制造半导体构件的方法和半导体构件， 其是薄膜传感器 【技术领域】
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的制造半导体构件的方法以及一种按权利要求10的前序部分所述的半导体构件。
背景技术
半导体构件、尤其是薄膜传感器(Membransensor)以及用于制造基于一种半导体载体(Halbleitertraeger)、例如一种硅片的薄膜传感器的方法都是众所周知的，在这种半导体载体上设有一个平面多孔的薄膜部位作为用于所述传感器结构的承载层，并且在该薄膜部位下有一个凹槽，它特别用于薄膜的热绝缘。
目前市场上的薄膜传感器大多数都作为薄层薄膜传感器而实现。为此使厚度为几十纳米至几个微米的层状系统沉积在一个载体基底上，而且然后将该载体基底在规定地范围内去除掉，以便获得无支护的薄膜部位。在薄膜中心处则可以布置传感器的结构元件。
另外一种使薄膜显露出来的方法是表面显微力学(OMM)，其中一般应用一种消耗层，该消耗层在薄膜沉积之前就涂覆在一个载体基体的前侧面上。该消耗层以后就从传感器的前侧面上通过薄膜中的“溶化孔”而去除掉，这样就形成一个无支护的结构。这种表面显微力学的方法由于要有单独的消耗层因而相对比较费事。
由尚未公布的德国专利DE 100 325 79.3已知一种用于制造一个半导体构件的方法以及按此方法制成的半导体构件，其中尤其为薄膜传感器而在一个凹槽之上设置了一个由多孔化的半导体载体材料制成的层。
通过这种措施就可以大大简化一种OMM-半导体构件的结构，这是因不需要附加涂覆一个消耗层，而且薄膜本身或者薄膜的一大部分由半导体载体材料制成。
然而在试验中业已证实：多孔薄膜可能在制造时就已损坏或者说即使在使用情况下也不能总是可靠地避免在通常的使用条件下发生损伤。
【发明内容】
本发明的任务是避免薄膜在制造时发生损坏，或者在有规则地出现的应用情况时发生损坏。
该项任务通过权利要求1、6、10、12、17和21所述的特征来解决。
在从属权利要求中则给出了本发明的有利和适宜的其它改进方案。
本发明首先涉及用于制造一种半导体构件、尤其是具有一个半导体载体的薄膜传感器的方法，其中为形成构件的无支护的结构而产生了一种多孔的薄膜层和在该多孔薄膜层下面的一个凹槽。本发明的核心则在于：半导体载体在多孔薄膜层部位中获得一种与以后的凹槽部位相比不同的掺杂；对于薄膜层的半导体材料进行多孔化；将在多孔化的半导体材料下的半导体材料去除掉或者局部去除掉并进行换位(umlagern)，以便提供一个凹槽。这种方法的优点是：多孔薄膜层的性能和凹槽的制成可以如此相互协调，使得例如在腐蚀凹槽时使所产生的气体能够尽可能无干扰地穿过多孔薄膜层而选出，或者在凹槽部位中首先形成一种辅助结构，该辅助结构具有合适的、与薄膜层的孔隙不同的孔隙尺寸，然而其目的都是为了在产生凹槽时避免多孔薄膜层的损伤。
这种预备结构或辅助结构然后可以在以下步骤中去除掉，或者例如在一个高温过程中进行换位。
在本发明的另一种优选的方案中，半导体材料载体在多孔薄膜层部位中在横向方向上和/或垂直方向上获得一种不同的掺杂。在制造多孔半导体时、尤其是多孔硅时，其中在相对于一种氢氟酸电解质来说为阳极极性的硅半导体载体(例如硅片)的情况下、必要时在对半导体载体进行附加照射时(对于n-掺杂的半导体部位)有规律地利用了在氢氟酸和硅之间的一种电化学反应，不同的掺杂(掺杂的种类和程度)就造成了各种不同大小的孔隙或者孔隙类型。因而按照本发明就在横向和/或垂直方向上、在某些薄膜部位中就产生了较大的孔隙和/或具有较高孔隙率的孔隙，通过这些孔隙就可以使在腐蚀凹槽时所产生的气体更容易逸出。这样就避免了在腐蚀凹槽时形成的气泡引起对敏感的多孔薄膜层的损坏。在传统的多孔薄膜结构中这些孔隙往往不能确保在腐蚀时使气体从凹槽中受控制地、充分地逸出，这在最坏情况下会造成薄膜的损坏。
