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用于在半导体构件的层结构中制造多孔性结构的方法和具有所述多孔性结构元件的mems构件的制作方法

2021-10-26 12:13:01 来源:中国专利 TAG:
用于在半导体构件的层结构中制造多孔性结构的方法和具有所述多孔性结构元件的mems构件的制作方法
【专利摘要】一种用于在半导体构件的层结构中制造多孔性结构的方法和具有所述多孔性结构元件的MEMS构件。提出一种用于在半导体构件的层结构中实现极轻的但在机械方面不易弯曲的并且热隔离的结构元件的可能性,其在无高温过程步骤的情况下也能够实现。为此,首先在所述层结构(100)的表面区域中产生模板(20),其方式是,在分散介质中施加至少一种胶体,随后取出所述分散介质。在此,各个胶体粒子(21)自身布置在模板(20)中。然后,在所述模板(20)的区域中沉积至少一种涂覆材料(23)。在此,所述各个胶体粒子(21)至少部分地以所述涂覆材料(23)包封。随后,移除所述胶体材料(21),从而在所述模板(20)的区域中仅仅残留由涂覆材料(23)组成的连续包封。
【专利说明】
用于在半导体构件的层结构中制造多孔性结构的方法和具有 所述多孔性结构元件的MEMS构件
技术领域
[0001] 本发明设及一种用于在半导体构件的层结构中制造多孔性结构的方法W及一种 具有至少一个所述多孔性结构元件的MEMS构件。
【背景技术】
[0002] 通常,由多个电的并且可能机械的功能的共同作用得到半导体构件的总功能性, 所述多个电的并且机械的功能在构件的不同的层区域和忍片区域中实现。为此,在制造过 程的范畴内有针对性地实现具有不同的限定的电特性和机械特性的层区域和忍片区域。
[0003] 制造时的一个特别的挑战在于,如此构型过程流程,使得已经在层结构中产生的 功能元件的电特性和机械特性不受随后的过程步骤不利地影响。例如,高溫过程步骤影响 集成电路元件的电特性,运可能损害集成电路元件的功能性。

【发明内容】

[0004] 借助本发明提出一种用于在半导体构件的层结构中实现极轻的但在机械方面不 易弯曲的并且在热方面隔离的结构元件的可能性,其在没有高溫过程步骤的情况下也能够 实现。
[0005] 根据本发明,为此首先在所述层结构的表面区域中产生由微米微粒或者纳米微粒 组成的模板(Template)。为此,通过在分散介质中施加至少一种胶体。随后,取出所述分散 介质。在此,各个胶体粒子自身ΚΞ维的胶体状的晶体布置成模版。然后,在所述模板的区 域中沉积至少一种涂覆材料。在此,模板的各个粒子、即胶体粒子完全地或部分地W涂覆材 料包封。随后,通过适合的蚀刻过程或者分解过程(Zersetzungsprozess)移除所述胶体材 料,从而在所述模板的区域中仅仅残留经模制的由涂覆材料构成的连续包封。
[0006] 根据初始模板的厚度,由涂覆材料构成的最终的形成物是相对不易弯曲且多孔性 的,类似于气溶胶。高度多孔性引起,所述形成物是非常轻的并且具有非常低的热传导率。 与此相应,所述形成物可W有利地用于半导体构件的各个区域的或功能元件的热隔离。
[0007] 根据本发明一方面识别出,可W将通常在忍片制造中所使用的材料的整个系列可 W简单地置于分散介质中的胶体的剂型(Darreichungsform)或稠度中。另一方面识别出, 在处理半导体构件时也可W使用W胶体相的材料。在此,在气体中优选胶体状乳剂和悬剂 W及微滴或者粒子作为分散介质。运些材料系能够实现借助低溫标准方法的材料涂覆、例 如旋转涂覆(Spincoating)。在此,用于材料涂覆的各个表面区域例如可W简单地借助阴影 掩膜来结构化。分散介质在所述涂覆之后可W通过适合的干燥过程、例如适度的热处理或 者真空加载(Vakuumbeauf schlagung)从模板取出。由于各个胶体粒子之间的吸引力,它们 作为胶体晶体布置在相同形状的单层栅格或多层栅格中,根据本发明其用作用于涂覆材料 的模板或者承载部结构。涂覆材料残留在半导体构件的层结构中作为连续的结构元件。与 此不同,胶体材料根据本发明充当牺牲材料,其几何形状确定由涂覆材料构成的最终结构 元件的孔大小和孔布置并且所述牺牲材料在涂覆过程之后再次从层结构中析出。
[0008] 为了产生模板,例如可W使用胶体状聚合物悬剂,如其也在其他技术领域中、例如 在聚合物纤维的制造中所使用的那样。聚合物材料则可W在涂覆过程之后被热分解或者借 助氧等离子体从结构元件中析出。
