專利名稱：微電子機械系統(tǒng)器件成型的刻蝕終止控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微機械器件成型，尤其涉及用以提高微機械器件成型的刻蝕終止控制。
背景技術：
在通常是指微電子機械系統(tǒng)(MEMS)器件的微機械器件的成型中，硅或其它半導體材料常用于形成微小結構。半導體制造工藝常用于形成這些結構。其中一種工藝是用硅的濕化學刻蝕在一種控制方式下將硅除去。為形成其中一些結構所需的關鍵尺寸，需要精確控制刻蝕。“刻蝕終止”技術則可用于實現這種控制。一種刻蝕終止是通過對半導體材料的預期部分進行硼的重度摻雜，并在各向異性刻蝕劑，例如鄰苯二酚和水的混合液(EDP)或氫氧化鉀(KOH)中進行刻蝕來實現的。當刻蝕劑到達重度摻雜層時，刻蝕速度就發(fā)生數量級的減小，從而有效地終止刻蝕。
在刻蝕之前將多層金屬層添加到MEMS器件上，以和硅形成電接觸。所述金屬層可形成一種很好的電接觸但不會被刻蝕劑腐蝕。
發(fā)明概述由于硅、金屬和濕刻蝕劑之間的相互作用而引起的電化學效應會導致硅的過度刻蝕。這種過度刻蝕則會降低尺寸控制。通過使用一個具有一小功函的半導體材料的金屬化層可以將MEMS器件中半導體材料，例如硅的過度刻蝕減到最小。另外，該金屬化層基本上可以防止刻蝕劑，例如KOH或EDP的腐蝕。
在一種實施方式中，金屬化層的功函小于約5.17電子伏(eV)。一些既具有小功函又能抵抗所選用的刻蝕劑的金屬包括鉻、銠或鎢。在另一種實施方式中，金屬層的厚度約為1000至3000埃。
在另一種實施方式中，金屬層包括一層具有高功函的金屬，該金屬層上覆蓋有一層具有低功函的金屬。在一些實施方式中，覆蓋層的功函基本上小于5.17電子伏(eV)。
附圖簡述

圖1是具有小功函金屬化層的MEMS器件的一部分的截面圖。
圖2是具有大功函金屬化層，并且在刻蝕終止點之外發(fā)生了繼續(xù)刻蝕的MEMS器件的一部分的現有技術截面圖。
發(fā)明詳述在下面的描述中，將參考附圖進行，這些附圖形成為描述的一部分，其中所示附圖是將以示例性的可以實施本發(fā)明的實施方式示出的。這些實施方式描述得十分詳細足以使本領域的技術人員能實施本發(fā)明，而且應當理解，還可以實施一些其它的實施例，而且一些結構上的、邏輯上的和電連接上的變化都可以在不背離本發(fā)明的范圍內得以實施。因此，下面的描述方式不是以一種限制性的方式進行的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求來限定。
圖1是一微電子機械(MEMS)器件，例如角速度傳感器(也就是陀螺儀)的一部分110的截面圖。在該實施方式中，硅傳感機構115是傳感器旋轉或移動部分。該機構的厚度對于該傳感器的適當性能來講是一個關鍵尺寸。在一種實施方式中，小于1％的厚度變化是理想公差。
在一種實施方式中，硅機構形成為沉積在或擴散在輕度摻雜襯底(指示為115)上的重度硼摻雜層117。將硅機構加襯底115鍵合到用于支撐的玻璃襯底120，例如耐熱玻璃上。形成在玻璃襯底120上的一低功函金屬層125提供了用以和MEMS器件電接觸的器件。硅襯底115以陽極氧化的方式鍵合到玻璃襯底120上。一旦鍵合之后，就用一些公知刻蝕劑，例如包括KOH和EDP等強堿的水溶液，將所述輕度摻雜硅襯底刻蝕除去。當輕度摻雜襯底被刻蝕除去且重硼摻雜材料暴露到刻蝕劑中時，刻蝕就終止。由于刻蝕終止了，所以刻蝕的時間可以不是很精確。當刻蝕得以適當進行后，所剩下的硅就是硅機構。
