專(zhuān)利名稱(chēng)：微機(jī)械半導(dǎo)體裝置及制造微機(jī)械半導(dǎo)體裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有在一個(gè)空腔內(nèi)形成一個(gè)膜片的微機(jī)械半導(dǎo)體裝置，以及一種制造這樣的微機(jī)械半導(dǎo)體裝置的方法。
一種這樣的微機(jī)械半導(dǎo)體裝置例如是以一個(gè)半導(dǎo)體加速度傳感器的形式被用于加速度測(cè)量。其中膜片與對(duì)應(yīng)電極一起形成電容器，此時(shí)電容的變化被利用作為測(cè)量值。到目前為止已知的在傳感器中的膜片通常是用彈簧拉緊的。然而在制造膜片過(guò)程中卻導(dǎo)致了膜片中的應(yīng)力，特別是膜片中的機(jī)械應(yīng)力。在一個(gè)由于彈簧沒(méi)有完全松弛的情況下膜片因此始終是彎曲的。此外，彈簧承受的力可能導(dǎo)致膜片在運(yùn)行時(shí)的一個(gè)錯(cuò)誤狀態(tài)。為了保護(hù)這種傳感器和它的機(jī)械穩(wěn)定性，一般用一種多晶硅層構(gòu)成的上部的密封片是借助于例如氮化物支柱支撐著的。密封片同樣也可以由一種金屬化層構(gòu)成和用金屬化支柱支撐的。在這種情況下為了構(gòu)成傳感器需要附加層。
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種在一開(kāi)始敘述過(guò)的形式的微機(jī)械半導(dǎo)體裝置，它是可以容易并且因而低成本地被制造的，并且同時(shí)在機(jī)械和物理特性方面得以獲益。此外，還應(yīng)建立一種制造這樣的微機(jī)械半導(dǎo)體裝置的方法。
此任務(wù)的解決，在裝置方面是由權(quán)利要求1的特征，在方法方面是由權(quán)利要求8的特征完成的。
按照本發(fā)明的一個(gè)重要的思路是，膜片是由半導(dǎo)體裝置的基片內(nèi)的或在一個(gè)基片上安排的一個(gè)外延層序列內(nèi)的一個(gè)結(jié)晶層形成的。為了制造微機(jī)械半導(dǎo)體裝置并不需要使用半導(dǎo)體制造時(shí)常用的層以外的其它層；更多的是在一般的半導(dǎo)體元件中使用的標(biāo)準(zhǔn)工藝也可以被接受過(guò)來(lái)用于在微機(jī)械半導(dǎo)體裝置中的一個(gè)空腔內(nèi)制造一個(gè)膜片，在其中只必需加入或補(bǔ)充很少的工藝步驟。其優(yōu)點(diǎn)是，整個(gè)微機(jī)械半導(dǎo)體裝置只由一個(gè)組合在一起的結(jié)晶的半導(dǎo)體-基體材料制成，它或者是原始的基片或是在一個(gè)基片上安排的一個(gè)外延層序列。按照本發(fā)明原理膜片特別是由一個(gè)單晶硅層構(gòu)成的。重要的優(yōu)點(diǎn)除了容易制造以外，特別是使用一個(gè)幾乎無(wú)應(yīng)力的單晶層作為膜片，并且因而在機(jī)械和其它物理的特性方面得以獲益。
在一個(gè)優(yōu)異的實(shí)施形式中，膜片在邊緣區(qū)支撐在一個(gè)支架上，并且用支撐在一個(gè)支座上的一個(gè)蓋層覆蓋上。支座和蓋層在這里也被用作為側(cè)邊和上邊的運(yùn)動(dòng)限制，它們以這種方法被安置在膜片的邊緣，使膜片由機(jī)械應(yīng)力的平衡運(yùn)動(dòng)成為可能。
