CN110809711A - 微机电(mems)法布里-珀罗干涉仪、其制造装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种微机电(MEMS)法布里‑珀罗干涉仪(100)，包括透明基板(110)；第一金属镜结构(120)，其位于透明基板(110)上，包括第一金属层(121)和第一支撑层(122‑123)；第二金属镜结构(130)，考虑到透明基板(110)，该第二金属镜结构(130)位于第一金属镜结构(120)的相对侧上，在第一金属镜结构(120)上方，第二金属镜结构(130)包括第二金属层(131)和第二支撑层(132‑133)，其中第一支撑层(122‑123)和第二支撑层(132‑133)平行并且包括氧化铝或二氧化钛中的至少一种；法布里‑珀罗腔(140)，其位于第一支撑层(122‑123)与第二支撑层(132‑133)之间，其中法布里‑珀罗腔(140)通过在第一镜结构(120)上提供绝缘层(141)并且在提供第二镜结构(130)之后至少部分移除绝缘层(141)而形成；电极(150‑151)，其用于提供到第一金属层(121)和第二金属层(131)的电接触。
Description
技术领域
本申请一般涉及一种半导体装置。具体但非排他地，本申请涉及一种法布里-珀罗干涉仪(FPI)、法布里-珀罗干涉仪(FPI)的生产方法和装置。更具体地，本申请涉及用微机电(MEMS)技术生产的电可调谐法布里-珀罗干涉仪(FPI)。
背景技术
本节图示了有用的背景信息，而无需本文中所描述的代表现有技术的任何技术的许可。
例如，法布里-珀罗干涉仪(FPI)通常用作光学滤波器和光谱传感器。法布里-珀罗干涉仪(FPI)基于平行镜，其中(法布里-珀罗)腔被形成到镜之间的间隙中。
法布里-珀罗干涉仪(FPI)的通带波长可以通过调整镜之间的距离(即，间隙的宽度)来控制。通常以电子方式做出调谐。
微机电技术可以被用于生产电可调谐法布里-珀罗干涉仪(FPI)。微机电干涉仪的现有技术结构通常包括硅层，其中导电层和反射层被掺杂。通过移除牺牲二氧化硅层来提供可移动镜，该牺牲二氧化硅层最初已经被形成在两个镜层之间。可移动镜的位置通过对被包括在镜结构中的电极施加电压来控制。
微机电生产技术允许批量生产干涉仪。然而，存在与用于生产干涉仪和干涉仪部件的现有技术解决方案有关的一些缺点。
已知解决方案利用法布里-珀罗干涉仪(FPI)内的镀银镜。此外，由于可移动释放镜，干涉仪的切割、包封和运输需要特殊处理。释放镜对环境应力(诸如物理压力、温度或湿度改变、污染等)敏感。
由于干涉仪的生产成本相对较高，所以不可能在成本要求严格的批量产品应用中使用它们。
已知解决方案的另一缺点涉及不能为镜之间的短距离提供间隙。这是由于提供狭窄间隙的湿法蚀刻工艺是困难的。此外，当生产针对可见光和紫外光的法布里-珀罗干涉仪(FPI)时，光学层需要很薄。薄膜通常是不连续的，并且包括针孔。这种膜在湿法蚀刻期间容易损坏。因此，现有技术不适合用于生产针对诸如可见光和紫外线范围的短波长的电可调谐法布里-珀罗干涉仪(FPI)。
本发明的目的是提供一种减轻例如现有技术的上述问题的方法和装置。
发明内容
在权利要求中阐明了本发明的示例的各个方面。
根据本发明的第一示例方面，提供了一种微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪，其包括：
透明基板；
第一金属镜结构，其位于透明基板上，包括第一金属层和第一支撑层；
第二金属镜结构，考虑到透明基板，该第二金属镜结构位于第一金属镜结构的相对侧上，在第一金属镜结构上方，第二金属镜结构包括第二金属层和第二支撑层，其中第一支撑层和第二支撑层平行，并且包括氧化铝或二氧化钛中的至少一种；
法布里-珀罗腔，其位于第一支撑层与第二支撑层之间，其中法布里-珀罗腔通过在第一镜结构上提供绝缘层并且在提供第二镜结构之后至少部分移除绝缘层而形成；以及
电极，其用于提供到第一金属层和第二金属层的电接触。
在实施例中，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪还包括：
第一氧化铝层，其布置在透明基板的下方；以及
第二氧化铝层，其布置在透明基板上方，其中第二氧化铝层是第一金属镜结构的第一支撑层的一部分。
在实施例中，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪还包括：
下绝缘层，其布置在第一氧化铝层下方，其中下绝缘层包括原硅酸四乙酯。
在实施例中，第一金属镜结构的第一金属层被布置在第二氧化铝层上方。
在实施例中，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪还包括：
第三氧化铝层，其布置在第一金属层上方，其中第三氧化铝层是第一金属镜结构的第一支撑层的一部分。
