用于制造針對氫氟酸蝕刻的保護層的方法、設(shè)置有該保護層的半導(dǎo)體器件及制造該半導(dǎo) ...的制作方法
【專利摘要】一種用于制造用于保護中間結(jié)構(gòu)層(22)免于用氫氟酸的蝕刻的保護層(25)的方法，中間結(jié)構(gòu)層(22)由能夠被氫氟酸蝕刻或破壞的材料制成，該方法包括下列步驟：通過原子層沉積在中間結(jié)構(gòu)層(22)上形成氧化鋁的第一層；對氧化鋁的第一層執(zhí)行熱結(jié)晶工藝，形成第一中間保護層(25a)；通過原子層沉積在第一中間保護層之上形成氧化鋁的第二層；以及對氧化鋁的第二層執(zhí)行熱結(jié)晶工藝，形成第二中間保護層(25b)，以及由此完成保護層(25)的形成。用于形成保護層(25)的方法可以例如在諸如陀螺儀或加速計的慣性傳感器的制造步驟期間使用。
【專利說明】用于制造針對氫氟酸蝕刻的保護層的方法、設(shè)置有該保護層的半導(dǎo)體器件及制造該半導(dǎo)體器件的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造針對用氫氟酸(HF)的蝕刻的保護層的方法、一種配置有保護層的半導(dǎo)體器件、以及利用該用于制造保護層的方法來制作該半導(dǎo)體器件。特別地，該半導(dǎo)體器件為MEMS器件，諸如慣性傳感器；并且保護層適于保護下面的層免受用于去除在保護層之上的犧牲層的氫氟酸影響。

【背景技術(shù)】
[0002]在用于半導(dǎo)體器件、微電子器件和微機電系統(tǒng)(MEMS)的已知制造技術(shù)中，表面微加工占據(jù)重要位置。通過微加工而制造自立(free-standing)結(jié)構(gòu)包括,在襯底上形成與犧牲層部分地重疊的結(jié)構(gòu)層。隨后的選擇性蝕刻使得暴露于蝕刻溶液的犧牲層能夠被去除以釋放結(jié)構(gòu)層并且形成自立結(jié)構(gòu)。
[0003]圖1-圖6根據(jù)已知工藝示出了慣性傳感器I (特別是陀螺儀)的制造步驟。具體而言，示出了這樣一種工藝，其用于在硅襯底上方以外延多晶硅(亦稱作“EPIPoly”)形成定子的自立結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子的自立結(jié)構(gòu)，該自立結(jié)構(gòu)容納能夠形成去往和來自自立結(jié)構(gòu)的電接觸的多晶硅的導(dǎo)電條帶。
[0004]參照圖1，根據(jù)一種用于制作陀螺儀的已知類型的制造方法，提供硅襯底I。然后通過例如熱生長，形成氧化硅支撐層2。該支撐層2也稱作持久或場氧化層，并且具有在2和3μπι之間的近似厚度。支撐層2具有支撐上面的結(jié)構(gòu)(在隨后的步驟中形成)的功能，并且能夠減少在這些上面的結(jié)構(gòu)和下面的襯底I之間的寄生電容。
[0005]在支撐層2之上形成摻雜多晶硅(例如為N型)的層，隨后蝕刻該摻雜多晶硅層以去除多晶硅的選擇的部分并且形成電接觸區(qū)域4a、4b。電接觸區(qū)域4a、4b為導(dǎo)電條帶；并且形成電互連，如將在隨后的制造步驟中進一步闡釋。用于形成電接觸區(qū)域4a、4b的、對多晶硅層的蝕刻是選擇性的，并且并不去除支撐層2的部分。如前文所提及的，支撐層2具有將電接觸區(qū)域4a、4b與襯底I電絕緣并且減少在襯底I上的寄生電容的功能。
[0006]然后，圖2，在支撐層2和電接觸區(qū)域4a、4b之上形成氧化硅的犧牲層6。通過光刻步驟和隨后的蝕刻，從下面的電接觸區(qū)域4a、4b之上去除犧牲層6的部分，從而形成朝著電接觸區(qū)域4a、4b延伸的多個溝槽8，以便暴露電接觸區(qū)域4a、4b的相應(yīng)的表面部分。特別地，在電接觸區(qū)域4b之上形成兩個溝槽8。
[0007]在圖2中的步驟期間還形成溝槽9，該溝槽9延伸穿過犧牲層6和支撐層2，直至到達襯底I的上表面并且暴露該上表面。在隨后的制造步驟中，這一溝槽提供用于形成與襯底I電接觸的接地端子的通道。
[0008]然后，圖3，在犧牲層6之上以及溝槽8、9中形成(例如外延多晶硅(“EPIPoly”)的)結(jié)構(gòu)層10，其在溝槽8中延伸以制作與電接觸區(qū)域4a、4b的電接觸，并且在溝槽9中延伸以制作與襯底I的電接觸?？梢园葱枰幚斫Y(jié)構(gòu)層10，以形成具有期望構(gòu)造的結(jié)構(gòu)。
[0009]在圖4中，選擇性地蝕刻結(jié)構(gòu)層10，以形成可在一個或多個方向上移動的自立結(jié)構(gòu)(定子11和轉(zhuǎn)子12)、可以為容納定子11和轉(zhuǎn)子12的腔室14定界的側(cè)壁13、以及在腔室14的外部的電接觸端子15 (在圖4中僅示出了一個電接觸端子15 ( “焊盤”))。
[0010]然而應(yīng)注意到，在制造步驟中定子11和轉(zhuǎn)子12仍被約束至下面的犧牲層6，并且因此不能自由移動。在定子11和轉(zhuǎn)子12的結(jié)構(gòu)中還形成通孔18以使得能夠在隨后的制造步驟中去除犧牲層6，從而使定子11和轉(zhuǎn)子12部分地懸浮。在圖5中示出了該工藝步驟，其中通過去除犧牲層6的在定子11和轉(zhuǎn)子12之下延伸的部分而使得定子11和轉(zhuǎn)子12自立。定子11和轉(zhuǎn)子12的在圖4中延伸至溝槽8中的部分形成在圖5中的用于定子11和轉(zhuǎn)子12的相應(yīng)的支撐基部16、17。這些支撐基部16、17也與下面的電接觸區(qū)域4a、4b電接觸。
[0011]如在圖5中可以注意到的，在部分側(cè)壁13之下保留部分犧牲層6，以支撐它們并且保證側(cè)壁與電接觸區(qū)域4b的充足的電絕緣。
[0012]此外，為了在制造步驟結(jié)束保護電接觸區(qū)域4b的保持暴露于外部環(huán)境的部分，執(zhí)行氮化硅(SiN)沉積步驟以覆蓋并且保護電接觸區(qū)域4b(保護層16在圖5中可見)。
[0013]最后，圖6，通過布置在側(cè)壁13上并且與側(cè)壁13接觸的帽件19，而完成慣性傳感器的制造(本文中例如為陀螺儀)。帽件19和側(cè)壁通過焊接材料20彼此耦合，該焊接材料20根據(jù)需要為導(dǎo)電或絕緣類型的。以這種方式，腔室14被絕緣以保護定子11和轉(zhuǎn)子12以及一般所有未在本文中詳細示出的形成陀螺儀的元件(可動部件和固定部件)。如所提及的，在腔室14外部有電接觸端子15，該電接觸端子15電連接至相應(yīng)的電接觸區(qū)域4a、4b，以從/向定子11和轉(zhuǎn)子12接收/饋送電信號。
[0014]用于去除(氧化硅的)犧牲層6的在定子11和轉(zhuǎn)子12之下延伸的部分的蝕刻步驟通常為使用汽相氫氟酸(HF)的蝕刻，或者備選地為使用HF的溶液或混合物的濕法蝕刻。氫氟酸以各向同性的方式蝕刻氧化硅，但不蝕刻多晶硅。因此不破壞定子11和轉(zhuǎn)子12。用HF的對犧牲層6的蝕刻可以通過知道蝕刻速率并監(jiān)測蝕刻時間，而在靠近犧牲層6和支撐層2之間的界面的區(qū)域中停止；備選地，最佳解決方案為使用蝕刻停止層，該蝕刻停止層布置在犧牲層6和支撐層2之間，該蝕刻停止層被選擇為由對HF耐蝕刻并且不允許HF透過其的材料制成。
[0015]然而，第一解決方案(監(jiān)測蝕刻時間)不是優(yōu)選的，并且通常是不可應(yīng)用的，因為不能保證在所有情況下都完全并均勻地去除犧牲層6。
[0016]第二解決方案不是實際上可實行或可實踐的，因為已知的耐HF材料表現(xiàn)出一系列其它的不可取之處。
