JPH11166866A - 電子装置および電子装置のためのメンブレンを形成する方法 - Google Patents
電子装置および電子装置のためのメンブレンを形成する方法Info
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- JPH11166866A JPH11166866A JP10225252A JP22525298A JPH11166866A JP H11166866 A JPH11166866 A JP H11166866A JP 10225252 A JP10225252 A JP 10225252A JP 22525298 A JP22525298 A JP 22525298A JP H11166866 A JPH11166866 A JP H11166866A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10W70/01—Manufacture or treatment
- H10W70/05—Manufacture or treatment of insulating or insulated package substrates, or of interposers, or of redistribution layers
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- H10W70/09—Manufacture or treatment of insulating or insulated package substrates, or of interposers, or of redistribution layers by depositing layers on the chip or wafer, e.g. "chip-first" RDLs extending onto an encapsulation that laterally surrounds the chip or wafer, e.g. fan-out wafer level package [FOWLP] RDLs
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低電力で動作することができる改善された電
子装置と、このような電子装置の形成方法とを提供す
る。 【解決手段】 電子装置は、基板２内まで延在するキャ
ビティ３２を有する半導体基板２と、半導体基板上に形
成され、半導体基板内でキャビティの両端に延在するよ
う形成されるメンブレン８と、メンブレン８により支持
されキャビティ３２に隣接して位置する能動領域１４，
３０とによって構成される。メンブレン８は、酸窒化物
材料によって形成される単独の誘電層によって構成され
る。
子装置と、このような電子装置の形成方法とを提供す
る。 【解決手段】 電子装置は、基板２内まで延在するキャ
ビティ３２を有する半導体基板２と、半導体基板上に形
成され、半導体基板内でキャビティの両端に延在するよ
う形成されるメンブレン８と、メンブレン８により支持
されキャビティ３２に隣接して位置する能動領域１４，
３０とによって構成される。メンブレン８は、酸窒化物
材料によって形成される単独の誘電層によって構成され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に電子装置と、電
子装置を形成する方法とに関する。さらに詳しくは、本
発明は、低電力電子装置とその製造方法とに関する。
子装置を形成する方法とに関する。さらに詳しくは、本
発明は、低電力電子装置とその製造方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】化学
センサとは、液体または気体内の特定の化学種の濃度を
監視する装置である。化学センサ装置は、センサ装置に
より検出される特定の化学物質に感作する感作層と、シ
リコン基板などの半導体基板上に一体化されるヒータと
によって構成される。ヒータはセンサ装置の感度を上げ
るために感作層の温度を上げ、通常はセンサ装置の動作
中は、感作層を摂氏２５度ないし６００度の範囲の温度
まで加熱することを求められる。このような温度におい
ては、シリコン基板を貫通する熱エネルギの損失が大き
いので、このような装置の消費電力が高くなってしま
う。
センサとは、液体または気体内の特定の化学種の濃度を
監視する装置である。化学センサ装置は、センサ装置に
より検出される特定の化学物質に感作する感作層と、シ
リコン基板などの半導体基板上に一体化されるヒータと
によって構成される。ヒータはセンサ装置の感度を上げ
るために感作層の温度を上げ、通常はセンサ装置の動作
中は、感作層を摂氏２５度ないし６００度の範囲の温度
まで加熱することを求められる。このような温度におい
ては、シリコン基板を貫通する熱エネルギの損失が大き
いので、このような装置の消費電力が高くなってしま
う。
【０００３】消費電力が高いということは、センサ装置
がバッテリにより電力を供給される場合に、特に問題と
なる。たとえば、用途によってはバッテリ・バックアッ
プ動作が必要になる。このようなバッテリにより電力を
供給される用途に関しては、消費電力はDCモードにおい
て摂氏４００度で約６０mw程度でなければならない。半
導体化学センサにおける消費電力を下げるために、バル
ク・シリコン基板の裏面を超精密加工（マイクロマシー
ニング）して、センサ装置の能動領域の下（すなわちヒ
ータと感作層の下）に薄いメンブレン（膜部）を形成す
ることが提案される。この例についてはフランス特許出
願第FR-A- ２６１５２８７号を参照されたい。薄いメン
ブレンは、シリコン基板上にスピンオンにより酸化ホウ
素（B2O3）をデポジションし、次に基板内にホウ素ドー
