CN102015523A - 微机械的元件以及用于制造微机械的元件的方法 - Google Patents
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Abstract
用于制造微机械的元件的方法，其中对至少具有金属层(3、6、7、7’)以及包含SiGe的牺牲层(5、5’)的基底(1)进行结构化，并且其中还通过用含氟的化合物例如ClF3进行的蚀刻至少部分地再去除所述牺牲层(5、5’)，其中，在蚀刻所述牺牲层(5、5’)之前，将带有所述牺牲层(5、5’)和所述金属层(3、6、7、7’)的所述基底(1)在≥100℃到≤400℃的温度下进行回火。所述金属层(3、6、7、7’)的材料可以包括铝。此外，本发明涉及一种包括金属层(3、6、7、7’)的微机械的元件，其中所述金属层的材料以多晶的组织存在，并且其中≥90％的晶粒具有≥1μm到≤100μm的尺寸，并且将这种微机械的元件用作压力传感器、高频开关或者变容二极管。
Description
技术领域
本发明涉及一种微机械的元件以及用于制造微机械的元件的方法。本发明尤其涉及一种用于制造微机械的元件的方法，其中对至少具有金属层以及包含SiGe的牺牲层的基底进行结构化。这种金属层例如可以构造成薄膜。
背景技术
用于千兆赫范围的高频开关、例如在雷达技术中出现的高频开关能够借助于微电子机械的系统技术(MEMS技术)进行制造。在此，金属桥用作开关元件，该金属桥通过微系统技术的工艺(MST-工艺)悬臂地构造并且以静电方式接通，也就是引用。该桥的裁出(freistellen)证实是技术要求高的，并且至今为止借助于牺牲漆技术实现。
DE 10 2005 004 877A1公开了一种用于微机械的元件的制造方法。在此，首先提供有导电能力的基底并且随后在基底的正面上提供牺牲层的岛状的区域。下面的步骤是在牺牲层上拱起地设置至少一个有导电能力的层，其中有导电能力的层相对于基底是电绝缘的。随后，设置了大量通过基底延伸的穿孔，所述穿孔至少一直延伸到牺牲层的岛状的区域。通过对基底的背面进行的第一蚀刻过程，通过用于实现空腔的穿孔来去除牺牲层，该空腔露出了具有至少有导电能力的层的可弹性偏移的薄膜，该薄膜拱起地设置在基底的正面。所述牺牲层可以由SiGe制成，用从ClF3、ClF5、BrF3、XeF2、IF3或者IF5组中选择的蚀刻气体来蚀刻该牺牲层。
根据DE 10 2005 004 877A1的教导，可以设置由金属制成的有导电能力的层。然而，许多用在半导体技术中的金属化结构例如铝或者铝合金具有金属固有的滞后效应。由此，这种元件只适用于小信号应用、也就是在微小的机械偏移时的工作情况。对于这种元件来说，排除了作为压力传感器的使用。其保持用作麦克风或者声变换器。
压力传感器涉及在测量精度上具有相应的高要求的测量仪器。压力传感器不限制于小信号情况，而是必须将更大的薄膜偏移忠实地转换成电信号。在此，滞后通常是不允许的。根据DE 10 2005 004 877A1，出于这个原因只允许使用无滞后的材料例如多晶硅作为压力传感器中对压力敏感的薄膜的组成部分。
然而值得期望的是，在制造微机械的元件例如压力传感器时，在尤其用于薄膜的材料选择方面提供其它选择。
发明内容
按本发明提出一种用于制造微机械的元件的方法，其中对至少具有金属层以及包含SiGe的牺牲层的基底进行结构化，并且其中还通过用含氟的化合物进行的蚀刻至少部分地再去除牺牲层。按本发明的方法的突出之处在于，在蚀刻牺牲层之前，带有牺牲层和金属层的基底在≥100℃到≤400℃的温度下进行回火。
所述基底可以是能够导电的。因此，该基底例如可以是在微系统技术中经常使用的硅晶片。如果有必要，那么可以额外地用氧化层来覆盖基底。
基底的结构化通常称作在基底上构造结构。其中，这可以通过气相沉积、电离方法、微冲压或者本领域的技术人员常用的其它方法来进行。所施加的结构例如可以是导体电路、桥、薄膜、反射镜(Spiegel)、触点、牺牲结构、中间的结构以及类似结构。
金属层可以直接施加在基底上、施加在其它事先制成的其它金属层上例如电接头上、介电层上或者牺牲层上。
