專利名稱:微機(jī)械的元件以及用于制造微機(jī)械的元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種微機(jī)械的元件以及用于制造微機(jī)械的元件的方法。本發(fā)明尤其 涉及一種用于制造微機(jī)械的元件的方法,其中對(duì)至少具有金屬層以及包含SiGe的犧牲層 的基底進(jìn)行結(jié)構(gòu)化。這種金屬層例如可以構(gòu)造成薄膜。
背景技術(shù):
用于千兆赫范圍的高頻開關(guān)、例如在雷達(dá)技術(shù)中出現(xiàn)的高頻開關(guān)能夠借助于微 電子機(jī)械的系統(tǒng)技術(shù)(MEMS技術(shù))進(jìn)行制造。在此,金屬橋用作開關(guān)元件,該金屬橋 通過微系統(tǒng)技術(shù)的工藝(MST-工藝)懸臂地構(gòu)造并且以靜電方式接通,也就是引用。該 橋的裁出(freistellen)證實(shí)是技術(shù)要求高的,并且至今為止借助于犧牲漆技術(shù)實(shí)現(xiàn)。DE 10 2005 004 877A1公開了一種用于微機(jī)械的元件的制造方法。在此,首先 提供有導(dǎo)電能力的基底并且隨后在基底的正面上提供犧牲層的島狀的區(qū)域。下面的步驟 是在犧牲層上拱起地設(shè)置至少一個(gè)有導(dǎo)電能力的層,其中有導(dǎo)電能力的層相對(duì)于基底是 電絕緣的。隨后,設(shè)置了大量通過基底延伸的穿孔,所述穿孔至少一直延伸到犧牲層的 島狀的區(qū)域。通過對(duì)基底的背面進(jìn)行的第一蝕刻過程,通過用于實(shí)現(xiàn)空腔的穿孔來去除 犧牲層,該空腔露出了具有至少有導(dǎo)電能力的層的可彈性偏移的薄膜,該薄膜拱起地設(shè) 置在基底的正面。所述犧牲層可以由SiGe制成,用從C1F3、ClF5, BrF3> XeF2, IF3或 者IF5組中選擇的蝕刻氣體來蝕刻該犧牲層。根據(jù)DE 10 2005 004 877A1的教導(dǎo),可以設(shè)置由金屬制成的有導(dǎo)電能力的層。 然而,許多用在半導(dǎo)體技術(shù)中的金屬化結(jié)構(gòu)例如鋁或者鋁合金具有金屬固有的滯后效 應(yīng)。由此,這種元件只適用于小信號(hào)應(yīng)用、也就是在微小的機(jī)械偏移時(shí)的工作情況。對(duì) 于這種元件來說,排除了作為壓力傳感器的使用。其保持用作麥克風(fēng)或者聲變換器。壓力傳感器涉及在測(cè)量精度上具有相應(yīng)的高要求的測(cè)量?jī)x器。壓力傳感器不限 制于小信號(hào)情況,而是必須將更大的薄膜偏移忠實(shí)地轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在此,滯后通常是 不允許的。根據(jù)DE 10 2005 004 877A1,出于這個(gè)原因只允許使用無滯后的材料例如多 晶硅作為壓力傳感器中對(duì)壓力敏感的薄膜的組成部分。然而值得期望的是,在制造微機(jī)械的元件例如壓力傳感器時(shí),在尤其用于薄膜 的材料選擇方面提供其它選擇。
發(fā)明內(nèi)容
按本發(fā)明提出一種用于制造微機(jī)械的元件的方法,其中對(duì)至少具有金屬層以及 包含SiGe的犧牲層的基底進(jìn)行結(jié)構(gòu)化,并且其中還通過用含氟的化合物進(jìn)行的蝕刻至少 部分地再去除犧牲層。按本發(fā)明的方法的突出之處在于,在蝕刻犧牲層之前,帶有犧牲 層和金屬層的基底在M00°C到幼00°C的溫度下進(jìn)行回火。所述基底可以是能夠?qū)щ姷?。因此,該基底例如可以是在微系統(tǒng)技術(shù)中經(jīng)常使 用的硅晶片。如果有必要,那么可以額外地用氧化層來覆蓋基底。
基底的結(jié)構(gòu)化通常稱作在基底上構(gòu)造結(jié)構(gòu)。其中,這可以通過氣相沉積、電離 方法、微沖壓或者本領(lǐng)域的技術(shù)人員常用的其它方法來進(jìn)行。所施加的結(jié)構(gòu)例如可以是 導(dǎo)體電路、橋、薄膜、反射鏡(Spiegel)、觸點(diǎn)、犧牲結(jié)構(gòu)、中間的結(jié)構(gòu)以及類似結(jié)構(gòu)。金屬層可以直接施加在基底上、施加在其它事先制成的其它金屬層上例如電接 頭上、介電層上或者犧牲層上。按本發(fā)明,犧牲層包括SiGe作為犧牲材料。