專(zhuān)利名稱(chēng)：兼容ic的聚對(duì)二甲苯mems技術(shù)及其在集成傳感器中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加工電路的方法，特別是涉及復(fù)合IC/MEMS結(jié)構(gòu)的集成電路。
(2)背景技術(shù)微電子或MEMS器件經(jīng)常使用半導(dǎo)體材料構(gòu)成其結(jié)構(gòu)。集成電路或(“IC”)技術(shù)也使用同樣的材料構(gòu)成其電子結(jié)構(gòu)。某些應(yīng)用期望將MEMS器件和集成電路整合在單一基片上。
已有技術(shù)講授了制造這樣的單元的某些方法。第一種方法是先加工IC部分。隨后在半成品的半導(dǎo)體IC晶片上加工構(gòu)成MEMS。
為了避免侵害電子電路的功能，MEMS加工處理必須具有可靠的兼容性。一個(gè)主要關(guān)心的問(wèn)題是運(yùn)行的溫度。所有的后IC電子工序通常需要在400℃以下進(jìn)行這是電子連接中的鋁所能達(dá)到的最大溫度。這排除了許多普通的MEMS結(jié)構(gòu)材料，例如LPCVD氮化硅和多晶硅沉積物；它們通常都在400℃以上制成。因而，這種IC處理系統(tǒng)經(jīng)常被用于不需要某些IC絕緣材料，例如多晶硅或含金屬層，的器件中。
另外，許多IC鑄造廠(chǎng)沒(méi)有對(duì)機(jī)械材料特性的加工。與結(jié)構(gòu)加工相比，這些鑄造廠(chǎng)更專(zhuān)注于制造可靠的電子電路。因而這些微結(jié)構(gòu)能具有余應(yīng)力和應(yīng)力梯度。同樣成問(wèn)題的是各批產(chǎn)品的特性可能不同。
MEMS器件可以形成具有不同薄膜厚度和高縱橫比的微結(jié)構(gòu)。而為了優(yōu)化IC設(shè)計(jì)，IC層的垂直尺寸通常是事先固定的。這反過(guò)來(lái)限制了MEMS設(shè)計(jì)的參量。例如，為了制造不需依靠支撐物的MEMS結(jié)構(gòu)，由結(jié)構(gòu)復(fù)合特性產(chǎn)生的垂直應(yīng)力梯度會(huì)引起基片平面的卷曲。
在半導(dǎo)體/MEMS混合加工中，MEMS加工可以先進(jìn)行，或進(jìn)行每種部分交替進(jìn)行的交叉加工。然而，由于大多數(shù)MEMS材料與IC加工的不兼容特性，交叉處理變得十分困難。
(3)

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)這里所揭示的技術(shù)，一種更加復(fù)合、可靠和經(jīng)濟(jì)的集成電路可以通過(guò)這里所揭示的特殊技術(shù)來(lái)構(gòu)成。
(4)


參照附加的圖例，我們將討論本發(fā)明的這些和其他一些方面。
圖1A-1F示出一種添加了MEMS結(jié)構(gòu)的CMOS集成電路結(jié)構(gòu)加工；圖2示出切應(yīng)力傳感器排列；圖3示出切應(yīng)力傳感器的特寫(xiě)圖；圖4A-4D示出結(jié)構(gòu)處理的細(xì)節(jié)；圖5示出在它們從基片釋放前后多元件電壓電流轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)；圖6示出一種所使用的偏置電路和切應(yīng)力傳感器中的惠斯通電橋。
(5)具體實(shí)施方式
本應(yīng)用描述了隨同半導(dǎo)體加工過(guò)程，使用特殊的MEMS材料。
使用的一種特殊材料是聚對(duì)二甲苯(帕利靈)，在構(gòu)成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)后沉積，也叫“后沉積聚對(duì)二甲苯”。聚對(duì)二甲苯被作為一種MEMS結(jié)構(gòu)的元件。聚對(duì)二甲苯也可以和光刻膠、噴鍍或低溫蒸發(fā)的金屬一起使用。保護(hù)材料，例如非晶體硅，也可以使用。在已揭示的模式中，氣相三氟化溴被用作均質(zhì)硅蝕刻劑。結(jié)構(gòu)通過(guò)這樣的蝕刻，來(lái)構(gòu)成聚對(duì)二甲苯層下的模槽，并且因此，聚對(duì)二甲苯層構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)部件。
化學(xué)汽相淀積(“CVD”)聚對(duì)二甲苯的厚度范圍可以在亞微米和超過(guò)20微米之間。這種厚度比可以形成合乎需要的高縱橫比微結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。復(fù)合后IC加工在室溫環(huán)境進(jìn)行，并且在晶片規(guī)?；鲜褂霉饪碳夹g(shù)。