在本发明的一种特别优选的方案中如此选择对薄膜边缘部位和中间部位的半导体材料进行掺杂，使得在边缘部位形成中孔隙(Mesopore)(孔隙的尺寸数量级为5至50纳米)，而在薄膜的中间部位中则形成大孔隙(孔隙从大于50纳米直至几个微米)或者具有与边缘部位相比更高孔隙率的中孔隙或纳米孔隙。在具有较小孔隙率的薄膜边缘部位中例如对于一个紧随的外延过程(Epitaxie-prozess)就可以达到良好的层质量，而在薄膜中间部位中外延质量由于较高孔隙率的部段则相对来说较小。然而在许多应用情况中、例如在一种OMM-压力传感器的应用情况中这并不重要，这是因为这样并不恶化压力传感器的性能。
举例来说，从一个硅片出发，该薄膜中间部位为生成大孔隙获得一种n-掺杂，而薄膜边缘部位为了准备中孔隙的硅则设有一种P+-掺杂。
在本发明的另外一种特别优选的方案中，使半导体载体在薄膜层部位中和以后的凹槽部位中如此进行不同的掺杂，使得在薄膜层的半导体材料中可以产生中孔隙，而在凹槽部位中可产生纳米孔隙(孔隙从2至5纳米)，该纳米孔隙具有比“预备结构”相对来说更高的孔隙率；而且因此在另一个步骤中将该纳米孔隙的预备结构去除掉。小孔隙的预备结构的制造阻止了形成较大的气泡，这就可以使气泡通过多孔的薄膜层充分地运出去。在这种方法中还利用了以下知识：“纳米结构”比薄膜部位的“中等结构”具有大得多的内表面，这在以后的过程步骤中可以用于实现较短的氧化时间。因此可以紧接着产生一种完全充分氧化的纳米结构，该结构在一个随后的腐蚀过程中、例如一个蒸气腐蚀过程中可以有选择性地去除掉。尤其通过一种蒸气腐蚀过程阻止了在干燥薄膜时在以下方面产生的附带问题：往往在干燥一种例如多孔的硅薄膜时由于垂直的毛细力使多孔层粘贴在基底上，这就使多孔薄膜层不能再使用了。凹槽也可以通过纳米多孔层的换位在一个高温过程中实现。多孔薄膜层的中孔隙例如可以由一种在硅片(电阻率约为0.02Ωcm)中的P+-掺杂出发，其孔隙率为大约为10％至30％，层厚为0.1至10微米或者更多，通过例如大约为1至20mA/cm2的电流密度在一种相对来说高浓度的、具有一种HF(氟化氢)浓度为大约30％至40％的氢氟酸中实现。纳米孔隙的预备结构最好在一种P-掺杂层(电阻率为1至10Ωcm)的基础上在HF浓度为大约15％至40％、电流密度为10至80mA/cm2时进行制造。在这些参数时可以在为1至10微米的层厚上达到大于80％的孔隙率。
在构成凹槽结构时的另一种可选方案的方法也可以使半导体材料在多孔层之下通过电解抛光(Elektropolitur)例如在相对较高的电流密度和较小的HF-浓度时直接溶解。在一种硅片中这可以例如按以下办法来达到：为了在凹槽上形成多孔层一个开始层进行P-掺杂，并且在这以后的凹槽部位只获得一种P-掺杂。例如用于在凹槽之上形成多孔层的开始层具有一种电阻率大约为0.02Ωcm的P+-掺杂。在一种例如30％至40％的HF浓度时以及电流密度大约为1至20mA/cm2时可以实现孔隙率为10％至30％。多孔层的层厚在这种情况下可以是1至10微米或更多。
在另一种实施例中薄膜部位与以后的凹槽部位相比进行了不同的掺杂，开始层为了在凹槽之上形成多孔层例如获得了一种n-掺杂，其电阻率例如为0.1至10Ωcm。当电流密度为5mA/cm2，相对来说较低的HF-浓度为2至10％时可以优选地在例如为1至10微米的层厚上来形成大孔隙。大孔隙的优点是：在制造凹槽时可以更容易通过此孔隙使气体逸出，因而就克服了对于多孔层的损害或者甚至破坏。