[0009] 特别有利的是,使用胶体状Si02悬剂用于模板的产生,因为Si02已经在忍片制造 的许多方法中用作牺牲层材料。为了析出Si02胶体材料,可W使用与在Si02牺牲层蚀刻中 相同的蚀刻过程。特别适于此的是HF气相蚀刻过程。
[0010] 金属氧化物、如A1203尤其适合作为涂覆材料,所述金属氧化物适合地WALD(原子 层沉积)方法或者借助CVD (化学气相沉积)方法沉积在层结构的表面上并且沉积到间隙中。 在此,在多层模板的情况下,涂覆材料也向前挤入直至下方的层的各个胶体粒子之间的间 隙中。A1203的显著的优点是,所述材料既不通过氧等离子体也不通过HF气体侵蚀 (angreifen)。因为A1203设及电绝缘材料,所W最终的高度多孔性结构有利地用于忍片结 构的部分区域的电脱禪合并且尤其也用作电极装置的承载部。
[0011] 在ASIC构件的范畴内,借助根据本发明的方法产生的结构元件的电特性首先起重 要作用。所述电特性显著取决于用于模板的涂覆的材料。因此,在此替代电绝缘材料、如 A1203,当然也可W使用导电材料,如果所述导电材料相对于移除胶体材料的过程是惰性 的。
[0012] 在MEMS构件的范畴内,也可W使用借助根据本发明的方法产生的结构元件的特殊 的机械特性。应用可能性在此是各种各样的。因此,可W使用高度多孔性结构元件作为用于 气体传感器、流量传感器或者流传感器(StromungsseiKoi·)的传感器电阻的热隔离的承 载部。容性的压力传感器或者麦克风的固定的对应电极也可根据本发明制造的高度多 孔性结构元件的形式实现,因为所述对应电极视厚度而定地具有相对大的刚性。此外,所述 对应元件的多孔性保证所述对应元件的两侧之间的缓慢的压力均衡,运抵消麦克风信号的 由于环境压力的波动引起的失真。
【附图说明】
[0013] 如先前已经讨论的那样,存在W有利的方式构型并且扩展本发明的教导的多种可 能性。为此,一方面参考从属权利要求而另一方面参考本发明的实施例的W下描述。
[0014] 图la至IdW容性的MEMS麦克风构件的制造为例阐明根据本发明的方法。
[001引附图分别W彼此相继的制造阶段示出结构100的剖视图。
【具体实施方式】
[0016] 在此处所描述的实施例中,MEMS麦克风构件的麦克风结构W层结构实现在基衬底 1上。在此,例如可W设及娃衬底1。
[0017] 在第一过程步骤中,使得衬底表面设有氧化娃层2。氧化娃层2-方面用作用于背 侧蚀刻过程的蚀刻停止层,其中在限定的区域、即膜片区域中完全移除基衬底1,W便在背 侧暴露麦克风膜片10。另一方面,氧化娃层2充当基衬底1和施加到氧化娃层2上的多晶娃层 3之间的电绝缘。在后续的过程步骤中,在多晶娃层3中实现麦克风膜片10,其也充当麦克风 电容器的膜片电极。
[0018] 但是,在运之前首先仍将厚的氧化娃层4施加到多晶娃层3上,所述多晶娃层用作 牺牲层4并且其厚度限定麦克风膜片10与固定的对应元件11之间的间距。所述对应元件11 用作用于麦克风电容器的固定的对应电极12的承载部。在此,对应电极12W经结构化的多 晶娃电极的形式实现在牺牲层4的表面中。所述对应电极构造在麦克风膜片3上方的区域 中。
[0019] 在下一过程步骤中,将另一多晶娃层5施加到层结构100上并且在膜片区域中敞 开。
[0020] 图la示出在多晶娃层5的敞开区域中已经产生了模板20之后的层结构100。模板20 布置在牺牲层4上在经结构化的多晶娃电极12上方并且在此在整个膜片区域上延伸。所述 模板由胶体粒子21的栅格状布置组成,所述胶体粒子由娃氧化物构成。
[0021] 为了产生所述模板20, W旋转涂覆方法在使用阴影掩膜的情况下将微米尺度的或 者纳米尺度的Si02球体21的胶体状悬剂施加到层结构100的表面上。在随后的使液态的分 散介质挥发的干燥过程期间,作用在Si02球体21之间的吸引力引起Si02球体21的规则的栅 格状布置。
[0022] 因为如此产生的模板20应当在其厚度和平面延展方面限定声学可穿透的固定的 对应元件11,所W所述模板在此处所描述的实施例中在随后的结构化步骤中还设有贯通开 口 22。图化示出,所述贯通开口 22与对应电极12的结构相对应。
[0023] 在随后的过程步骤中才将材料23施加到层结构上,对应元件11应当由所述材料构 成。在此,模板20用作用于对应元件11的孔的内部形状。在此,A1203用作用于对应元件11的 材料23。在ALD方法中,所述材料沉积在模板20的区域中。在此,不仅模板20的最上层的Si02 球体21而且下方的层中的Si02球体21W薄的A1203薄膜23涂覆,其在图Ic中示出。
