JP2008010704A - 熱電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化・高集積化を実現するとともに、その信頼性を高めることを可能とする熱電装置を提供する。
【解決手段】ＳＯＩ基板４の表面の単結晶シリコン層３に短冊状のＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂが交互に複数形成される。Ｎ型およびＰ型不純物領域３ａ，３ｂを含む単結晶シリコン層３の上には絶縁層６が形成される。この絶縁層６には接続孔６ａおよび配線溝６ｂからなるトレンチ溝が形成され、このトレンチ溝内に配線パターン７ａ，７ｂが形成される。Ｎ型およびＰ型不純物領域３ａ，３ｂの長手方向のそれぞれの一端が配線パターン７ｂを介して接続され、Ｎ型不純物領域３ａ（Ｐ型不純物領域３ｂ）の他端は隣接する別のＰ型不純物領域３ｂ（Ｎ型不純物領域３ａ）と配線パターン７ａを介して接続される。Ｎ型およびＰ型不純物領域３ａ，３ｂの他端側（配線パターン７ａ側）には絶縁層６の上面から凹状の開口部９ａが形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱電装置に関し、特にゼーベック効果により熱電材料内の温度差を用いて発電を行う熱電装置に関する。

従来から熱エネルギーを電気エネルギーに変換する素子として、ゼーベック効果を利用した熱電変換素子（熱電装置）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１では、熱電材料を温度勾配に対して垂直な方向に平面状に構成し、熱電材料の温度勾配上流側もしくは下流側に断熱材を配することにより、熱電材料内の温度差を確保し発電する方法が提案されている。

図１０は上記特許文献１に開示された従来の熱電装置の構造を概略的に示した断面図である。従来の熱電装置では、石英ガラス基板１０１の上にＮ型熱電材料１０２とＰ型熱電材料１０３と交互に配置している。この熱電材料の間にＡｇ電極１０４を形成した後、断熱材として発泡ポリウレタンシート１０５をＡｇ電極１０４上に１つおきに形成している。この熱電装置を温度勾配のある環境（熱流が石英ガラス基板１０１側から発泡ポリウレタンシート１０５側に流れる環境）に置くことにより、発泡ポリウレタンシート１０５によって放熱が妨げられる部分とそうでない部分との間で温度差を生じさせ、起電力を得ている。
特開平７−１１１３４５号公報

ところで、従来の熱電装置はその構造が大きく、近年では熱電装置の小型化・高集積化が強く求められている。これを実現するためには、半導体製造プロセスを採用して半導体基板（たとえば、シリコン基板）の上に熱電装置を形成する必要がある。しかしながら、従来技術では発泡ポリウレタンシートのみによって温度差を生じさせているが、現状の発砲ポリウレタンシートはその耐熱温度が約８０℃であり、半導体製造プロセスにおける信頼性評価試験（たとえば、高温保存試験８５℃）を合格して通過することができず、熱電装置の信頼性を確保することができないという問題点があった。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱電材料内に温度差を生じさせ、発電を行う熱電装置において、小型化・高集積化を実現するとともに、その信頼性を高めることを可能とする熱電装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る熱電装置は、半導体基板の表面に短冊状に設けられたＮ型部材およびＰ型部材と、Ｎ型部材およびＰ型部材を含む半導体基板の上に設けられた絶縁層と、を備え、Ｎ型部材およびＰ型部材は長手方向のそれぞれの一端が接続され、Ｎ型部材およびＰ型部材の他端側に冷却手段が設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、Ｎ型部材およびＰ型部材の他端側に設けた冷却手段によってその部分が冷却されるので、Ｎ型部材およびＰ型部材の他端の温度をＮ型部材およびＰ型部材の一端に比べ低くすることができる。この結果、短冊状のＮ型部材およびＰ型部材内のそれぞれに温度差が生じ、起電力を発生させることができる。