[0017]例如，碳化硅(SiC)、硅-鍺(SiGe)和多晶硅-鍺(Poly SiGe)為可以用作蝕刻停止層的材料，因為它們耐抗氫氟酸。
[0018]其它材料(諸如氮化硅(SiN))不耐抗氫氟酸。具體而言，當使用HF蒸汽蝕刻時，除了去除SiN之外，SiN還與氫氟酸蒸汽形成鹽，這就導(dǎo)致在最終結(jié)構(gòu)中的高缺陷比率。雖然使用SiC (例如使用PECVD (等離子增強化學汽相沉積)沉積的)提供在特定條件下針對HF蝕刻的耐抗，但是不保證對HF的完全的不透過性，因為，如果SiC是在限定的結(jié)構(gòu)上沉積的，那么它可以引起微裂縫。從而可以發(fā)生氫氟酸滲透通過SiC層，這就導(dǎo)致對下面的支撐層2的蝕刻。SiC還具有其它不期望的特性，特別地該特性出現(xiàn)在沉積SiC層之后的制造步驟所可能需要的任何退火之后。特別地，已經(jīng)觀察到在退火之后SiC至氧化硅的粘附減小并且SiC的絕緣屬性改變(其獲取導(dǎo)電行為)。
[0019]雖然SiGe對HF蝕刻耐抗并且不可透過，但是SiGe還是需要高水平的純度(無摻雜雜質(zhì))。反之亦然地，任何摻雜物種的擴散都使SiGe的介電常數(shù)值大幅減小，使得它不適合于其中在電接觸區(qū)域4a、4b與下面的層之間需要高電絕緣的應(yīng)用(如在圖1-圖6所示的情況下)。類似的論述對于多晶硅-鍺也有效。
[0020]因而，為了保證在不危害其它層的電特性和結(jié)構(gòu)特性的情況下完全蝕刻犧牲層6，一般優(yōu)選地完全蝕刻犧牲層6并且部分地蝕刻支撐層2。因為HF蝕刻是各向同性型的，因此觀察到在電連接區(qū)域4a、4b之下蝕刻的現(xiàn)象(稱作下蝕刻(underetch)或底切(undercut)),這就創(chuàng)建了電連接區(qū)域4a、4b的自立外圍部分(在圖6中總地由附圖標記4’指示)。該事實可以導(dǎo)致自立部分4’弱化或者可能損壞的問題。這就導(dǎo)致關(guān)于電連接區(qū)域4a、4b的尺寸的固有設(shè)計限制:為了包含下蝕刻并且因此包含自立區(qū)域部分，不允許減小電接觸區(qū)域4a、4b的尺寸(或者更確切地，有關(guān)于重新確定器件尺寸的限制)。事實上，對于很窄的電接觸區(qū)域4a、4b，下蝕刻可以導(dǎo)致對在它們之下的支撐層2的無法修補的破壞。此外，還有布局的復(fù)雜情況，必須考慮到下蝕刻的尺寸和范圍以避免它們變得過量。
[0021]也作為對減小器件尺寸的限制，自立區(qū)域4’在其中有與在上面的移動結(jié)構(gòu)的接觸的情況下，在機械上易碎并且可以破裂，該情況是如果器件自由下落(其可以發(fā)生，取決于它們的應(yīng)用)或受嚴重撞擊則通常發(fā)生的情形。
[0022]在不同于陀螺儀的通用慣性傳感器(例如諸如加速計、或者通常配備有自立質(zhì)量的器件)的情況下，也可以遇到本文所描述的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]本發(fā)明的目的是提供一種用于制造針對用氫氟酸(HF)的蝕刻的保護層的方法以及設(shè)置有該保護層的半導(dǎo)體器件，其能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于制造針對用氫氟酸(HF)的蝕刻的保護層的方法、以及配備有該保護層的半導(dǎo)體器件，如在所附權(quán)利要求中所限定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖，僅以非限定性示例的方式描述一些優(yōu)選的實施例，附圖中:
[0026]圖1至圖6以截面示出了，根據(jù)已知類型的一個實施例的、在制造方法的制造步驟期間的慣性傳感器；
[0027]圖7和圖8以截面示出了，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在針對用氫氟酸的蝕刻的保護層的制造步驟期間的晶片；
[0028]圖9至圖15以截面示出了，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在用于制造自立結(jié)構(gòu)的方法的步驟期間的晶片；
[0029]圖16示出了，根據(jù)本發(fā)明的一個方面的、在進一步的制造步驟期間的圖9至圖15的晶片；
[0030]圖17至圖25以截面示出了，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在用于制造慣性傳感器(特別是陀螺儀)的方法的步驟期間的晶片；
[0031]圖26示出了根據(jù)圖17至圖25中的步驟的變化制造的慣性傳感器；
[0032]圖27至圖30以截面示出了，根據(jù)本發(fā)明的另外一個實施例的、在用于制造慣性傳感器(特別是陀螺儀)的方法的步驟期間的晶片；以及
[0033]圖31以截面示出了，根據(jù)本發(fā)明的另外一個實施例的慣性傳感器。

【具體實施方式】
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于形成對氫氟酸(HF)耐抗并不可透過的保護層的方法。
[0035]通過使用原子層沉積(ALD)工藝而逐次沉積氧化招(alumina) (Al2O3),來形成該保護層(在圖7和圖8中由附圖標記25標識)。
[0036]Al2O3的原子層沉積(ALD)在文獻中是自身已知的,例如Steven M.George, Chem.Rev.2010，110，第 111-131 頁、或者 Puurunen, R.L.，J.Appl.Phys.2005，97，第 121-301 頁。
[0037]通常通過使用三甲基鋁(TMA，Al(CH3))和水蒸氣(H2O)作為反應(yīng)物，來進行通過ALD沉積Al2O315可以使用臭氧(O3)替代H2O蒸汽。在下文中，將對使用TMA作為鋁的源以及H2O作為氧化劑的沉積步驟做出引用。顯然應(yīng)理解，下文中所描述的工藝的可能已知變化可以用于形成保護層25。
[0038]對形成保護層25的下文說明指在晶片100上沉積保護層25。特別地，晶片100包括例如半導(dǎo)體材料的襯底21 ;晶片100可以是經(jīng)前處理的類型。
[0039]在沉積Al2O3之前，晶片100經(jīng)受表面處理(例如通過氧化、特殊清洗或等離子處理)以便優(yōu)化Al2O3的粘附性。在圖7中通過覆蓋襯底21的第一側(cè)21a的薄氧化硅層37圖示了上述表面處理。
[0040]然后將晶片100插入反應(yīng)室(已知并利用了各物種型的ALD反應(yīng)器)中。然后使得在反應(yīng)室內(nèi)部的環(huán)境溫度至在大約150至400°C的值，例如大約300°C。
[0041]然后根據(jù)按定時順序的脈沖的方案，向反應(yīng)室中引入反應(yīng)物。首先，向反應(yīng)室中引入第一反應(yīng)物(通常為H2O蒸汽)。H2O蒸汽與晶片100的暴露的表面反應(yīng)，形成羥基基團(0H-)。在圖7的具體情況下，由于在襯底21的表面21a上方的晶片100的暴露的表面被氧化硅層37(其已經(jīng)暴露羥基基團0H_)覆蓋，因此可以忽略H2O脈沖。在其中保護層25的形成工藝從不具有暴露的羥基基團OH-的表面開始發(fā)生的情況下，H2O蒸汽脈沖是可取的以便幫助在表面上形成羥基基團(在硅上形成硅烷基團S1H)。
[0042]然后向反應(yīng)室中引入氮(N2)氣，其中脈沖持續(xù)大約200和3500ms之間。雖然對于形成Al2O3層的目的，該第二脈沖并不是必須的，但是該第二脈沖具有有助于從反應(yīng)室清除尚未參與到在表面上形成羥基基團中的H2O分子的功能，以便避免在氣體步驟中的反應(yīng)，并且僅促進用于表面羥基基團的必要的那些反應(yīng)。