按本发明，牺牲层包括SiGe作为牺牲材料。有利的是，首先能够非常精确地进行沉积并且由此实现SiGe层的厚度并且与之相关地实现其结构化。可以在方法的过程中通过用含氟的化合物进行的蚀刻再次去除所述牺牲层，由此能够提供凹处或者空腔。在此，SiGe牺牲层的成分优选是Si1-xGex，其中x可以占据从≥0.1到≤0.9或者从≥0.2到≤0.5的值。使用SiGe牺牲层具有许多优点。在用含氟的化合物进行蚀刻时，牺牲层的材料可以转变为气态的氟化硅以及氟化锗。如果含氟的蚀刻化合物同样是气态的，那么由此可以避免基底上的残渣。此外，蚀刻牺牲材料SiGe相对于经常用作基底的硅来说具有高的选择性。该选择性可以处于4000∶1到10000∶1的范围内。
在牺牲层的蚀刻步骤之前，也就是在金属层以及牺牲层已经在基底上进行结构化时，该结构在按本发明的方法中进行回火。按本发明发现，通过回火可以极大地降低金属层的滞后特性，使得这种薄膜能够在小信号情况以外进行使用。尤其能够用金属薄膜对微机械的压力传感器进行结构化。此外，能够可再现地设计薄膜特性。回火可以在≥100℃到≤400℃的温度下进行。该温度也可以处于≥250℃到≤400℃或者≥300℃到≤350℃的范围内。在这种温度下的回火在牺牲漆技术的层中是不可以的，因为会超过漆的熔点。此外，通过回火总得可以获得机械应力少的或者无机械应力的元件。
在所述方法的实施方式中，所述金属层包括铝、金、钽、钛和/或钛-钨。在此也包括前面所述的金属与其它成分的合金。在使用铝时特别有利的是，这种材料同样可以借助于蚀刻方法进行加工。有利的是，金属的这种选择涉及在制成的元件中形成薄膜的层。
在本方法的另一实施方式中，从包括ClF3、ClF5、BrF3、BrF5、IF3、IF5、IF7和/或XeF2的组中选出用于蚀刻的含氟的化合物。优选该化合物在蚀刻步骤中以气态的形式存在。尤其用ClF3实现用相对于硅以及硅基的介电层较高的选择性来蚀刻SiGe牺牲层。在蚀刻时，压力例如可以为≥5Pa到≤1000Pa并且优选≥10Pa到≤100Pa。晶片温度在此可以处于≥-30℃到≤40℃的范围内，并且优选处于≥-18℃到≤-22℃的范围内。此外，用ClF3进行的蚀刻过程对于基底上敏感的结构是非常具有保护性的。
在本方法的另一实施方式中，如此实施具有金属层的基底的结构化，使得金属层至少部分地施加到牺牲层上。这意味着，在去除牺牲层之后在金属层下形成了空间。因此，然后例如能够将金属层用作悬臂的桥、开关或者薄膜。
此外，本发明的主题是微机械的元件，该微机械的元件通过按本发明的方法进行制造。因此，该微机械的元件具有可延展的或者可运动的金属层，该金属层的固有应力会对元件的所希望的功能产生决定性的影响。
在微机械的元件的实施方式中，该元件包括金属层，其中金属层的材料以多晶的组织存在，并且其中≥90％的晶粒具有≥1μm到≤100μm的尺寸。所述晶粒也可以处于≥5μm到≤80μm或者≥15μm到≤60μm的尺寸范围内。例如可以借助于电子显微术确定晶粒的尺寸，并且理解为晶粒的最大的延伸。这种组织相对于纳米晶粒的组织、例如可以直接在金属喷镀之后存在的组织来说具有更小的固有机械应力。
在微机械的元件的另一实施方式中，所述金属层包括铝、金、钽、钛和/或钛-钨。在此也包括前面所述的金属与其它成分的合金。使用铝时特别有利的是，该材料同样可以借助于蚀刻方法进行加工。有利的是，材料的这种选择涉及在制成的元件中形成薄膜的层。
在微机械的元件的另一实施方式中，所述金属层至少部分地构造成薄膜。在此，薄膜理解为布置在空间上方的结构。该薄膜可以处于封闭的空间上方或者敞开的空间上方。此外，该薄膜可以支撑在一个或者多个侧面上。包括可偏移的舌片，所述舌片在端部上持久地接触，并且只有在偏移时形成与导体电路的第二触点。
此外，本发明涉及将按本发明的微机械的元件用作压力传感器、高频开关或者变容二极管。在可以通过SiGe牺牲层沉积精确调节的空间上方具有按本发明回火的金属薄膜的微机械的压力传感器开启了应用这种传感器的新的可能性。同样适用于高频开关，其中可偏移的舌片用于接触。在移动电话中需要智能的并且动态的天线调整电路，从而在设备尺寸越来越小的情况下确保足够的接收和发送质量。在此，变容二极管理解为可变的、可数字调节的电容，所述电容由于其良好的电特性可以用于调整网络。
附图说明
根据下面附图中的实施方式对本发明进行解释。其中：
图1a-1g是按本发明的方法的步骤。
图1a到1g示出了根据其它实施方式的按本发明的方法。为了更好地示出，附图部分地做成截面图。
具体实施方式
在图1a中的第一方法步骤是硅晶片1的热氧化。在此，在硅晶片1的基材上由热产生二氧化硅层2。有利地如此提供硅晶片1，使得其在纯度或者其它参数方面适合于高频技术中的应用。
