いに結合するｐ型伝導シリコンおよびｎ型伝導シリコンの隣接する領域を含むことは特に有利である。ｐ型伝導シリコンおよびｎ型伝導シリコンの隣接領域についてのかかる成果は、ｎ型伝導シリコンおよびアルミニウムを有する実施の形態に比べてセンサの信号電圧を３０〜８０％増加するのに役立つ。
【００４０】
サーモパイルとしてのセンサのさらに好適な実施の形態において、直列接続は、互いに重なって配置され、かつ絶縁体層、特に酸化シリコンまたは窒化シリコンによって分離される、少なくとも１つのｐ型伝導シリコン層および少なくとも１つのｎ型伝導シリコン層を有する。この方法において、センサの信号電圧はさらに１０〜１５％増加し得る。
【００４１】
本発明のさらに好適な実施の形態において、センサは焦電型センサとして設計され、感熱領域は、２つの電極層と、２つの電極層の間に位置する焦電体層、特に薄い焦電体層たとえば焦電セラミックスまたはポリマー層との積層を含み、これらの層は特にスパッタリング、スピニングまたはＣＶＤ法によって、より低い電極層に積層される。
【００４２】
本発明のさらに好適な実施の形態において、センサはボロメータとして設計され、特に非常に高い温度係数、すなわち抵抗のうち特に少なくとも２・１０-3Ｋ-1、好ましくは２・１０-2Ｋ-1の温度係数を有する、感熱領域は酸化金属または半導体から形成されるメアンダ層を含む。
【００４３】
本発明のさらに好適な実施の形態において、薄膜は長方形であり、有利には正方形である。本発明の好適な実施の形態において、薄膜の角は十字形のベースを形成するために空洞部を有する。これらの空洞部の内側にボンディングパッドを提供することは有利である。
【００４４】
本発明のさらに好適な実施の形態において、センサは半導体チップ、特にシリコンチップに組込まれる。
【００４５】
本発明に従った温度測定センサを製造する方法に従えば、薄膜は有利に支持基板に取付けられ、中でもシリコン支持基板に取付けられ、空洞部は反応性イオンエッチング法によって薄膜の下の支持基板にエッチングされる。これに関連して、ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）が反応性イオンエッチング法として非常に好適な方法において使用される。
【００４６】
シリコンにおけるエッチング孔についてほぼ垂直の壁を形成するために、いわゆるＩＣＰ反応炉（誘導結合プラズマ）を使用することは有利であり、反応炉においては、ＲＩＥ反応炉（反応性イオンエッチング）とは異なり、エネルギが誘導結合を介してプラズマに追加的に供給される。これは非常に高密度にイオン化するという結果となり、毎分数μｍシリコンの高いエッチングレートを可能とする。
【００４７】
（等方性）エッチングはフッ素ラジカル（たとえばエッチングガスとしてＳＦ６）を使用することで実行され、エッチング段階は、いわゆる不動態化段階とリズミカルに交代し、（エッチング孔の）側壁の表面において、側面に沿って適切にエッチングされるのを妨げるポリマー層が積層される（たとえばＣ４Ｆ８を加えることによって）。孔の下部において、ポリマーの形成はＢＩＡＳ電圧を用いることで防止される。この方法はたとえばＵ．Ｓ．５，５０１，８９３に詳細に開示される。
【００４８】
意外にも上述の方法（以下、方法として呼ばれる）は次の適用例に使用され得るということが判明した。
【００４９】
いわゆるウエハを通してエッチングするものであって、数十μｍのエッチング深度を有するありふれた方法とは反対に、エッチングがウエハを通して実行される（エッチング深度約２００〜８００μｍ）。
【００５０】
エッチング段階の間プラズマに曝される領域はウエハ表面全体の約２０％から５０％である。（従来の方法においては、エッチングされる領域は表面全体の数％しかカバーしていない。）ウエハ全体において、エッチング深度の十分な均一性を確保するために、該方法はマスク材料に関してより小さい選択性をもって制御されなければならない。次にこれは非常に抵抗力のあるマスク材料の使用を要求する。
【００５１】
適切なプロセス制御によってセンサ素子の特定の性質に影響を与えることができることも判明した。
【００５２】