在实施例中，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪还包括：
第一电接触，其被布置为与第一金属层(121)连接，其中通过湿法蚀刻移除第三氧化铝层在第一电接触与第一金属层之间的一部分。
在实施例中，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪还包括：
绝缘层，其布置在第三氧化铝层上方，其中绝缘层包括原硅酸四乙酯。
在实施例中，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪还包括：
第四氧化铝层，其布置在绝缘层上方，其中第四氧化铝层是第二金属镜结构的第二支撑层的一部分。
在实施例中，第二金属镜结构的第二金属层被布置在第四氧化铝层上方。
在实施例中，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪还包括：
第五氧化铝层，其布置在第二金属层上方，其中第五氧化铝层是第二金属镜结构的第二支撑层的一部分。
在实施例中，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪还包括：
第二电接触，其被布置为与第二金属层连接，其中通过湿法蚀刻移除第五氧化铝层在第二电接触与第二金属层之间的一部分。
在实施例中，第二金属镜结构包括用于移除绝缘层的至少一部分的通孔，以在第一金属镜结构和第二金属镜结构之间提供可调谐法布里-珀罗腔。
在实施例中，透明基板包括熔融石英玻璃或熔融石英玻璃；氧化铝包括Al2O3；以及二氧化钛包括TiO2。
在实施例中，至少一层包括原子层沉积(ALD)生长的氧化铝层或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)层。
根据本发明的第二示例方面，提供了一种半导体装置，其包括第一方面的法布里-珀罗干涉仪。
根据本发明的第三示例方面，提供了一种用于制造微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪的方法，该方法包括：
提供透明基板；
在透明基板上沉积第一金属镜结构，该第一金属镜结构包括第一金属层和第一支撑层；
考虑到透明基板，在第一金属镜结构的相对侧上，在第一金属镜结构上方沉积第二金属镜结构，该第二金属镜结构包括第二金属层和第二支撑层，其中第一支撑层和第二支撑层平行，并且包括氧化铝或二氧化钛中的至少一种；
在第一支撑层与第二支撑层之间形成法布里-珀罗腔，从而通过在第一金属镜结构上提供绝缘层并且在提供第二金属镜结构之后至少部分移除绝缘层来形成腔；以及
形成用于提供与第一金属层和第二金属层的电接触的电极。
前面已经说明了本发明的不同的非约束性示例方面和实施例。前面的实施例仅用于解释可以在本发明的实现方式中利用的选定方面或步骤。可以仅参考本发明的某些示例性方面来呈现一些实施例。应当领会，对应实施例还可以应用于其他示例方面。
附图说明
为了更完整地理解本发明的示例实施例，现在，参考以下结合附图进行的描述，其中
图1图示了根据本发明的实施例的微机电系统(MEMS)法布里-珀罗干涉仪的示意图；
图2图示了根据本发明的实施例的微机电系统(MEMS)法布里-珀罗干涉仪的另一示意图；
图3图示了根据本发明的实施例的电可调谐法布里-珀罗干涉仪(FPI)的示例性生产过程阶段；
图4图示了根据本发明的实施例的方法的流程图；以及
图5图示了根据本发明的实施例的包括微机电系统(MEMS)法布里-珀罗干涉仪的装置的另一示意图。
具体实施方式
在实施例中，公开了一种微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪。例如，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪技术还可以被用于具有混合集成有源电路的多芯片模块技术的集成平台内。
微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪技术可以被制造为适合在洁净室中进行薄膜处理的任何透明基板。由于熔融硅石或石英的优良性能，所以它们通常被用于MEMS应用。
熔融石英和熔融硅石是石英的无定形形式。熔融石英通过纯化和熔化天然晶体石英(通常是天然石英砂)制成。熔融石英是较纯净版本的熔融石英，其由各种硅气制成。化学上称为SiO2的硅石是“纯”玻璃。所有其他商用玻璃均为添加了其他掺杂剂以降低熔融温度并且修改光学、热和机械特点的SiO2。