パントを拡散させることにより形成される。この方法は
バルク・シリコン基板に対する熱損失を軽減するが、メ
ンブレンは、熱伝導度の高い（３５Wm-1K-1 ）P+型材料
でドーピングされたシリコン層によって構成されるの
で、センサ使用中の熱損失、ひいては消費電力はバッテ
リ・バックアップ動作などの低電力動作にとっては依然
として高すぎる。たとえば、摂氏４００度においてこの
ようなセンサの消費電力は、DCモードで２００mWにもな
ることがある。
がバッテリにより電力を供給される場合に、特に問題と
なる。たとえば、用途によってはバッテリ・バックアッ
プ動作が必要になる。このようなバッテリにより電力を
供給される用途に関しては、消費電力はDCモードにおい
て摂氏４００度で約６０mw程度でなければならない。半
導体化学センサにおける消費電力を下げるために、バル
ク・シリコン基板の裏面を超精密加工（マイクロマシー
ニング）して、センサ装置の能動領域の下（すなわちヒ
ータと感作層の下）に薄いメンブレン（膜部）を形成す
ることが提案される。この例についてはフランス特許出
願第FR-A- ２６１５２８７号を参照されたい。薄いメン
ブレンは、シリコン基板上にスピンオンにより酸化ホウ
素（B2O3）をデポジションし、次に基板内にホウ素ドー
パントを拡散させることにより形成される。この方法は
バルク・シリコン基板に対する熱損失を軽減するが、メ
ンブレンは、熱伝導度の高い（３５Wm-1K-1 ）P+型材料
でドーピングされたシリコン層によって構成されるの
で、センサ使用中の熱損失、ひいては消費電力はバッテ
リ・バックアップ動作などの低電力動作にとっては依然
として高すぎる。たとえば、摂氏４００度においてこの
ようなセンサの消費電力は、DCモードで２００mWにもな
ることがある。
【０００４】熱損失を削減する別の方法が米国特許第
５，５４５，３００号に開示される。この特許は、窒化
シリコン薄膜上に形成されるガラス薄膜によって構成さ
れる複合メンブレンの利用を開示する。開示される方法
による消費電力の削減は、複合メンブレン内に用いられ
る窒化シリコン薄膜の高い熱伝導度（２３Wm-1K-1 ）の
ために制約を受ける。この特許に開示される装置の消費
電力は、DCモードにおいて摂氏４００度で１１０mWに近
くなり、これでもバッテリ動作にとっては依然として高
すぎる。
５，５４５，３００号に開示される。この特許は、窒化
シリコン薄膜上に形成されるガラス薄膜によって構成さ
れる複合メンブレンの利用を開示する。開示される方法
による消費電力の削減は、複合メンブレン内に用いられ
る窒化シリコン薄膜の高い熱伝導度（２３Wm-1K-1 ）の
ために制約を受ける。この特許に開示される装置の消費
電力は、DCモードにおいて摂氏４００度で１１０mWに近
くなり、これでもバッテリ動作にとっては依然として高
すぎる。
【０００５】２つの異なる段階（窒化シリコン薄膜のデ
ポジションとその後の酸化シリコン薄膜のデポジショ
ン）がメンブレンを実現するために必要とされるので、
この特許も複数の製造段階を有するという前述のコスト
上の欠点を有する。この特許で説明されるプロセスの別
の欠点は、窒化シリコン層がシリコン基板の上にデポジ
ションされると、このようなプロセス段階によりシリコ
ン表面上に転位が起こることがあり、これは集積回路
（IC）技術とは相容れないものである。言い換えると、
このようなプロセスを用いると、同一基板上の制御チッ
プをセンサ装置として一体化することができないことに
なる。
ポジションとその後の酸化シリコン薄膜のデポジショ
ン）がメンブレンを実現するために必要とされるので、
この特許も複数の製造段階を有するという前述のコスト
上の欠点を有する。この特許で説明されるプロセスの別
の欠点は、窒化シリコン層がシリコン基板の上にデポジ
ションされると、このようなプロセス段階によりシリコ
ン表面上に転位が起こることがあり、これは集積回路
（IC）技術とは相容れないものである。言い換えると、
このようなプロセスを用いると、同一基板上の制御チッ
プをセンサ装置として一体化することができないことに
なる。
【０００６】J.Werno, R.Kersjes, W.Mokwa およびH.Vo
gtにより「Sensors and ActuatorsA, 41-42（１９９４
年）」に掲載された「Reduction of heat loss of sili
conmembranes by the use of trench-etching techiniq
ues( トレンチ・エッチング技術を利用するシリコン・
メンブレンの熱損失軽減）」と題された記事は、酸化物
充填トレンチにより単結晶シリコン・メンブレンの断熱
度を高めるための解決策を説明する。この方法による消
費電力は、DCモードにおいて摂氏４００度で２３０mWで
あり、これはバッテリ動作にとっては高すぎる。さら
に、説明されるトレンチ・エッチング技術は３つの連続
するプロセス段階（SIMOX ／エピタキシ／酸化物充填ト
レンチ）を採用するために、その利用は製造コストに関
して高価な技術となる。
gtにより「Sensors and ActuatorsA, 41-42（１９９４
年）」に掲載された「Reduction of heat loss of sili
conmembranes by the use of trench-etching techiniq
ues( トレンチ・エッチング技術を利用するシリコン・
メンブレンの熱損失軽減）」と題された記事は、酸化物
充填トレンチにより単結晶シリコン・メンブレンの断熱
度を高めるための解決策を説明する。この方法による消
費電力は、DCモードにおいて摂氏４００度で２３０mWで
あり、これはバッテリ動作にとっては高すぎる。さら
に、説明されるトレンチ・エッチング技術は３つの連続
するプロセス段階（SIMOX ／エピタキシ／酸化物充填ト