有利的是,首先能夠非常精確地進(jìn) 行沉積并且由此實(shí)現(xiàn)SiGe層的厚度并且與之相關(guān)地實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)化。可以在方法的過程中 通過用含氟的化合物進(jìn)行的蝕刻再次去除所述犧牲層,由此能夠提供凹處或者空腔。在 此,SiGe犧牲層的成分優(yōu)選是SihGex,其中χ可以占據(jù)從勸.1到動(dòng).9或者從汝2到《0.5 的值。使用SiGe犧牲層具有許多優(yōu)點(diǎn)。在用含氟的化合物進(jìn)行蝕刻時(shí),犧牲層的材料 可以轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的氟化硅以及氟化鍺。如果含氟的蝕刻化合物同樣是氣態(tài)的,那么由此 可以避免基底上的殘?jiān)?。此外,蝕刻犧牲材料SiGe相對(duì)于經(jīng)常用作基底的硅來說具有高 的選擇性。該選擇性可以處于4000 1到10000 1的范圍內(nèi)。在犧牲層的蝕刻步驟之前,也就是在金屬層以及犧牲層已經(jīng)在基底上進(jìn)行結(jié)構(gòu) 化時(shí),該結(jié)構(gòu)在按本發(fā)明的方法中進(jìn)行回火。按本發(fā)明發(fā)現(xiàn),通過回火可以極大地降低 金屬層的滯后特性,使得這種薄膜能夠在小信號(hào)情況以外進(jìn)行使用。尤其能夠用金屬薄 膜對(duì)微機(jī)械的壓力傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)化。此外,能夠可再現(xiàn)地設(shè)計(jì)薄膜特性?;鼗鹂梢?在2100°C到《400°C的溫度下進(jìn)行。該溫度也可以處于^250°C到《400°C或者》0(TC到 S35(TC的范圍內(nèi)。在這種溫度下的回火在犧牲漆技術(shù)的層中是不可以的,因?yàn)闀?huì)超過漆 的熔點(diǎn)。此外,通過回火總得可以獲得機(jī)械應(yīng)力少的或者無機(jī)械應(yīng)力的元件。在所述方法的實(shí)施方式中,所述金屬層包括鋁、金、鉭、鈦和/或鈦-鎢。在 此也包括前面所述的金屬與其它成分的合金。在使用鋁時(shí)特別有利的是,這種材料同樣 可以借助于蝕刻方法進(jìn)行加工。有利的是,金屬的這種選擇涉及在制成的元件中形成薄 膜的層。在本方法的另一實(shí)施方式中,從包括C1F3、ClF5> BrF3> BrF5、IF3> IF5> IF7和 /或XeF2的組中選出用于蝕刻的含氟的化合物。優(yōu)選該化合物在蝕刻步驟中以氣態(tài)的形 式存在。尤其用ClF3實(shí)現(xiàn)用相對(duì)于硅以及硅基的介電層較高的選擇性來蝕刻SiGe犧牲 層。在蝕刻時(shí),壓力例如可以為功Pa到dOOOPa并且優(yōu)選MOPa到《lOOPa。晶片溫度 在此可以處于2-30°C到《40°C的范圍內(nèi),并且優(yōu)選處于到《_22°C的范圍內(nèi)。此 外,用ClF3進(jìn)行的蝕刻過程對(duì)于基底上敏感的結(jié)構(gòu)是非常具有保護(hù)性的。在本方法的另一實(shí)施方式中,如此實(shí)施具有金屬層的基底的結(jié)構(gòu)化,使得金屬 層至少部分地施加到犧牲層上。這意味著,在去除犧牲層之后在金屬層下形成了空間。 因此,然后例如能夠?qū)⒔饘賹佑米鲬冶鄣臉?、開關(guān)或者薄膜。此外,本發(fā)明的主題是微機(jī)械的元件,該微機(jī)械的元件通過按本發(fā)明的方法進(jìn) 行制造。因此,該微機(jī)械的元件具有可延展的或者可運(yùn)動(dòng)的金屬層,該金屬層的固有應(yīng) 力會(huì)對(duì)元件的所希望的功能產(chǎn)生決定性的影響。在微機(jī)械的元件的實(shí)施方式中,該元件包括金屬層,其中金屬層的材料以多晶 的組織存在,并且其中290%的晶粒具有g(shù)ym到SlOOym的尺寸。所述晶粒也可以處 于湯μ m到<80 μ m或者215 μ m到<60 μ m的尺寸范圍內(nèi)。例如可以借助于電子顯微術(shù)確定晶粒的尺寸,并且理解為晶粒的最大的延伸。這種組織相對(duì)于納米晶粒的組織、 例如可以直接在金屬噴鍍之后存在的組織來說具有更小的固有機(jī)械應(yīng)力。在微機(jī)械的元件的另一實(shí)施方式中,所述金屬層包括鋁、金、鉭、鈦和/或 鈦-鎢。在此也包括前面所述的金屬與其它成分的合金。