熔融石英或熔融硅石的透明基板具有许多优点。这种基板的膨胀系数极低，使其比任何其他耐火材料都具有更高的抗冲击性。相较于任何标准玻璃，它具有更好的透射特点：标准半导体级熔融石英为220纳米至3微米，以及许多类型的熔融硅石为175纳米至3微米。它具有任一玻璃中最高的温度特点。依据部件的大小和形状，最高连续承受900℃至1100℃的温度，并且可以在短时间内在高达1400℃的温度下使用。介电常数非常低，并且具有几乎所有已知材料中最低的损耗角正切值。导热系数很低，可以被熔化、弯曲、熔合、拉伸、焊接成管和棒的形式、研磨和抛光。它比大多数玻璃更坚硬，可以被制成任何形状和相对较大的尺寸，并且对非氟化酸、溶剂和等离子体具有出色的抵抗力，并且对于包含许多高纯度化学品而言非常出色，但对于大型部件而言，其价格仍低于蓝宝石。
通过参考附图中的图1至图5可以理解本发明及其可能的优点。在本文档中，相同的附图标记表示相同的部件或步骤。
图1图示了根据本发明的实施例的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪100的示意图。
半导体装置可以包括微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪100和其他元件，诸如可以被耦合在微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪100顶部或下方的管芯(未示出)。更进一步地，电路板(未示出)可以被耦合在微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪100的顶部或下方。焊料球可以用于耦合。
半导体装置可以进一步包括集成无源设备(IPD)，其在一些实现方式中，可以包括电容器(例如，去耦电容器)、电阻器、或电感器。例如，集成无源设备(IPD)可以被布置在半导体装置的第一表面(例如，顶部表面)或第二表面上。
微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪100包括透明基板110、第一金属镜结构120、第二金属镜结构130、法布里-珀罗腔140、以及电极150-151。
第一金属镜结构120被布置在透明基板110上，包括第一金属层121和第一支撑层122-123。
考虑到透明基板110(图1下方)，第二金属镜结构130被布置在第一金属镜结构120的相对侧上，在第一金属镜结构120的上方(图1上方)，第二金属镜结构130包括第二金属层131和第二支撑层132-133，其中第一支撑层122-123和第二支撑层132-133基本上平行并且包括氧化铝或二氧化钛中的至少一种。
在第一支撑层122-123与第二支撑层132-133之间生成法布里-珀罗腔140，由此法布里-珀罗腔140通过在第一镜结构120上提供绝缘层141并且在提供第二镜结构130之后至少部分移除绝缘层141而形成。通过形成这种腔140，第二金属镜结构130通过由驱动电极提供的静电致动而朝向第一金属镜结构120可移动。
至少两个电极150-151被布置为用于提供与第一金属层121和第二金属层131的电接触。
第一氧化铝层111可以被布置在透明基板110下方，并且第二氧化铝层122被布置在透明基板110上方，其中第二氧化铝层122是第一金属镜结构120的第一支撑层122-123的一部分。
下绝缘层112可以被布置在第一氧化铝层111下方，其中下绝缘层112包括原硅酸四乙酯(TEOS)。
在实施例中，至少一个绝缘层112，141可以包括例如由原硅酸四乙酯(TEOS)制成的二氧化硅。
第一金属镜结构120的第一金属层121可以被布置在第二氧化铝层122上方。
第三氧化铝层123可以被布置在第一金属层121上方，其中第三氧化铝层123是第一金属镜结构120的第一支撑层122-123的一部分。
第一电接触150可以被布置为与第一金属层121连接，其中例如通过湿法蚀刻移除第三氧化铝层123在第一电接触150与第一金属层121之间的一部分。例如，当选择性足够时，还可以使用干法蚀刻。
绝缘层141可以被布置在第三氧化铝层123上方，其中绝缘层141包括原硅酸四乙酯(TEOS)。
第四氧化铝层132可以被布置在绝缘层140上方，其中第四氧化铝层132是第二金属镜结构130的第二支撑层132-133的一部分。
第二金属镜结构130的第二金属层131可以被布置在第四氧化铝层132上方。
第五氧化铝层133可以被布置在第二金属层131上方，其中第五氧化铝层133是第二金属镜结构130的第二支撑层132-133的一部分。
第二电接触151可以被布置为与第二金属层131连接，其中例如通过湿法蚀刻移除第五氧化铝层133在第二电接触151与第二金属层131之间的一部分。
第二金属镜结构130包括通孔134，其用于移除绝缘层141的至少一部分，以在第一金属镜结构120与第二金属镜结构130之间提供法布里-珀罗腔140。
在实施例中，通过用HF蒸气移除牺牲氧化物层(绝缘层141的一部分)来处理法布里-珀罗腔140。氢氟酸(HF)是微机械加工中使用的氧化硅类型的理想蚀刻剂，因为它可以提供快速的蚀刻速率并且对硅具有高选择性。HF蚀刻可以被用于在MEMS制造中移除牺牲氧化物层。