レンチ）を採用するために、その利用は製造コストに関
して高価な技術となる。
【０００７】従って、低電力で動作することができる改
善された電子装置と、このような電子装置の形成方法と
が必要である。
善された電子装置と、このような電子装置の形成方法と
が必要である。
【０００８】
【発明の概要】本発明の第１局面により、添付の請求項
の請求項１記載の電子装置が提供される。
の請求項１記載の電子装置が提供される。
【０００９】本発明の第２局面により、添付の請求項の
請求項５記載の電子装置形成方法が提供される。
請求項５記載の電子装置形成方法が提供される。
【００１０】
【実施例】以下の説明においては、本発明は化学センサ
装置に関して開示される。しかし、本発明は、熱セン
サ，熱量センサ，圧力センサ，マイクロフォン，インク
ジェット・センサ，マイクロポンプおよびマイクロシス
テムなど、メンブレンを用いて電子装置の能動領域をバ
ルク基板内のキャビティ上に支持する他の任意の電子装
置にも適応されることは言うまでもない。
装置に関して開示される。しかし、本発明は、熱セン
サ，熱量センサ，圧力センサ，マイクロフォン，インク
ジェット・センサ，マイクロポンプおよびマイクロシス
テムなど、メンブレンを用いて電子装置の能動領域をバ
ルク基板内のキャビティ上に支持する他の任意の電子装
置にも適応されることは言うまでもない。
【００１１】本発明の好適な実施例により化学センサ装
置を形成する方法を図１ないし図９に関連して説明する
が、これらの図面は製造の種々の段階の間の化学センサ
装置の一部分の簡略化された断面図である。以下の説明
において、半導体基板，層および領域は一定の導電型を
有し、ある材料により構成されるものとして説明される
が、これは説明のために過ぎない。本発明は、本明細書
において引用される特定の導電型にも特定の材料にも制
限されない。
置を形成する方法を図１ないし図９に関連して説明する
が、これらの図面は製造の種々の段階の間の化学センサ
装置の一部分の簡略化された断面図である。以下の説明
において、半導体基板，層および領域は一定の導電型を
有し、ある材料により構成されるものとして説明される
が、これは説明のために過ぎない。本発明は、本明細書
において引用される特定の導電型にも特定の材料にも制
限されない。
【００１２】まず図１を参照して、好ましくはシリコン
＜１００＞基板である半導体基板２が準備される。半導
体基板２は、第１表面４と、第１表面４に対向する第２
表面６とを有する。酸窒化物材料の誘電層８が半導体基
板２上で第１表面４の上に形成される。図２を参照され
たい。誘電層８は、３０ナノメータないし３マイクロメ
ータの範囲の厚み１０を有する。
＜１００＞基板である半導体基板２が準備される。半導
体基板２は、第１表面４と、第１表面４に対向する第２
表面６とを有する。酸窒化物材料の誘電層８が半導体基
板２上で第１表面４の上に形成される。図２を参照され
たい。誘電層８は、３０ナノメータないし３マイクロメ
ータの範囲の厚み１０を有する。
【００１３】好適な実施例においては、誘電層８は、Si
OxNyの組成を有する酸窒化シリコン材料で形成される。
この組成（すなわちx とy の値）は、誘電層８が優れた
機械的特性と、１〜３０Wm-1K-1 の範囲（好ましくは５
Wm-1K-1 ）の低い熱伝導度とを有するように選択され
る。優れた機械特性を有する誘電層８は、装置の高い
（１００％までの）製造歩留まりを保証する。
OxNyの組成を有する酸窒化シリコン材料で形成される。
この組成（すなわちx とy の値）は、誘電層８が優れた
機械的特性と、１〜３０Wm-1K-1 の範囲（好ましくは５
Wm-1K-1 ）の低い熱伝導度とを有するように選択され
る。優れた機械特性を有する誘電層８は、装置の高い
（１００％までの）製造歩留まりを保証する。
【００１４】誘電層８の機械的特性は、誘電層８を形成
する酸窒化シリコン材料の伸び弾性率（Young's Modulu
s ）と、酸窒化シリコン材料の熱膨張とに依存する。酸
窒化シリコン材料の組成は、材料の熱膨張が基板材料の
熱膨張と実質的に等しくなるよう選択される。シリコン
基板を有する好適な実施例においては、組成は、酸窒化
シリコン材料の熱膨張がシリコンの熱膨張（すなわち
２．５Ｘ１０-6／℃）に実質的に等しくなるよう選択さ
れる。これにより、誘電層８は確実に残留応力のレベル
が低くなる。
する酸窒化シリコン材料の伸び弾性率（Young's Modulu
s ）と、酸窒化シリコン材料の熱膨張とに依存する。酸
窒化シリコン材料の組成は、材料の熱膨張が基板材料の
熱膨張と実質的に等しくなるよう選択される。シリコン
基板を有する好適な実施例においては、組成は、酸窒化
シリコン材料の熱膨張がシリコンの熱膨張（すなわち
２．５Ｘ１０-6／℃）に実質的に等しくなるよう選択さ
れる。これにより、誘電層８は確実に残留応力のレベル
が低くなる。
【００１５】酸窒化シリコン材料の組成は、伸び弾性率
が基板材料のそれに近くなるようにも選択される。シリ
コンは、１７０GPa の伸び弾性率を有するので、酸窒化
シリコン材料は１００〜１８０GPa の範囲の伸び弾性率
を有するよう設定される。
が基板材料のそれに近くなるようにも選択される。シリ
コンは、１７０GPa の伸び弾性率を有するので、酸窒化
シリコン材料は１００〜１８０GPa の範囲の伸び弾性率
を有するよう設定される。
【００１６】誘電層８は、プラズマ強化化学蒸着（PECV
D: Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition ）ま
たは化学蒸着（CVD: Chemical Vapour Deposition ）に
より形成することができる。プラズマの圧力および電力
を調整することにより酸窒化物材料の組成の制御が容易