在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)異的實(shí)施形式中，支柱，膜片，支座，和蓋層以這樣的序列各自由基片內(nèi)的一個(gè)結(jié)晶層或在基片上安排的一個(gè)外延層序列內(nèi)制造的，此時(shí)在基片或外延層序列中的摻雜分布使結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，至少支柱和支座為一方面和膜片為另一方面被摻雜得非常不同，使得為了制造一個(gè)空腔借助于一個(gè)適當(dāng)選擇的腐蝕液可以將圍繞膜片的層分區(qū)域地用濕化學(xué)腐蝕法腐蝕掉。調(diào)整摻雜分布可以或者隨后由一次或多次高能量注入的工藝步驟，或者已經(jīng)在淀積成不同的摻雜外延層時(shí)被達(dá)到。在一個(gè)優(yōu)異的實(shí)施形式中基片的或外延層序列的先后連續(xù)的層被交替地或高或低地?fù)诫s。與使用的腐蝕液相關(guān)地按照或者被摻雜的高的區(qū)域例如借助于一種HF-HNO3-CH3COOH-腐蝕液或者被摻雜的低的區(qū)域例如借助于一種KOH-腐蝕液按照一種濕化學(xué)裸露腐蝕法(Freiaetzverfahren)被去除掉。在這里被摻雜高和被摻雜低的區(qū)域之間的相應(yīng)的濕腐蝕法的可選擇性被充分利用，其中可選擇性可以達(dá)到大約大于50∶1。
此外，在基片內(nèi)或在外延層序列內(nèi)的先后連續(xù)的區(qū)域是可以依次地在摻雜中是在一個(gè)p摻雜和一個(gè)n摻雜之間交替進(jìn)行的，因而提供了先后連續(xù)層之間電隔離的優(yōu)點(diǎn)。
在首先覆蓋支柱層的膜片上最好安排腐蝕孔，它可以使腐蝕液進(jìn)入位于下面的層。為了同樣的目的蓋層也可以安排相應(yīng)的腐蝕孔，其中后者是為了形成一個(gè)完全封閉的空腔在以后的一個(gè)方法步驟中被重新封閉，最好借助于一種有流動(dòng)性的玻璃層如BPSG或類(lèi)似的材料。
微機(jī)械半導(dǎo)體裝置在所有需要在空腔中具有膜片的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域中可以達(dá)到成功的應(yīng)用。特別是按照本發(fā)明的微機(jī)械半導(dǎo)體裝置可以被用作為半導(dǎo)體-加速度傳感器或被用作為半導(dǎo)體-微型泵。
以下本發(fā)明借助圖中表示的一個(gè)實(shí)施例被進(jìn)一步地說(shuō)明。示意圖分別表示附

圖1 通過(guò)在一個(gè)基片上安排的外延層序列的一個(gè)橫截面示意圖和相應(yīng)的摻雜分布；附圖2 一個(gè)微機(jī)械半導(dǎo)體裝置接近制造方法結(jié)束時(shí)的一個(gè)示意截面視圖；附圖3 微機(jī)械半導(dǎo)體裝置的一個(gè)示意頂視圖；和附圖4 通過(guò)在一個(gè)基片上安排的外延層序列的一個(gè)橫截面示意圖和按照本發(fā)明的一個(gè)另外的實(shí)施例的相應(yīng)的摻雜分布。
用附圖1至3示意的視圖，在下面敘述按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)異的實(shí)施例的一個(gè)微機(jī)械半導(dǎo)體裝置的制造。此時(shí)首先在最好是硅的一個(gè)單晶半導(dǎo)體基片1上，通過(guò)進(jìn)行一個(gè)相應(yīng)次數(shù)的高能注入步驟產(chǎn)生一個(gè)摻雜分布2。從半導(dǎo)體基片1的層表面3出發(fā)n+摻雜了以后形成為蓋層的一個(gè)區(qū)域4，p摻雜了以后形成為一個(gè)支柱層以及支座層的區(qū)域5和6，n+摻雜了一個(gè)總厚度為d的膜片層7，和同樣地半導(dǎo)體基片1的一個(gè)余留下來(lái)的區(qū)域8。在這里最好從一個(gè)n+摻雜的半導(dǎo)體基體8上只進(jìn)行兩次注入步驟區(qū)域5和區(qū)域6就被p摻雜。一個(gè)摻雜步驟在這里包括了被摻雜區(qū)的一個(gè)隨后的再結(jié)晶高溫處理和摻雜材料的激活。在附圖1中表示的層序列的一種另外的制造方法中，可以由一個(gè)n+摻雜的單晶半導(dǎo)體襯底8出發(fā)按所希望的摻雜外延淀積其它各層6，7，5和4。在兩種情況下均得到具有在附圖1上表示的摻雜分布的一個(gè)單晶的層序列，從而在一個(gè)以后的方法步驟中通過(guò)濕化學(xué)腐蝕法被制造成在一個(gè)空腔9中安排的薄的膜片7。