在实施例中，透明基板110包括例如熔融石英玻璃或熔融硅石玻璃，氧化铝包括Al2O3，以及二氧化钛包括TiO2。
支撑层122-123、132-133中的至少一个支撑层包括Al2O3或TiO2涂覆的法布里-珀罗干涉仪(FPI)镜。
例如，可以使用ALD(原子层沉积)来沉积Al2O3涂层。
Al2O3还可以在制造工艺流程中被用作金属层121、131的保护层，例如，抵抗湿法刻蚀。
在实施例中，第一金属层121和第二金属层131可以被图案化为某些形状和/或多个区域，而这种形状/区域可以形成对镜结构120，130中的至少一个镜结构的静电致动。
在实施例中，第一金属镜结构120包括至少一个凹槽124，以将第一金属层121划分成可以形成致动/驱动电极的几个区域。通过将这种电极连接到某些DC或AC信号，第二镜结构130可以被拉向第一镜结构120。
在实施例中，镜功能由金属层121、131提供。更进一步地，目标是提供一种悬挂金属镜结构130，该镜金属结构130在与底部金属层121和相关联的金属镜结构120组合时形成可调谐法布里-珀罗干涉仪100。氧化铝层可以被布置为支撑一个或多个这种结构的一个或多个金属层。
在实施例中，第一金属层121可以被蚀刻成某些形状和/或多个区域，并且可以形成凹槽124。
在实施例中，第一第二层131可以被蚀刻成某些形状和/或多个区域，并且可以形成凹槽和/或通孔134。
图2图示了根据本发明的实施例的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪100的另一示意图。
在实施例中，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪100还包括对金属镜结构120、130中的至少一个金属镜结构的电控制。金属镜结构120、130中的至少一个金属镜结构可以用作光束结构(例如，第二金属镜结构130)，其两端均被固定到微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪100的固定元件上。
在实施例中，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪100还可以包括至少一个下驱动电极210，其设置在光束结构(例如，第二金属镜结构130)下方；以及至少一个上驱动电极211，其设置在光束结构(例如，第二金属镜结构130)面向基板110的下表面上。因此，当电势差被布置在上驱动电极211与下驱动电极210之间时，光束结构(例如，第二金属镜结构130)通过静电引力而被吸引向基板110，使得金属镜结构120、130之间的距离被改变，并且微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪100的特性基于针对电极210、211的控制信号而被调整。
在实施例中，驱动电极210、211可以分别与金属镜结构120、130的金属层121、131集成在一起，以为电势差提供偏置电压。
此外，法布里-珀罗腔140(空气间隙)存在于金属镜结构120、130之间以及电极210、211之间。
在实施例中，当偏置电压(在驱动电极或金属层上)被施加时，至少一个电极可以被热膨胀并且沿腔140的方向移位。
在实施例中，当偏置电压被施加时，第二偏置电极131、211可以带正电，从而导致正(+)电荷的积累，并且第一偏置电极121、210可以带负电，从而导致(-)电荷的积累。同时，腔140上的电荷可以维持为0，与偏置电压的施加无关。然而，实际上，电荷累积经常发生在腔140上。因此，在140内的绝缘子上检测到的电荷并不总是为0。
在实施例中，金属镜结构120、130可以以替代方式相对于彼此可移动。例如，金属镜结构120的底部金属层121可以被图案化(凹槽124)以形成电极区域(凹槽124之间的部分)，该电极区域可以与图案化的上镜电极131区域一起被用于上镜结构130在DC或AC模式下的静电致动。
图3示出了根据本发明的实施例的电可调谐法布里-珀罗干涉仪(FPI)的示例性生产过程阶段。
在阶段310中，透明基板110(诸如石英基板)被提供，并且使用氧化铝(诸如Al2O3)涂覆透明基板110的上表面和下表面，以提供被布置在透明基板110下方的第一氧化铝层111和被布置在透明基板110上方的第二氧化铝层122。
层111、122的厚度通常是所关注层的材料内的辐射的操作波长的四分之一或一半。在这种情况下，层111、122的厚度可以例如为20nm。例如，这些层111、122可以通过ALD(原子层沉积)工艺而被沉积在基板110上。ALD工艺的温度可以是例如100-300℃。然而，由于在该阶段处尚未提供绝缘聚合物层(用于FPI腔)，所以还可以使用利用较高温度的备选工艺。