[0043]然后借助于持續(xù)150和200ms之間的第三脈沖，向反應(yīng)室中引入第二反應(yīng)物(特別地，為三甲基鋁(TMA))。引入的TMA的量根據(jù)特定操作條件而變化。通常地，引入足量的TMA是可取的，以使得TMA分子隨后與存在于氧化硅層37的暴露的表面上的所有羥基基團反應(yīng)。TMA與羥基基團反應(yīng)，生成甲烷(CH4)作為反應(yīng)產(chǎn)物。該反應(yīng)由以下反應(yīng)式(I)描述:
[0044]S1H+Al (CH3) 3 — S1Al (CH3) 2+CH4 (I)
[0045]S1H和S1Al (CH3)2物種形成在氧化硅層37的表面上。反應(yīng)⑴是自限制的，因為其中發(fā)生反應(yīng)(I)的表面位點(site)的數(shù)目是有限的。以這種方式，在氧化硅層37的表面上形成均勻的單層的S1Al (CH3) 2。
[0046]然后再次向反應(yīng)室中引入氮(N2)氣，其中脈沖持續(xù)大約150和3500ms之間。對于形成Al2O3層的目的可選的該第二脈沖，也具有清除功能，有助于從反應(yīng)室去除作為反應(yīng)
(I)的產(chǎn)物而生成的甲烷、以及尚未參與到反應(yīng)(I)中的過量的TMA。
[0047]然后重復(fù)該工藝，其中向反應(yīng)室中引入H2O蒸汽(其中脈沖持續(xù)與第一脈沖相同的時間)。
[0048]在反應(yīng)(I)之后，H2O蒸汽與存在于氧化硅層37的表面上的自由甲基基團反應(yīng)，形成鋁-氧(Al-O)橋和表面羥基基團。在這種情況下甲烷也是反應(yīng)的產(chǎn)物。該反應(yīng)由以下反應(yīng)式(2)定性地描述:
[0049]2H20+Si0Al (CH3) 2 — S1Al (OH) 2+2CH4 (2)
[0050]通過向反應(yīng)室中引入N2，而從反應(yīng)室清除以下反應(yīng)⑵生成的過量的甲烷、以及任何過量的H2O蒸汽(脈沖持續(xù)大約200和3500ms之間)。
[0051]然后向反應(yīng)室中引入TMA(脈沖持續(xù)大約150和200ms之間)。根據(jù)以下反應(yīng)(3)，TMA與存在于氧化硅層37的表面上的羥基基團反應(yīng)，并且鍵合至鋁(AlOH)的原子:
[0052]A10H+A1 (CH3) 3 — AlOAl (CH3) 2+CH4 (3)
[0053]S1H和AlOAl (CH3)2物種為表面物種。反應(yīng)(3)是自限制的。
[0054]新的N2脈沖幫助清除由之前的反應(yīng)生成的產(chǎn)物的反應(yīng)室。
[0055]然后，進一步向反應(yīng)室中引入H2O蒸汽(脈沖持續(xù)大約200和500ms之間，類似于上文說明的)導(dǎo)致以下反應(yīng)⑷:
[0056]A1CH3+H20 — A10H+CH4 (4)
[0057]AlCH3和AlOH物種為表面物種。反應(yīng)⑷是自限制的。
[0058]然后該工藝通過重復(fù)反應(yīng)(3)和(4)的步驟繼續(xù)，這就定義了在氧化硅層37上形成Al2O3的完整的形成周期。
[0059]描述通過ALD來沉積氧化招(aluminium oxide) (Al2O3)的完整的反應(yīng)如下:
[0060]2A1 (CH3) 3+3H20 — A1203+3CH4 (5)
[0061]在每個循環(huán)期間，生長大約0.08-0.1nm的Al2O3層。反應(yīng)(3)和(4)的循環(huán)繼續(xù)，直至獲得具有大約10和60nm之間(特別地大約15和40nm之間，并且更特別地等于大約20nm)的厚度的第一中間層25a。
[0062]可以使用分光光度技術(shù)(例如橢偏儀)來測量第一中間層25a的厚度。
[0063]然后在大約800和1100°C之間的溫度下(特別地等于大約1030°C )、在晶片100上進行退火步驟，以有助于Al2O3的如上文描述而形成的第一中間層25a結(jié)晶。該退火步驟可以為在N2或O2中在大約1000和大約1100°C之間的溫度下持續(xù)大約10秒和2分鐘之間的時段的RTP(快速熱處理)類型。例如，可以在大約1030°C、在N2中持續(xù)大約15秒時段來執(zhí)行退火。備選地，可以在N2和/或O2中在800和1100°C之間、持續(xù)大約10分鐘和90分鐘之間的時段，優(yōu)選地為在N2中持續(xù)30分鐘在900°C，在爐中進行退火。
[0064]在第一中間層25a結(jié)晶之后，圖8，制造繼續(xù)在第一中間層25a之上形成第二中間層 25b ο
[0065]第二中間層25b為與第一中間層25a類似的氧化鋁(Al2O3)層。
[0066]形成第二中間層25b的步驟與已經(jīng)描述的關(guān)于形成第一中間層25a的那些步驟相同，并且因此不再描述其全部內(nèi)容。因此通過原子層沉積(ALD)形成第二中間層25b，包括Al2O3單層的連續(xù)形成周期，如關(guān)于反應(yīng)(3)和(4)所描述的。
[0067]更具體地，在已經(jīng)將晶片100放置于反應(yīng)室中之后，在大約200和400°C之間的溫度下(例如等于大約300°C)，向反應(yīng)室中引入第一反應(yīng)物(例如H2O蒸汽，雖然如已經(jīng)提及的可以使用臭氧O3)。
[0068]向反應(yīng)室中引入H2O蒸汽(脈沖持續(xù)大約200和500ms之間)導(dǎo)致以下反應(yīng)(即上文描述的反應(yīng)4):
[0069]A1CH3+H20 — A10H+CH4,
[0070]其中AlCH3和AlOH物種為表面物種。
[0071]然后，向反應(yīng)室中引入TMA(脈沖持續(xù)大約150和200ms之間)導(dǎo)致以下反應(yīng)(即上文描述的反應(yīng)3):
[0072]A10H+A1 (CH3) 3 — AlOAl (CH3) 2+CH4,
[0073]其中S1H和AlOAl (CH3)2物種為表面物種。
[0074]該循環(huán)繼續(xù)，直至獲得第二中間層25b的形成，該第二中間層25b具有大約10和60nm之間(特別地大約15和40nm之間，并且還更具體地等于大約20nm)的厚度。
[0075]可能在圖示的反應(yīng)之間具有N2脈沖步驟(如已經(jīng)描述的關(guān)于形成第一中間層25a的)，以使得能夠清潔反應(yīng)室。
[0076]然后在大約800和1100°C之間的溫度下(特別地等于大約1030°C )、在晶片100上進行退火步驟，以有助于Al2O3的如所描述而形成的第二中間層25b結(jié)晶。該退火步驟可以為在N2或O2中的、在大約1000和大約1100°C之間的溫度下的、持續(xù)大約10秒和2分鐘之間的時段(例如在隊中在大約1030°C等于大約15秒)RTP (快速熱處理)類型。備選地，可以在N2和/或O2中在800和1100°C之間、持續(xù)大約10分鐘和90分鐘之間的時段，優(yōu)選地為在N2中持續(xù)30分鐘在900°C在爐中進行退火。
[0077]以這種方式，形成包括第一和第二中間層25a、25b的保護層25，其如所描述而形成。
[0078]本申請已經(jīng)證實根據(jù)下列步驟(i)-(iv)形成的氧化鋁Al2O3層:
[0079]⑴使用ALD工藝沉積第一層Al2O3,
[0080](ii)使第一層 Al2O3 結(jié)晶，