になるので、PECVD のほうが好適である。それにより、
酸窒化物誘電層８を低熱伝導および低応力の両方に関し
て最適化することができる。
D: Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition ）ま
たは化学蒸着（CVD: Chemical Vapour Deposition ）に
より形成することができる。プラズマの圧力および電力
を調整することにより酸窒化物材料の組成の制御が容易
になるので、PECVD のほうが好適である。それにより、
酸窒化物誘電層８を低熱伝導および低応力の両方に関し
て最適化することができる。
【００１７】好適な実施例においては、シラン，アンモ
ニア，亜酸化窒素および窒素をそれぞれ０．１７：０．
１４：０．１４：０．５５の割合で混合したものをPECV
D プロセスで用いて、SiOxNy（ただしx=0.89，y=0.74）
の組成を有する誘電層８を設ける。PECVD プロセスは、
Applied Materials Inc.により供給されるCVD ５０００
チャンバ内で実行され、このチャンバは摂氏４００度の
温度まで加熱される。プラズマ圧力は４．５Torrで、プ
ラズマ電力は３２５W である。
ニア，亜酸化窒素および窒素をそれぞれ０．１７：０．
１４：０．１４：０．５５の割合で混合したものをPECV
D プロセスで用いて、SiOxNy（ただしx=0.89，y=0.74）
の組成を有する誘電層８を設ける。PECVD プロセスは、
Applied Materials Inc.により供給されるCVD ５０００
チャンバ内で実行され、このチャンバは摂氏４００度の
温度まで加熱される。プラズマ圧力は４．５Torrで、プ
ラズマ電力は３２５W である。
【００１８】図３も参照して、酸化シリコン層１２が半
導体基板２の第２表面６上に形成される。酸化シリコン
層１２は、シリコン基板の熱酸化またはPECVD またはCV
D によって形成することができる。シリコン基板の酸化
中に、誘電層８が同時にアニーリングされるので熱酸化
が好ましい。
導体基板２の第２表面６上に形成される。酸化シリコン
層１２は、シリコン基板の熱酸化またはPECVD またはCV
D によって形成することができる。シリコン基板の酸化
中に、誘電層８が同時にアニーリングされるので熱酸化
が好ましい。
【００１９】誘電層８上に伝導層が形成される。次に伝
導層がパターニングおよびエッチングされ、伝導層の一
部分１４が残されて、これが化学センサ装置のヒータ１
４となる。図４を参照されたい。伝導層は、優れた伝導
度を有する多結晶シリコン層または金属層によって構成
される。抵抗率は１０-6ohm.cmないし１０-3ohm.cmの範
囲である。伝導層１４の厚み１６は、３０ナノメータな
いし３マイクロメータである。
導層がパターニングおよびエッチングされ、伝導層の一
部分１４が残されて、これが化学センサ装置のヒータ１
４となる。図４を参照されたい。伝導層は、優れた伝導
度を有する多結晶シリコン層または金属層によって構成
される。抵抗率は１０-6ohm.cmないし１０-3ohm.cmの範
囲である。伝導層１４の厚み１６は、３０ナノメータな
いし３マイクロメータである。
【００２０】図５において、半導体基板２の裏面上の酸
化シリコン層１２上にマスキング層１８が形成される。
マスキング層１８の厚み２０は、３０ナノメータないし
３マイクロメータである。好適な実施例においては、窒
化シリコン・マスキング層は、誘電層８のPECVD デポジ
ションに用いられたものと同じ装置を用いて、酸化シリ
コン層１２上にPECVD デポジションされる。酸化シリコ
ン層１２が必要とされるのは、窒化シリコン・マスキン
グ層１８のシリコン基板２に対する付着力が弱いためで
ある。マスキング層１８は、バルク・シリコン基板２の
裏面精密加工の間に裏面ハード・マスクとして用いられ
る。あるいは、半導体基板２をエッチングするために用
いられる溶液である水酸化カリウム溶液における酸窒化
シリコン層のエッチング速度が非常に低いために、酸窒
化シリコン層をマスキング層１８として用いることもで
きる。
化シリコン層１２上にマスキング層１８が形成される。
マスキング層１８の厚み２０は、３０ナノメータないし
３マイクロメータである。好適な実施例においては、窒
化シリコン・マスキング層は、誘電層８のPECVD デポジ
ションに用いられたものと同じ装置を用いて、酸化シリ
コン層１２上にPECVD デポジションされる。酸化シリコ
ン層１２が必要とされるのは、窒化シリコン・マスキン
グ層１８のシリコン基板２に対する付着力が弱いためで
ある。マスキング層１８は、バルク・シリコン基板２の
裏面精密加工の間に裏面ハード・マスクとして用いられ
る。あるいは、半導体基板２をエッチングするために用
いられる溶液である水酸化カリウム溶液における酸窒化
シリコン層のエッチング速度が非常に低いために、酸窒
化シリコン層をマスキング層１８として用いることもで
きる。
【００２１】次に、誘電層８と伝導層の部分１４との上
に第１分離層２２がデポジションされる。好適な実施例
においては、第１分離層２２は、PECVD または低圧化学
蒸着（LPCVD: Low Pressure Chemical Vapour Depositi
on）により誘電層８の上にデポジションされる二酸化シ
リコン層によって構成される。第１分離層２２がパター
ニングおよびエッチングされて、伝導層まで延在するコ
ンタクト開口部２４が形成される（図６）。
に第１分離層２２がデポジションされる。好適な実施例
においては、第１分離層２２は、PECVD または低圧化学
蒸着（LPCVD: Low Pressure Chemical Vapour Depositi
on）により誘電層８の上にデポジションされる二酸化シ
リコン層によって構成される。第１分離層２２がパター