凹槽部位例如进行P-掺杂，因而电阻率达1至10Ωcm。对于这种情况可以直接通过电解抛光在HF-浓度为2％至10％时，电流密度最好大于50mA/cm2时制成凹槽层。但是凹槽也可以通过一种“预备结构”通过产生纳米孔隙而制成。“纳米结构”例如在HF-浓度为15％至40％、电流密度为2至50mA/cm2时形成并最后具有大于80％的孔隙率。
在凹槽和凹槽层之上的多孔层的层厚可以根据应用要求为1至10微米和更多。
凹槽层也可以进行P+或P-掺杂来代替P-掺杂，因而最好在HF浓度为2至10％、电流密度大于50mA/cm2时就可以实现用于直接制造凹槽的电解抛光部位。同样在这种情况下一种“预备结构”和其它的过程就可以导致所想要的凹槽。由大孔隙层制成的薄膜的优点也可以在一种实施形式中实现，其中薄膜层以及以后的凹槽部位都具有相同的掺杂，例如n-掺杂，但对于以后的凹槽部位的处理则采用了与对多孔薄膜不同的腐蚀参数，因而可以在薄膜部位之下直接通过电解抛光制成凹槽。例如对于用于薄膜部位的开始层进行n-掺杂，从而可得其电阻率为0.1至10Ωcm。以后的凹槽部位以相同的方式进行掺杂。在开始层中在例如电流密度大于5mA/cm2以及HF-浓度为例如5％-10％时，在必要时对基体进行背面照射的情况下在1至10微米或更大的层厚上形成所述大孔隙。
凹槽层然后就直接通过电解抛光而制成，这用一个大于制造多孔覆盖层时的电流密度就可以了。
为了在对半导体载体进行腐蚀以便制成凹槽上的多孔薄膜层时更好地控制和调定电流密度、或者为了在一个电解抛光过程中在对半导体材料载体进行腐蚀以便直接制成凹槽或者制成在以后的凹槽部位中作为“预备结构”的一个多孔层时更好地调定电流密度，最好使半导体载体的背侧面、例如一个硅片的背侧面受到照射。
凹槽上的多孔层也可以用一种同样的掺杂、例如P+-掺杂在两个例如具有电阻率为0.02Ωcm的部位上生成。对于开始层、也就是凹槽上的多孔薄膜层来说那么例如在较高的HF-浓度为30％至40％时以及电流密度为1至20mA/cm2时力求使孔隙率达10％-30％。接着可以直接通过电解抛光、例如在HF浓度为例如2％-10％、电流密度为大于50mA/cm2或者在后来要去除掉的预备结构上制成凹槽部位。为了形成预备结构最好在P+-掺杂时将HF-浓度选为5％-20％，电流密度例如选为2至50mA/cm2，以便达到孔隙率大于80％。
然而也可以使HF浓度相对来说保持与制造开始层时那样大小，然而为了制成一种80％的高孔隙率，这就要求使电流密度大于制造开始层时的电流密度。
无论是开始层(多孔薄膜层)还是凹槽层都可以根据设定达0.1至10微米或更大。
对于所有列述的过程来说，作为用于规定薄膜部位的掩蔽可以将n-掺杂的硅用于一种硅片的情况。由于这样一种掩蔽层在制造多孔硅时同样也容易受到伤害，这个层就可以通过一种例如由氮化硅(Si3N4)制成的绝缘层例如以一种低压化学薄膜沉积法(LowPressure Chemical Wafer Depostion-Verfahren)(LPCVD方法)来制成。因而保护了n-掺杂的掩蔽层不受电化学的侵害。有利的是，在未受伤害的n-掺杂的掩蔽层上面在一个紧接着的过程中生成一种外延层。如果使用这结构作为薄膜传感器，那就常常可以耐受n-掺杂的掩蔽层的侵害。
也可以应用另外的层作为保护层来替代该氮化硅层，例如可以应用由铬/金制成的具有相应厚度的导电金属层。
通过一种附加的掩蔽也可以改善横向限定的部位的深度均匀性，这尤其是在制造大孔隙时是很有利的。
