用于在半導(dǎo)體構(gòu)件的層結(jié)構(gòu)中制造多孔性結(jié)構(gòu)的方法和具有所述多孔性結(jié)構(gòu)元件的mems構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】一種用于在半導(dǎo)體構(gòu)件的層結(jié)構(gòu)中制造多孔性結(jié)構(gòu)的方法和具有所述多孔性結(jié)構(gòu)元件的MEMS構(gòu)件。提出一種用于在半導(dǎo)體構(gòu)件的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)極輕的但在機(jī)械方面不易彎曲的并且熱隔離的結(jié)構(gòu)元件的可能性，其在無(wú)高溫過(guò)程步驟的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)。為此，首先在所述層結(jié)構(gòu)(100)的表面區(qū)域中產(chǎn)生模板(20)，其方式是，在分散介質(zhì)中施加至少一種膠體，隨后取出所述分散介質(zhì)。在此，各個(gè)膠體粒子(21)自身布置在模板(20)中。然后，在所述模板(20)的區(qū)域中沉積至少一種涂覆材料(23)。在此，所述各個(gè)膠體粒子(21)至少部分地以所述涂覆材料(23)包封。隨后，移除所述膠體材料(21)，從而在所述模板(20)的區(qū)域中僅僅殘留由涂覆材料(23)組成的連續(xù)包封。
【專利說(shuō)明】
用于在半導(dǎo)體構(gòu)件的層結(jié)構(gòu)中制造多孔性結(jié)構(gòu)的方法和具有 所述多孔性結(jié)構(gòu)元件的MEMS構(gòu)件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于在半導(dǎo)體構(gòu)件的層結(jié)構(gòu)中制造多孔性結(jié)構(gòu)的方法W及一種 具有至少一個(gè)所述多孔性結(jié)構(gòu)元件的MEMS構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，由多個(gè)電的并且可能機(jī)械的功能的共同作用得到半導(dǎo)體構(gòu)件的總功能性， 所述多個(gè)電的并且機(jī)械的功能在構(gòu)件的不同的層區(qū)域和忍片區(qū)域中實(shí)現(xiàn)。為此，在制造過(guò) 程的范疇內(nèi)有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)具有不同的限定的電特性和機(jī)械特性的層區(qū)域和忍片區(qū)域。
[0003] 制造時(shí)的一個(gè)特別的挑戰(zhàn)在于，如此構(gòu)型過(guò)程流程，使得已經(jīng)在層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的 功能元件的電特性和機(jī)械特性不受隨后的過(guò)程步驟不利地影響。例如，高溫過(guò)程步驟影響 集成電路元件的電特性，運(yùn)可能損害集成電路元件的功能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 借助本發(fā)明提出一種用于在半導(dǎo)體構(gòu)件的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)極輕的但在機(jī)械方面不 易彎曲的并且在熱方面隔離的結(jié)構(gòu)元件的可能性，其在沒有高溫過(guò)程步驟的情況下也能夠 實(shí)現(xiàn)。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明，為此首先在所述層結(jié)構(gòu)的表面區(qū)域中產(chǎn)生由微米微粒或者納米微粒 組成的模板(Template)。為此，通過(guò)在分散介質(zhì)中施加至少一種膠體。隨后，取出所述分散 介質(zhì)。在此，各個(gè)膠體粒子自身ΚΞ維的膠體狀的晶體布置成模版。然后，在所述模板的區(qū) 域中沉積至少一種涂覆材料。在此，模板的各個(gè)粒子、即膠體粒子完全地或部分地W涂覆材 料包封。隨后，通過(guò)適合的蝕刻過(guò)程或者分解過(guò)程(Zersetzungsprozess)移除所述膠體材 料，從而在所述模板的區(qū)域中僅僅殘留經(jīng)模制的由涂覆材料構(gòu)成的連續(xù)包封。