ニングおよびエッチングされて、伝導層まで延在するコ
ンタクト開口部２４が形成される（図６）。
【００２２】図７において、マスキング層１８がパター
ニングされ、次にマスキング層１８と酸化シリコン層１
２とがエッチングされて、半導体基板２の第２表面６ま
で延在する開口部２６が形成される。開口部２６は、半
導体基板２をエッチングする面積を規定する。
ニングされ、次にマスキング層１８と酸化シリコン層１
２とがエッチングされて、半導体基板２の第２表面６ま
で延在する開口部２６が形成される。開口部２６は、半
導体基板２をエッチングする面積を規定する。
【００２３】次に感作層３０がヒータ１４の上に重なる
ように第１分離層２２の部分の上に形成される（図
８）。感作層３０は、まず、センサ装置により検知され
る化学種に感作する材料の層を装置全体にデポジション
（スパタリング，蒸発，CVD またはスピンオンにより）
し、次に層の部分を除去するためにパターニングを行い
感作層３０を残すことにより形成される。好適な実施例
においては、感作材料は、金属酸化物であり、標準的な
リフトオフ技術が用いられる。重合体検知材料を用いて
もよい。
ように第１分離層２２の部分の上に形成される（図
８）。感作層３０は、まず、センサ装置により検知され
る化学種に感作する材料の層を装置全体にデポジション
（スパタリング，蒸発，CVD またはスピンオンにより）
し、次に層の部分を除去するためにパターニングを行い
感作層３０を残すことにより形成される。好適な実施例
においては、感作材料は、金属酸化物であり、標準的な
リフトオフ技術が用いられる。重合体検知材料を用いて
もよい。
【００２４】次にヒータ１４と感作層３０に対して電気
的コンタクトを作成する。クロミウム／チタン／プラチ
ナ金属被覆などの金属被覆部が蒸発によりウェハ上に形
成される。次に、リフトオフまたはエッチングにより金
属被覆部がパターニングされてヒータ金属導体２８（図
８）および感作層金属導体（図示せず）が残る。
的コンタクトを作成する。クロミウム／チタン／プラチ
ナ金属被覆などの金属被覆部が蒸発によりウェハ上に形
成される。次に、リフトオフまたはエッチングにより金
属被覆部がパターニングされてヒータ金属導体２８（図
８）および感作層金属導体（図示せず）が残る。
【００２５】感作層３０とヒータ１４とを含む領域であ
る化学センサ装置の能動領域の断熱性を改善するため
に、開口部２６を通じて半導体基板２をエッチングまた
はバルク精密加工して、図９に図示されるように半導体
基板２の第２表面６から第１表面４まで延在するキャビ
ティ３２を形成する。酸窒化物材料の単独の誘電層８が
本発明による化学センサ装置のメンブレンを形成する。
このメンブレンは、少なくともキャビティ３２の両端に
延在し、化学センサ装置の能動領域を支持する。バルク
精密加工プロセスは、非等方性エッチング・プロセスで
ある。好適な実施例においては、水酸化カリウム（KOH
）によって構成される湿式エッチング液を用いて、シ
リコン基板２のバルクを除去する。酸窒化物材料はKOH
において極めて低いエッチング速度（毎時０．０４マイ
クロメータ）を有するので、誘電層８がエッチ・ストッ
プ層として機能する。下記の表１は、異なる種類のメン
ブレンに関してKOH の機械的歩留まりと摂氏９０度にお
けるエッチング速度に関するデータを示す。
る化学センサ装置の能動領域の断熱性を改善するため
に、開口部２６を通じて半導体基板２をエッチングまた
はバルク精密加工して、図９に図示されるように半導体
基板２の第２表面６から第１表面４まで延在するキャビ
ティ３２を形成する。酸窒化物材料の単独の誘電層８が
本発明による化学センサ装置のメンブレンを形成する。
このメンブレンは、少なくともキャビティ３２の両端に
延在し、化学センサ装置の能動領域を支持する。バルク
精密加工プロセスは、非等方性エッチング・プロセスで
ある。好適な実施例においては、水酸化カリウム（KOH
）によって構成される湿式エッチング液を用いて、シ
リコン基板２のバルクを除去する。酸窒化物材料はKOH
において極めて低いエッチング速度（毎時０．０４マイ
クロメータ）を有するので、誘電層８がエッチ・ストッ
プ層として機能する。下記の表１は、異なる種類のメン
ブレンに関してKOH の機械的歩留まりと摂氏９０度にお
けるエッチング速度に関するデータを示す。
【００２６】
【表１】 メンブレン材料 KOH 歩留まり（％） KOH エッチング速度（μm ／ｈ） 酸化物 ２０ ０．２５ 酸窒化物 １００ ０．０４ 窒化物／酸化物 ９５ ０．０２ トレンチ Ｎ／Ａ ０．２５ P+シリコン １００ １５ この極めて低いエッチング速度は、誘電性メンブレン８
の厚みが正確に制御されており、そのためにセンサ装置
の消費電力が１つのウェハ上，ウェハ間およびロット間
で同一に制御されることを意味する。表１に示されるエ
ッチング速度からわかるように、上記のフランス特許出
願第No.FR-A-２６１５２８７号のメンブレンを形成する
P+シリコン層にはこれは当てはまらない。
の厚みが正確に制御されており、そのためにセンサ装置
の消費電力が１つのウェハ上，ウェハ間およびロット間
で同一に制御されることを意味する。表１に示されるエ
ッチング速度からわかるように、上記のフランス特許出
願第No.FR-A-２６１５２８７号のメンブレンを形成する
P+シリコン層にはこれは当てはまらない。
【００２７】また、表１は異なる種類の材料のメンブレ
ンに関する機械的歩留まりも示す。本発明によりPECVD
によりデポジションされる酸窒化物メンブレンは、表１
からわかるように、優れた機械的特性を有する。
ンに関する機械的歩留まりも示す。本発明によりPECVD
によりデポジションされる酸窒化物メンブレンは、表１
からわかるように、優れた機械的特性を有する。