不動態化サイクルの縮小のために、エッチング工程が若干異方性でなくなり、模範的な垂直の壁は得られず、エッチング孔が下方に広がる。このエッチングの側面は、「リエントラント」と呼ばれる。このことは特にマルチユニットセンサにとって有利であり、ここにおいて数μｍの薄い隔壁が１つのエッチング孔を隣接する孔から分離させる。ウエハの後面における壁は薄膜側の壁よりも薄く、安定性を増加させる。
【００５３】
打撃を受けたときに誘電体薄膜が損傷を受けないために、かつ望ましい構造転移およびきれいな薄膜表面をさらに確保するために、工程全体は、工程の数値選択の点では全く異なるいくつかの段階を有するべきである。望ましい均一性および（有利に）高いエッチングレートを有する第１段階から、薄膜が達した後すぐ、薄膜材料に関して非常に高い選択性、すなわち酸化シリコンの点ではより小さいエッチングレートを有する段階に続く。後の純粋な等方性段階（すなわち不動態化サイクルなし）は最終的に可能な限り薄膜におけるシリコン残留物を除去する。
【００５４】
薄膜をきれいにするために、ＴＭＡＨＷ（水酸化テトラアンモニウム水）において短いウェットケミカルエッチングを使用することも可能であり、ウエハの前面は、適切な方法によって保護、たとえばフォトレジストによってマスクされる。
【００５５】
本発明に従った方法の好適な実施の形態は、反応性イオンエッチング法に関して低いエッチングレートを有する層が、空洞部がエッチングされる前に薄膜と反対側の支持基板側に取付けられる。このような層はフォトリソグラフィ的にかたどられた層、すなわち厚いフォトレジストから形成された層、酸化シリコン層または金属層である。
本発明のさらに好適な実施の形態において、感熱領域が薄膜に取付けられる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
さらに好適な実施の形態が、従属項から、および以下に記載する実施の形態から得られる。
【００５７】
図１は、周知の温度測定センサ１を示す。それは、空洞部８を含むシリコン本体２を有する。薄膜３は空洞部の上に位置する。感熱領域４は薄膜に取付けられる。空洞部８は、チップ本体２の底側６、すなわち空洞部８に関して薄膜３の反対側について約５４．７度の角度αで配置される側壁５によって規定される。
【００５８】
図２は温度測定に関する本発明に従ったセンサ１０に関する実施の形態を示す。センサ１０は空洞部１８を有するチップ本体１２を含む。空洞部１８は側壁１５によって側面に沿って規定される。薄膜１３は空洞部１８の上に位置する。その上、感熱領域１４は薄膜１３上に配置される。特に好適な実施の形態においては、この領域は、赤外線に感度が良い。空洞部１８の側壁１５はチップ本体１２の底側１６について角度αで並べられる。角度αは８０度から１００度までが有利である。薄膜１３についていえば、側壁１５はそれに応じて１００度から８０度までの角度βで配置される。
【００５９】
図３は温度測定センサ２０を示し、温度センサは、図２の温度センサ１０に比べて有利である。この場合において、同等の部位は図２の参照番号と同一である。センサ２０の空洞部１８の側壁１５は、角度βが８０度と８９度との間になるように薄膜１３に対して配置される。このようにして、チップ本体１２の底側１６を考慮すると、薄膜の反対の領域１７は空洞部１８を規定する薄膜１３の領域よりも小さい。感度の取るに足らない損失で、小さい外面積を有する特に安定的なチップ本体１２はこの方法において得られる。
【００６０】
図２および図３におけるセンサ１０および２０の薄膜１３は、誘電体層、たとえばＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ、またはそれらの結合からなる。薄膜は、反応性ドライエッチング（いわゆるＤＲＩＥ）によって実行される。
【００６１】
センサ１０および２０がサーモパイルとして開発されるとき、感熱領域１４は少なくとも２つの熱電材料、たとえばｎ型伝導ポリシリコンおよびアルミニウム、ｐ型伝導ポリシリコンおよびアルミニウム、または有利にｎ型伝導およびｐ型伝導シリコンの直列接続を含む。センサ１０および／またはセンサ２０が焦電型センサとして開発されたとき、感熱領域１４は、金属性バック電極およびルーフ電極の間の薄い焦電体層を含む。センサ１０および／またはセンサ２０がボロメータとして開発されたとき、感熱領域１４は酸化金属または半導体のメアンダ層を有する。
【００６２】