[0006] 根據(jù)初始模板的厚度，由涂覆材料構(gòu)成的最終的形成物是相對(duì)不易彎曲且多孔性 的，類似于氣溶膠。高度多孔性引起，所述形成物是非常輕的并且具有非常低的熱傳導(dǎo)率。 與此相應(yīng)，所述形成物可W有利地用于半導(dǎo)體構(gòu)件的各個(gè)區(qū)域的或功能元件的熱隔離。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明一方面識(shí)別出，可W將通常在忍片制造中所使用的材料的整個(gè)系列可 W簡(jiǎn)單地置于分散介質(zhì)中的膠體的劑型(Darreichungsform)或稠度中。另一方面識(shí)別出， 在處理半導(dǎo)體構(gòu)件時(shí)也可W使用W膠體相的材料。在此，在氣體中優(yōu)選膠體狀乳劑和懸劑 W及微滴或者粒子作為分散介質(zhì)。運(yùn)些材料系能夠?qū)崿F(xiàn)借助低溫標(biāo)準(zhǔn)方法的材料涂覆、例 如旋轉(zhuǎn)涂覆(Spincoating)。在此，用于材料涂覆的各個(gè)表面區(qū)域例如可W簡(jiǎn)單地借助陰影 掩膜來(lái)結(jié)構(gòu)化。分散介質(zhì)在所述涂覆之后可W通過(guò)適合的干燥過(guò)程、例如適度的熱處理或 者真空加載(Vakuumbeauf schlagung)從模板取出。由于各個(gè)膠體粒子之間的吸引力，它們 作為膠體晶體布置在相同形狀的單層?xùn)鸥窕蚨鄬訓(xùn)鸥裰校鶕?jù)本發(fā)明其用作用于涂覆材料 的模板或者承載部結(jié)構(gòu)。涂覆材料殘留在半導(dǎo)體構(gòu)件的層結(jié)構(gòu)中作為連續(xù)的結(jié)構(gòu)元件。與 此不同，膠體材料根據(jù)本發(fā)明充當(dāng)犧牲材料，其幾何形狀確定由涂覆材料構(gòu)成的最終結(jié)構(gòu) 元件的孔大小和孔布置并且所述犧牲材料在涂覆過(guò)程之后再次從層結(jié)構(gòu)中析出。
[0008] 為了產(chǎn)生模板，例如可W使用膠體狀聚合物懸劑，如其也在其他技術(shù)領(lǐng)域中、例如 在聚合物纖維的制造中所使用的那樣。聚合物材料則可W在涂覆過(guò)程之后被熱分解或者借 助氧等離子體從結(jié)構(gòu)元件中析出。
[0009] 特別有利的是，使用膠體狀Si02懸劑用于模板的產(chǎn)生，因?yàn)镾i02已經(jīng)在忍片制造 的許多方法中用作犧牲層材料。為了析出Si02膠體材料，可W使用與在Si02犧牲層蝕刻中 相同的蝕刻過(guò)程。特別適于此的是HF氣相蝕刻過(guò)程。
[0010] 金屬氧化物、如A1203尤其適合作為涂覆材料，所述金屬氧化物適合地WALD(原子 層沉積)方法或者借助CVD (化學(xué)氣相沉積)方法沉積在層結(jié)構(gòu)的表面上并且沉積到間隙中。 在此，在多層模板的情況下，涂覆材料也向前擠入直至下方的層的各個(gè)膠體粒子之間的間 隙中。A1203的顯著的優(yōu)點(diǎn)是，所述材料既不通過(guò)氧等離子體也不通過(guò)HF氣體侵蝕 (angreifen)。因?yàn)锳1203設(shè)及電絕緣材料，所W最終的高度多孔性結(jié)構(gòu)有利地用于忍片結(jié) 構(gòu)的部分區(qū)域的電脫禪合并且尤其也用作電極裝置的承載部。
[0011] 在ASIC構(gòu)件的范疇內(nèi)，借助根據(jù)本發(fā)明的方法產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)元件的電特性首先起重 要作用。所述電特性顯著取決于用于模板的涂覆的材料。因此，在此替代電絕緣材料、如 A1203,當(dāng)然也可W使用導(dǎo)電材料，如果所述導(dǎo)電材料相對(duì)于移除膠體材料的過(guò)程是惰性 的。
[0012] 在MEMS構(gòu)件的范疇內(nèi)，也可W使用借助根據(jù)本發(fā)明的方法產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)元件的特殊 的機(jī)械特性。應(yīng)用可能性在此是各種各樣的。因此，可W使用高度多孔性結(jié)構(gòu)元件作為用于 氣體傳感器、流量傳感器或者流傳感器（StromungsseiKoi·)的傳感器電阻的熱隔離的承 載部。容性的壓力傳感器或者麥克風(fēng)的固定的對(duì)應(yīng)電極也可根據(jù)本發(fā)明制造的高度多 孔性結(jié)構(gòu)元件的形式實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鰧?duì)應(yīng)電極視厚度而定地具有相對(duì)大的剛性。此外，所述 對(duì)應(yīng)元件的多孔性保證所述對(duì)應(yīng)元件的兩側(cè)之間的緩慢的壓力均衡，運(yùn)抵消麥克風(fēng)信號(hào)的 由于環(huán)境壓力的波動(dòng)引起的失真。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 如先前已經(jīng)討論的那樣，存在W有利的方式構(gòu)型并且擴(kuò)展本發(fā)明的教導(dǎo)的多種可 能性。為此，一方面參考從屬權(quán)利要求而另一方面參考本發(fā)明的實(shí)施例的W下描述。
[0014] 圖la至IdW容性的MEMS麥克風(fēng)構(gòu)件的制造為例闡明根據(jù)本發(fā)明的方法。
[001引附圖分別W彼此相繼的制造階段示出結(jié)構(gòu)100的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 在此處所描述的實(shí)施例中，MEMS麥克風(fēng)構(gòu)件的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)W層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在基襯底 1上。在此，例如可W設(shè)及娃襯底1。