【００２８】上記の好適な実施例においては、シリコン
基板の一部分が湿式エッチング・プロセスを用いる裏面
精密加工により除去される。シリコン基板を除去してキ
ャビティ上にメンブレンを残すためのその他の技術を用
いることもできる。たとえば、シリコン基板を、湿式エ
ッチング・プロセスを（第１表面４上に）用いて表面精
密加工したり、プラズマ・エッチングなどの乾式エッチ
ング・プロセスを用いてシリコン基板を裏面または表面
精密加工したり、あるいは直接ウェハ・ボンディング技
術を用いることもできる。後者の技術については、２つ
のウェハを結合させて、１つのウェハを精密加工してメ
ンブレンとする。
基板の一部分が湿式エッチング・プロセスを用いる裏面
精密加工により除去される。シリコン基板を除去してキ
ャビティ上にメンブレンを残すためのその他の技術を用
いることもできる。たとえば、シリコン基板を、湿式エ
ッチング・プロセスを（第１表面４上に）用いて表面精
密加工したり、プラズマ・エッチングなどの乾式エッチ
ング・プロセスを用いてシリコン基板を裏面または表面
精密加工したり、あるいは直接ウェハ・ボンディング技
術を用いることもできる。後者の技術については、２つ
のウェハを結合させて、１つのウェハを精密加工してメ
ンブレンとする。
【００２９】本発明の酸窒化物メンブレン８は、バルク
基板除去後は低い熱伝導を示し、またヒータと基板との
間の分離層としても機能する。メンブレンにより与えら
れる断熱性の効果は、PECVD 酸窒化物メンブレンの熱伝
導度により決定され、これは主としてメンブレンの組成
に依存する。
基板除去後は低い熱伝導を示し、またヒータと基板との
間の分離層としても機能する。メンブレンにより与えら
れる断熱性の効果は、PECVD 酸窒化物メンブレンの熱伝
導度により決定され、これは主としてメンブレンの組成
に依存する。
【００３０】図１０は、異なる種類のメンブレンに関し
て温度の関数としての消費電力を表すグラフである。曲
線４０により示されるように、本発明による酸窒化物メ
ンブレンは、広い温度範囲に亘りバッテリ動作の低電力
要件を満たす。
て温度の関数としての消費電力を表すグラフである。曲
線４０により示されるように、本発明による酸窒化物メ
ンブレンは、広い温度範囲に亘りバッテリ動作の低電力
要件を満たす。
【００３１】要するに、本発明は熱伝導度が低く（すな
わち消費電力が低く）、応力レベルが低く、KOH におけ
るエッチング速度が極めて低い酸窒化物材料の単独の誘
電層によって構成される装置の能動領域を支持するメン
ブレンを有する装置であって、単独のプロセス段階しか
必要としない装置を提供する。従って、本発明はバッテ
リ・バックアップなどの低電力動作に対応し、製造が簡
単で高価でないメンブレンを提供する。
わち消費電力が低く）、応力レベルが低く、KOH におけ
るエッチング速度が極めて低い酸窒化物材料の単独の誘
電層によって構成される装置の能動領域を支持するメン
ブレンを有する装置であって、単独のプロセス段階しか
必要としない装置を提供する。従って、本発明はバッテ
リ・バックアップなどの低電力動作に対応し、製造が簡
単で高価でないメンブレンを提供する。
本発明による電子装置と電子装置形成方法とは、添付の
図面を参照して説明されるが、これは例示されたに過ぎ
ない。
図面を参照して説明されるが、これは例示されたに過ぎ
ない。
【図１】本発明による電子装置の種々の製造段階におけ
る一部分の簡略化された断面図である。
る一部分の簡略化された断面図である。
【図２】本発明による電子装置の種々の製造段階におけ
る一部分の簡略化された断面図である。
る一部分の簡略化された断面図である。
【図３】本発明による電子装置の種々の製造段階におけ
る一部分の簡略化された断面図である。
る一部分の簡略化された断面図である。
【図４】本発明による電子装置の種々の製造段階におけ
る一部分の簡略化された断面図である。
る一部分の簡略化された断面図である。
【図５】本発明による電子装置の種々の製造段階におけ
る一部分の簡略化された断面図である。
る一部分の簡略化された断面図である。
【図６】本発明による電子装置の種々の製造段階におけ
る一部分の簡略化された断面図である。
る一部分の簡略化された断面図である。
【図７】本発明による電子装置の種々の製造段階におけ
る一部分の簡略化された断面図である。
る一部分の簡略化された断面図である。
【図８】本発明による電子装置の種々の製造段階におけ
る一部分の簡略化された断面図である。
る一部分の簡略化された断面図である。
【図９】本発明による電子装置の種々の製造段階におけ
る一部分の簡略化された断面図である。
る一部分の簡略化された断面図である。
【図１０】異なる種類のメンブレンに関する温度の関数
として消費電力を示すグラフである。
として消費電力を示すグラフである。
２ シリコン基板 ４，６ 基板表面 ８ メンブレン １２ 酸化シリコン層 １４，３０ 能動領域 １８ マスキング層 ２２ 分離層 ２８ 金属導体 ３２ キャビティ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン・ポール・ガイルメット フランス国トゥールース31400、ケミン・ デ・ラ・ボーデット28 (72)発明者 マイリアム・コムベス フランス国パイサンス・ドゥ・タッチ 31830、ケミン・デス・バスターズ11 (72)発明者 ステファン・アスタイ フランス国ナベス81710、ラデル (72)発明者 エマニュエル・シェイド フランス国コロンサック31450、ル・ソウ レイラ・デ・ラッセール
Claims (8)
- 【請求項１】 電子装置であって：基板内に延在するキ
ャビティを有する半導体基板；前記半導体基板内の前記
キャビティの両端に延在するよう、半導体基板上に形成
されるメンブレン；および前記メンブレンにより支持さ