上記構成において、冷却手段は絶縁層の上面側から半導体基板に向かうように設けられ
た凹状の第１の開口部であることを特徴とする。このようにすることで、Ｎ型部材およびＰ型部材の他端側に設けた第１の開口部によってその部分が大気（空気）に晒されるので、Ｎ型部材およびＰ型部材の他端の温度をＮ型部材およびＰ型部材の一端に比べ低くすることができる。特に熱電装置がその上面側の温度が下面側（裏面側）よりも低温となる温度環境に配される場合には、Ｎ型部材およびＰ型部材の他端側に設けた第１の開口部によってその部分が低温環境に晒されるので、Ｎ型部材およびＰ型部材の他端の温度をより効果的に低くすることができる。この結果、短冊状のＮ型部材およびＰ型部材内のそれぞれに温度差が生じ、起電力を発生させることができる。

上記構成において、第１の開口部は、その開口部内にＮ型部材およびＰ型部材が露出して設けられていることが好ましい。この場合、Ｎ型部材およびＰ型部材の他端の接合部位（具体的には、Ｎ型部材と第２の配線パターンとの接合部位およびＰ型部材と第２の配線パターンとの接合部位）が開口部内の大気（空気）の温度の影響を受け易くなり、より効果的に冷却されるので、Ｎ型部材およびＰ型部材内における温度差を拡大することができる。この結果、より大きな起電力を発生させることができるようになる。

上記課題を解決するために、本発明に係る別の熱電装置は、Ｎ型部材とＰ型部材のそれぞれの一端は、絶縁層の表面から露出して設けられた第１の配線パターンを介して接続され、Ｎ型部材およびＰ型部材の他端は、絶縁層の表面から露出して設けられた第２の配線パターンがそれぞれに接続され、冷却手段は、露出面積が第１の配線パターンよりも大きくなるように設けられた第２の配線パターンであることを特徴とする。このようにすることで、第２の配線パターンが大気（空気）の温度の影響をより強く受け、この第２の配線パターンとＮ型部材およびＰ型部材との接合部位がより効果的に冷却される。この結果、Ｎ型部材およびＰ型部材内における温度差を拡大することができ、より大きな起電力を発生させることができるようになる。

上記構成において、第１の配線パターンを覆うように絶縁保護層がさらに設けられていてもよい。この場合、第１の配線パターンは絶縁保護層によって大気（空気）の温度の影響が低減されるので、Ｎ型部材およびＰ型部材内における他端との温度差を拡大することができ、より大きな起電力を発生させることができるようになる。

上記課題を解決するために、本発明に係るさらに別の熱電装置は、下面側（裏面側）の温度が上面側よりも高温となる温度環境に配される熱電装置において、Ｎ型部材およびＰ型部材の一端側の下方領域において、半導体基板の下面側から凹状の第２の開口部がさらに設けられていることを特徴とする。このようにすることで、Ｎ型部材およびＰ型部材の一端側の下方領域に設けた第２の開口部によってその部分が高温環境に晒されるので、Ｎ型部材およびＰ型部材の一端の温度をさらに高くすることができる。この結果、Ｎ型部材およびＰ型部材内における温度差を拡大することができ、より大きな起電力を発生させることができるようになる。

本発明によれば、熱電材料内に温度差を生じさせ、発電を行う熱電装置において、小型化・高集積化を実現するとともに、その信頼性を高めることを可能とする熱電装置を提供することができる。

以下、本発明を具現化した実施形態について図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る熱電装置の構成を示す概略上面図であり、図２は図
１の熱電装置のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

第１実施形態の熱電装置には、Ｐ型シリコン基板１、埋め込み酸化膜２、及び単結晶シリコン層３から構成されるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板４において、単結晶シリコン層３に短冊状のＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂが交互に複数形成されている。単結晶シリコン層３には、埋め込み酸化膜２にまで達するＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）領域５が形成されている。このＳＴＩ領域５によってＮ型不純物領域３ａとＰ型不純物領域３ｂとが電気的に分離されている。なお、ＳＯＩ基板４は本発明の「半導体基板」、Ｎ型不純物領域３ａは本発明の「Ｎ型部材」、及びＰ型不純物領域３ｂは本発明の「Ｐ型部材」の一例である。

Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂを含む単結晶シリコン層３の上面にはシリコン酸化膜などからなる絶縁層６が形成されている。この絶縁層６には接続孔６ａおよび配線溝６ｂからなるトレンチ溝が形成され、このトレンチ溝内に銅（Ｃｕ）からなる導体部（配線パターン７ａ，７ｂ）が埋め込んで形成されている。

Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂはこれらの上に形成された接続孔６ａを介して導体部（配線パターン７ａ，７ｂ）と接続されている。交互に形成されたＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂは電気的に直列となるよう隣接する異種の不純物領域とその端部で接合されている。具体的には、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの長手方向のそれぞれの一端（一方の端部）が配線パターン７ｂを介して接続され、Ｎ型不純物領域３ａ（Ｐ型不純物領域３ｂ）の他端（もう一方の端部）は隣接する別のＰ型不純物領域３ｂ（Ｎ型不純物領域３ａ）と配線パターン７ａを介して接続されている。なお、配線パターン７ａは本発明の「第２の配線パターン」および配線パターン７ｂは本発明の「第１の配線パターン」の一例である。

配線パターン７ａはＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂ内で発生する起電力（電圧）を外部に引き出すための端子Ａおよび端子Ｂが接続されている。また、配線パターン７ｂはシリコン窒化膜などからなる絶縁保護膜８によって覆われている。なお、絶縁保護膜８は本発明の「絶縁保護層」の一例である。

Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの他端側（配線パターン７ａ側）の領域には絶縁層６の上面から凹状の開口部９ａが形成されている。開口部９ａはＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの他端側に沿って直線状に設けられている。開口部９ａの開口幅は１０００ｎｍ程度である。また、この開口部９ａの底部はＳＯＩ基板４中のＰ型シリコン基板１に達して設けられ、開口部９ａ内においてＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの側壁がそれぞれ露出している。なお、開口部９ａは本発明の「冷却手段」または「第１の開口部」の一例である。
（製造方法）
図３および図４は本発明の第１実施形態による熱電装置の製造プロセスを説明するための断面図である。

図３（Ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基板１、埋め込み酸化膜２、及び単結晶シリコン層３から構成されるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板４を用意する。なお、単結晶シリコン層３の層厚は１０〜２００ｎｍであり、より好ましくは１００ｎｍである。埋め込み酸化膜２の膜厚は１０〜２００ｎｍであり、より好ましくは１００ｎｍである。

図３（Ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板４の単結晶シリコン層３内に埋め込み酸化膜２まで達するＳＴＩ領域５を形成する。単結晶シリコン層３はこのＳＴＩ領域５によって電気的に区画した領域に分離される。

図３（Ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板４上にＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂを形成するためのレジストマスク（図示せず）をそれぞれ形成し、イオン注入法を用いてＮ型用不純物およびＰ型用不純物をその領域に導入する。なお、両不純物は、図１に示したように、短冊状に交互に配するように導入する。イオン注入条件は、Ｎ型用不純物の場合には、たとえば、リン（Ｐ）を１０〜３０ｋｅＶの加速エネルギーで、１〜５×１０^１５ｃｍ^−２の注入量とする。また、Ｐ型用不純物の場合には、たとえば、ボロン（Ｂ）を１０〜３０ｋｅＶの加速エネルギーで、１〜５×１０^１５ｃｍ^−２の注入量とする。両不純物を注入してレジストマスクを除去した後、Ｎ型用不純物およびＰ型用不純物が導入された領域を熱処理（７００〜９００℃、３０分、Ｎ_２雰囲気）して活性化する。これにより、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂをそれぞれ形成する。

図３（Ｄ）に示すように、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂなどが設けられたＳＯＩ基板４の上にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、シリコン酸化膜からなる絶縁層６を形成する。絶縁層６の膜厚は１０００ｎｍ程度である。

次に、図４（Ａ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、絶縁層６に接続孔６ａ（寸法：５００ｎｍ程度）および配線溝６ｂからなるトレンチ溝を形成する。なお、接続孔６ａおよび配線溝６ｂの深さはそれぞれ５００ｎｍ程度とする。

図４（Ｂ）に示すように、トレンチ溝を含む絶縁層６上全体に窒化タンタル（ＴａＮ）からなるバリアメタル膜（図示せず）および電解めっきのシード層となる銅膜（図示せず）をスパッタ法によりこの順に形成する。そして、電解めっき法を用いてトレンチ溝に銅膜を埋め込む。引き続き、不要部分の銅膜およびバリアメタル膜をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により順に研磨除去する。これにより、絶縁層６を貫通するように、絶縁層６に埋め込まれた導体部（配線パターン７ａ，７ｂ）が形成される。なお、本実施形態では、図４（Ａ）および図４（Ｂ）で示したデュアルダマシン法を用いて絶縁層６に導体部（配線パターン７ａ，７ｂ）を形成したが、シングルダマシン法を繰り返して導体部（配線パターン７ａ，７ｂ）を形成してもよい。