硅機構115的尺寸控制需要組合運用刻蝕劑和具有高選擇性的硼濃度(也就是說，在未摻雜襯底中的刻蝕速度與在重度摻雜層中的刻蝕速度之間的比率很高)。使用EDP作為刻蝕劑并結合硼的濃度＞1×1020cm-3時，可以獲得選擇性＞103的結果。
金屬層選擇為可以抵抗刻蝕劑腐蝕。金和鉑就是對EDP具有很好的抵抗性的例子。但是已經發(fā)現，硅、金屬和濕刻蝕劑之間的相互作用，會導致產生電化學效應。電化學效應會導致如圖2中所示現有技術中在150和155處發(fā)生硅的過度刻蝕硅。不同的材料，例如金127和硅115，會引起超過刻蝕終止層繼續(xù)刻蝕。這種刻蝕則會導致在溶解晶片的過程中發(fā)生關鍵尺寸的精確控制的降低。額外的硅將從硅機構的整個暴露面上溶解除去。
圖2與圖1中表示相同部件的附圖標記相一致。在圖2中，過度刻蝕的硅由150和155處的虛線表示，而硅機構還是由115表示。由于不同于圖1中的金屬化層125，所以此處的金屬化層由127表示。所述金屬化層127是現有技術中具有高功函的金屬層。除非刻蝕正好在適當的時間停止，否則就會發(fā)生過度刻蝕。
為解決上述過度刻蝕問題，金屬層125具有小于約5.17電子伏(eV)的功函。該金屬化層仍能抵抗住刻蝕劑。該最大允許功函是通過計算硅能帶隙(1.12電子伏(eV))和硅的電子親合性(4.05電子伏(eV))的和值來選擇的。有多種金屬都符合這種標準，例如銠、鉻和鎢。還有金屬，例如鎳和鈀正好處于具有約5.17電子伏(eV)功函的邊界線。所選用的金屬，除能抵抗刻蝕劑的腐蝕外還應提供和硅機構的低電阻電接觸。
在一種實施方式中，金屬層約為1000至3000埃厚。在另一種實施方式中，硅機構被刻蝕為一根支撐該機構移動部分的梁，該機構例如一振動板或其它傳感機構。厚度控制必須盡量小到正負0.1微米。在一種實施方式中，該MEMS器件可以是陀螺儀、壓力傳感器或加速度器，其中所述硅機構是該MEMS器件的一部分。
在另一種實施方式中，金屬層125由金或其它具有大于5.17電子伏的功函的金屬形成，且還包括一在金層上面的金屬覆蓋層126。該覆蓋層126通過沉積形成，并具有小于5.17電子伏的功函。由于該覆蓋層與硅接觸，因此可以消除硅的過度刻蝕。該覆蓋層可以在某些選擇區(qū)域上除去，以提供更好的引線結合。在一種實施方式中，該覆蓋層具有小于約5.0電子伏的功函，能抵抗刻蝕劑的腐蝕，且在晶片鍵合過程中是金層和硅之間的阻隔層。鉻能滿足前兩條標準，但是如果溫度等于或高于250攝氏度時，鉻就不是一種好的阻擋層了。銠能滿足所有的標準。鈦、鎢或鉬也都是候選者。除金之外，高功函金屬，例如鉑、鈀或鎳都可和用作覆蓋層的低功函金屬一起使用。這種金屬的組合應該具有低于5.17電子伏的表面功函。應當理解，盡管銠、鉻和鎢是優(yōu)選的候選者，其它一些滿足需求的金屬也都可使用。
權利要求
1.一種形成微電子機械器件的方法，該方法包括在一半導體襯底上形成微機械結構；在選擇的微機械結構上形成一金屬化層，使得該金屬化層具有一小功函；和刻蝕該襯底以從該結構上除去硅，且不使該結構發(fā)生明顯的過度刻蝕。
2.如權利要求1的方法，其中所述金屬的功函約小于5.17電子伏。