在阶段320中，下绝缘层112被布置在第一氧化铝层111下方，其中下绝缘层112包括原硅酸四乙酯(TEOS)。例如，可以使用ALD来沉积下绝缘层112。下绝缘层112的厚度可以是例如50nm。更进一步地，第一金属层121被布置在第二氧化铝层122的顶部上。第一金属层121可以包括例如Ag(银)。例如，可以通过使用诸如Ag之类的合适金属的溅射或蒸发来形成第一金属层121。第一金属层121形成FPI 100的镜的电极。可以对第一金属层121进行图案化并且湿法蚀刻以便从图案外部的所需位置321移除金属。例如，第一金属层121可以被蚀刻成某些形状和/或多个区域，并且可以形成凹槽124。
在阶段330中，第三氧化铝层123被布置在第一金属层121上方，其中第三氧化铝层123是第一金属镜结构120的第一支撑层122-123的一部分。例如，层123可以通过ALD(原子层沉积)工艺而被沉积。例如，层123的厚度可以是20nm。
绝缘层331被布置在第三氧化铝层123上方，其中绝缘层331包括原硅酸四乙酯(TEOS)。例如，绝缘层331可以使用ALD而被沉积。绝缘层331的厚度可以是例如50nm。
更进一步地，第一电接触150被布置为与第一金属层121连接，其中例如通过湿法蚀刻移除第三氧化铝层123(和绝缘层331)在第一电接触150和第一金属层121之间的一部分。
在阶段340中，绝缘层141被布置在第三氧化铝层123(和绝缘层331)上方，其中绝缘层141例如包括原硅酸四乙酯(TEOS)。例如，绝缘层141可以通过ALD(原子层沉积)工艺而被沉积。例如，层141的厚度可以是1450nm。
更进一步地，绝缘层141可以在第一电接触150上方使用氧化物蚀刻(例如，STSAOE(高级氧化物蚀刻))而被蚀刻。
在阶段350中，第四氧化铝层132被布置在绝缘层141上方。例如，第四氧化铝层132可以通过ALD(原子层沉积)工艺而被沉积。例如，层132的厚度可以是70nm。
更进一步地，第二金属层131被布置在第四氧化铝层132上方，并且第五氧化铝层133被布置在第二金属层131上方，其中第四氧化铝层132和第五氧化铝层133是第二金属镜结构130的第二支撑层132-133的一部分。
例如，第二金属层131可以包括Ag(银)。例如，第二金属层131可以通过使用诸如Ag之类的合适金属的溅射或蒸发而被形成。第二金属层131形成FPI 100的镜的电极。可以对第二金属层131进行图案化并且湿法蚀刻以便从图案外部的所需位置移除金属。
例如，第四氧化铝层和第五氧化铝层132-133可以通过ALD(原子层沉积)工艺而被沉积。例如，每个层132、133的厚度可以是70nm。可以在第五氧化铝层133上方布置另一绝缘层351，其中该另一绝缘层例如包括原硅酸四乙酯(TEOS)。例如，另一绝缘层351可以通过ALD(原子层沉积)工艺而被沉积。例如，另一绝缘层351的厚度可以是50nm。
更进一步地，第二电接触151被布置为与第二金属层131连接，其中第五氧化铝层133(和另一绝缘层351)在第二电接触151与第二金属层131之间的一部分例如通过湿法蚀刻而被移除。
例如，第二电接触151可以包厚度为500nm的铝。
在阶段360中，第二金属镜结构130被处理，以提供用于移除绝缘层141的至少一部分的通孔134，以在第一金属镜结构120与第二金属镜结构130之间提供法布里-珀罗腔140。图案化和蚀刻可以用于在第二金属镜结构130中提供通孔134。这些孔用于移除绝缘层141的一部分。更进一步地，绝缘层141和第二支撑层132-133可以使用氧化物刻蚀(例如，第一电接触150上方的STS AOE(高级氧化物刻蚀))而被刻蚀。等离子体刻蚀可以并用于处理通向第二金属镜结构130的通孔134。
更进一步地，还执行背面光刻以及湿法蚀刻，正面由光致抗蚀剂(PR)保护。下绝缘层112的部分被移除，并且金属层元件361(例如，铝)被布置在下绝缘层112的下方。通过移除下绝缘层112的一部分，提供了孔。例如，该孔可以用于将光传递到FPI 100。
在实施例中，例如，可以使用PECVD硅烷工艺/氧化来利用至少一层的沉积。
在实施例中，至少一个阻挡层可以被形成为在至少一个金属层的表面上延伸的金属层元件。
阻挡层可以包括低压化学气相沉积氮化物(LPCVD SiN)或等离子体增强化学气相沉积氮化物(PECVD SiN)。
半导体装置的至少一个绝缘层可以包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)层，诸如原硅酸四乙酯(TEOS)。
图4示出了根据本发明的实施例的方法的流程图。
在步骤410中开始用于制造微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪的方法。
在步骤420中，透明基板被提供。该步骤可以包括例如将基板带入典型的反应器工具(例如，适合进行ALD型工艺的工具)的反应空间。
在步骤430中，第一金属镜结构被沉积在透明基板上，该第一金属镜结构包括第一金属层和第一支撑层。