另外本发明还涉及一种半导体构件、尤其是一个具有由半导体材料制成的一个载体的薄膜传感器，该构件具有一个薄膜和一个布置在薄膜下的凹槽，用于构成半导体构件的结构，其中薄膜包括了由多孔化的以及必要时经后处理的、例如经氧化的半导体材料制成的一个层。本发明的基本主题就在于：层的孔隙率的程度在横向方向和/或垂直方向上是有目标地不同的。这就可以如上所述那样在制造凹槽时、尤其在横向方向上有孔隙率差别时使腐蚀时所产生的气体通过多孔层的相对来说具有较高孔隙率的那些部位而更好地选出。
层的孔隙率最好在薄膜的边缘部位处小于在薄膜中间部位处。因此就有利于在薄膜中心处使气体逸出。
气体的逸出不仅可以通过孔隙率的程度、也可以通过孔隙尺寸来调节。多孔层的透气性在孔隙率相同、但孔隙较大时就提高了。
为了有利于在薄膜中心有较好的透气性，最好在那里的孔隙尺寸要大于在薄膜边缘部位中。
更有利的是多孔层在薄膜边缘部位中是中孔隙的，而在薄膜中间部位则为大孔隙的。
根据本发明的任务按照权利要求10的前序部分也可以如下来解决：由多孔化的材料制成的薄膜的层具有贯通的大孔隙。具有较大外形尺寸的孔隙改善了在制造一个凹槽时气体运输的可能性。例如由例如n-掺杂的硅来制造薄膜部位和以后的凹槽部位。为生成大孔隙、例如在电流密度大于5mA/cm2时在较小浓度的2％至10％的氢氟酸中制成薄膜部位的多孔层。为制造凹槽则提高电流密度，这就使孔隙加大、并因此使形成多孔的薄膜层的开始层下面挖空。结果是形成一个凹槽，它由一个大孔隙层(孔隙从100纳米至几个微米)覆盖。
此外上述任务还由一个按权利要求10的前序部分所述的半导体构件出发如下来解决：在凹槽上面的多孔层之内布置一个或多个由未进行多孔化的半导体材料制成的部位，它们的厚度大于多孔层的厚度。通过这个措施可以实现多项优点。首先可以由此在制造多孔薄膜时避免在制造过程中使其通过毛细力而粘贴在槽底上。对于用作压力传感器的情况来说这样一种结构方案就形成了一种过载保护。因为不仅避免了层粘贴在槽底上，而且也阻止了多孔层通过与槽底的接触而变形、以及在一定条件下材料从多孔层中的渗出。该渗出的材料可能会引起薄膜偏移(Membranauslenkung)的阻断。另外该未进行多孔化的部位尤其是当它们在多孔层中形成了一个格网结构时，那么尤其在制造凹槽时它们就引起了多孔层的一种稳定。一种这样的结构方案对于其它的工艺步骤来说例如一种紧随的外延步骤也提高了多孔层的机械稳定性。
在本发明的一种优选设计方案中这些部位设计岛状的，也就是与薄膜边缘没有连接。例如该未进行多孔化的部位包括有一个环形结构。一种这样的结构还减小了以下危险：由于环形结构在与薄膜边缘合适的距离时支撑在槽底上并在压紧部位中使薄膜产生卸载，因而在例如过载使用时在压紧部位上出现薄膜破损。
在制造凹槽时薄膜的损伤也可以从一种按权利要求10的前序部分所述的半导体构件出发按如下方法来克服：在多孔薄膜层中的边缘部位上包括一个未经多孔化的、最好是完全围住薄膜层的、由半导体材料制成的部位，这个部位通过一种相应的掺杂用作在制造多孔化的半导体材料或者形成凹槽时的掩蔽层，并且其厚度大于多孔薄膜层的厚度与凹槽的深度之和。通过这种措施尤其在形成凹槽时就可以对过程进行出色的控制，这种凹槽的横向延伸此处在深度上变化很小。这同样也有利于避免多孔薄膜层的损坏，这是因为在横向方向上避免了无控制的腐蚀过程。
【附图说明】
以下根据附图详细叙述了多个实施例中的其它优点和细节。附图示出：
图1：具有OMM(表面显微力学)薄膜的一种硅载体的剖视简图；
图2：OMM-薄膜结构的另一种实施形式；
图3a和3b：对应于图1和图2的剖视简图，它们表示出了在一个多孔层之下腐蚀一个凹槽或凹穴用以产生一种无支护的OMM-薄膜；
