CN105984841B - 用于在半导体构件的层结构中制造多孔性结构的方法和具有所述多孔性结构元件的mems构件 - Google Patents
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Abstract
一种用于在半导体构件的层结构中制造多孔性结构的方法和具有所述多孔性结构元件的MEMS构件。提出一种用于在半导体构件的层结构中实现极轻的但在机械方面不易弯曲的并且热隔离的结构元件的可能性，其在无高温过程步骤的情况下也能够实现。为此，首先在所述层结构(100)的表面区域中产生模板(20)，其方式是，在分散介质中施加至少一种胶体，随后取出所述分散介质。在此，各个胶体粒子(21)自身布置在模板(20)中。然后，在所述模板(20)的区域中沉积至少一种涂覆材料(23)。在此，所述各个胶体粒子(21)至少部分地以所述涂覆材料(23)包封。随后，移除所述胶体材料(21)，从而在所述模板(20)的区域中仅仅残留由涂覆材料(23)组成的连续包封。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在半导体构件的层结构中制造多孔性结构的方法以及一种具有至少一个所述多孔性结构元件的MEMS构件。
背景技术
通常，由多个电的并且可能机械的功能的共同作用得到半导体构件的总功能性，所述多个电的并且机械的功能在构件的不同的层区域和芯片区域中实现。为此，在制造过程的范畴内有针对性地实现具有不同的限定的电特性和机械特性的层区域和芯片区域。
制造时的一个特别的挑战在于，如此构型过程流程，使得已经在层结构中产生的功能元件的电特性和机械特性不受随后的过程步骤不利地影响。例如，高温过程步骤影响集成电路元件的电特性，这可能损害集成电路元件的功能性。
发明内容
借助本发明提出一种用于在半导体构件的层结构中实现极轻的但在机械方面不易弯曲的并且在热方面隔离的结构元件的可能性，其在没有高温过程步骤的情况下也能够实现。
根据本发明，为此首先在所述层结构的表面区域中产生由微米微粒或者纳米微粒组成的模板(Template)。为此，通过在分散介质中施加至少一种胶体。随后，取出所述分散介质。在此，各个胶体粒子自身以三维的胶体状的晶体布置成模版。然后，在所述模板的区域中沉积至少一种涂覆材料。在此，模板的各个粒子、即胶体粒子完全地或部分地以涂覆材料包封。随后，通过适合的蚀刻过程或者分解过程(Zersetzungsprozess)移除所述胶体材料，从而在所述模板的区域中仅仅残留经模制的由涂覆材料构成的连续包封。
根据初始模板的厚度，由涂覆材料构成的最终的形成物是相对不易弯曲且多孔性的，类似于气溶胶。高度多孔性引起，所述形成物是非常轻的并且具有非常低的热传导率。与此相应，所述形成物可以有利地用于半导体构件的各个区域的或功能元件的热隔离。
根据本发明一方面识别出，可以将通常在芯片制造中所使用的材料的整个系列可以简单地置于分散介质中的胶体的剂型(Darreichungsform)或稠度中。另一方面识别出，在处理半导体构件时也可以使用以胶体相的材料。在此，在气体中优选胶体状乳剂和悬剂以及微滴或者粒子作为分散介质。这些材料系能够实现借助低温标准方法的材料涂覆、例如旋转涂覆(Spincoating)。在此，用于材料涂覆的各个表面区域例如可以简单地借助阴影掩膜来结构化。分散介质在所述涂覆之后可以通过适合的干燥过程、例如适度的热处理或者真空加载(Vakuumbeaufschlagung)从模板取出。由于各个胶体粒子之间的吸引力，它们作为胶体晶体布置在相同形状的单层栅格或多层栅格中，根据本发明其用作用于涂覆材料的模板或者承载部结构。涂覆材料残留在半导体构件的层结构中作为连续的结构元件。与此不同，胶体材料根据本发明充当牺牲材料，其几何形状确定由涂覆材料构成的最终结构元件的孔大小和孔布置并且所述牺牲材料在涂覆过程之后再次从层结构中析出。
为了产生模板，例如可以使用胶体状聚合物悬剂，如其也在其他技术领域中、例如在聚合物纤维的制造中所使用的那样。聚合物材料则可以在涂覆过程之后被热分解或者借助氧等离子体从结构元件中析出。
特别有利的是，使用胶体状SiO2悬剂用于模板的产生，因为SiO2已经在芯片制造的许多方法中用作牺牲层材料。为了析出SiO2胶体材料，可以使用与在SiO2牺牲层蚀刻中相同的蚀刻过程。特别适于此的是HF气相蚀刻过程。