[0081](iii)使用ALD工藝在第一層結(jié)晶的Al2O3之上(并且特別地，與第一層結(jié)晶的Al2O3直接接觸)沉積第二層Al2O3,并且
[0082](iv)使第二層 Al2O3 結(jié)晶。
[0083]使得保護層25具有針對用氫氟酸(HF)的蝕刻的耐抗性，并且特別地為保護層25對氫氟酸的不透過性。此外，本 申請人:還已經(jīng)證實，如此形成的保護層25表現(xiàn)出對下面的氧化硅層的卓越粘附特性，表現(xiàn)出不作為任何隨后的退火的結(jié)果而改變的卓越介電性質(zhì)，表現(xiàn)出在晶片100的曲率半徑(翹曲)中幾乎不變化，與用于微電子工業(yè)中的標準設(shè)備兼容，并且具有與高溫熱處理(大于1000°C )的高兼容性。
[0084]圖9-圖16根據(jù)本發(fā)明的一個實施例示出了用于制造自立結(jié)構(gòu)的方法的步驟，該自立結(jié)構(gòu)例如屬于慣性傳感器。
[0085]參照圖9，并且與參照圖7和圖8描述的類比(本文中用相同的附圖標記指示相同的元件)，提供包括(例如硅(Si)的)襯底21的晶片100。襯底21包括彼此相對的第一和第二表面21a和21b。例如通過熱生長，而在襯底21的第一和/或第二表面21a和21b上形成氧化硅(S12)的支撐層22(在圖9中，支撐層22僅沿著第一表面21a延伸)。備選地，支撐層22由使用PECVD在表面21a上沉積的氧化硅制成。支撐層22包括彼此相對的第一和第二表面22a和22b。支撐層22的第二表面22b與襯底21的第一表面21a直接接觸。
[0086]然后制造繼續(xù)，圖10，具有在支撐層22的第一表面22a之上形成保護層25的步驟。在所描述的工藝步驟中，保護層25特別地具有蝕刻停止層的功能，如下文中詳細描述的。因此保護層25為雙層氧化鋁(Al2O3)(也稱作三氧化二鋁(alumina))。
[0087]保護層25是根據(jù)以下上文提及的步驟形成的:
[0088](i)使用ALD工藝沉積氧化招Al2O3的第一中間層25a,
[0089](ii)使第一中間層25a結(jié)晶，
[0090](iii)使用ALD工藝在結(jié)晶的第一中間層上，沉積氧化鋁Al2O3的第二中間層25b，以及
[0091](iv)使第二中間層25b結(jié)晶。
[0092]第一和第二中間層25a和25b —起形成保護層25。
[0093]進行通過ALD來沉積Al2O3的第一和第二層25a、25b，特別地根據(jù)上文參照圖7和圖8圖示的步驟。
[0094]如圖11所示，然后在形成保護層25之后，通過在保護層25之上形成例如摻雜多晶硅的(例如為N型的)電接觸層，制造繼續(xù)，該電接觸層隨后被蝕刻以去除電接觸層的選擇的部分并且形成電接觸區(qū)域34。通過在氧化硅上的選擇性多晶硅等離子干法蝕刻，而進行對電接觸層的蝕刻，該蝕刻選擇性地去除多晶硅但并不去除保護層25。
[0095]然后，圖12，在保護層25和電接觸區(qū)域34之上形成(通過PECvD沉積的)氧化硅的犧牲層26。通過光刻步驟和隨后的蝕刻，從下面的電接觸區(qū)域34之上去除犧牲層26的部分，形成延伸至電接觸區(qū)域34的溝槽28，從而暴露電接觸區(qū)域34的表面。
[0096]然后，圖13，在犧牲層26之上以及在溝槽28中形成(例如外延生長的多晶硅的)結(jié)構(gòu)層29，該結(jié)構(gòu)層29在溝槽28中延伸以與電接觸34區(qū)域進行電接觸。可以按需要處理結(jié)構(gòu)層29，以形成具有期望的形狀的表面結(jié)構(gòu)。
[0097]在圖14中，選擇性蝕刻結(jié)構(gòu)層29以去除它的一部分，從而形成由附圖標記30指示的結(jié)構(gòu)。然而可以注意到，在該制造步驟中結(jié)構(gòu)30仍被約束至下面的犧牲層26，并且因此不能自由移動。此外，雖然此處示出了具有膜形狀的結(jié)構(gòu)30，但是所描述的內(nèi)容可以擴展至任何這樣的結(jié)構(gòu)，其在制造步驟結(jié)束必須為自立或部分自立的結(jié)構(gòu)，能夠振動并且/或者平移并且/或者執(zhí)行在一個或多個方向上的任何其它移動。
[0098]在該步驟中，結(jié)構(gòu)30?？吭跔奚鼘?6上(并且與犧牲層26接觸)。在結(jié)構(gòu)30中還形成通孔31以使得能夠在隨后的制造步驟中去除犧牲層26，以便形成部分自立的結(jié)構(gòu)。
[0099]然后，圖15，通過去除犧牲層26的在結(jié)構(gòu)30之下延伸的部分，來使得結(jié)構(gòu)30自立(并且從而部分可動)。在下文的說明中，結(jié)構(gòu)30標識為移動結(jié)構(gòu)30。通過HF汽相蝕刻或者備選地通過使用包括HF的溶液或混合物的濕法蝕刻，來執(zhí)行對犧牲層26的部分的去除。
[0100]結(jié)構(gòu)層29的在圖15的溝槽28中延伸的部分在圖15中形成用于移動結(jié)構(gòu)30的支撐基部30’ (與下面的電接觸區(qū)域34接觸，并且從而與下面的電接觸區(qū)域34電連接)，同時在圖12中結(jié)構(gòu)層29的在圖12的在犧牲層26上方延伸的部分形成自立結(jié)構(gòu)30”。
[0101]對犧牲層26的HF蝕刻步驟不破壞保護層25，它也不穿透通過保護層25。因此對犧牲層26的HF蝕刻步驟既不去除也不破壞支撐層22。而是，可以完全去除犧牲層26。
[0102]在其中有必要形成通過支撐層22的深溝槽的情況下，例如便于制作與襯底21的接觸，可以使用利用BCl3的等離子干法蝕刻，通過掩膜的蝕刻(或者通過隨后的光刻和蝕刻步驟)而選擇性地去除保護層25。然后，有可能繼續(xù)使用包含HF (例如Β0Ε)的混合物蝕刻支撐層22。
[0103]圖16示出了(根據(jù)參照圖9至圖11描述的制造步驟而形成的)晶片200，其中也已經(jīng)從其中希望形成通過支撐層22的深溝槽50的區(qū)域去除了保護層25。
[0104]可以在形成電接觸區(qū)域34之前或之后，無差別地進行對保護層25的蝕刻。
[0105]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，參照圖9-圖16描述的制造步驟可以用于制造微機電傳感器(MEMS)或者任何類型的慣性傳感器，例如陀螺儀或加速計。特別地，明顯地顯露的是，在制造任何自立或半自立結(jié)構(gòu)(例如梁、微鏡、膜片、懸臂梁、或其它任何MEMS結(jié)構(gòu))期間，保護層25可以用作蝕刻停止層。圖17-圖25根據(jù)連續(xù)制造步驟、以截面示出了慣性傳感器(特別是陀螺儀)。用相同的附圖標記來標識圖17至圖25的與圖7和圖8和/或圖9至圖16相同的元件。
[0106]參照圖17，為了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例來制作慣性傳感器，提供了晶片300，該(例如硅的)晶片300包括襯底21，具有彼此相對的第一和第二表面21a和21b。在襯底21的第一和/或第二表面21a和21b上形成支撐層22。在圖17中，支撐層22沿著第一表面21a和第二表面21b兩者延伸；根據(jù)一個不同的實施例(未示出)，支撐層22僅沿著第一表面21a延伸。支撐層22由氧化硅(S12)制成，并且例如是熱生長的。備選地，支撐層22是由使用PECVD工藝沉積的氧化硅制成的。支撐層22通過在襯底21的第一表面21a之上延伸而暴露其自身的表面22a。
