微機(jī)械系統(tǒng)和用于制造微機(jī)械系統(tǒng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的實施例涉及用于制造微機(jī)械系統(tǒng)的方法。本公開的另外的實施例涉及用于制造壓力傳感器的方法。本公開的另外的實施例涉及微機(jī)械系統(tǒng)。本公開的另外的實施例涉及用于制造微機(jī)械系統(tǒng)的方法，并且尤其涉及將水平壓力傳感器結(jié)構(gòu)集成在CMOS技術(shù)中。
【背景技術(shù)】
[0002]術(shù)語微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)或微機(jī)械系統(tǒng)常常用于指代組合了電部件與機(jī)械部件的小型集成裝置或系統(tǒng)。當(dāng)將重點放在微機(jī)械部分上時，術(shù)語“微機(jī)械系統(tǒng)”可以用于描述包括一個或多個微機(jī)械元件并且可能但并不一定包括電部件和/或電子部件的小型集成裝置或系統(tǒng)。
[0003]微機(jī)械系統(tǒng)可以用作例如致動器、變換器或傳感器，例如壓力傳感器。壓力傳感器目前是汽車電子設(shè)備和消費品電子設(shè)備中的大批量產(chǎn)品。對于很多這些應(yīng)用而言，使用了其中傳感器被集成在專用集成電路(ASIC)中的系統(tǒng)。例如，英飛凌科技股份有限公司(Infineon Technologies AG)提供了作為側(cè)面安全氣囊傳感器的這樣的系統(tǒng)。
[0004]特別地，微機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械有源元件可能典型地要求相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如凹部、橫梁、懸臂、底切、空腔等?？赡芤笙鄬Ω邤?shù)量的制造步驟。此外，例如，用于建造微機(jī)械系統(tǒng)的所使用的工藝可能需要與用于創(chuàng)建電部件和/或電子部件的可能的后續(xù)制造步驟兼容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開涉及例如將薄片或薄膜集成到130nm節(jié)點中，該130nm節(jié)點已經(jīng)僅被研究至例如對于集成在襯底內(nèi)的薄片或薄膜而言的較少擴(kuò)展。
[0006]本公開的實施例涉及一種用于制造微機(jī)械系統(tǒng)的方法。方法包括在前道制程(FEOL)工藝中在晶體管區(qū)域中形成晶體管的步驟。在FEOL工藝之后，至少在不是晶體管區(qū)域的區(qū)域中形成經(jīng)結(jié)構(gòu)化的犧牲層，形成至少部分地覆蓋經(jīng)結(jié)構(gòu)化的犧牲層的功能層，以及在形成功能層之后去除犧牲層以便在功能層與犧牲層被沉積在其上的表面之間創(chuàng)建空腔。
[0007]根據(jù)實施例，方法可以包括進(jìn)行熱處理的進(jìn)一步動作，其中熱處理可以激活功能層的摻雜原子并提供對功能層的原子結(jié)構(gòu)的重構(gòu)。對原子結(jié)構(gòu)的重構(gòu)進(jìn)一步在功能層中創(chuàng)建了張力。
[0008]本公開的另外的實施例涉及一種用于制造壓力傳感器的方法。方法包括在半導(dǎo)體襯底的表面上的犧牲層的形成，其中形成覆蓋犧牲層的功能層。此外，形成至少一個孔并且通過穿過至少一個孔應(yīng)用去除工藝而去除犧牲層以創(chuàng)建空腔。另外，提供處于550°C至750°C之間的溫度的熱處理并且將至少一個孔封閉。