[0024] 然后暴露如此产生的连续的A1203形成物23,其方式是,首先从孔中析出Si02胶体 材料21,然后也移除膜片区域中的Si02牺牲层4。有利地,在HF气相蚀刻过程中实现Si02材 料的析出和移除。在此,既不侵蚀对应元件11的A1203 23也不侵蚀对应电极12的和麦克风 膜片10的娃。此外,沉积在模板20上的A1203形成物23对于气态的HF而言是可穿透的,从而 在移除胶体材料21之后也完全平面地、即通过A1203形成物23中的孔地侵蚀牺牲层材料4。 图Id示出,一直继续HF蚀刻侵蚀直至也暴露多晶娃层3中的膜片10。
[0025] 因此,在此示出的麦克风构件100的麦克风结构包括由多晶娃构成的麦克风膜片 10和具有贯通开口 22的声学可穿透的固定的对应元件11,所述麦克风膜片跨越构件背侧中 的开口 13,所述对应元件用作用于对应电极12的承载部。在层结构中,对应元件11构造在麦 克风膜片11上方并且与其有间距地构造。对应电极12布置在对应元件11的面向麦克风膜片 10的下侧上。根据本发明,对应元件11W高度多孔性的但在机械方面不易弯曲的且对于声 波可穿透的形成物的形式实现,所述形成物由A1203构成。所述对应元件11的多孔性能够实 现所述对应元件11的两侧之间的缓慢的压力均衡。通过运种方式可W显著降低环境压力对 麦克风信号的影响。
[0026] 在一种替代的构型中,也可W在自由承载的膜片结构上施加连续的A1203形成物 23,所述膜片结构通过对应电极12构成。
【主权项】
1. 一种用于在半导体构件的层结构中制造多孔性结构的方法,所述方法包括以下方法 步骤: 通过在分散介质中施加至少一种胶体并且随后取出所述分散介质来在所述层结构 (100)的表面区域中产生模板(20),其中,各个胶体粒子(21)自身布置在模板(20)中, 在所述模板(20)的区域中沉积至少一种涂覆材料(23),其中,所述各个胶体粒子(21) 至少部分地以所述涂覆材料(23)包封, 移除所述胶体材料(21),从而在所述模板(20)的区域中仅仅残留由涂覆材料(23)构成 的连续包封。2. 根据权利要求1所述的方法,其中,为了产生所述模板(20)而在液态的或者气态的分 散介质中使用胶体,即在气体中使用胶体状乳剂或者悬剂或者微滴或者粒子。3. 根据权利要求1或2中任一项所述的方法,其中,使用胶体状的聚合物悬剂来产生所 述模板。4. 根据权利要求1或2中任一项所述的方法,其中,使用胶体状的Si02悬剂来产生所述 模板(20)。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,使用A1203作为涂覆材料(23)。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中,在HF气相蚀刻步骤中或者借助氧等 离子体移除所述胶体材料(21)。7. -种MEMS构件,所述MEMS构件的微机械结构以层结构实现,其特征在于至少一个多 孔性结构元件(11),所述至少一个多孔性结构元件以根据权利要求1至6中任一项所述的方 法制造,其中,所述结构元件(11)在至少一个连续的区域中具有孔,所述孔至少部分地由涂 覆材料(23)包封。8. 根据权利要求7所述的MEMS构件,其中,所述多孔性结构元件(11)涉及自由承载的膜 片结构。9. 根据权利要求7所述的MEMS构件,其中,所述结构元件的所述至少一个连续的区域施 加在自由承载的膜片结构上。10. 根据权利要求7至9中任一项所述的MEMS构件,其中,所述麦克风结构包括声学敏感 的麦克风膜片(10)和与所述麦克风膜片间隔开的、声学可穿透的对应元件(11),并且所述 麦克风膜片(10)和所述对应元件(11)充当用于麦克风电容器装置的电极的载体,其特征在 于,所述对应元件(11)实现为多孔性结构元件,所述多孔性结构元件的多孔性能够实现所 述对应元件(11)的两侧之间的缓慢的压力均衡。
【文档编号】H01L21/316GK105984841SQ201610153341
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】F·舍恩, B·格尔
【申请人】罗伯特·博世有限公司
再多了解一些

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