[0107]然后制造繼續(xù)在支撐層22的表面22a上形成電接觸層32 (特別是(例如N型的)多晶硅)。根據(jù)圖17中的實施例，在晶片300的兩面上都形成電接觸層32 ;然而，根據(jù)一個不同的實施例，未示出地，僅在支撐層22的表面22a之上形成電接觸層32。然后蝕刻在支撐層22的表面22a之上延伸的電接觸層32，以從其去除選擇的部分，以形成電接觸區(qū)域34a、34b，類似于圖1中的電接觸區(qū)域4a、4b、或者圖11中的電接觸區(qū)域34。使用等離子干法蝕刻來進行對電接觸層32的蝕刻，其選擇性地去除多晶硅。
[0108]然后，圖18，在支撐層22和電接觸區(qū)域34a、34b之上形成氧化硅的支撐層35。支撐層35是通過使用LPCVD或PECVD工藝的沉積(特別是通過使用PECVD工藝的沉積)而形成的。然后減少支撐層35的厚度(例如通過化學機械平坦化，CMP)，直至到達電接觸區(qū)域34a、34b的表面。
[0109]然后，圖19，制造繼續(xù)在支撐層35 (此處特別地具有蝕刻停止層的功能)之上形成保護層25的步驟。保護層25是如上文描述而形成的。特別地，為了有助于保護層25粘附，而形成已經(jīng)參照圖7描述并且具有相同功能的氧化硅層37。
[0110]在蝕刻停止層25的形成步驟的結(jié)束，對保護層25執(zhí)行蝕刻步驟以從其中希望在隨后的制造步驟中形成地接觸端子的區(qū)域去除它的選擇的部分(參見例如已經(jīng)在圖2至圖4中參照溝槽9和側(cè)壁13的形成而描述的)?？梢允褂美肂Cl3的等離子干法蝕刻，通過掩膜的蝕刻而選擇性地去除蝕刻停止層25。
[0111]然后，圖20，在保護層25之上形成(通過PECVD或TEOS沉積的)氧化硅的犧牲層36。通過已知的光刻和蝕刻步驟，例如使用氫氟酸(HF)，去除在晶片300的表面區(qū)域之上的犧牲層36、氧化硅層37、支撐層35和支撐層22的相互重疊的部分而保護層25的保護沒有被去除。以這種方式，形成溝槽33，該溝槽33延伸直至其暴露襯底21的表面21a的一部分。溝槽33類似于圖16中的溝槽50。
[0112]然后，圖21，在犧牲層36和保護層25上執(zhí)行光刻和蝕刻步驟，以在電接觸區(qū)域34a,34b處形成溝槽39。因此溝槽39延伸穿過犧牲層36和保護層25，直至暴露電接觸區(qū)域34a、34b的相應(yīng)的表面區(qū)域。溝槽39類似于圖2中的溝槽8或者圖12中的溝槽28，并且具有相同的功能。
[0113]根據(jù)一個不同的實施例，與形成溝槽33同時進行形成溝槽39。
[0114]之后，圖22，在犧牲層36之上以及在溝槽33、39中形成結(jié)構(gòu)層40，并且該構(gòu)層40在溝槽33、39中延伸，以制作與襯底21的電接觸(通過溝槽33)、以及電接觸區(qū)域34a、34b (通過溝槽39)?？梢园葱枰幚斫Y(jié)構(gòu)層40，以便形成具有期望的形狀的表面結(jié)構(gòu)，特別是以便形成可以在一個或多個方向上自由振動的結(jié)構(gòu)，具體到每種慣性傳感器。
[0115]特別地，如在圖23中所示，結(jié)構(gòu)層40的造型方式類似于根據(jù)已知類型的一個實施例的、已經(jīng)參照圖3和圖4中的結(jié)構(gòu)層10描述，以形成慣性傳感器(特別是陀螺儀)的定子11和轉(zhuǎn)子12。也形成側(cè)壁13和電接觸端子15。定子11和轉(zhuǎn)子12的結(jié)構(gòu)還具有通孔18，用于去除下面的犧牲層36的蝕刻化學物質(zhì)流過該通孔18，以釋放定子11和轉(zhuǎn)子12。使用蒸汽相的氫氟酸(HF)或者備選地通過使用包括HF的溶液或混合物的濕法蝕刻，來執(zhí)行對犧牲層36的蝕刻。
[0116]對犧牲層36的HF蝕刻步驟不破壞保護層25，蝕刻劑也不腐蝕穿透保護層25，如上文所示。因此，用HF蝕刻犧牲層36并不去除或破壞支撐層22，也不去除或破壞支撐層35。而是，完全去除犧牲層36。以這種方式，獲得如圖24所示的晶片300。
[0117]可以按需要去除或保留沿著襯底21的第二表面21b延伸的支撐層22和多晶硅32。
[0118]根據(jù)本發(fā)明的慣性傳感器的進一步的制造步驟包括，在側(cè)壁13之上形成或配置帽件41 (類似于圖6中的帽件19)。帽件41的形成步驟是自身已知的。
[0119]圖25示出了根據(jù)上文參照圖17至圖24描述的步驟而制作的慣性傳感器150 (特別是陀螺儀)。特別地，慣性傳感器150包括:硅的襯底21，具有彼此相對的第一表面21a和第二表面21b;氧化硅(S12)的支撐層22，在襯底21的第一表面21a之上延伸，并且與襯底21接觸；支撐層53和(如果存在的話)層37，兩者都是氧化硅(S12)的，將電接觸區(qū)域34a、34b掩埋在該兩者中，并且兩者延伸以形成多晶硅N的導(dǎo)電條帶；保護層25，包括結(jié)晶的氧化鋁(Al2O3)的雙層25a、25b，如上文描述而形成，并且在支撐層35之上延伸；以及在一個或多個方向上可動或半可動的自立結(jié)構(gòu)(定子11和轉(zhuǎn)子12)。
[0120]根據(jù)慣性陀螺儀傳感器的已知操作，定子11和轉(zhuǎn)子12與相應(yīng)的電連接區(qū)域34a和34b電連接，以接收控制信號和測量信號。
[0121]此外，將慣性傳感器150容納于包括側(cè)壁13的封裝中，該側(cè)壁13延伸以便側(cè)向包圍定子11和轉(zhuǎn)子12，并且通過部分犧牲層36與電接觸區(qū)域34a、34b絕緣；根據(jù)一個實施例，側(cè)壁13還通過延伸穿過犧牲層36、結(jié)構(gòu)層35和支撐層22的豎直接觸51而與襯底21電接觸。此外，帽件41在側(cè)壁13上延伸，并且與側(cè)壁13接觸。帽件41和側(cè)壁13通過焊接材料52彼此耦合，根據(jù)需要該焊接材料52為導(dǎo)電或絕緣類型的。以這種方式，在封裝內(nèi)部限定空腔54，該封裝容納并保護定子11和轉(zhuǎn)子12、通常還有所有未在本文中詳細示出的形成慣性傳感器150的元件(可動部件和固定部件)。在空腔54外部存在一個或多個焊盤或?qū)щ姸俗?5，并且該焊盤或?qū)щ姸俗?5電連接至電連接區(qū)域34a、34b以從/向定子11和轉(zhuǎn)子12接收/饋送電信號。
[0122]根據(jù)本發(fā)明，通過形成保護層25，定子11和轉(zhuǎn)子12延伸與電接觸區(qū)域34a、34b接觸，沒有任何參照【背景技術(shù)】描述的缺點(參見例如上文描述的圖5和圖6)。在陀螺儀的情況下優(yōu)點尤為明顯，由于對承擔可動結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)而言，存在可動結(jié)構(gòu)是造成相當大的應(yīng)力的一個原因。本文所陳述的對于具有移動部件的任何類型的MEMS器件都有效，例如加速計。
[0123]圖26示出了根據(jù)本發(fā)明的另外一個實施例的慣性傳感器160。傳感器160是根據(jù)圖17-圖24中的步驟制造的。與圖25中的慣性傳感器不同，慣性傳感器160并未配備用以集成的方式形成的封裝。在這種情況下，不存在側(cè)壁13。而是，慣性傳感器160具有另外的焊盤或電接觸端子61，其電連接至襯底21，通過豎直接觸62延伸穿過犧牲層36、結(jié)構(gòu)層35、和支撐層22。豎直接觸62是以與圖25中對于豎直接觸51所描述的方式類似的方式制作的。電接觸端子61是供應(yīng)接地參考電壓的端子。
[0124]根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)慣性傳感器的另外一個實施例，未在附圖中示出，不存在用于將側(cè)壁13電連接至襯底21的豎直接觸51。