[0009]本公開的另外的實施例涉及一種微機(jī)械系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體襯底，半導(dǎo)體襯底具有在晶體管區(qū)域中的至少一個晶體管和在至少一個晶體管上方的至少一個金屬層，其中至少一個金屬層的下表面具有第一垂直水平。此外，微機(jī)械系統(tǒng)包括在MEMS區(qū)域中的功能MEMS層，其中功能層具有處于比第一垂直水平更低的第二垂直水平的上表面。
[0010]本公開的另外的實施例涉及一種用于制造微機(jī)械系統(tǒng)的方法。方法包括:在襯底的晶體管區(qū)域中形成至少一個晶體管的步驟。在襯底的MEMS區(qū)域中提供經(jīng)結(jié)構(gòu)化的犧牲層，其中形成至少部分地覆蓋經(jīng)結(jié)構(gòu)化的犧牲層的功能MEMS層，并且在功能MEMS層中提供蝕刻孔。此外，去除犧牲層以創(chuàng)建空腔，并且形成封閉蝕刻孔的另外的層，其中另外的層在晶體管區(qū)域的至少一部分上方延伸和形成至少一個金屬層。
【附圖說明】
[0011]隨后將利用附圖詳細(xì)描述本公開的實施例，其中:
[0012]圖1A至圖1E示出處于根據(jù)實施例的制造工藝的幾個階段的穿過微機(jī)械系統(tǒng)的示意性截面圖；
[0013]圖2A至圖2E示出處于根據(jù)實施例的制造工藝的幾個階段的穿過微機(jī)械系統(tǒng)的示意性截面圖；
[0014]圖3A至圖3G示出處于根據(jù)實施例的制造工藝的幾個階段的穿過微機(jī)械系統(tǒng)的示意性截面圖；
[0015]圖4示出穿過根據(jù)實施例的微機(jī)械系統(tǒng)的示意性截面圖；
[0016]圖5A至圖f5D示出處于根據(jù)實施例的制造工藝的幾個階段的穿過微機(jī)械系統(tǒng)的示意性截面圖；
[0017]圖6示出根據(jù)實施例的微機(jī)械系統(tǒng)的示意性截面圖；
[0018]圖7示出根據(jù)實施例的微機(jī)械系統(tǒng)的一部分的通過FIB(聚焦的離子束)獲得的示意性截面圖；
[0019]圖8示意性地圖示出有I巴(bar)的壓力作用于其上的薄膜的位移的數(shù)值模擬的結(jié)果。
【具體實施方式】
[0020]在利用附圖詳細(xì)描述本公開的實施例之前，需要指出的是，相同或功能上等同的元件在附圖中給予相同的附圖標(biāo)記或相似的附圖標(biāo)記，并且典型地省略針對提供有相同或相似附圖標(biāo)記的元件的重復(fù)描述。因此，針對具有相同或相似附圖標(biāo)記的元件提供的描述是可相互互換的。
[0021]微機(jī)械系統(tǒng)(例如壓力傳感器和其他傳感器)是大批量產(chǎn)品。有時傳感器或幾個傳感器被集成為例如專用集成電路(ASIC)形式的系統(tǒng)。在向新的技術(shù)節(jié)點迀移時，挑戰(zhàn)之一是以如下方式集成這些系統(tǒng):使得例如CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝的復(fù)雜性不會不必要地增加，并且使得可以高程度地、優(yōu)選地利用很少或最少的開發(fā)努力保留CMOS電路的現(xiàn)有集成方案。
[0022]圖1A至圖1E示出襯底10的示意性截面圖，以圖示出用于獲得微機(jī)械系統(tǒng)的制造工藝。圖1A示出在例如襯底10上的晶體管區(qū)域27中在前道制程(FEOL)工藝中形成的晶體管25或多個晶體管。在完成FEOL工藝之后，圖1B示出在包括犧牲層20的形成的進(jìn)一步處理動作中的襯底，犧牲層20可以包含碳。在圖1C中，對犧牲層進(jìn)行結(jié)構(gòu)化以形成經(jīng)結(jié)構(gòu)化的犧牲層20。圖1D示出在進(jìn)一步處理動作中的襯底10。形成至少部分地覆蓋經(jīng)結(jié)構(gòu)化的犧牲層的功能層30，其中犧牲層20如圖1E所示被去除了。此外，存在應(yīng)用于襯底10的可選步驟。