图1b示出了下一个步骤。该步骤包括在硅晶片1的氧化层2上施加以及结构化第一电极3。该电极的材料例如可以包括铝、镍、铜和/或金。第一电极3的这种结构化也可以称作开始金属化。
在图1c中示出的下一个步骤涉及用二氧化硅层4覆盖第一电极3的至少一部分。由此，也就将电介质施加到电极的至少一部分上。
然后，图1d示出了SiGe牺牲层5、5’的沉积以及结构化，使得该SiGe牺牲层覆盖二氧化硅层4。也就是说，在此通过牺牲层的结构化来确定后面应该裁出哪个区域。可以用SiGe牺牲层额外地覆盖该结构的其它部分，如果应该在方法的后面的过程中裁出所述结构的其它部分。在图1d中还构造了另外的牺牲层5’。SiGe牺牲层可以全表面地施加并且随后相应地进行结构化。
在图1e中示出了下一个方法步骤。该方法步骤涉及在由第二步骤形成的第一电极3的自由表面上选择性地沉积金属6。参考图1b解释第二方法步骤。总之，增强了开始金属化的敞开的表面，从而实现电极的目标尺寸。例如在有镍、铜和/或金的情况下，可以用电离方式进行沉积。相反，借助于喷镀能够沉积铝。
根据图1f的下一个步骤是将包括铝、金、钽、钛和/或钛-钨的层7施加到由第四步骤形成的SiGe牺牲层5上。在图1d中示出了该步骤。该层7后面会变成薄膜。在图1f中还可以看到，还可以继续对该层7进行结构化，方法是在其中形成孔。用于该层的优选的材料是铝。
在施加该层7之后，对硅晶片在从≥100℃到≤400℃的温度下进行回火。通过晶片的以及由此处于晶片上的结构的回火使得所产生的金属的薄膜层的滞后特性能够受到控制并且能够可再现地调节。也可以将额外的随后进行回火的金属层施加到事先沉积的金属层6上。这在图1f中通过层7’示出。
作为最后一步，借助于ClF3对牺牲层5、5’进行蚀刻。最终结果在图1f中示出。现在在薄膜7下是空间。总之获得了高频开关，在该高频开关中能够以静电方式接通优选包括铝、作为替代方案也包括金、钽、钛和/或钛-钨的层。
Claims (10)
1.用于制造微机械的元件的方法，其中，对至少具有金属层(3、6、7、7’)以及包含SiGe的牺牲层(5、5’)的基底(1)进行结构化，并且其中还通过用含氟的化合物进行的蚀刻至少部分地再去除所述牺牲层(5、5’)，
其特征在于，
在蚀刻(去除)所述牺牲层(5、5’)之前，将带有所述牺牲层(5、5’)和所述金属层(3、6、7、7’)的所述基底(1)在≥100℃到≤400℃的温度下进行回火。
2.按权利要求1所述的方法，其中，所述金属层(3、6、7、7’)包括铝、金、钽、钛和/或钛-钨。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中，从包括ClF3、ClF5、BrF3、BrF5、IF3、IF5、IF7和/或XeF2的组中选出用于蚀刻的含氟的化合物。
4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，实施具有所述金属层(7)的所述基底(1)的结构化，使得所述金属层(7)至少部分地施加到所述牺牲层(5)上。
5.按权利要求1到4中任一项所述的方法，包括以下步骤：
a)热氧化硅晶片(1)；
b)在所述硅晶片(1)的氧化层(2)上施加并且结构化第一电极(3)；
c)用二氧化硅层(4)覆盖所述电极(3)的至少一部分；
d)沉积并且结构化SiGe牺牲层(5、5’)，使得SiGe牺牲层覆盖所述二氧化硅层(4)；
e)选择性地将金属(6)沉积在由步骤b)形成的第一电极(3)的自由表面上；
f)将包括铝、金、钽、钛和/或钛-钨的层(7)施加到由步骤d)形成的SiGe牺牲层(5)上；
g)在≥100℃到≤400℃的温度下对硅晶片进行回火；
h)借助于ClF3对所述牺牲层(5)进行蚀刻。
6.通过按权利要求1到5中任一项所述的方法制造的微机械的元件。
7.按权利要求6所述的微机械的元件，包括金属层(3、6、7、7’)，其中，所述金属层的材料以多晶的组织存在，并且其中≥90％的晶粒具有≥1μm到≤100μm的尺寸。
8.按权利要求6或7所述的微机械的元件，其中，所述金属层(3、6、7、7’)包括铝、金、钽、钛和/或钛-钨。
9.按权利要求6到8中任一项所述的微机械的元件，其中，所述金属层(3、6、7、7’)至少部分地构造成薄膜。
10.将按权利要求6到9中任一项所述的微机械的元件用作压力传感器、高频开关或者变容二极管的应用。
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