用于制造具有像素的微系統(tǒng)的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造具有像素的微系統(tǒng)的方法。
【背景技術】
[0002 ]鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽(PZT)制成的薄層歸因于其有利的物理特性(舉例來說，高機電耦合、高介電常數(shù)或高熱電系數(shù))而廣泛用于微系統(tǒng)技術中。微系統(tǒng)常規(guī)地包括襯底作為薄膜的載體，其中所述襯底包括由硅框架橫跨的膜片。已知通過沉積方法(明確地說，濺鍍工藝)將鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽薄層沉積在襯底上。常規(guī)地通過光刻蝕刻方法實現(xiàn)出自薄層的像素的柵格狀布置。像素用電子方式與(例如)由鉑或鉻-鎳合金制成的電極互連。
[0003]膜片必需具有小熱質量和低熱導率，使得像素之間的熱串擾為低。此通過由不充分導熱材料(舉例來說，氧化硅)形成且可能薄的膜片實現(xiàn)。膜片的厚度通常為Ιμπι，其中框架高度為400μπι。有可能如此強各向異性地構造襯底的背側使得可借助深反應離子蝕刻方法形成凹穴。所述凹穴直接延伸到膜片，使得膜片在其背對像素的一側上暴露。需要將膜片制造得盡可能薄且具有足夠的高堅固性，使得像素歸因于低串擾而具有高功能性。
[0004]為了使膜片穩(wěn)定，已知在襯底上提供額外Si3N4層。然而，額外Si3N4層具有以下缺點:其熱導性如此高以致于單一像素之間的不利串擾增加。此外，額外Si3N4層的制造需要另一制造步驟，從而涉及較高制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一目標是提供一種用于制造具有像素的微系統(tǒng)的方法，其中所述像素具有尚功能性且所述微系統(tǒng)具有尚機械穩(wěn)定性，以及制造成本$父低。
[0006]所述目標利用獨立專利權利要求的特征解決。其優(yōu)選實施例被給定進一步專利權利要求。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的用于制造具有像素的微系統(tǒng)的方法包括以下步驟:提供硅晶片;通過硅晶片的氧化在硅晶片的表面上制造200nm與I OOOnm之間的厚度的熱氧化硅層作為基礎層;通過熱沉積方法直接在基礎層上制造10nm到700nm的厚度的氧化娃薄層作為載體層；通過熱沉積方法直接在載體層上制造40nm到200nm的厚度的鉑層，借此制造包括硅晶片、基礎層、載體層和鉑層的中間產(chǎn)物;將中間產(chǎn)物冷卻到室溫;通過移除鉑層的過剩區(qū)域來進行鉑層的像素狀構造，借此通過剩余區(qū)域在載體層上以像素形狀形成像素的底部電極;硅晶片的背對基礎層的一側上的材料移除，使得框架保留下來且由基礎層和載體層形成的膜片由框架橫跨;完成微系統(tǒng)。
[0008]在利用根據(jù)本發(fā)明的方法制造微系統(tǒng)期間，中間產(chǎn)物產(chǎn)生為層復合物，其包括基礎層作為熱氧化硅層(具有200nm到100nm的厚度)、載體層作為氧化硅薄層(具有10nm到700nm的厚度)，以及鉑層(具有40nm到200nm的厚度)，其中所述層彼此直接緊挨且彼此永久地連接。在中間產(chǎn)物冷卻之后，層中產(chǎn)生相應壓力狀態(tài)，其特征在于基礎層和載體層兩者中存在壓縮應力，且鉑層中存在拉伸應力。載體層中的壓縮應力近似比基礎層中小約5到10倍，且鉑層中的拉伸應力約為5到20MPa。進一步觀察到，在鉑層構造為鉑層像素作為底部電極之后，底部電極中存在拉伸應力，其值與構造之前鉑層中的拉伸應力相比大體上不變。在上面布置鉑層像素的載體層和基礎層的位置上，基礎層和載體層中的壓縮應力從鉑層像素中的拉伸應力的過度補償產(chǎn)生此拉伸應力，且不存在壓縮應力。鉑層像素及其拉伸應力因此用于基礎層和載體層的壓縮應力的局部補償。基礎層和載體層的壓縮應力的局部補償出人意料地通過鉑層像素發(fā)生，但在鉑層像素構造之后鉑層不再持續(xù)存在于表面上，而是僅呈鉑層像素的形狀。作用于載體層和基礎層上的拉伸應力歸因于鉑層像素的補償效應具有到約50MPa的值。
[0009]膜片借助于根據(jù)本發(fā)明的膜片中產(chǎn)生的應力狀態(tài)而具有高堅固性，使得膜片例如在微系統(tǒng)制造期間不會斷裂，但膜片根據(jù)本發(fā)明以此低厚度形成。使基礎層和載體層中應力的梯度進一步適中使得基礎層和載體層具有高機械穩(wěn)定性。此外，載體層和基礎層具有此低熱導性使得像素之間的串擾為低。微系統(tǒng)因此具有有利的高信噪比，尤其對于低于熱限制頻率的頻率。根據(jù)本發(fā)明的用于制造微系統(tǒng)的方法包括用于制造基礎層和載體層的處理步驟，借此不必例如用于制造機械穩(wěn)定Si3N4層的額外處理步驟。根據(jù)本發(fā)明的微系統(tǒng)的制造成本因此小于已知微系統(tǒng)的制造成本。