図４（Ｃ）に示すように、絶縁層６および導体部（配線パターン７ａ，７ｂ）上全体にプラズマＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜からなる絶縁保護膜８を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて不要部分の絶縁保護膜８を除去する。これにより、配線パターン７ｂのみを選択的に覆う絶縁保護膜８を形成する。

最後に、図２に示したように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの他端側（配線パターン７ａ側）の所定の領域に、絶縁層６の上面からＰ型シリコン基板１に達する凹状の開口部９ａを形成する。開口部９ａはＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの他端側に沿って直線状に設けられ、開口部９ａの開口幅は１０００ｎｍ程度である。これにより、開口部９ａ内にＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂがそれぞれ露出する。

これらの工程により、第１実施形態の熱電装置が製造される。

以下に、熱電材料（Ｎ型不純物領域３ａ、Ｐ型不純物領域３ｂ）の他端側の近傍に開口部を有する構造が熱電材料に温度差を生じさせるのに有効であることについて図５を用いて説明する。

図５は熱電装置における開口部の深さと熱電材料内の温度差との関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーションでは、ＳＯＩ基板４の厚さを１０μｍ、熱電材
料（Ｎ型不純物領域３ａまたはＰ型不純物領域３ｂ）の長手方向の長さを１０μｍ、絶縁層６の厚さを１μｍ、接続孔６ａおよび配線溝６ｂの深さをそれぞれ０．５μｍ、及び開口部９ａの幅を１μｍとしている。また、熱電装置の上面側（絶縁層６の上面側）の外部温度を２５℃および下面側（ＳＯＩ基板４の下面側）の外部温度を３５℃としている。なお、開口部９ａは絶縁層６の上面から設けており、開口部９ａの深さは絶縁層６の上面（導体部（配線パターン７ａ，７ｂ）の上面）の位置を基準（ゼロ）としている。

図５から明らかなように、熱電材料の他端側の近傍に開口部９ａを配置することで、熱電材料の長手方向の両端での温度差が生じていることがわかる。特に開口部９ａの深さが０．５μｍ以上になると温度差が急激に大きくなり、たとえば、ＳＯＩ基板４の表面に達する場合（深さ１μｍ）には温度差が約０．５℃、さらにＳＯＩ基板４中のＰ型シリコン基板１に達する場合には温度差が約０．９℃となっている。これは絶縁層６の上面側から開口部９ａを設けたことでこの開口部９ａ内の温度が絶縁層６の上面側の外部温度２５℃となり、熱電材料の他端（具体的には、熱電材料と導体部との接合部位）がこの開口部９ａを介して外部温度（２５℃）の影響を受けるためである。