図４および図５は温度測定システムにおけるセンサ２０の好適な使用を示す。センサ２０の代わりにセンサ１０を使用することも可能である。図４における実施の形態に従えば、センサ２０は、ベースプレート３１において特に中心に取付けられる。ベースプレート３１は、たとえばトランジスタベースプレートＴＯ−５またはＴＯ−１８である。熱伝導性の良いエポキシ樹脂接着剤によってベースプレート３１にチップ２０をボンディングすることは有利である。
【００６３】
接点３２、３３および３４はベースプレート３１を通過する。接点３２および３３は導線３８および３７を介してセンサ２０におけるいわゆるボンディングパッド４５および４６に接続される。
【００６４】
温度測定システム３０の温度測定のために、ベースプレート３１における追加の温度センサ３６を配置することは有利である。このセンサは導体３９を通して接点３４に接続される。
【００６５】
図５に示すように、ケーシング４１はベースプレートにおいて配置され、センサ２０を取囲む。ケーシング４１は赤外線フィルター４０を有する。ケーシング４１はトランジスタキャップとして有利に設計される。
【００６６】
図６はチップ本体１２の設計を示す。参照番号１８は空洞部を表し、参照番号１５は側壁を示す。側壁は、互いにほぼ合致する角度、すなわち参照符号γによって示される角度が約９０度で配置されるのが有利である。
【００６７】
図７はチップ本体１２の特に好適な実施の形態を示す。この点、空洞部１８は、チップ本体１２の中実の隅部５０、５１、５２および５３によって空洞部を規定するような十字形のベース領域を有する。ボンディングパッド５５、５６および５７は隅部５１、５２および５３において供給される。
【００６８】
図８はサーモパイルとして設計された温度センサの平面図を示す。ｐ型伝導シリコン、ｐ型伝導多結晶シリコン、またはｐ型伝導多結晶シリコンゲルマニウムのストリップ９０、９１、９２、９３、およびｎ型伝導シリコン、ｎ型伝導多結晶シリコン、またはｎ型伝導多結晶シリコンゲルマニウムのストリップ１００、１０１、１０２、１０３が薄膜１３において配置される。個別のストリップ９０、９１、９２、９３、１００、１０１、１０２、１０３はビーム８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６を通して電気直列接続を形成するために互いに接合される。図８は８本のビームを有する構成を示す。２０から２００本のビーム、好ましくは６０から１２０本のビームが薄膜１３に有利に配置される。ビーム８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６の別の実施の形態は、もちろんストリップ９０、９１、９２、９３、１００、１０１、１０２、１０３の直列接続を得るようにすることを可能とする。
【００６９】
図９はサーモパイルとして設計された別の温度センサの側面図を示す。この点、薄膜１３に配置された感熱領域は、絶縁体層１１１、たとえば窒化シリコンまたは酸化シリコンで分離された熱電材料の２つの層１１０および１１２を有する。層１１０はこの点において、ｎ型伝導もしくはｐ型伝導シリコン、ｎ型伝導もしくはｐ型伝導多結晶シリコン、またはｎ型伝導もしくはｐ型伝導多結晶シリコンゲルマニウムから形成される。層１１２は、ｎ型伝導もしくはｐ型伝導シリコン、ｎ型伝導もしくはｐ型伝導多結晶シリコン、またはｎ型伝導もしくはｐ型伝導多結晶シリコンゲルマニウムからなる。両層は、コンタクトウィンドウ（図示しない）によって直列に接続される。好適な実施の形態において、さらなる絶縁体層によって互いに分離された２つまたは３つの配列は、層１１０、１１１および１１２の配列に従って供給される。
【００７０】
ｎ型伝導およびｐ型伝導層が互いに重ねられて、かつ近接して並べて配列されることは特に有利であり、個々の層は直列に接続される。このような層の単純化した例が図１０に示される。この点、参照番号１２０、１２４、１３２および１３６は、ｎ型伝導シリコン、ｎ型伝導多結晶シリコン、またはｎ型伝導多結晶シリコンゲルマニウムからなる層またはストリップを示す。参照番号１２２、１２６、１３０および１３４はｐ型伝導シリコン、ｐ型伝導多結晶シリコン、またはｐ型伝導多結晶シリコンゲルマニウムからなる層またはストリップを表す。参照番号１２１、１２３、１２５、１３１、１３３、１３５は絶縁体層を示す。層１２０および１２２、１２２および１２４、１２４および１２６、１３０および１３２、１３２および１３４、ならびに１３４および１３６は、コンタクトウィンドウを介して互いに電気的に接続される。層１２６および１３６はアルミニウムビーム１３９を通して互いに電気的に接続され、ゆえに層１２０、１２２、１２４、１２６、１３６、１３４、１３２および１３０は直列接続される。これに関して、層１２０から１２６、および１３０から１３６の２つ以上の積層を図８に従って供給することが意図される。