金属氧化物、如Al2O3尤其适合作为涂覆材料，所述金属氧化物适合地以ALD(原子层沉积)方法或者借助CVD(化学气相沉积)方法沉积在层结构的表面上并且沉积到间隙中。在此，在多层模板的情况下，涂覆材料也向前挤入直至下方的层的各个胶体粒子之间的间隙中。Al2O3的显著的优点是，所述材料既不通过氧等离子体也不通过HF气体侵蚀(angreifen)。因为Al2O3涉及电绝缘材料，所以最终的高度多孔性结构有利地用于芯片结构的部分区域的电脱耦合并且尤其也用作电极装置的承载部。
在ASIC构件的范畴内，借助根据本发明的方法产生的结构元件的电特性首先起重要作用。所述电特性显著取决于用于模板的涂覆的材料。因此，在此替代电绝缘材料、如Al2O3，当然也可以使用导电材料，如果所述导电材料相对于移除胶体材料的过程是惰性的。
在MEMS构件的范畴内，也可以使用借助根据本发明的方法产生的结构元件的特殊的机械特性。应用可能性在此是各种各样的。因此，可以使用高度多孔性结构元件作为用于气体传感器、流量传感器或者流传感器
的传感器电阻的热隔离的承载部。容性的压力传感器或者麦克风的固定的对应电极也可以以根据本发明制造的高度多孔性结构元件的形式实现，因为所述对应电极视厚度而定地具有相对大的刚性。此外，所述对应元件的多孔性保证所述对应元件的两侧之间的缓慢的压力均衡，这抵消麦克风信号的由于环境压力的波动引起的失真。
附图说明
如先前已经讨论的那样，存在以有利的方式构型并且扩展本发明的教导的多种可能性。为此，一方面参考从属权利要求而另一方面参考本发明的实施例的以下描述。
图1a至1d以容性的MEMS麦克风构件的制造为例阐明根据本发明的方法。
附图分别以彼此相继的制造阶段示出结构100的剖视图。
具体实施方式
在此处所描述的实施例中，MEMS麦克风构件的麦克风结构以层结构实现在基衬底1上。在此，例如可以涉及硅衬底1。
在第一过程步骤中，使得衬底表面设有氧化硅层2。氧化硅层2一方面用作用于背侧蚀刻过程的蚀刻停止层，其中在限定的区域、即膜片区域中完全移除基衬底1，以便在背侧暴露麦克风膜片10。另一方面，氧化硅层2充当基衬底1和施加到氧化硅层2上的多晶硅层3之间的电绝缘。在后续的过程步骤中，在多晶硅层3中实现麦克风膜片10，其也充当麦克风电容器的膜片电极。
但是，在这之前首先仍将厚的氧化硅层4施加到多晶硅层3上，所述氧化硅层用作牺牲层4并且其厚度限定麦克风膜片10与固定的对应元件11之间的间距。所述对应元件11用作用于麦克风电容器的固定的对应电极12的承载部。在此，对应电极12以经结构化的多晶硅电极的形式实现在牺牲层4的表面中。所述对应电极构造在麦克风膜片3上方的区域中。
在下一过程步骤中，将另一多晶硅层5施加到层结构100上并且在膜片区域中敞开。
图1a示出在多晶硅层5的敞开区域中已经产生了模板20之后的层结构100。模板20布置在牺牲层4上在经结构化的多晶硅电极12上方并且在此在整个膜片区域上延伸。所述模板由胶体粒子21的栅格状布置组成，所述胶体粒子由硅氧化物构成。
为了产生所述模板20，以旋转涂覆方法在使用阴影掩膜的情况下将微米尺度的或者纳米尺度的SiO2球体21的胶体状悬剂施加到层结构100的表面上。在随后的使液态的分散介质挥发的干燥过程期间，作用在SiO2球体21之间的吸引力引起SiO2球体21的规则的栅格状布置。
因为如此产生的模板20应当在其厚度和平面延展方面限定声学可穿透的固定的对应元件11，所以所述模板在此处所描述的实施例中在随后的结构化步骤中还设有贯通开口22。图1b示出，所述贯通开口22与对应电极12的结构相对应。
在随后的过程步骤中才将材料23施加到层结构上，对应元件11应当由所述材料构成。在此，模板20用作用于对应元件11的孔的内部形状。在此，Al2O3用作用于对应元件11的材料23。在ALD方法中，所述材料沉积在模板20的区域中。在此，不仅模板20的最上层的SiO2球体21而且下方的层中的SiO2球体21以薄的Al2O3薄膜23涂覆，其在图1c中示出。
然后暴露如此产生的连续的Al2O3形成物23，其方式是，首先从孔中析出SiO2胶体材料21，然后也移除膜片区域中的SiO2牺牲层4。有利地，在HF气相蚀刻过程中实现SiO2材料的析出和移除。在此，既不侵蚀对应元件11的Al2O3 23也不侵蚀对应电极12的和麦克风膜片10的硅。此外，沉积在模板20上的Al2O3形成物23对于气态的HF而言是可穿透的，从而在移除胶体材料21之后也完全平面地、即通过Al2O3形成物23中的孔地侵蚀牺牲层材料4。图1d示出，一直继续HF蚀刻侵蚀直至也暴露多晶硅层3中的膜片10。