[0023]制造工藝可以進(jìn)一步包括熱處理，其中熱處理激活功能層30的摻雜原子并提供對功能層30的原子結(jié)構(gòu)的重構(gòu)?？蛇x地，功能層可以完全覆蓋犧牲層20。因此，可以在功能層30中創(chuàng)建孔。可以使用孔來應(yīng)用用于將犧牲層20去除的去除工藝，以在功能層30與半導(dǎo)體襯底的表面之間創(chuàng)建空腔，并且其中在功能層的表面處布置一個層以封閉孔，其中該層的高度低于600nm。該層可以包括氮化物或氧化物。
[0024]制造工藝可以進(jìn)一步包括后道制程(BEOL)工藝，其中在BEOL中形成至少一個金屬層，該至少一個金屬層可以至少在MEMS區(qū)域的一部分中被去除，例如以在晶體管區(qū)域27中對至少一個金屬線進(jìn)行結(jié)構(gòu)化。在對至少一個金屬線進(jìn)行結(jié)構(gòu)化之后，可以在晶體管區(qū)域和MEMS區(qū)域中形成至少一個電介質(zhì)層。此外，可以向功能層30提供熱處理以向功能層提供張力，其中熱處理的溫度可以在550°C與750°C之間。
[0025]圖2A至圖2E示出半導(dǎo)體襯底10的示意性截面圖以圖示出用于獲得壓力傳感器201的制造工藝。圖2A示出半導(dǎo)體襯底10，其中犧牲層20形成在半導(dǎo)體襯底10的表面15處。圖2B示出在進(jìn)一步處理動作中的半導(dǎo)體襯底10，其中形成覆蓋犧牲層20的功能層30。在圖2C中，在功能層30中形成至少一個孔75，其中通過穿過至少一個孔75應(yīng)用去除工藝而將犧牲層20去除，以創(chuàng)建出如圖2D所示的空腔35。此外，向半導(dǎo)體襯底10提供處于550°C與750°C之間的溫度的熱處理。圖2E示出壓力傳感器，其中例如用填充金屬77將孔75封閉?？蛇x地，制造工藝可以在FEOL與BEOL之間進(jìn)行。此外，熱處理可以可選地提供對功能層的原子結(jié)構(gòu)的重構(gòu)和對摻雜原子的激活，其中熱處理可以在功能層中將非晶硅轉(zhuǎn)化成多晶硅。
[0026]圖3A至圖3E示出襯底10的示意性截面圖，以圖示出用于獲得微機(jī)械系統(tǒng)的制造工藝。圖3A示出形成在襯底10的晶體管區(qū)域27中的晶體管25。在圖3B中，在襯底的MEMS區(qū)域60中提供經(jīng)結(jié)構(gòu)化的犧牲層20，其中，如圖3C所示，形成至少部分地覆蓋經(jīng)結(jié)構(gòu)化的犧牲層的功能層30、例如功能MEMS層。圖3D示出在進(jìn)一步處理動作中的襯底10，其中在功能層30中提供孔75或多個例如蝕刻孔75。在圖3E中，將犧牲層去除以創(chuàng)建空腔
35。在圖3F中，形成另外的層45以封閉蝕刻孔。層45在晶體管區(qū)域27的至少一部分上方延伸。圖3G示出微機(jī)械系統(tǒng)，其中形成至少一個金屬層65?？蛇x地，層45是在晶體管區(qū)域的至少一部分上方延伸的電介質(zhì)層，其中至少一個金屬層形成在電介質(zhì)層上方?？梢栽诰w管區(qū)域中至少一部分地去除層45。
[0027]圖4示出包括了半導(dǎo)體襯底10、晶體管區(qū)域27中的至少一個晶體管25和至少一個晶體管25上方的至少一個金屬層65的微機(jī)械系統(tǒng)，至少一