按照附圖2，隨后在以后應(yīng)產(chǎn)生膜片7電連接的接觸引線上，用原本已知的光刻工藝-和腐蝕步驟制造一個(gè)接觸孔11。隨后在整個(gè)面上被淀積上一層最好是由氧化硅構(gòu)成的絕緣層12和為了除掉位于接觸孔11底面上的材料進(jìn)行反腐蝕。在下一個(gè)步驟中借助于另外一次的光刻工藝使絕緣層12結(jié)構(gòu)化，也就是說(shuō)安排開(kāi)口13，它們?cè)谝粋€(gè)隨后的各向異性的干法刻蝕步驟中被構(gòu)成在層4，5和7上。在隨后的濕-化學(xué)腐蝕步驟中這些刻蝕開(kāi)口允許腐蝕的進(jìn)入和因而通過(guò)層5和6的各向同性的腐蝕形成空腔9。在對(duì)低摻雜區(qū)5和6腐蝕時(shí)為此目的，例如適合于使用一種KOH腐蝕液，它相對(duì)于高摻雜區(qū)4，7，和1有足夠的選擇性，它們不應(yīng)或者在任何情況下均不應(yīng)被明顯地腐蝕。
在制造完空腔9內(nèi)的膜片7以后，在絕緣層12構(gòu)成的蓋層區(qū)域內(nèi)的不再需要的孔13，用一種氧化物或硼磷硅玻璃(BPSG)覆蓋和密封。在一個(gè)適當(dāng)?shù)牡胤礁g一個(gè)另外的接觸孔14和通過(guò)這個(gè)孔一個(gè)金屬接觸15被引入到位于下面的導(dǎo)電層4上?，F(xiàn)在傳感器可以通過(guò)膜片7和n+摻雜層4之間按照規(guī)定變化的電容工作。
在附圖3上表示了傳感器的一個(gè)頂視圖，其中虛線表示由支柱層6決定的外部尺寸。支座層5一方面覆蓋著膜片7的邊緣區(qū)和另一方面覆蓋著右下邊表示的膜片7的凸肩16，在其中也安排了接觸孔11。在膜片7的中央部分安排了腐蝕孔13，它被用作為，為了制造圍繞膜片7周?chē)鷧^(qū)域的空腔時(shí)腐蝕液的導(dǎo)入。
附圖4表示了按照本發(fā)明的具有在一個(gè)空腔內(nèi)構(gòu)成一個(gè)膜片7的微機(jī)械半導(dǎo)體裝置的一個(gè)另外的實(shí)施形式，其中從一個(gè)低的p摻雜的硅基體8出發(fā)構(gòu)成具有高的n+被摻雜層5和6的一個(gè)可選擇的摻雜分布。對(duì)于高摻雜區(qū)5和6的濕化學(xué)腐蝕適合于使用一種相對(duì)于低的p摻雜的膜片層7選擇性的例如由HF-HNO3-CH3COOH組成的腐蝕液。
權(quán)利要求
1.具有一個(gè)在一個(gè)空腔(9)內(nèi)構(gòu)成的膜片(7)的微機(jī)械半導(dǎo)體裝置，其特征為，膜片(7)是由半導(dǎo)體裝置的基片(1)內(nèi)的或在一個(gè)基片(1)上安排的一個(gè)外延層序列內(nèi)的一個(gè)結(jié)晶層構(gòu)成的。
2.按照權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其特征為，膜片(7)是由一個(gè)單晶硅層構(gòu)成的。
3.按照權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體裝置，其特征為，膜片(7)在邊緣區(qū)是支撐在一個(gè)支柱(6)上的，和由一個(gè)在一個(gè)支座(5)上支撐的蓋層(4)覆蓋著的。
4.按照權(quán)利要求3的半導(dǎo)體裝置，其特征為，支柱(6)和支座(5)為一方面和膜片(7)為另一方面是用對(duì)一種預(yù)先規(guī)定的溫化學(xué)腐蝕劑有不同的腐蝕速率的材料制造的。
5.按照權(quán)利要求3或4的半導(dǎo)體裝置，其特征為，支柱(6)和支座(5)為一方面和膜片(7)為另一方面是由不同摻雜的材料構(gòu)成的。