在步骤440中，考虑到透明基板，在第一金属镜结构的相对侧上，在第一金属镜结构上方沉积第二金属镜结构，第二金属镜结构包括第二金属层和第二支撑层，其中第一支撑层和第二支撑层平行并且包括氧化铝或二氧化钛中的至少一种。
在步骤450中，在第一支撑层与第二支撑层之间形成法布里-珀罗腔，从而通过在第一金属镜结构上提供绝缘层并且在提供第二金属镜结构之后至少部分移除绝缘层来形成腔。
在步骤460中，形成用于提供与第一金属层和第二金属层的电接触的电极。
在步骤470中，方法结束。
可以以与所呈现的顺序不同的顺序执行上述方法步骤，并且可以在图4的步骤之间执行其他步骤。
在实施例中，可以在基板的表面上形成包括氧化铝的钝化层，以通过在钝化层与导电电极之间制作阻挡层来保护免受钝化层和导电电极之间的化学相互作用引起的影响。
可以通过以下各项，在钝化层上的包括钛和氧、钽和氧、锆和氧、铪和氧、或这些中的任何组合、或这些中的任何与铝和氧的组合的阻挡层可以被沉积：使钝化层在反应空间中暴露于两种或更多种不同前体的交替重复的表面反应，其中前体中的至少一种前体是氧的前体；以及通过在阻挡层上制作包括铝浆的层，在沉积在钝化层上的阻挡层上形成导电电极。
随后，可以将反应空间抽至适合于形成包括氧化铝的钝化层的压力。反应空间可以使用例如机械真空泵而被抽至合适的压力，或者在大气压ALD系统和/或工艺的情况下，可以设置气流以保护沉积区不受大气影响。基板还可以通过所使用的方法而被加热至适合于形成钝化层的温度。基板可以通过例如气密负载锁定系统或仅通过装载口而被引入反应空间。可以通过例如也加热整个反应空间的电阻加热元件来加热基板。
在基板和反应空间已经达到目标温度和适合沉积的其他条件之后，硅表面可以被调节，使得钝化沉积物可以基本上被直接沉积在表面上。对将在其上沉积钝化层的表面进行的这种调节可以包括从杂质和/或氧化中化学纯化膜的表面。尤其是，当硅表面已经经由氧化环境被导入反应空间时(例如，当将暴露的表面从一个沉积工具传送到另一沉积工具时)，移除氧化物是有益的。鉴于本说明书，从硅膜的表面移除杂质和/或氧化物的工艺的细节对于技术人员而言是显而易见的。在本发明的一些实施例中，调节可以在非原位进行，即，在适合于ALD型工艺的工具外部进行。
在对基板进行了调节之后，可以开始使沉积表面交替暴露于不同的前体化学品，以在硅基板上直接形成钝化层(包括例如氧化铝)。由于对应前体与沉积表面的吸附反应，沉积表面对前体的每次暴露导致沉积表面上的附加沉积物的形成。
适用于ALD型沉积的典型反应器包括系统，其用于将载气(诸如氮气或氩气)引入到反应空间中，使得在将下一前体化学品引入到反应空间之前，可以从过量化学品和反应副产物中清除反应空间。该特征与控制的汽化前体的剂量一起使得能够将基板表面交替地暴露于前体，而不会在反应空间或反应器的其他部分中大量混入不同前体。在实践中，载气流通常在整个沉积过程中连续地通过反应空间，并且仅各种前体与载气一起被交替地引入反应空间。
基板上的钝化层的厚度可以通过沉积表面暴露于不同前体的次数来控制。增加钝化层的厚度直到达到目标厚度，之后至少一个绝缘体层被沉积。
在本发明的一个实施例中，在钝化层的沉积结束之后，立即在相同沉积工具中以ALD型工艺进行绝缘层的沉积。在这种情况下，绝缘体层的沉积可以简单地通过将前体化学品从用于沉积钝化层的化学品改变为适合于沉积绝缘体层的化学品开始。
在实施例中，半导体装置包括键合引线封装，该键合引线封装包括堆叠在管芯上的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪。管芯可以被设置在引线框架上。引线框架可以是引脚栅格阵列(PGA)封装、四方扁平无引线(QFN)封装、或其他封装。引线框架可以包括第一焊盘，并且可以被安装在PCB上。中间层可以被布置在微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪与管芯之间，并且将微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪连接到管芯。微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪、管芯和中间层可以替换微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪和管芯。
在实施例中，金属化层可以包括无源设备、无源设备的各部分和/或互连设备(例如，耦合器、跳线、迹线等)。
微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪可以包括绝缘层或第二基板以及金属化层。绝缘层或第二基板被设置在金属化层之间。绝缘层或第二基板可以包括通孔。通孔可以是玻璃通孔(TGV)或硅通孔(TSV)。
附加焊盘可以被设置在微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪上。焊盘可以通过键合导线而被连接到第一焊盘。焊盘可以例如被连接到金属化层和/或金属化层中的无源设备。