因此，在此示出的麦克风构件100的麦克风结构包括由多晶硅构成的麦克风膜片10和具有贯通开口22的声学可穿透的固定的对应元件11，所述麦克风膜片跨越构件背侧中的开口13，所述对应元件用作用于对应电极12的承载部。在层结构中，对应元件11构造在麦克风膜片11上方并且与其有间距地构造。对应电极12布置在对应元件11的面向麦克风膜片10的下侧上。根据本发明，对应元件11以高度多孔性的但在机械方面不易弯曲的且对于声波可穿透的形成物的形式实现，所述形成物由Al2O3构成。所述对应元件11的多孔性能够实现所述对应元件11的两侧之间的缓慢的压力均衡。通过这种方式可以显著降低环境压力对麦克风信号的影响。
在一种替代的构型中，也可以在自由承载的膜片结构上施加连续的Al2O3形成物23，所述膜片结构通过对应电极12构成。
Claims (13)
1.一种用于在半导体构件的层结构中制造多孔性结构的方法，所述层结构(100)包括多晶硅层(3)和布置在该多晶硅层(3)上的牺牲层(4)，在多晶硅层(3)中能实现麦克风膜片(10)，在牺牲层(4)的表面中能实现对应电极(12)，所述方法包括以下方法步骤：
通过在分散介质中施加至少一种胶体并且随后取出所述分散介质来在所述层结构(100)的牺牲层(4)的表面区域中产生模板(20)，其中，各个胶体粒子(21)自身布置在模板(20)中，模板(20)设有贯通开口(22)，所述贯通开口与所述对应电极(12)的结构相对应，
在所述模板(20)的区域中沉积至少一种涂覆材料(23)，其中，所述各个胶体粒子(21)至少部分地以所述涂覆材料(23)包封，
移除所述胶体粒子(21)，从而在所述模板(20)的区域中仅仅残留由涂覆材料(23)构成的连续包封，所述连续包封构成对应元件，然后经由所述贯通开口也移除所述麦克风膜片(10)的膜片区域中的牺牲层(4)直至暴露多晶硅层(3)中的麦克风膜片(10)，其中，所述对应元件在此用作用于对应电极(12)的承载部。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了产生所述模板(20)而在液态的或者气态的分散介质中使用胶体。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，使用胶体状的聚合物悬剂来产生所述模板。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，使用胶体状的SiO2悬剂来产生所述模板(20)和/或所述牺牲层(4)是SiO2牺牲层。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，使用Al2O3作为涂覆材料(23)。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，借助HF气相蚀刻或者借助氧等离子体移除所述胶体粒子(21)和/或所述牺牲层(4)。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，为了产生所述模板(20)而在气体中使用胶体状乳剂或者悬剂。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，为了产生所述模板(20)而在气体中使用胶体状微滴。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，为了产生所述模板(20)而在气体中使用胶体状粒子。
10.一种MEMS构件，所述MEMS构件的微机械结构以层结构实现，其特征在于至少一个多孔性结构元件(11)，所述至少一个多孔性结构元件以根据权利要求1至9中任一项所述的方法制造，其中，所述结构元件(11)在至少一个连续的区域中具有孔，所述孔至少部分地由涂覆材料(23)包封。
11.根据权利要求10所述的MEMS构件，其中，所述多孔性结构元件(11)涉及自由承载的膜片结构。
12.根据权利要求10所述的MEMS构件，其中，所述结构元件的所述至少一个连续的区域施加在自由承载的膜片结构上。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的MEMS构件，其中，所述MEMS构件具有麦克风结构，该麦克风结构包括声学敏感的麦克风膜片(10)和与所述麦克风膜片间隔开的、声学可穿透的对应元件，并且所述麦克风膜片(10)和所述对应元件充当用于麦克风电容器装置的电极的载体，其特征在于，所述对应元件实现为多孔性结构元件，所述多孔性结构元件的多孔性能够实现所述对应元件的两侧之间的缓慢的压力均衡。
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