使用鋁時(shí)特別有利的是,該材 料同樣可以借助于蝕刻方法進(jìn)行加工。有利的是,材料的這種選擇涉及在制成的元件中 形成薄膜的層。在微機(jī)械的元件的另一實(shí)施方式中,所述金屬層至少部分地構(gòu)造成薄膜。在 此,薄膜理解為布置在空間上方的結(jié)構(gòu)。該薄膜可以處于封閉的空間上方或者敞開的空 間上方。此外,該薄膜可以支撐在一個(gè)或者多個(gè)側(cè)面上。包括可偏移的舌片,所述舌片 在端部上持久地接觸,并且只有在偏移時(shí)形成與導(dǎo)體電路的第二觸點(diǎn)。此外,本發(fā)明涉及將按本發(fā)明的微機(jī)械的元件用作壓力傳感器、高頻開關(guān)或者 變?nèi)荻O管。在可以通過SiGe犧牲層沉積精確調(diào)節(jié)的空間上方具有按本發(fā)明回火的金 屬薄膜的微機(jī)械的壓力傳感器開啟了應(yīng)用這種傳感器的新的可能性。同樣適用于高頻開 關(guān),其中可偏移的舌片用于接觸。在移動(dòng)電話中需要智能的并且動(dòng)態(tài)的天線調(diào)整電路, 從而在設(shè)備尺寸越來越小的情況下確保足夠的接收和發(fā)送質(zhì)量。在此,變?nèi)荻O管理解 為可變的、可數(shù)字調(diào)節(jié)的電容,所述電容由于其良好的電特性可以用于調(diào)整網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)下面附圖中的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋。其中圖Ia-Ig是按本發(fā)明的方法的步驟。圖Ia到Ig示出了根據(jù)其它實(shí)施方式的按本發(fā)明的方法。為了更好地示出,附 圖部分地做成截面圖。
具體實(shí)施例方式在圖Ia中的第一方法步驟是硅晶片1的熱氧化。在此,在硅晶片1的基材上由 熱產(chǎn)生二氧化硅層2。有利地如此提供硅晶片1,使得其在純度或者其它參數(shù)方面適合于 高頻技術(shù)中的應(yīng)用。圖Ib示出了下一個(gè)步驟。該步驟包括在硅晶片1的氧化層2上施加以及結(jié)構(gòu)化 第一電極3。該電極的材料例如可以包括鋁、鎳、銅和/或金。第一電極3的這種結(jié)構(gòu) 化也可以稱作開始金屬化。在圖Ic中示出的下一個(gè)步驟涉及用二氧化硅層4覆蓋第一電極3的至少一部分。 由此,也就將電介質(zhì)施加到電極的至少一部分上。然后,圖Id示出了 SiGe犧牲層5、5’的沉積以及結(jié)構(gòu)化,使得該SiGe犧牲層 覆蓋二氧化硅層4。也就是說,在此通過犧牲層的結(jié)構(gòu)化來確定后面應(yīng)該裁出哪個(gè)區(qū)域。 可以用SiGe犧牲層額外地覆蓋該結(jié)構(gòu)的其它部分,如果應(yīng)該在方法的后面的過程中裁出 所述結(jié)構(gòu)的其它部分。在圖Id中還構(gòu)造了另外的犧牲層5’。SiGe犧牲層可以全表面 地施加并且隨后相應(yīng)地進(jìn)行結(jié)構(gòu)化。在圖Ie中示出了下一個(gè)方法步驟。該方法步驟涉及在由第二步驟形成的第一電 極3的自由表面上選擇性地沉積金屬6。參考圖Ib解釋第二方法步驟??傊?,增強(qiáng)了開始金屬化的敞開的表面,從而實(shí)現(xiàn)電極的目標(biāo)尺寸。例如在有鎳、銅和/或金的情況 下,可以用電離方式進(jìn)行沉積。相反,借助于噴鍍能夠沉積鋁。根據(jù)圖If的下一個(gè)步驟是將包括鋁、金、鉭、鈦和/或鈦-鎢的層7施加到由 第四步驟形成的SiGe犧牲層5上。在圖Id中示出了該步驟。該層7后面會(huì)變成薄膜。 在圖If中還可以看到,還可以繼續(xù)對(duì)該層7進(jìn)行結(jié)構(gòu)化,方法是在其中形成孔。用于該 層的優(yōu)選的材料是鋁。在施加該層7之后,對(duì)硅晶片在從MOiTC到《400°C的溫度下進(jìn)行回火。通過晶 片的以及由此處于晶片上的結(jié)構(gòu)的回火使得所產(chǎn)生的金屬的薄膜層的滯后特性能夠受到 控制并且能夠可再現(xiàn)地調(diào)節(jié)。也可以將額外的隨后進(jìn)行回火的金屬層施加到事先沉積的 金屬層6上。這在圖If中通過層7’示出。作為最后一步,借助于ClF3對(duì)犧牲層5、5’進(jìn)行蝕刻。最終結(jié)果在圖If中示 出?,F(xiàn)在在薄膜7下是空間??傊@得了高頻開關(guān),在該高頻開關(guān)中能夠以靜電方式接 通優(yōu)選包括鋁、作為替代方案也包括金、鉭、鈦和/或鈦-鎢的層。
