微机械系统和用于制造微机械系统的方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施例涉及用于制造微机械系统的方法。本公开的另外的实施例涉及用于制造压力传感器的方法。本公开的另外的实施例涉及微机械系统。本公开的另外的实施例涉及用于制造微机械系统的方法，并且尤其涉及将水平压力传感器结构集成在cmos技术中。
【背景技术】
[0002]术语微机电系统(mems)或微机械系统常常用于指代组合了电部件与机械部件的小型集成装置或系统。当将重点放在微机械部分上时，术语“微机械系统”可以用于描述包括一个或多个微机械元件并且可能但并不一定包括电部件和/或电子部件的小型集成装置或系统。
[0003]微机械系统可以用作例如致动器、变换器或传感器，例如压力传感器。压力传感器目前是汽车电子设备和消费品电子设备中的大批量产品。对于很多这些应用而言，使用了其中传感器被集成在专用集成电路(asic)中的系统。例如，英飞凌科技股份有限公司(infineon technologies ag)提供了作为侧面安全气囊传感器的这样的系统。
[0004]特别地，微机械系统的机械有源元件可能典型地要求相对复杂的结构，如凹部、横梁、悬臂、底切、空腔等。可能要求相对高数量的制造步骤。此外，例如，用于建造微机械系统的所使用的工艺可能需要与用于创建电部件和/或电子部件的可能的后续制造步骤兼容。
【发明内容】
[0005]本公开涉及例如将薄片或薄膜集成到130nm节点中，该130nm节点已经仅被研究至例如对于集成在衬底内的薄片或薄膜而言的较少扩展。
[0006]本公开的实施例涉及一种用于制造微机械系统的方法。方法包括在前道制程(feol)工艺中在晶体管区域中形成晶体管的步骤。在feol工艺之后，至少在不是晶体管区域的区域中形成经结构化的牺牲层，形成至少部分地覆盖经结构化的牺牲层的功能层，以及在形成功能层之后去除牺牲层以便在功能层与牺牲层被沉积在其上的表面之间创建空腔。
[0007]根据实施例，方法可以包括进行热处理的进一步动作，其中热处理可以激活功能层的掺杂原子并提供对功能层的原子结构的重构。对原子结构的重构进一步在功能层中创建了张力。
[0008]本公开的另外的实施例涉及一种用于制造压力传感器的方法。方法包括在半导体衬底的表面上的牺牲层的形成，其中形成覆盖牺牲层的功能层。此外，形成至少一个孔并且通过穿过至少一个孔应用去除工艺而去除牺牲层以创建空腔。另外，提供处于550°c至750°c之间的温度的热处理并且将至少一个孔封闭。
[0009]本公开的另外的实施例涉及一种微机械系统，包括半导体衬底，半导体衬底具有在晶体管区域中的至少一个晶体管和在至少一个晶体管上方的至少一个金属层，其中至少一个金属层的下表面具有第一垂直水平。此外，微机械系统包括在mems区域中的功能mems层，其中功能层具有处于比第一垂直水平更低的第二垂直水平的上表面。
[0010]本公开的另外的实施例涉及一种用于制造微机械系统的方法。方法包括:在衬底的晶体管区域中形成至少一个晶体管的步骤。在衬底的mems区域中提供经结构化的牺牲层，其中形成至少部分地覆盖经结构化的牺牲层的功能mems层，并且在功能mems层中提供蚀刻孔。此外，去除牺牲层以创建空腔，并且形成封闭蚀刻孔的另外的层，其中另外的层在晶体管区域的至少一部分上方延伸和形成至少一个金属层。
【附图说明】
[0011]随后将利用附图详细描述本公开的实施例，其中:
[0012]图1a至图1e示出处于根据实施例的制造工艺的几个阶段的穿过微机械系统的示意性截面图；
[0013]图2a至图2e示出处于根据实施例的制造工艺的几个阶段的穿过微机械系统的示意性截面图；
[0014]图3a至图3g示出处于根据实施例的制造工艺的几个阶段的穿过微机械系统的示意性截面图；
[0015]图4示出穿过根据实施例的微机械系统的示意性截面图；
[0016]图5a至图f5d示出处于根据实施例的制造工艺的几个阶段的穿过微机械系统的示意性截面图；
[0017]图6示出根据实施例的微机械系统的示意性截面图；
[0018]图7示出根据实施例的微机械系统的一部分的通过fib(聚焦的离子束)获得的示意性截面图；