[0017] 在第一過(guò)程步驟中，使得襯底表面設(shè)有氧化娃層2。氧化娃層2-方面用作用于背 側(cè)蝕刻過(guò)程的蝕刻停止層，其中在限定的區(qū)域、即膜片區(qū)域中完全移除基襯底1，W便在背 側(cè)暴露麥克風(fēng)膜片10。另一方面，氧化娃層2充當(dāng)基襯底1和施加到氧化娃層2上的多晶娃層 3之間的電絕緣。在后續(xù)的過(guò)程步驟中，在多晶娃層3中實(shí)現(xiàn)麥克風(fēng)膜片10,其也充當(dāng)麥克風(fēng) 電容器的膜片電極。
[0018] 但是，在運(yùn)之前首先仍將厚的氧化娃層4施加到多晶娃層3上，所述多晶娃層用作 犧牲層4并且其厚度限定麥克風(fēng)膜片10與固定的對(duì)應(yīng)元件11之間的間距。所述對(duì)應(yīng)元件11 用作用于麥克風(fēng)電容器的固定的對(duì)應(yīng)電極12的承載部。在此，對(duì)應(yīng)電極12W經(jīng)結(jié)構(gòu)化的多 晶娃電極的形式實(shí)現(xiàn)在犧牲層4的表面中。所述對(duì)應(yīng)電極構(gòu)造在麥克風(fēng)膜片3上方的區(qū)域 中。
[0019] 在下一過(guò)程步驟中，將另一多晶娃層5施加到層結(jié)構(gòu)100上并且在膜片區(qū)域中敞 開。
[0020] 圖la示出在多晶娃層5的敞開區(qū)域中已經(jīng)產(chǎn)生了模板20之后的層結(jié)構(gòu)100。模板20 布置在犧牲層4上在經(jīng)結(jié)構(gòu)化的多晶娃電極12上方并且在此在整個(gè)膜片區(qū)域上延伸。所述 模板由膠體粒子21的柵格狀布置組成，所述膠體粒子由娃氧化物構(gòu)成。
[0021] 為了產(chǎn)生所述模板20, W旋轉(zhuǎn)涂覆方法在使用陰影掩膜的情況下將微米尺度的或 者納米尺度的Si02球體21的膠體狀懸劑施加到層結(jié)構(gòu)100的表面上。在隨后的使液態(tài)的分 散介質(zhì)揮發(fā)的干燥過(guò)程期間，作用在Si02球體21之間的吸引力引起Si02球體21的規(guī)則的柵 格狀布置。
[0022] 因?yàn)槿绱水a(chǎn)生的模板20應(yīng)當(dāng)在其厚度和平面延展方面限定聲學(xué)可穿透的固定的 對(duì)應(yīng)元件11，所W所述模板在此處所描述的實(shí)施例中在隨后的結(jié)構(gòu)化步驟中還設(shè)有貫通開 口 22。圖化示出，所述貫通開口 22與對(duì)應(yīng)電極12的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。
[0023] 在隨后的過(guò)程步驟中才將材料23施加到層結(jié)構(gòu)上，對(duì)應(yīng)元件11應(yīng)當(dāng)由所述材料構(gòu) 成。在此，模板20用作用于對(duì)應(yīng)元件11的孔的內(nèi)部形狀。在此，A1203用作用于對(duì)應(yīng)元件11的 材料23。在ALD方法中，所述材料沉積在模板20的區(qū)域中。在此，不僅模板20的最上層的Si02 球體21而且下方的層中的Si02球體21W薄的A1203薄膜23涂覆，其在圖Ic中示出。
[0024] 然后暴露如此產(chǎn)生的連續(xù)的A1203形成物23,其方式是，首先從孔中析出Si02膠體 材料21，然后也移除膜片區(qū)域中的Si02犧牲層4。有利地，在HF氣相蝕刻過(guò)程中實(shí)現(xiàn)Si02材 料的析出和移除。在此，既不侵蝕對(duì)應(yīng)元件11的A1203 23也不侵蝕對(duì)應(yīng)電極12的和麥克風(fēng) 膜片10的娃。此外，沉積在模板20上的A1203形成物23對(duì)于氣態(tài)的HF而言是可穿透的，從而 在移除膠體材料21之后也完全平面地、即通過(guò)A1203形成物23中的孔地侵蝕犧牲層材料4。 圖Id示出，一直繼續(xù)HF蝕刻侵蝕直至也暴露多晶娃層3中的膜片10。
[0025] 因此，在此示出的麥克風(fēng)構(gòu)件100的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)包括由多晶娃構(gòu)成的麥克風(fēng)膜片 10和具有貫通開口 22的聲學(xué)可穿透的固定的對(duì)應(yīng)元件11，所述麥克風(fēng)膜片跨越構(gòu)件背側(cè)中 的開口 13,所述對(duì)應(yīng)元件用作用于對(duì)應(yīng)電極12的承載部。在層結(jié)構(gòu)中，對(duì)應(yīng)元件11構(gòu)造在麥 克風(fēng)膜片11上方并且與其有間距地構(gòu)造。對(duì)應(yīng)電極12布置在對(duì)應(yīng)元件11的面向麥克風(fēng)膜片 10的下側(cè)上。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)應(yīng)元件11W高度多孔性的但在機(jī)械方面不易彎曲的且對(duì)于聲 波可穿透的形成物的形式實(shí)現(xiàn)，所述形成物由A1203構(gòu)成。所述對(duì)應(yīng)元件11的多孔性能夠?qū)?現(xiàn)所述對(duì)應(yīng)元件11的兩側(cè)之間的緩慢的壓力均衡。通過(guò)運(yùn)種方式可W顯著降低環(huán)境壓力對(duì) 麥克風(fēng)信號(hào)的影響。