權(quán)利要求
1.用于制造微機(jī)械的元件的方法,其中,對(duì)至少具有金屬層(3、6、7、V)以及包 含SiGe的犧牲層(5、5’)的基底(1)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化,并且其中還通過用含氟的化合物進(jìn)行 的蝕刻至少部分地再去除所述犧牲層(5、5’),其特征在于,在蝕刻(去除)所述犧牲層(5、5’ )之前,將帶有所述犧牲層(5、5’ )和所述金 屬層(3、6、7、V )的所述基底(1)在MOiTC到《400°C的溫度下進(jìn)行回火。
2.按權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述金屬層(3、6、7、V)包括鋁、金、鉭、 鈦和/或鈦-鎢。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法,其中,從包括C1F3、ClF5,BrF3> BrF5, IF3、IF5, IF7和/或XeF2的組中選出用于蝕刻的含氟的化合物。
4.按權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法,其中,實(shí)施具有所述金屬層(7)的所述基 底(1)的結(jié)構(gòu)化,使得所述金屬層(7)至少部分地施加到所述犧牲層(5)上。
5.按權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的方法,包括以下步驟a)熱氧化硅晶片(1);b)在所述硅晶片(1)的氧化層(2)上施加并且結(jié)構(gòu)化第一電極(3); C)用二氧化硅層(4)覆蓋所述電極(3)的至少一部分;d)沉積并且結(jié)構(gòu)化SiGe犧牲層(5、5’),使得SiGe犧牲層覆蓋所述二氧化硅層(4);e)選擇性地將金屬(6)沉積在由步驟b)形成的第一電極(3)的自由表面上;f)將包括鋁、金、鉭、鈦和/或鈦-鎢的層(7)施加到由步驟d)形成的SiGe犧牲層(5)上;g)在MOiTC到幼00°C的溫度下對(duì)硅晶片進(jìn)行回火;h)借助于ClF3對(duì)所述犧牲層(5)進(jìn)行蝕刻。
6.通過按權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的方法制造的微機(jī)械的元件。
7.按權(quán)利要求6所述的微機(jī)械的元件,包括金屬層(3、6、7、7’),其中,所述金 屬層的材料以多晶的組織存在,并且其中290%的晶粒具有μ m到^lOO μ m的尺寸。
8.按權(quán)利要求6或7所述的微機(jī)械的元件,其中,所述金屬層(3、6、7、V)包括 鋁、金、鉭、鈦和/或鈦-鎢。
9.按權(quán)利要求6到8中任一項(xiàng)所述的微機(jī)械的元件,其中,所述金屬層(3、6、7、 V )至少部分地構(gòu)造成薄膜。
10.將按權(quán)利要求6到9中任一項(xiàng)所述的微機(jī)械的元件用作壓力傳感器、高頻開關(guān)或 者變?nèi)荻O管的應(yīng)用。
全文摘要
用于制造微機(jī)械的元件的方法,其中對(duì)至少具有金屬層(3、6、7、7’)以及包含SiGe的犧牲層(5、5’)的基底(1)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化,并且其中還通過用含氟的化合物例如ClF3進(jìn)行的蝕刻至少部分地再去除所述犧牲層(5、5’),其中,在蝕刻所述犧牲層(5、5’)之前,將帶有所述犧牲層(5、5’)和所述金屬層(3、6、7、7’)的所述基底(1)在≥100℃到≤400℃的溫度下進(jìn)行回火。所述金屬層(3、6、7、7’)的材料可以包括鋁。此外,本發(fā)明涉及一種包括金屬層(3、6、7、7’)的微機(jī)械的元件,其中所述金屬層的材料以多晶的組織存在,并且其中≥90%的晶粒具有≥1μm到≤100μm的尺寸,并且將這種微機(jī)械的元件用作壓力傳感器、高頻開關(guān)或者變?nèi)荻O管。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102015523SQ200980114990
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者M·斯圖姆貝爾, T·布克 申請(qǐng)人:羅伯特.博世有限公司