[0125]根據(jù)本發(fā)明的慣性傳感器的一個實施例，側(cè)壁13圍繞定子11和轉(zhuǎn)子12不間斷地延伸。根據(jù)本發(fā)明的慣性傳感器的一個不同的實施例，根據(jù)需要，側(cè)壁13可以具有間斷或開口。
[0126]圖27至圖30根據(jù)本發(fā)明的另外一個實施例示出了慣性傳感器的制造步驟。
[0127]根據(jù)該另外一個實施例，提供晶片400，其按已經(jīng)參照圖17和圖18所描述的用于晶片300的內(nèi)容而處理。這些步驟不再另外描述，同時用相同的附圖標記來指示與晶片300和400相同的元件。
[0128]參照圖27，制造繼續(xù)在支撐層35之上形成保護層125的步驟，該保護層125包括根據(jù)已經(jīng)所描述的用于保護層25的步驟而形成的結(jié)晶氧化鋁(Al2O3)的雙層125a、125b。
[0129]根據(jù)圖27中的實施例，從其中在隨后的制造過程中將在接地端子與襯底12將進行接觸的區(qū)域，并且從電接觸區(qū)域34a、34b，選擇性地去除蝕刻停止層125。換言之，蝕刻停止層125在晶片400上、在支撐層35之上延伸，以覆蓋并保護它(除非如果必要，不需在隨后的制造步驟中去除后者的區(qū)域)，但不完全在電連接區(qū)域34a、34b之上延伸。如果必要，可以在電接觸區(qū)域34a、34b與支撐層35之間的邊界處設(shè)置安全區(qū)域，其中蝕刻停止層125也在電接觸區(qū)域34a、34b之上延伸。
[0130]然后，圖28，制造繼續(xù)形成犧牲層36，如參照圖20所描述的。然后形成溝槽63、64，在其中希望形成接地端子的區(qū)域中(溝槽63)、以及在接觸區(qū)域34a、34b中(溝槽64)。溝槽64與圖21中的溝槽39類似，但是沒有必要蝕刻并去除蝕刻停止層125的選擇的部分以便形成它們，因為正如已經(jīng)陳述的，它們并不延伸至電接觸區(qū)域34a、34b。因此通過蝕刻犧牲層36和氧化物層37 (如果存在)來形成溝槽64?？梢酝瑫r地或者在不同的步驟中進行溝槽63和64的形成，如上文中已經(jīng)關(guān)于溝槽33和39所描述的。
[0131]此后，圖29，以與圖22中的結(jié)構(gòu)層40類似的方式，在犧牲層36之上以及在溝槽63,64中形成結(jié)構(gòu)層140。結(jié)構(gòu)層140例如是外延生長多晶硅?？梢园葱枰幚斫Y(jié)構(gòu)層140，以便形成具有期望形狀的表面結(jié)構(gòu)，特別是以便形成可以在一個或多個方向上自由振動的結(jié)構(gòu)，具體到每種慣性傳感器。
[0132]特別地，如圖29所示，結(jié)構(gòu)層140的造型方式類似于已經(jīng)參照圖4、圖23和圖24描述的方式，以形成慣性傳感器170 (特別是陀螺儀)的定子11和轉(zhuǎn)子12。
[0133]定子11和轉(zhuǎn)子12的結(jié)構(gòu)也具有通孔18，用于去除下面的犧牲層36的蝕刻化學物質(zhì)流經(jīng)該通孔18以便釋放定子11和轉(zhuǎn)子12。使用氫氟酸(蒸汽相的HF，或者備選地通過使用包括HF的溶液或混合物的濕法蝕刻)，來執(zhí)行對犧牲層36的蝕刻。在這種情況下，用HF對犧牲層36蝕刻并不移除保護層35，因為它被蝕刻停止層125保護；也不破壞電接觸區(qū)域34a、34b，因為HF并不去除多晶硅。
[0134]然后可以繼續(xù)慣性傳感器的形成步驟，如已經(jīng)參照圖25或者備選地參照圖26 (在最后這種情況下，不存在圖30的壁13)所示出和描述的。
[0135]圖31根據(jù)本發(fā)明的另外一個實施例示出了慣性傳感器180 (特別是陀螺儀)。
[0136]類似于慣性傳感器150，慣性傳感器180包括:襯底21，例如由硅制成，具有彼此相對的第一表面21a和第二表面21b ;支撐層22,由氧化娃制成(S12),在襯底21的第一表面21a之上延伸并且與襯底21接觸；保護層225，由氧化鋁(Al2O3)制成，形成方式類似于上文參照保護層25(圖7和圖8)描述的方式；多個電接觸區(qū)域234a、234b (類似于電接觸區(qū)域34a、34b，并且具有與電接觸區(qū)域34a、34b相同的功能)，由導(dǎo)電材料制成，在保護層225之上延伸；以及可在一個或多個方向上移動的自立結(jié)構(gòu)(定子211和轉(zhuǎn)子212)。
[0137]定子211和轉(zhuǎn)子212與相應(yīng)的電接觸區(qū)域234a、234b電接觸，以根據(jù)陀螺儀的已知操作，接收控制信號并且發(fā)送測量信號。定子211和轉(zhuǎn)子212例如由外延生長的并且根據(jù)上文描述的用于形成定子11和轉(zhuǎn)子12的步驟而造型的多晶硅制成。
[0138]可以注意到，根據(jù)圖31中的實施例，電接觸區(qū)域234a、234b(如所述，具有與圖25中的區(qū)域34a和34b類似的功能)在保護層225之上延伸。因此，根據(jù)該實施例，沒有設(shè)想蝕刻保護層225以形成至電接觸區(qū)域的訪問溝槽的步驟，而是提供制造例如圖25中的慣性傳感器。
[0139]將慣性傳感器180容納于包括側(cè)壁130的封裝中，該側(cè)壁130延伸以便側(cè)向包圍定子211和轉(zhuǎn)子212，并且通過電絕緣區(qū)域311與電接觸區(qū)域234a、234b絕緣。側(cè)壁130優(yōu)選地可以通過豎直接觸312與襯底21電接觸，該豎直接觸312延伸穿過蝕刻停止層225和支撐層22。此外，帽件315在側(cè)壁310上延伸，并且與側(cè)壁310接觸。帽件315和側(cè)壁310通過焊接材料316彼此耦合，根據(jù)需要該焊接材料52為導(dǎo)電或絕緣類型的。以這種方式限定空腔54，該封裝容納并保護定子211和轉(zhuǎn)子212、通常還有所有未在本文中詳細示出的形成慣性傳感器180的元件(可動部件和固定部件)。在空腔54外部存在一個或多個導(dǎo)電焊盤318，并且該焊盤電連接至電連接區(qū)域234a、234b (在該圖中僅示出一個)以從/向定子211和轉(zhuǎn)子212接收/饋送電信號。
[0140]根據(jù)圖31中的實施例，通過形成蝕刻保護層225，支撐層22不被之前的制造步驟蝕刻或破壞，并且定子211和轉(zhuǎn)子212由沒有參照【背景技術(shù)】描述的缺點的區(qū)域支撐。
[0141]根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)對各個實施例的特性的查看，使用本發(fā)明可以獲得的優(yōu)點是明顯的。
[0142]如根據(jù)本發(fā)明的描述而形成的蝕刻停止層特別地對于氫氟酸(HF)是不可透過的，并且因此對可能被氫氟酸破壞的下面的層的提供完整的保護。此外，它還展示出對氧化硅層的卓越的粘附特性、卓越的介電特性、以及與高溫熱工藝的高度兼容性。
[0143]通過避免如參照【背景技術(shù)】描述的蝕刻結(jié)構(gòu)層的在硅襯底和多晶硅電接觸之間延伸的氧化物的問題，能夠獲得穩(wěn)定并且不易受斷裂的結(jié)構(gòu)，以這種方式增加所制造的器件的可靠性。
[0144]此外，本發(fā)明不需要使用昂貴的材料或困難的處理。
[0145]其它優(yōu)點包括:減少電接觸區(qū)域4的寬度和間距，帶來隨后的對最終器件或系統(tǒng)的重新確定比例；簡化布局，其不需要考慮參照【背景技術(shù)】所提及的下蝕刻尺寸；以及顯著減小形成定子11和轉(zhuǎn)子12的移動結(jié)構(gòu)的釋放時間，因為僅需要從犧牲層36去除氧化物(而不需要也從下面的結(jié)構(gòu)層去除氧化物)，帶來隨后的關(guān)于制造成本的優(yōu)點。