れ、前記キャビティに隣接して位置する能動領域；によ
って構成され、前記メンブレンが酸窒化物材料により形
成される単独の誘電層によって構成されることを特徴と
する電子装置。 - 【請求項２】 前記半導体基板が半導体材料で形成さ
れ、前記酸窒化物材料がSiOxNyの組成を有する酸窒化シ
リコン材料であり、ただしx,y は前記酸窒化シリコン材
料が前記基板半導体材料の伸び弾性率と同じ伸び弾性率
と、前記基板半導体材料と実質的に同じ熱膨張率と、１
〜３０Wm-1K-1 の範囲の熱伝導度とを有するように選択
されることを特徴とする請求項１記載の電子装置。 - 【請求項３】 前記酸窒化物材料がSiOxNyの組成を有
し、ただしｘ＝０．８９およびｙ＝０．７４であること
を特徴とする請求項１または２記載の電子装置。 - 【請求項４】 前記電子装置が半導体センサ装置によっ
て構成され、前記能動領域が：前記メンブレン上に形成
される伝導層；前記伝導層上に形成される分離層；およ
び前記分離層上に形成される感作層；によって構成され
ることを特徴とする請求項１ないし３記載の電子装置。 - 【請求項５】電子装置の能動領域を支持するメンブレン
を形成する方法であって：半導体基板を設ける段階；前
記半導体基板上に、酸窒化物材料の単独誘電層によって
構成されるメンブレンを形成する段階；前記単独誘電層
上に前記電子装置の前記能動領域を形成する段階；およ
び前記半導体基板の一部分を除去して、前記基板内にキ
ャビティを設け、前記単独誘電層が前記キャビティの両
端に延在するようにする段階；によって構成されること
を特徴とする方法。 - 【請求項６】 前記半導体基板が第１表面および第２表
面を有し、前記メンブレン形成段階が前記半導体基板の
前記第１表面上に前記メンブレンを形成する段階によっ
て構成され、前記半導体基板の一部分を除去する前記段
階が：前記メンブレン形成後に、前記半導体基板の前記
第２表面上にマスキング層を形成する段階；前記マスキ
ング層の一部分を除去して、前記マスキング層を貫通し
て前記第２表面まで延在する開口部を設ける段階；およ
び前記開口部を貫通して前記半導体基板をエッチング
し、前記第２表面と前記メンブレンとの間に延在する前
記キャビティを設ける段階；によって構成されることを
特徴とする請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 前記半導体基板が半導体材料で形成さ
れ、前記酸窒化物材料がSiOxNyの組成を有する酸窒化シ
リコン材料であり、ただしx,y 前記酸窒化シリコン材料
が前記基板半導体材料の伸び弾性率と同じ伸び弾性率
と、前記基板半導体材料と実質的に同じ熱膨張率と、１
〜３０Wm-1K-1 の範囲の熱伝導度とを有するように選択
されることを特徴とする請求項５または６記載の方法。 - 【請求項８】 前記酸窒化物材料がSiOxNyの組成を有
し、ただしｘ＝０．８９およびｙ＝０．７４であること
を特徴とする請求項７記載の方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP97401796.4 | 1997-07-25 | ||
| EP97401796A EP0893827B1 (en) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | Electronic device and method for forming a membrane for an electronic device |
| US09/120,755 US6022754A (en) | 1997-07-25 | 1998-07-22 | Electronic device and method for forming a membrane for an electronic device |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11166866A true JPH11166866A (ja) | 1999-06-22 |
| JPH11166866A5 JPH11166866A5 (ja) | 2005-10-27 |
| JP4271751B2 JP4271751B2 (ja) | 2009-06-03 |
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ID=26147864
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22525298A Expired - Fee Related JP4271751B2 (ja) | 1997-07-25 | 1998-07-24 | 電子装置および電子装置のためのメンブレンを形成する方法 |
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|---|---|
| US (1) | US6022754A (ja) |
| EP (1) | EP0893827B1 (ja) |
| JP (1) | JP4271751B2 (ja) |
| CN (1) | CN1213081A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001281192A (ja) * | 2000-03-31 | 2001-10-10 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
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|---|---|---|---|---|
| DE19817311B4 (de) * | 1998-04-18 | 2007-03-22 | Robert Bosch Gmbh | Herstellungsverfahren für mikromechanisches Bauelement |