如所公开的，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(FPI)100芯片可以覆盖比介电镜MEMS-FPI更大的波长范围。通常，介电镜MEMS-FPI可以在设计波长附近的±10…15％的波长范围内进行调谐。在操作波长范围之外，介电镜MEMS-FPI具有高透射率。然而，微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(FPI)100的金属镜仅透射FPI气隙140与相长干涉相对应的光谱带。例如，这就是为什么可以将其用于基于RGB型图像传感器的宽光谱范围高光谱成像器中的原因。
图5图示了根据本发明的实施例的包括微机电系统(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(FPI)100的装置500的另一示意图。
装置500可以包括例如高光谱成像器。
在实施例中，高光谱成像器500包括微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(FPI)100，如所示出的。微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(FPI)100被布置在例如包括用于光的孔的支撑板710上。例如参见图1至图3，用于生成孔。
在实施例中，微机电系统(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(FPI)芯片100被放置在两个晶圆级光学透镜720-730之间。第一透镜720(晶圆级成像透镜)使进入FPI 100的光准直，而第二透镜730(晶圆级聚焦透镜)将目标图像聚焦到图像传感器740。因此，可以构建立方厘米尺寸内的非常紧凑的高光谱成像器500。
在不以任何方式限制以下出现的权利要求的范围、解释或应用的情况下，本文中所公开的示例实施例中的一个或多个示例实施例的技术效果是微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪的改进性能。本文中所公开的示例实施例中的一个或多个示例实施例的另一技术效果是微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪的改进的制作工艺。本文中所公开的示例实施例中的一个或多个示例实施例的另一技术效果是提供了一种可靠且紧凑的半导体装置。本文中所公开的示例实施例中的一个或多个示例实施例的又一技术效果是具有广泛多种操作波长的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪的有限尺寸。
尽管在独立权利要求中陈述了本发明的各个方面，但是本发明的其他方面包括来自所描述的实施例和/或从属权利要求的特征与独立权利要求的特征的其他组合，而不仅仅是权利要求中明确列出的这些组合。
本文中，还应当指出，尽管以上描述了本发明的示例实施例，但是这些描述不应以限制性的意义来理解。相反，在不背离所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，可以做出几种变型和修改。
Claims (15)
1.一种微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，包括：
透明基板(110)；
第一金属镜结构(120)，位于所述透明基板(110)上，包括第一金属层(121)和第一支撑层(122-123)；
第二金属镜结构(130)，考虑到所述透明基板(110)，所述第二金属镜结构(130)位于所述第一金属镜结构(120)的相对侧上，在所述第一金属镜结构(120)上方，所述第二金属镜结构(130)包括第二金属层(131)和第二支撑层(132-133)，其中所述第一支撑层(122-123)和所述第二支撑层(132-133)平行并且包括氧化铝或二氧化钛中的至少一种；
法布里-珀罗腔(140)，在所述第一支撑层(122-123)与所述第二支撑层(132-133)之间，由此所述法布里-珀罗腔(140)通过在所述第一镜结构(120)上提供绝缘层(141)并且在提供所述第二镜结构(130)之后至少部分移除所述绝缘层(141)而被形成；以及
电极(150-151)，用于提供与所述第一金属层(121)和所述第二金属层(131)的电接触。
2.根据权利要求1所述的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，还包括：
第一氧化铝层(111)，被布置在所述透明基板(110)的下方；以及
第二氧化铝层(122)，被布置在所述透明基板(110)上方，其中所述第二氧化铝层(122)是所述第一金属镜结构(120)的所述第一支撑层(122-123)的一部分。