图4：对应于前面附图的一种OMM-薄膜结构的另一种实施形式的剖视简图；
图5a至5d：在一个概略俯视图中表示了一个OMM-薄膜结构的四种实施形式；
图6：局部表示出的一种OMM薄膜结构的剖视简图，它表示出了一种附加的支承结构的作用方式。
【具体实施方式】
图1表示了一个硅载体1的一个一小部分的剖面简图，在该硅载体中设有一个凹槽2。在该凹槽上面有一个多孔的薄膜层3，它由一个掩蔽层4横向地限止住。图1中表示了在该掩蔽层4上有另外一个可选择的掩蔽层5，它保护了掩蔽层4。一种金属化物或一种绝缘体可以用作该可选择的掩蔽层。
根据工艺过程，该薄膜层3可由n-或P-掺杂的硅制成。凹槽2最好以不同的P-掺杂的硅为基础来设计。块硅(Bulk-Silizium)或者不同的P-掺杂的硅可以用作硅载体材料。对于限定多孔薄膜层3的掩蔽层4来说最好使用n-掺杂的硅。
图2所示的结构与图1所示的不同之处在于：一种n-掺杂的掩蔽层6在硅载体材料中形成，该掩蔽层在槽7的深度。因此在制造凹深度上延伸超出薄膜层3的厚度、也超出一个凹槽时腐蚀面积在深度上的变化很小，因而大大简化了其制造时的过程控制。
在图3a和3b中表示了一种薄膜层10的结构，在其下面是凹槽11，它用于在制造多孔薄膜层10时半导体材料在横向方向上具有不同的掺杂部位的情况。这造成了在本实例中在制造多孔硅时在薄膜中间部位12中已经产生了比在薄膜边缘部位13中更大的孔隙。另外在薄膜边缘部位中由于相应的工艺过程使层10的孔隙率较小，这在制造例如一种OMM-压力传感器的其它工艺过程中可能造成一个包围层的良好的外延生长。
图3a表示了刚好制成了具有合适的掩蔽层4、5的不同孔隙的薄膜层10的状态。在接着制造凹槽11时，如在图3b中所示那样，薄膜中部的大孔隙结构有利于在腐蚀凹槽时对于所产生的气体具有良好的透气性。因而避免了在薄膜下面产生气体堵塞，所述气体堵塞可能还在制造凹槽11时就使薄膜破坏。然而仍保证了在边缘部位中对于良好外延生长所必要的多孔薄膜层10的小孔隙率。
图4表示了一个OMM薄膜20的一种实施形式，该薄膜设计在一个硅载体21中、一个凹槽22上面，该薄膜与以前所描述的薄膜层不同，在一个多孔部位25的中心有一个未进行多孔化的部位24。这个未进行多孔化的部位24相应于用于多孔薄膜的侧向限制的n-掺杂的掩蔽部位23并且垂直于横向延伸部位高于多孔部位25的厚度26。
其后果是，在偏移薄膜20时薄膜的多孔化的很敏感的部位24永远不可能接触到凹槽22的槽底27。
因为该未进行多孔化的部位24是一种挡块，它在过载时位于槽底27上并限止了偏移。
图5a表示了一种相应结构的薄膜20的俯视简图。
图5b与图5a的不同之处在于：除了未进行多孔化的部位24，直接在薄膜中心设有一个附加的未进行多孔化的环形部位28，它与否则为圆形的多孔化的部位25的中心同心。
这样一种环形结构28的优点在图6中按照一个剖视简图和箭头31至35清楚地表明。加压意味着多孔薄膜20的一种过载而且概略地用大表面的箭头31来标明，在这种加压时将薄膜20压向槽底27的方向，可能的结果是，薄膜20在压紧部位29处扯破。然而通过该环形结构28使力发生了换向(见箭头33)，从而使薄膜在压紧部位处向上卸载(箭头34)，尽管向下(箭头32)有一个作用力。总之这样就避免了在薄膜20的压紧部位29中产生缺口破裂。
其它的在多孔部位35中设置未进行多孔化的部位40、41的可能性则表示于图5c和5d的俯视图中。尤其是通过一种栅格结构41、如在图5d中所示的那样，即可以在制造时也可以对于应用情况大大提高多孔薄膜的稳定性。