[0146]本發(fā)明的另外一個優(yōu)點屬于這樣的事實:不需要氮化硅中的保護區(qū)域(在圖5和圖6中示出的類型的，具有附圖標記6)。事實上，根據(jù)本發(fā)明，電連接區(qū)域34a、34b是由蝕刻停止層25、125保護不受外部環(huán)境影響。這就帶來了減少制造過程的成本的優(yōu)點。
[0147]此外，還消除了潛在易碎的由多晶硅制成的自立部分。
[0148]此外，本 申請人:已經(jīng)證實，氧化鋁(Al2O3)的層25、125是具有低粗糙度的保形層。以這種方式，沒有改變電接觸區(qū)域34a、34的粗糙度。
[0149]最后，明顯的是，可以在不離開如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的保護范圍的情況下，應(yīng)用各種修改和改變至本文所描述的內(nèi)容。
[0150]以保護下面的層免受氫氟酸為目標而利用如參照保護層25的描述而獲得的雙層的結(jié)晶的Al2O3—般可應(yīng)用于保護在使用氫氟酸(HF)的蝕刻步驟期間易于去除或破壞的任何材料。例如，上文描述的支撐層22可以為與氧化硅不同的材料，諸如氮化硅(SiN)、氮氧化物、摻雜氧化物(BPSG、PSG)等。
[0151]此外，在其中MEMS器件不需要電控制信號或者不產(chǎn)生表示所測量的量(例如，在陀螺儀的情況下為位移)的電信號的情況下，可以省略電接觸區(qū)域34、或者34a和34b、或者234a和234b。在這種情況下，移動結(jié)構(gòu)直接?？吭诒Ｗo層25上，或者在可能的另外的中間層上。
[0152]此外，根據(jù)圖17-圖25和/或圖26中的實施例，電接觸區(qū)域34a、34b可以由不同于多晶硅的材料制成。特別地，電接觸區(qū)域34a、34b可以由任何導(dǎo)電材料(甚至由可被氫氟酸(HF)蝕刻的材料)制成。在根據(jù)圖27至圖30和圖31的實施例的情況下，電接觸區(qū)域34a、34b和234a、234b可以分別為不同于摻雜多晶娃的導(dǎo)電材料制成,設(shè)置為，該材料不會被氫氟酸去除。
[0153]此外，保護層25、125、225可以由多于兩個重疊的結(jié)晶氧化鋁的中間層形成(在任何情況下，根據(jù)上文描述的方法形成)。
[0154]此外，導(dǎo)電區(qū)域34、或者34a、34b、或者234a、234b (根據(jù)相應(yīng)的實施例)可以多于或少于兩個；特別地，根據(jù)需要，可以只存在一個導(dǎo)電區(qū)域、或者存在眾多的多于兩個導(dǎo)電區(qū)域。
[0155]類似地，可動質(zhì)量11、12和211、212 (在相應(yīng)的實施例中描述的定子和轉(zhuǎn)子)可以多于兩個，或者備選地僅設(shè)置一個可動質(zhì)量。
[0156]最后，應(yīng)注意到，如上文描述而制成的氧化鋁保護層可以在任何半導(dǎo)體器件(例如MEMS器件、和/或(微)電子器件、和/或(微)機械器件，特別是使用MEMS微加工技術(shù)制作的器件)的制造步驟期間用作蝕刻停止層。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造用于針對用氫氟酸的蝕刻保護中間結(jié)構(gòu)層(22)的保護層(25;125;225)的方法，所述中間結(jié)構(gòu)層(22)由可以被氫氟酸蝕刻或破壞的材料制成，所述方法包括下列步驟: -通過原子層沉積在所述中間結(jié)構(gòu)層(22)上形成氧化鋁的第一層； -對氧化鋁的第一層執(zhí)行熱結(jié)晶工藝，形成第一中間保護層(25a;125a;225a)； -通過原子層沉積在所述第一中間保護層之上形成氧化鋁的第二層；以及 -對所述氧化鋁的第二層執(zhí)行熱結(jié)晶工藝，形成第二中間保護層(25b ；125b ；225b), 所述第一中間層和所述第二中間層形成所述保護層(25 ；125 ；225)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二中間保護層(25b；125b ；225b)被形成為與所述第一中間保護層(25a; 125a ;225a)接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述形成所述氧化鋁的第一層的步驟和形成所述氧化鋁的第二層的步驟在反應(yīng)室中執(zhí)行，并且每個步驟包括下列各項: a)_將所述反應(yīng)室內(nèi)部的環(huán)境加熱至大約150°C和400°C之間的溫度； b)-向所述反應(yīng)室中引入H2O蒸汽； c)-向所述反應(yīng)室中引入三甲基鋁； d)_重復(fù)步驟b)和步驟c ),直至生長出具有大約1nm和60nm之間的厚度的層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括:在步驟b)和步驟c)之后，向所述反應(yīng)室中引入氮的步驟e)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述執(zhí)行所述氧化鋁的第一層和所述氧化鋁的第二層的熱結(jié)晶工藝的步驟各包括: -在大約800和1100°C之間的溫度下執(zhí)行快速熱工藝達大約10秒和2分鐘之間的時段；或者 -在大約800和1100°C之間的溫度下在爐中加熱達大約10分鐘和90分鐘之間的時段。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，用于制作半導(dǎo)體(101;150 ;160 ;170 ;180)，包括下列步驟: -提供具有彼此相對的第一表面和第二表面(21a, 21b)的襯底(21)； -在所述襯底(21)的所述第一表面(21a)之上形成第一材料的中間結(jié)構(gòu)層(22)，所述第一材料能夠被氫氟酸蝕刻或破壞； -在所述中間結(jié)構(gòu)層(22)之上形成所述保護層(25 ；125 ；225)； -在所述保護層(25 ；125 ；225)之上形成第二材料的犧牲層(36)，所述第二材料能夠被氫氟酸蝕刻； -在所述犧牲層(36)上方形成至少一個結(jié)構(gòu)區(qū)域(29，30 ;40 ;11，12 ;211，212)，并且所述至少一個結(jié)構(gòu)區(qū)域(29，30 ；40 ；11,12 ;211，212)與所述犧牲層(36)接觸； -使用氫氟酸或包括氫氟酸的混合物蝕刻所述犧牲層(36)，由此選擇性地去除所述犧牲層(36)并且使得所述結(jié)構(gòu)區(qū)域(29，30 ；40；11,12；211,212)至少部分地自立于所述保護層的上方。