以上説明した第１実施形態の熱電装置によれば、以下のような効果を得ることができるようになる。
（１）Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの他端側に設けた冷却手段によってその部分が冷却されるので、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの他端の温度をＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの一端に比べ低くすることができる。この結果、短冊状のＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂ内のそれぞれに温度差が生じ、ゼーベック効果により起電力を発生させることができる。
（２）絶縁層６の上面側からＳＯＩ基板４に向かって設けた凹状の開口部９ａによってその部分が大気（空気）に晒されるので、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの他端の温度をＮ型部材およびＰ型部材の一端に比べ低くすることができる。特に熱電装置がその上面側の温度が下面側（裏面側）よりも低温となる温度環境に配される場合には、開口部９ａによってその部分が低温環境に晒されるので、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの他端の温度をより効果的に低くすることができる。この結果、短冊状のＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂ材内のそれぞれに温度差が生じ、ゼーベック効果により起電力を発生させることができる。
（３）開口部９ａの底部がＳＯＩ基板４に達し、開口部９ａ内にはＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂが露出して設けたことによって、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの他端の接合部位（具体的には、Ｎ型不純物領域３ａと配線パターン７ａとの接合部位およびＰ型不純物領域３ｂと配線パターン７ａとの接合部位）が開口部９ａ内の大気（空気）の温度の影響を受け易くなり、より効果的に冷却されるので、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂ内における温度差を拡大することができる。この結果、より大きな起電力を発生させることができるようになる。
（４）Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの一端側に形成された配線パターン７ｂを覆うように絶縁保護膜８を設けたことによって、断熱効果により配線パターン７ｂへの外部温度（大気温度）の影響が低減されるので、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの一端側における温度変化（冷却）が抑制される。この結果、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂ内での他端との温度差を拡大することができ、より大きな起電力を発生させることができるようになる。
（５）一般の半導体装置を製造する場合と同様のリソグラフィー技術、エッチング技術、成膜技術、イオン注入技術、及びＣＭＰ研磨技術などを用いて熱電材料（Ｎ型不純物領域３ａ、Ｐ型不純物領域３ｂ）および電極（配線パターン７ａ，７ｂ）の形成が可能となるので、熱電装置の小型化・高集積化を容易に実現することができる。
（６）半導体製造プロセスを用いて熱電装置を形成することができるので、熱電材料（Ｎ型不純物領域３ａ、Ｐ型不純物領域３ｂ）を高集積化し、それらを直列（または並列）に
配列することによって単位面積あたりの起電力（発電量）を大きくすることができる。
（７）従来の熱電装置のように発泡ポリウレタンを採用することなく熱電材料内に温度差を生じさせ、発電を行うことができる。

（第２実施形態）
図６は本発明の第２実施形態に係る熱電装置の構成を示す概略上面図であり、図７は図６の熱電装置のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。第１実施形態と異なる箇所は、絶縁層６の表面から露出して設けられた配線パターン７ｃの露出面積が配線パターン７ｂよりも大きく形成されていることである。それ以外については、第１実施形態と同様である。なお、配線パターン７ｃの露出面積を配線パターン７ｂよりも大きく形成することは本発明の「冷却手段」の一例である。

この第２実施形態の熱電装置によれば、先の第１実施形態に示した上記効果に加え、以下のような効果を得ることができるようになる。
（８）絶縁層６の表面から露出して設けた配線パターン７ｃの露出面積が、絶縁層６の表面から露出して設けた配線パターン７ｂよりも大きくなるように設けたことで、配線パターン７ｃが大気（空気）の温度の影響をより強く受け、この配線パターン７ｃとＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂとの接合部位がより効果的に冷却される。この結果、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂ内における温度差を拡大することができ、より大きな起電力を発生させることができるようになる。

（第３実施形態）
図８は本発明の第３実施形態に係る熱電装置の構成を示す概略上面図であり、図９は図８の熱電装置のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。第１実施形態と異なる箇所は、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの一端側（配線パターン７ｂ側）の下方領域において、ＳＯＩ基板４の下面側から凹状の開口部９ｂが設けられていることである。それ以外については、第１実施形態と同様である。なお、開口部９ｂは本発明の「第２の開口部」の一例である。

第３実施形態の開口部９ｂは第１実施形態で製造された熱電装置に対して追加処理を行うことで形成される。具体的には、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてＮ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの一端側（配線パターン７ｂ側）にＰ型シリコン基板１の裏面側から埋め込み酸化膜２に達する凹状の開口部９ｂが形成される。

この第３実施形態の熱電装置によれば、先の第１実施形態に示した上記の効果に加え、以下のような効果を得ることができるようになる。
（９）熱電装置の下面側（裏面側）の温度が上面側よりも高温となる温度環境に配される場合、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの一端側（配線パターン７ｂ側）の下方領域に設けた開口部９ｂによってその部分が高温環境に晒されるので、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂの一端の温度をさらに高くすることができる。この結果、Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂ内における温度差を拡大することができ、より大きな起電力を発生させることができるようになる。

なお、上記第２実施形態では、冷却手段として開口部９ａを設けた状態で配線パターン７ａ，７ｃの露出面積に違いを生じさせた例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、熱電装置に開口部９ａを設けず、配線パターン７ａ，７ｃの露出面積に違いを生じさせるだけであってもよい。この場合にも熱電材料（Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂ）内に温度差を生じさせ、起電力を発生させることができる。