【００７１】
図１１は焦電型センサとして設計された温度センサに関する実施の形態の側面図を示す。この点薄膜１３に取付けられた感熱領域は、底電極１４０および頂電極１４２、ならびに底電極１４０および頂電極１４２の間に配列された焦電体層である。
【００７２】
本発明に従ったセンサはチップ上に分離して配置可能であり、またはそれらのいくつかは、チップ上に一緒に配置可能である。後者は、図１２において示される。図１２は図３に従ったいくつかのセンサ２０を有するチップ２００を示す。
【００７３】
図１３は、センサ１０および２０を製造する方法を大筋で示す。この点、第１段階７０において、最初に薄膜１３が、センサの最終状態においてシリコン本体１２を形成する支持基板に取付けられる。
【００７４】
次の段階７１において、反応性イオンエッチング法のためのより小さいエッチングレートを有する層が、薄膜と反対側の支持基板の面１６に、すなわち上述の実施の形態のシリコン本体１２の面１６に関して、取付けられる。
【００７５】
別の段階７２において、感熱領域１４が薄膜１３に取付けられる。
別の段階７３において、その後、空洞部が、先に説明した反応性イオンエッチングによって薄膜の下で支持基板にエッチングされる。
【００７６】
段階７３はまた、段階７２を先行し得る。
特に好適な方法において、センサのすべての成果において、感熱領域はフォトリソグラフィによってパターンニングされ得る赤外線吸収層（図示しない）によって覆われる（請求項２４を見よ）。この層は、ＤＥ  ４２２１０３７  Ａ１「吸収層を有する温度センサ」において特に開示されるように、有利に吸収粒子を有するフォトレジストである。
【００７７】
【発明の効果】
本発明に従えば、空洞部が、反応性イオンエッチング法によってエッチングされ、薄膜に対して８０度と１００度との間の角度で配置された側壁によって側面に沿って全面的に規定され、隣接する側壁は互いに対して少なくとも４０度の角度で配置されることにより、従来の温度測定センサに比べ、より小さい面積で同一の感度を有し、または同一の面積でより高い感度を有する温度測定センサを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】周知の温度測定センサを示す。
【図２】本発明に従った温度センサの実施の形態を示す。
【図３】本発明に従った温度センサの別の実施の形態を示す。
【図４】温度測定システムにおける本発明に従った温度センサの使用を示す。
【図５】温度測定システムにおける本発明に従った温度センサの使用を示す。
【図６】チップの本体を示す。
【図７】チップの本体の特に好適な実施の形態を示す。
【図８】サーモパイルとして設計された温度センサの平面図を示す。
【図９】サーモパイルとして設計された別の温度センサの側面図を示す。
【図１０】サーモパイルとして設計された温度センサの特に好適な実施の形態を示す。
【図１１】焦電型センサとして設計された温度センサの側面図を示す。
【図１２】いくつかのセンサを有するチップを示す。
【図１３】センサを製造する大筋の工程を示す。
【符号の説明】
１０，２０  温度測定センサ
１２  チップ本体
１３  薄膜
１４  感熱領域
１５  側壁
１８  空洞部
３０  温度測定システム
３１  ベースプレート
３２〜３４  接点
３６  追加の温度センサ
３７，３８  導線
３９  導体
４０  赤外線フィルター
４１  ケーシング
４５，４６，５５〜５７  ボンディングパッド
８０〜８６  ビーム
９０〜９３  ｐ型伝導シリコン等のストリップ
１００〜１０３  ｎ型伝導シリコン等のストリップ
１１０，１１２  熱電材料層
１１１  絶縁体層
１４０，１４２  電極層
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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