微機械系統和用于制造微機械系統的方法
【技術領域】
[0001]本公開的實施例涉及用于制造微機械系統的方法。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械系統。本公開的另外的實施例涉及用于制造微機械系統的方法，并且尤其涉及將水平壓力傳感器結構集成在CMOS技術中。
【背景技術】
[0002]術語微機電系統(MEMS)或微機械系統常常用于指代組合了電部件與機械部件的小型集成裝置或系統。當將重點放在微機械部分上時，術語“微機械系統”可以用于描述包括一個或多個微機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。
[0003]微機械系統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備和消費品電子設備中的大批量產品。對于很多這些應用而言，使用了其中傳感器被集成在專用集成電路(ASIC)中的系統。例如，英飛凌科技股份有限公司(Infineon Technologies AG)提供了作為側面安全氣囊傳感器的這樣的系統。
[0004]特別地，微機械系統的機械有源元件可能典型地要求相對復雜的結構，如凹部、橫梁、懸臂、底切、空腔等。可能要求相對高數量的制造步驟。此外，例如，用于建造微機械系統的所使用的工藝可能需要與用于創建電部件和/或電子部件的可能的后續制造步驟兼容。
【發明內容】
[0005]本公開涉及例如將薄片或薄膜集成到130nm節點中，該130nm節點已經僅被研究至例如對于集成在襯底內的薄片或薄膜而言的較少擴展。
[0006]本公開的實施例涉及一種用于制造微機械系統的方法。方法包括在前道制程(FEOL)工藝中在晶體管區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域的區域中形成經結構化的犧牲層，形成至少部分地覆蓋經結構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建空腔。
[0007]根據實施例，方法可以包括進行熱處理的進一步動作，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構的重構。對原子結構的重構進一步在功能層中創建了張力。
[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用去除工藝而去除犧牲層以創建空腔。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械系統，包括半導體襯底，半導體襯底具有在晶體管區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，微機械系統包括在MEMS區域中的功能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械系統的方法。方法包括:在襯底的晶體管區域中形成至少一個晶體管的步驟。在襯底的MEMS區域中提供經結構化的犧牲層，其中形成至少部分地覆蓋經結構化的犧牲層的功能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描述本公開的實施例，其中:
[0012]圖1A至圖1E示出處于根據實施例的制造工藝的幾個階段的穿過微機械系統的示意性截面圖；
[0013]圖2A至圖2E示出處于根據實施例的制造工藝的幾個階段的穿過微機械系統的示意性截面圖；
[0014]圖3A至圖3G示出處于根據實施例的制造工藝的幾個階段的穿過微機械系統的示意性截面圖；
[0015]圖4示出穿過根據實施例的微機械系統的示意性截面圖；
[0016]圖5A至圖f5D示出處于根據實施例的制造工藝的幾個階段的穿過微機械系統的示意性截面圖；
[0017]圖6示出根據實施例的微機械系統的示意性截面圖；
[0018]圖7示出根據實施例的微機械系統的一部分的通過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值模擬的結果。
【具體實施方式】
[0020]在利用附圖詳細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記或相似的附圖標記，并且典型地省略針對提供有相同或相似附圖標記的元件的重復描述。因此，針對具有相同或相似附圖標記的元件提供的描述是可相互互換的。
[0021]微機械系統(例如壓力傳感器和其他傳感器)是大批量產品。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。在向新的技術節點迀移時，挑戰之一是以如下方式集成這些系統:使得例如CMOS(互補金屬氧化物半導體)工藝的復雜性不會不必要地增加，并且使得可以高程度地、優選地利用很少或最少的開發努力保留CMOS電路的現有集成方案。
[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械系統的制造工藝。圖1A示出在例如襯底10上的晶體管區域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，對犧牲層進行結構化以形成經結構化的犧牲層20。圖1D示出在進一步處理動作中的襯底10。形成至少部分地覆蓋經結構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，存在應用于襯底10的可選步驟。
[0023]制造工藝可以進一步包括熱處理，其中熱處理激活功能層30的摻雜原子并提供對功能層30的原子結構的重構。可選地，功能層可以完全覆蓋犧牲層20。因此，可以在功能層30中創建孔。可以使用孔來應用用于將犧牲層20去除的去除工藝，以在功能層30與半導體襯底的表面之間創建空腔，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區域的一部分中被去除，例如以在晶體管區域27中對至少一個金屬線進行結構化。在對至少一個金屬線進行結構化之后，可以在晶體管區域和MEMS區域中形成至少一個電介質層。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示出半導體襯底10，其中犧牲層20形成在半導體襯底10的表面15處。圖2B示出在進一步處理動作中的半導體襯底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應用去除工藝而將犧牲層20去除，以創建出如圖2D所示的空腔35。此外，向半導體襯底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。可選地，制造工藝可以在FEOL與BEOL之間進行。此外，熱處理可以可選地提供對功能層的原子結構的重構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械系統的制造工藝。圖3A示出形成在襯底10的晶體管區域27中的晶體管25。在圖3B中，在襯底的MEMS區域60中提供經結構化的犧牲層20，其中，如圖3C所示，形成至少部分地覆蓋經結構化的犧牲層的功能層30、例如功能MEMS層。圖3D示出在進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在晶體管區域27的至少一部分上方延伸。圖3G示出微機械系統，其中形成至少一個金屬層65。可選地，層45是在晶體管區域的至少一部分上方延伸的電介質層，其中至少一個金屬層形成在電介質層上方。可以在晶體管區域中至少一部分地去除層45。
[0027]圖4示出包括了半導體襯底10、晶體管區域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的微機械系統，至少一