上記第３実施形態では、熱電装置の下面側の開口部９ｂを上面側の開口部９ａとともに
設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、熱電装置の下面側の開口部９ｂのみであってもよい。この場合にも熱電材料（Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂ）内に温度差を生じさせ、起電力を発生させることができる。

上記実施形態では、配線パターン７ｂのみを選択的に覆うように絶縁保護膜８を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、熱電装置に絶縁保護膜８を設けなくてもよい。また、配線パターン７ａを含めた全面に絶縁保護膜８を設けてもよい。これらの場合、上記（４）以外の効果を享受することができる。

上記実施形態では、半導体基板（ＳＯＩ基板４）上に熱電装置のみを設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、熱電装置を制御するためのＬＳＩなどの半導体デバイスが形成された半導体基板上に熱電装置を設けてもよい。この場合、小型化された熱電モジュールが提供される。

上記実施形態では、半導体基板（ＳＯＩ基板４）内にイオン注入法を用いて熱電材料（Ｎ型不純物領域３ａおよびＰ型不純物領域３ｂ）を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、半導体基板（Ｐ型シリコン基板）上に減圧ＣＶＤ法を用いてＮ型ポリシリコン膜およびＰ型ポリシリコン膜をそれぞれ成膜して製造するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る熱電装置の構成を示す概略上面図。 図１の熱電装置のＸ−Ｘ線に沿った断面図。 （Ａ）〜（Ｄ）第１実施形態に係る熱電装置の製造プロセスを説明するための概略断面図。 （Ａ）〜（Ｃ）第１実施形態に係る熱電装置の製造プロセスを説明するための概略断面図。 熱電装置における開口部の深さと熱電材料の温度差との関係を示すシミュレーション結果。 本発明の第２実施形態に係る熱電装置の構成を示す概略上面図。 図６の熱電装置のＸ−Ｘ線に沿った断面図。 本発明の第３実施形態に係る熱電装置の構成を示す概略上面図。 図８の熱電装置のＸ−Ｘ線に沿った断面図。 従来の熱電装置の構造を概略的に示した断面図。

符号の説明

１・・・Ｐ型シリコン基板、２・・・埋め込み酸化膜、３・・・単結晶シリコン層、４・・・ＳＯＩ基板、５・・・ＳＴＩ領域、６・・・絶縁層、６ａ・・・接続孔、６ｂ・・・配線溝、７ａ，７ｂ・・・配線パターン、８・・・絶縁保護膜、９ａ・・・開口部

Claims (6)

1. 半導体基板の表面に短冊状に設けられたＮ型部材およびＰ型部材と、
   前記Ｎ型部材および前記Ｐ型部材を含む前記半導体基板の上に設けられた絶縁層と、
   を備え、
   前記Ｎ型部材および前記Ｐ型部材は長手方向のそれぞれの一端が接続され、
   前記Ｎ型部材および前記Ｐ型部材の他端側に冷却手段が設けられている熱電装置。
2. 前記冷却手段は前記絶縁層の上面側から前記半導体基板に向かうように設けられた凹状の第１の開口部である請求項１に記載の熱電装置。
3. 前記第１の開口部は、その開口部内に前記Ｎ型部材および前記Ｐ型部材が露出して設けられている請求項２に記載の熱電装置。
4. 前記Ｎ型部材と前記Ｐ型部材のそれぞれの一端は、前記絶縁層の表面から露出して設けられた第１の配線パターンを介して接続され、
   前記Ｎ型部材および前記Ｐ型部材の他端は、前記絶縁層の表面から露出して設けられた第２の配線パターンがそれぞれに接続され、
   前記冷却手段は、露出面積が前記第１の配線パターンよりも大きくなるように設けられた前記第２の配線パターンである請求項１に記載の熱電装置。
5. 前記第１の配線パターンを覆うように絶縁保護層がさらに設けられている請求項４に記載の熱電装置。
6. 下面側の温度が上面側よりも高温となる温度環境に配される熱電装置において、
   前記Ｎ型部材および前記Ｐ型部材の一端側の下方領域において、前記半導体基板の下面側から凹状の第２の開口部がさらに設けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱電装置。

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