[0019]图8示意性地图示出有i巴(bar)的压力作用于其上的薄膜的位移的数值模拟的结果。
【具体实施方式】
[0020]在利用附图详细描述本公开的实施例之前，需要指出的是，相同或功能上等同的元件在附图中给予相同的附图标记或相似的附图标记，并且典型地省略针对提供有相同或相似附图标记的元件的重复描述。因此，针对具有相同或相似附图标记的元件提供的描述是可相互互换的。
[0021]微机械系统(例如压力传感器和其他传感器)是大批量产品。有时传感器或几个传感器被集成为例如专用集成电路(asic)形式的系统。在向新的技术节点迀移时，挑战之一是以如下方式集成这些系统:使得例如cmos(互补金属氧化物半导体)工艺的复杂性不会不必要地增加，并且使得可以高程度地、优选地利用很少或最少的开发努力保留cmos电路的现有集成方案。
[0022]图1a至图1e示出衬底10的示意性截面图，以图示出用于获得微机械系统的制造工艺。图1a示出在例如衬底10上的晶体管区域27中在前道制程(feol)工艺中形成的晶体管25或多个晶体管。在完成feol工艺之后，图1b示出在包括牺牲层20的形成的进一步处理动作中的衬底，牺牲层20可以包含碳。在图1c中，对牺牲层进行结构化以形成经结构化的牺牲层20。图1d示出在进一步处理动作中的衬底10。形成至少部分地覆盖经结构化的牺牲层的功能层30，其中牺牲层20如图1e所示被去除了。此外，存在应用于衬底10的可选步骤。
[0023]制造工艺可以进一步包括热处理，其中热处理激活功能层30的掺杂原子并提供对功能层30的原子结构的重构。可选地，功能层可以完全覆盖牺牲层20。因此，可以在功能层30中创建孔。可以使用孔来应用用于将牺牲层20去除的去除工艺，以在功能层30与半导体衬底的表面之间创建空腔，并且其中在功能层的表面处布置一个层以封闭孔，其中该层的高度低于600nm。该层可以包括氮化物或氧化物。
[0024]制造工艺可以进一步包括后道制程(beol)工艺，其中在beol中形成至少一个金属层，该至少一个金属层可以至少在mems区域的一部分中被去除，例如以在晶体管区域27中对至少一个金属线进行结构化。在对至少一个金属线进行结构化之后，可以在晶体管区域和mems区域中形成至少一个电介质层。此外，可以向功能层30提供热处理以向功能层提供张力，其中热处理的温度可以在550°c与750°c之间。
[0025]图2a至图2e示出半导体衬底10的示意性截面图以图示出用于获得压力传感器201的制造工艺。图2a示出半导体衬底10，其中牺牲层20形成在半导体衬底10的表面15处。图2b示出在进一步处理动作中的半导体衬底10，其中形成覆盖牺牲层20的功能层30。在图2c中，在功能层30中形成至少一个孔75，其中通过穿过至少一个孔75应用去除工艺而将牺牲层20去除，以创建出如图2d所示的空腔35。此外，向半导体衬底10提供处于550°c与750°c之间的温度的热处理。图2e示出压力传感器，其中例如用填充金属77将孔75封闭。可选地，制造工艺可以在feol与beol之间进行。此外，热处理可以可选地提供对功能层的原子结构的重构和对掺杂原子的激活，其中热处理可以在功能层中将非晶硅转化成多晶硅。
[0026]图3a至图3e示出衬底10的示意性截面图，以图示出用于获得微机械系统的制造工艺。图3a示出形成在衬底10的晶体管区域27中的晶体管25。在图3b中，在衬底的mems区域60中提供经结构化的牺牲层20，其中，如图3c所示，形成至少部分地覆盖经结构化的牺牲层的功能层30、例如功能mems层。图3d示出在进一步处理动作中的衬底10，其中在功能层30中提供孔75或多个例如蚀刻孔75。在图3e中，将牺牲层去除以创建空腔
35。在图3f中，形成另外的层45以封闭蚀刻孔。层45在晶体管区域27的至少一部分上方延伸。图3g示出微机械系统，其中形成至少一个金属层65。可选地，层45是在晶体管区域的至少一部分上方延伸的电介质层，其中至少一个金属层形成在电介质层上方。可以在晶体管区域中至少一部分地去除层45。
[0027]图4示出包括了半导体衬底10、晶体管区域27中的至少一个晶体管25和至少一个晶体管25上方的至少一个金属层65的微机械系统，至少一