[0010]鉑層優(yōu)選地在300°C到550°C下濺鍍。所述方法進一步優(yōu)選地包括以下步驟:通過熱沉積方法直接在鉑層上制造0.2到5μπι的厚度的鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層，借此中間產(chǎn)物包括鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層。在此優(yōu)選的是，在鉑層的像素狀構造期間，通過移除鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層的過剩區(qū)域而同時構造鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層，借此通過鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層的剩余區(qū)域在底部電極上形成像素的鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素。
[0011]所述方法進一步優(yōu)選地包括以下步驟:通過熱沉積方法直接在鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層上制造半透明導電的電極層，借此中間產(chǎn)物包括電極層。在此優(yōu)選的是，電極層由鉑或鎳-鐵復合物或鎳-鉻復合物制成。在鉑層和鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層的像素狀構造期間，優(yōu)選地通過移除第二鉑層的過剩區(qū)域同時構造電極層，借此像素的頭部電極通過第二鉑層的剩余區(qū)域形成在鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素上。
[0012]此外優(yōu)選的是，熱沉積方法為濺鍍方法。
【附圖說明】
[0013]下文中，借助于示意圖闡述由根據(jù)本發(fā)明的方法制造的微系統(tǒng)的優(yōu)選實施例:
[0014]圖1展示由根據(jù)本發(fā)明的方法制造的微系統(tǒng)的實施例的橫截面說明，以及
[0015]圖2展示來自圖1的實施例的俯視圖。
【具體實施方式】
[0016]如從圖1和2可見，制造為微系統(tǒng)的紅外光傳感器芯片I包括襯底2，襯底2自身包括框架3和膜片4。膜片4附接在框架3上使得膜片4由框架3支撐和橫跨。膜片4包括為熱氧化硅層的基礎層5，和為氧化硅薄層的載體層6。
[0017]具有由鉑制成的第一底部電極8、擁有由鋯制成的高部分的第一鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素9和由鉑制成的第一頭部電極10的第一紅外光傳感器7，以及具有由鉑制成的第二底部電極8、擁有由鋯制成的高部分的第二鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素9和由鉑制成的第二頭部電極10的第二紅外光傳感器11布置在載體層6上。鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素9、13分別布置在其底部電極8、12與其頭部電極10、14之間，其中底部電極8、12直接布置在載體層6上。
[0018]頭部電極10、14形成為半透明，使得紅外光可從外部沖擊在鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素9、13上。紅外光傳感器7、11之間的距離15經(jīng)選擇為如此長使得紅外光傳感器7、11之間的串擾在仍可容許的量值內(nèi)。基礎層5具有200nm與100nm之間的厚度16，且載體層6具有10nm到700nm的厚度17，而底部電極8、12具有4011111到20011111的厚度18。鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素9、13具有幾微米，明確地說2到5μπι的厚度19。頭部電極10、14具有3到200nm的厚度20。
[0019]為了產(chǎn)生紅外光傳感器芯片，應執(zhí)行以下步驟:熱氧化硅層通過硅晶片的氧化以厚度16制造在硅晶片的表面上，作為基礎層5。氧化硅薄層通過熱沉積方法進一步直接制造在基礎層5上作為載體層6。鉑層隨后在300°C到550°C下以厚度18直接濺鍍在載體層17上。隨后，鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層通過熱沉積方法且以厚度19直接沉積在鉑層上。隨后，由鉑或鎳-鐵復合物或鎳-鉻復合物制成的半透明導電的電極層通過熱沉積方法且以厚度20直接沉積在鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