| US6387724B1 (en) * | 1999-02-26 | 2002-05-14 | Dynamics Research Corporation | Method of fabricating silicon-on-insulator sensor having silicon oxide sensing surface |
| US6468897B1 (en) * | 2001-05-23 | 2002-10-22 | Macronix International Co., Ltd. | Method of forming damascene structure |
| AU2006351677B2 (en) | 2006-12-14 | 2011-03-10 | Ito En, Ltd. | Process for producing tea drink |
| CN102354659B (zh) * | 2011-11-02 | 2016-05-11 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 掩膜成核消除方法以及选择性外延生长方法 |
| US9354197B2 (en) * | 2013-04-25 | 2016-05-31 | Wisenstech Ltd. | Micromachined oxygen sensor and method of making the same |
| KR101616959B1 (ko) * | 2013-07-02 | 2016-04-29 | 전자부품연구원 | Fet 이온센서 및 이를 이용한 시스템 |
| KR102142885B1 (ko) * | 2013-10-14 | 2020-08-10 | 한국전자통신연구원 | 어레이형 광검출기를 제조하는 방법 |
| CN103606565B (zh) * | 2013-11-27 | 2016-05-11 | 苏州科技学院 | 压力传感器敏感元件的制造工艺 |
| WO2017205146A1 (en) * | 2016-05-27 | 2017-11-30 | Carrier Corporation | Gas detection device and method of manufacturing the same |
| FR3079616B1 (fr) * | 2018-03-30 | 2021-02-12 | Soitec Silicon On Insulator | Micro-capteur pour detecter des especes chimiques et procede de fabrication associe |
| CN110797255B (zh) * | 2019-10-14 | 2022-10-28 | 长江存储科技有限责任公司 | 薄膜堆叠结构、三维存储器及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4706493A (en) * | 1985-12-13 | 1987-11-17 | General Motors Corporation | Semiconductor gas sensor having thermally isolated site |
| FR2615287B1 (fr) * | 1987-05-12 | 1989-10-06 | Suisse Electronique Microtech | Micro-capteur a technologie integree pour la detection de la presence de certains gaz |
| JP2582343B2 (ja) * | 1993-12-04 | 1997-02-19 | エルジー電子株式会社 | 低消費電力型薄膜ガスセンサ及びその製造方法 |
| US5635628A (en) * | 1995-05-19 | 1997-06-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for detecting methane in a gas mixture |
-
1997
- 1997-07-25 EP EP97401796A patent/EP0893827B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-07-22 US US09/120,755 patent/US6022754A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-24 CN CN98116373A patent/CN1213081A/zh active Pending
- 1998-07-24 JP JP22525298A patent/JP4271751B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001281192A (ja) * | 2000-03-31 | 2001-10-10 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0893827A1 (en) | 1999-01-27 |
| JP4271751B2 (ja) | 2009-06-03 |
| US6022754A (en) | 2000-02-08 |
| CN1213081A (zh) | 1999-04-07 |
| EP0893827B1 (en) | 2004-05-06 |
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