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一材料和所述第二材料選自包括下列各項的組:氧化硅、氮化硅、氮氧化物和摻雜氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，還包括形成至少部分地與所述保護層(25；225)重疊的至少一個電互連區(qū)域(34 ；234a ；234b)的步驟， 并且其中所述形成所述結(jié)構(gòu)區(qū)域(30;211，212)的步驟包括在所述電互連區(qū)域(23;234a ；234b)的不被所述保護層(25 ；225)覆蓋的表面部分處形成與所述電互連區(qū)域(23 ；234a ；234b)電接觸的所述結(jié)構(gòu)區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，還包括在所述襯底(21)的所述第一表面(21a)之上形成至少一個電互連區(qū)域(34a;34b)的步驟， 并且其中所述形成所述保護層(25)的步驟包括在所述電互連區(qū)域(34a;34b)之上形成所述保護層(25)，從而完全覆蓋所述電互連區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述結(jié)構(gòu)區(qū)域(11，12)包括形成所述結(jié)構(gòu)區(qū)域(11，12)的一部分，所述結(jié)構(gòu)區(qū)域(11，12)的所述部分延伸穿過所述犧牲層(36)和所述保護層(25)直至其到達所述電互連區(qū)域(34a ；34b)并且與所述電互連區(qū)域(34a ；34b)進行電接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項所述的方法，其中形成所述保護層(125)包括部分地在所述電互連區(qū)域(34a;34b)之上形成所述保護層(125)，從而部分地覆蓋所述電互連區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中形成所述結(jié)構(gòu)區(qū)域(11，12)包括形成所述結(jié)構(gòu)區(qū)域(11，12)的一部分，所述結(jié)構(gòu)區(qū)域(11，12)的所述部分延伸穿過所述犧牲層(36)，直至其在所述電互連區(qū)域(34a ；34b)的不被所述保護層(125)覆蓋的表面部分處到達所述電互連區(qū)域(34a ；34b)并且與所述電互連區(qū)域(34a ；34b)進行電接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求 8-12中任一項所述的方法，其中所述電互連區(qū)域(34a;34b)由摻雜多晶硅制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求6-13中任一項所述的方法，其中所述形成所述電互連區(qū)域(34a;34b)的步驟包括在所述中間結(jié)構(gòu)層(22)之上形成所述電互連區(qū)域(34a;34b)， 所述方法還包括下列步驟: -在所述中間結(jié)構(gòu)層(22)之上并且與所述電互連區(qū)域(34a;34b)共面地形成第三材料的支撐層(35)，所述第三材料能夠被氫氟酸蝕刻或破壞；以及 -在所述支撐層(35)之上形成所述保護層(25，125)。
15.根據(jù)權(quán)利要去6-14中任一項所述的方法，其中所述半導(dǎo)體器件為慣性MEMS傳感器，所述結(jié)構(gòu)區(qū)域(29，30 ；40 ;11，12 ;211，212)為所述慣性傳感器的可動質(zhì)量。
16.一種半導(dǎo)體器件(101 ；150 ；160 ；170 ; 180)，包括: -襯底(21)，具有彼此相對的第一表面和第二表面(21a，21b)； -中間結(jié)構(gòu)層(22)，由能夠被氫氟酸蝕刻或破壞的材料制成，在所述襯底(21)的所述第一表面(21a)之上延伸；以及 -保護層(25 ;125，225)，在所述結(jié)構(gòu)層(22)之上延伸，包括結(jié)晶的氧化鋁的第一中間保護層(25a ；125a ;225a)、以及在所述第一中間保護層(25a ；125a ；225a)之上延伸的結(jié)晶的氧化鋁的第二中間保護層(25b ；125b ；225b)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其中所述中間結(jié)構(gòu)層是由選自包括下列各項的組的材料制成的:氧化硅、氮化硅、氮氧化物和摻雜氧化物。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二中間保護層(25b)與所述第一中間保護層(25a)直接接觸地延伸。
19.根據(jù)權(quán)利要求16-18中任一項所述的半導(dǎo)體器件，還包括: -至少一個電互連區(qū)域(34 ;234a，234b)，至少部分地在所述保護層(25 ;225)之上延伸；以及 -結(jié)構(gòu)區(qū)域(29，30 ;40 ;11，12 ;211，212)，至少部分地自立于所述襯底(21)的所述第一表面(21a)上方，在所述保護層(25 ；225)之上延伸并且電連接至所述電互連區(qū)域。
20.根據(jù)權(quán)利要求16-18中任一項所述的半導(dǎo)體器件，還包括: -支撐層(53)，由能夠被氫氟酸蝕刻或破壞的材料制成， -至少一個電互連區(qū)域(34a;34b)，與所述支撐層(35)共面；以及 -結(jié)構(gòu)區(qū)域(11 ;12)，至少部分地自立于所述襯底(21)的所述第一表面(21a)之上，在所述保護層(25 ；225)之上延伸并且電連接至所述電互連區(qū)域(34a ；34b)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，其中所述保護層(25;125)在所述電互連區(qū)域(34a ；34b)之上延伸并且完全覆蓋所述電互連區(qū)域。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的半導(dǎo)體器件，其中所述結(jié)構(gòu)區(qū)域(11；12)包括錨固部分，所述錨固部分延伸穿過所述犧牲層(36)和所述保護層(25)直至其到達所述電互連區(qū)域(34a ；34b)并且與所述電互連區(qū)域(34a ；34b)進行電接觸。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，其中所述保護層(125)部分地在所述電互連區(qū)域(34a ；34b)之上延伸，并且僅覆蓋所述電互連區(qū)域的一部分。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件，其中所述結(jié)構(gòu)區(qū)域(11；12)包括錨固部分，所述錨固部分在所述電互連區(qū)域(34a ；34b)的不被所述保護層(125)覆蓋的表面部分處電連接至所述電互連區(qū)域(34a ；34b)。
25.根據(jù)權(quán)利要求19-24中任一項所述的半導(dǎo)體器件，其中所述電互連區(qū)域(34a；34b)由摻雜多晶硅制成。
26.根據(jù)權(quán)利要求19-25中任一項所述的半導(dǎo)體器件，選自包括電子器件、微機械器件、微電子器件和微機電器件的組。
27.根據(jù)權(quán)利要求19-26中任一項所述的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體器件為慣性傳感器，所述結(jié)構(gòu)區(qū)域(29，30 ；40 ;11，12 ;211，212)為所述慣性傳感器的可動質(zhì)量。
【文檔編號】B81C1/00GK104053626SQ201280063151
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月28日
【發(fā)明者】S·洛薩, R·佩祖托, R·坎佩代利, M·阿茲佩提亞烏爾奎亞, M·珀爾提, L·埃斯波西托 申請人:意法半導(dǎo)體股份有限公司