3.根据权利要求2所述的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，还包括：
下绝缘层(112)，被布置在所述第一氧化铝层(111)下方，其中所述下绝缘层(112)包括原硅酸四乙酯。
4.根据权利要求2或3所述的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，其中所述第一金属镜结构(120)的所述第一金属层(121)被布置在所述第二氧化铝层(122)上方。
5.根据权利要求4所述的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，还包括：
第三氧化铝层(123)，被布置在所述第一金属层(121)上方，其中所述第三氧化铝层(123)是所述第一金属镜结构(120)的所述第一支撑层(122-123)的一部分。
6.根据权利要求5所述的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，还包括：
第一电接触(150)，被布置为与所述第一金属层(121)连接，其中通过湿法蚀刻移除所述第三氧化铝层(123)在所述第一电接触(150)与所述第一金属层(121)之间的一部分。
7.根据权利要求5或6所述的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，还包括：
所述绝缘层(141)，被布置在所述第三氧化铝层(123)上方，其中所述绝缘层(141)包括原硅酸四乙酯。
8.根据权利要求7所述的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，还包括：
第四氧化铝层(132)，被布置在所述绝缘层(141)上方，其中所述第四氧化铝层(132)是所述第二金属镜结构(130)的所述第二支撑层(132-133)的一部分。
9.根据权利要求8所述的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，其中所述第二金属镜结构(130)的所述第二金属层(131)被布置在所述第四氧化铝层(132)上方。
10.根据权利要求9所述的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，还包括：
第五氧化铝层(133)，被布置在所述第二金属层(131)上方，其中所述第五氧化铝层(133)是所述第二金属镜结构(130)的所述第二支撑层(132-133)的一部分。
11.根据权利要求10所述的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，还包括：
第二电接触(151)，被布置为与所述第二金属层(131)连接，其中通过湿法蚀刻移除所述第五氧化铝层(133)在所述第二电接触(151)与所述第二金属层(131)之间的一部分。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，其中所述第二金属镜结构(130)包括通孔(134)，所述通孔(134)用于移除所述绝缘层(141)的至少一部分，以在所述第一金属镜结构(120)与所述第二金属镜结构(130)之间提供所述法布里-珀罗腔(140)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)，其中
所述透明基板(110)包括熔融石英玻璃或熔融硅石玻璃；
所述氧化铝包括Al2O3；以及
所述二氧化钛包括TiO2。
14.一种半导体装置，包括根据权利要求1所述的法布里-珀罗干涉仪(100)。
15.一种用于制造微机电(MEMS)法布里-珀罗干涉仪(100)的方法，包括：
提供透明基板(110)；
在所述透明基板(110)上沉积第一金属镜结构(120)，所述第一金属镜结构(120)包括第一金属层(121)和第一支撑层(122-123)；
考虑到所述透明基板(110)，在所述第一金属镜结构(120)的相对侧上，在所述第一金属镜结构(120)上方沉积第二金属镜结构(130)，所述第二金属镜结构(130)包括第二金属层(131)和第二支撑层(132-133)，其中所述第一支撑层(122-123)和所述第二支撑层(132-133)平行，并且包括氧化铝或二氧化钛中的至少一种；
在所述第一支撑层(122-123)和所述第二支撑层(132-133)之间形成法布里-珀罗腔(140)，由此通过在所述第一金属镜结构(120)上提供绝缘层(141)并且在提供所述第二金属镜结构(130)之后至少部分移除所述绝缘层(141)来形成所述腔(140)；以及
形成用于提供与所述第一金属层(121)和所述第二金属层(131)的电接触的电极(150-151)。
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