[0026] 在一種替代的構(gòu)型中，也可W在自由承載的膜片結(jié)構(gòu)上施加連續(xù)的A1203形成物 23,所述膜片結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)應(yīng)電極12構(gòu)成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于在半導(dǎo)體構(gòu)件的層結(jié)構(gòu)中制造多孔性結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下方法 步驟： 通過(guò)在分散介質(zhì)中施加至少一種膠體并且隨后取出所述分散介質(zhì)來(lái)在所述層結(jié)構(gòu) (100)的表面區(qū)域中產(chǎn)生模板(20)，其中，各個(gè)膠體粒子(21)自身布置在模板(20)中， 在所述模板(20)的區(qū)域中沉積至少一種涂覆材料(23)，其中，所述各個(gè)膠體粒子(21) 至少部分地以所述涂覆材料(23)包封， 移除所述膠體材料(21)，從而在所述模板(20)的區(qū)域中僅僅殘留由涂覆材料(23)構(gòu)成 的連續(xù)包封。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，為了產(chǎn)生所述模板(20)而在液態(tài)的或者氣態(tài)的分 散介質(zhì)中使用膠體，即在氣體中使用膠體狀乳劑或者懸劑或者微滴或者粒子。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用膠體狀的聚合物懸劑來(lái)產(chǎn)生所 述模板。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用膠體狀的Si02懸劑來(lái)產(chǎn)生所述 模板(20)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用A1203作為涂覆材料(23)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在HF氣相蝕刻步驟中或者借助氧等 離子體移除所述膠體材料(21)。7. -種MEMS構(gòu)件，所述MEMS構(gòu)件的微機(jī)械結(jié)構(gòu)以層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其特征在于至少一個(gè)多 孔性結(jié)構(gòu)元件（11)，所述至少一個(gè)多孔性結(jié)構(gòu)元件以根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方 法制造，其中，所述結(jié)構(gòu)元件（11)在至少一個(gè)連續(xù)的區(qū)域中具有孔，所述孔至少部分地由涂 覆材料(23)包封。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS構(gòu)件，其中，所述多孔性結(jié)構(gòu)元件（11)涉及自由承載的膜 片結(jié)構(gòu)。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS構(gòu)件，其中，所述結(jié)構(gòu)元件的所述至少一個(gè)連續(xù)的區(qū)域施 加在自由承載的膜片結(jié)構(gòu)上。10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的MEMS構(gòu)件，其中，所述麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)包括聲學(xué)敏感 的麥克風(fēng)膜片（10)和與所述麥克風(fēng)膜片間隔開的、聲學(xué)可穿透的對(duì)應(yīng)元件（11)，并且所述 麥克風(fēng)膜片（10)和所述對(duì)應(yīng)元件（11)充當(dāng)用于麥克風(fēng)電容器裝置的電極的載體，其特征在 于，所述對(duì)應(yīng)元件（11)實(shí)現(xiàn)為多孔性結(jié)構(gòu)元件，所述多孔性結(jié)構(gòu)元件的多孔性能夠?qū)崿F(xiàn)所 述對(duì)應(yīng)元件(11)的兩側(cè)之間的緩慢的壓力均衡。
【文檔編號(hào)】H01L21/316GK105984841SQ201610153341
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年3月17日
【發(fā)明人】F·舍恩, B·格爾
【申請(qǐng)人】羅伯特·博世有限公司