6.按照上述權(quán)利要求之一的半導(dǎo)體裝置，其特征為，膜片(7)被安排有腐蝕孔(13)。
7.按照上述權(quán)利要求之一的半導(dǎo)體裝置，其特征為，支柱(6)以及支座(5)被安排在膜片(7)的整個(gè)周?chē)鷧^(qū)域。
8.制造一個(gè)微機(jī)械半導(dǎo)體裝置，特別是一個(gè)微電子集成的傳感器裝置的方法，在其中在一個(gè)空腔(9)內(nèi)被構(gòu)成一個(gè)膜片(7)，其特征為，膜片(7)是由在半導(dǎo)體裝置的一個(gè)基片(1)內(nèi)的或在一個(gè)基片(1)上安排的一個(gè)外延層序列內(nèi)的一個(gè)結(jié)晶層構(gòu)成的。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征為，膜片(7)是由一個(gè)單晶硅層構(gòu)成的。
10.按照權(quán)利要求8或9的方法，其特征為，膜片(7)在邊緣區(qū)是支撐在一個(gè)支柱(6)上的，并且是由一個(gè)支撐在支座(5)上的一個(gè)蓋層(4)覆蓋著的。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其特征為，支柱(6)和支座(5)為一方面和膜片(7)為另一方面是由對(duì)一個(gè)預(yù)先規(guī)定的濕化學(xué)腐蝕劑有不同的腐蝕速率的材料制造的。
12.按照權(quán)利要求10或11的方法，其特征為，對(duì)于支柱(6)和支座(5)為一方面和膜片(7)為另一方面的材料是被不同地?fù)诫s的。
13.按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，膜片(7)被安排有腐蝕孔(13)。
14.按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，支柱或支座(5)被安排在膜片(7)的整個(gè)周?chē)鷧^(qū)域。
15.按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，在一個(gè)具有一個(gè)支柱層(6)，膜片層(7)和支座層(5)的由各個(gè)單晶層組成的層序列中，制成支柱層(6)，膜片層(7)和支座層(5)的交替的或變化的摻雜的摻雜分布，并且支柱層(6)和支座層(5)借助于一種相對(duì)于膜片(7)具有選擇性的腐蝕劑，至少是分區(qū)域地用濕化學(xué)法腐蝕。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有在一個(gè)空腔(9)內(nèi)構(gòu)成一個(gè)膜片(7)的一種微機(jī)械半導(dǎo)體裝置。膜片(7)是由在半導(dǎo)體裝置上的一個(gè)基片(1)內(nèi)的或在一個(gè)基片(1)上安排的外延層序列內(nèi)的一個(gè)結(jié)晶層構(gòu)成的。膜片(7)的邊緣區(qū)域是支撐在一個(gè)支柱(6)上的,和由支撐在一個(gè)支座(5)上的一個(gè)蓋層(4)覆蓋著的。支柱(6)和支座(5)為一方面和膜片(7)為另一方面,是用對(duì)一種預(yù)先規(guī)定的濕法化學(xué)腐蝕劑有不同的腐蝕速率的材料制造的,并且最好是用不同的摻雜材料構(gòu)成的。
文檔編號(hào)H01L21/306GK1243576SQ98801650
公開(kāi)日2000年2月2日 申請(qǐng)日期1998年1月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月3日
發(fā)明者K·米勒, S·科爾布 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司