3.如權利要求1的方法，其中所述金屬化層包括鉻、銠或鎢。
4.如權利要求1的方法，其中所選擇的硅結構用硼重度摻雜。
5.如權利要求4的方法，其中通過選擇出合適的金屬來控制刻蝕終止，以獲得硅結構的最終厚度約小于1％的公差。
6.一種形成微電子機械器件的方法，該方法包括在一半導體層中形成微機械結構；在一玻璃晶片上形成一金屬化層；在該金屬化層上形成一金屬覆蓋層，使得表面具有一小功函；將所述半導體鍵合到玻璃晶片上，和刻蝕所述半導體以從該結構上除去硅，且不使該結構發(fā)生明顯的過度刻蝕。
7.如權利要求6的方法，其中所述金屬覆蓋層表面的功函約小于5.17電子伏。
8.如權利要求6的方法，其中所述金屬化層包括金，覆蓋層包括鉻、銠或鎢。
9.如權利要求6的方法，其中半導體襯底包括具有選擇地重度摻雜硼部分的硅。
10.一種形成微電子機械器件的方法，該方法包括在一半導體層中形成微機械結構；在一玻璃晶片上形成一金屬化層，使得該金屬化層具有一小功函；將半導體襯底的一部分鍵合到一玻璃襯底上，和刻蝕所述半導體以從該結構上除去硅，且不使該結構發(fā)生明顯的過度刻蝕。
11.一種形成微電子機械器件的方法，該方法包括在一半導體層中形成微機械結構；在一玻璃晶片上形成一金屬化層；在該金屬化層上形成一金屬覆蓋層，使得組合層具有一小的表面功函；將半導體襯底的一部分鍵合到一玻璃襯底上，和刻蝕所述半導體以從該結構上除去硅，且不使該結構發(fā)生明顯的過度刻蝕。
12.一種微電子機械器件，包括一由硅襯底構成的微電子機械結構；一形成在所選擇的微機械結構上的金屬化層，使得金屬化層具有一小功函；和一用于控制從硅結構中除去硅的刻蝕終止結構。
13.如權利要求12的微電子機械器件，其中所述金屬化層包括兩層金屬化層，一層具有高功函，另外一層包括一具有低功函的覆蓋層，使得表面功函小于5.17電子伏。
14.如權利要求12的微電子機械器件，其中所述微電子機械結構包括一具有關鍵尺寸的梁。
15.一種微電子機械器件，包括一在硅襯底上的硅層中形成的微電子機械結構；一在玻璃襯底上形成的金屬化層，使得金屬化層具有一小功函；所述金屬化玻璃襯底鍵合到所述硅襯底上；和一用于控制從硅結構中除去硅的刻蝕終止結構。
16.如權利要求15的微電子機械器件，其中所述硅襯底被刻蝕用以控制所述結構的關鍵尺寸，其中硅結構的過度刻蝕被減到最小。
17.如權利要求15的微電子機械器件，其中所述金屬功函約小于5.17電子伏。
18.如權利要求15的微電子機械器件，其中所述金屬化層包括鉻、銠或鎢。
19.如權利要求15的微電子機械器件，其中所述刻蝕終止結構包括重度摻雜硼的硅。
20.如權利要求12的微電子機械器件，其中所述金屬化層包括兩層金屬化層，一層具有高功函，另一層包括一具有低功函的覆蓋層，使得表面功函小于5.17電子伏。
全文摘要
在一硅半導體襯底中形成一種微電子機械器件。一金屬化層形成在一玻璃晶片上。然后，一金屬覆蓋層在該金屬化層上形成。這種組合層具有一小于約5.17電子伏的小表面功函。該半導體襯底以陽極氧化的方式鍵合到玻璃晶片上，然后通過刻蝕從該結構上除去硅，且不會使所述微電子機械器件出現明顯的過度刻蝕。
文檔編號H01L29/66GK1675127SQ03818718
公開日2005年9月28日 申請日期2003年8月5日 優(yōu)先權日2002年8月5日
發(fā)明者R·D·霍爾寧 申請人:霍尼韋爾國際公司