這里還揭示了一種使用熱線(xiàn)工作元件的集成切應(yīng)力傳感器。
圖1A-1F展示了構(gòu)造過(guò)程。圖1a展示了由工業(yè)鑄造制成的CMOS晶片。這種晶片包括硅基片100和具有某些半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在其上的絕緣層102。這些結(jié)構(gòu)可能包括導(dǎo)線(xiàn)104(可以是鋁制)，并且也可以包括一個(gè)或更多的多晶硅結(jié)構(gòu)106。
隨后，這種結(jié)構(gòu)在圖1B中被構(gòu)圖和蝕刻。IC晶片的絕緣鈍化層通過(guò)復(fù)合反應(yīng)離子干刻蝕以及緩沖氟化氫濕刻蝕，來(lái)構(gòu)圖及蝕刻。這構(gòu)成了具有包含一些(但減少數(shù)量)絕緣材料構(gòu)圖的半導(dǎo)體層106。
聚對(duì)二甲苯110的第一層如圖1C所示被沉積。這種聚對(duì)二甲苯第一層具有增強(qiáng)的附著力。在已揭示的模式中，聚對(duì)二甲苯可以是聚對(duì)二甲苯-N，也叫聚對(duì)亞苯基二甲基。這種薄膜聚合物可以在室溫和0.1乇壓強(qiáng)下保形地沉積。聚對(duì)二甲苯構(gòu)成一種很好的用于構(gòu)成MEMS結(jié)構(gòu)的機(jī)械材料。這種MEMS和LPCVD氮化硅相比，具有更小的楊氏系數(shù)和固有應(yīng)力。
聚對(duì)二甲苯隨后進(jìn)一步被加工構(gòu)成模槽。這可以通過(guò)兩個(gè)不同方法中的一種來(lái)實(shí)現(xiàn)。
第一種加工技術(shù)是如圖1D所示。該結(jié)構(gòu)通過(guò)使用氧等離子體構(gòu)圖，來(lái)構(gòu)成如圖1D所示的蝕刻孔?；弦部梢圆恍纬晌g刻孔120，而形成間隙122。蝕刻可以用BrF3或XeF2。在聚對(duì)二甲苯結(jié)構(gòu)下的模槽120被用來(lái)制造微型射束、薄膜和隔膜。因此，總之，第一種技術(shù)是從硅基片100蝕刻去在其上具有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(“能動(dòng)部分”)的部分之下的部分，在能動(dòng)部分下面留下一個(gè)開(kāi)口。
硅蝕刻步驟需要對(duì)CMOS絕緣層、鋁和聚對(duì)二甲苯有可控制的選擇性。它也需要保持聚對(duì)二甲苯基片界面的完整性。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)BrF3和XeF2氣相蝕刻在工作時(shí)具有某些優(yōu)點(diǎn)。第一，因?yàn)楣栉g刻是用干刻蝕進(jìn)行，所以顯微機(jī)械加工的彎月面力基本消除。這幾乎沒(méi)有用到等離子體，所以對(duì)電子電路可能的損害也被最小化。還發(fā)現(xiàn)BrF3對(duì)聚對(duì)二甲苯基片界面的損害比許多濕刻蝕劑小。
構(gòu)成替代微結(jié)構(gòu)的第二種加工技術(shù)如圖1E和1F所示。這些難以構(gòu)造的微結(jié)構(gòu)可以通過(guò)在兩結(jié)構(gòu)層之間使用保護(hù)層，并且隨后去除這些保護(hù)層來(lái)實(shí)現(xiàn)。
保護(hù)層可以包括光刻膠噴鍍的金屬或非晶體硅。通過(guò)使用丙酮，光刻膠在室溫可以很容易地被涂覆或蝕除。因而光刻膠構(gòu)成的保護(hù)層具有一定的優(yōu)點(diǎn)。
圖1E展示了光刻膠被作為保護(hù)層使用。該層在圖1F中被去除，而構(gòu)成模槽140。附加金屬層132或其他材料隨后可以被添加。另外，如步驟145所示，復(fù)合層沉積可以被重復(fù)進(jìn)行，來(lái)構(gòu)成附加層。
這種加工方法具有顯著的改進(jìn)成效，如實(shí)施例說(shuō)說(shuō)明——實(shí)施例展示了一種在單基片上聚對(duì)二甲苯薄膜切應(yīng)力傳感器的構(gòu)成過(guò)程。
對(duì)大塊表面上的邊界層湍流的靈活控制需要分布傳感驅(qū)動(dòng)和控制。MEMS器件經(jīng)常用于這個(gè)目的。MEMS器件與IC電子技術(shù)的晶片規(guī)模集成有助于這種操作?，F(xiàn)在的切應(yīng)力器件使用上述附加IC加工方法構(gòu)成，使用聚對(duì)二甲苯N作為傳感器隔膜材料，并且使用BrF3蝕刻作為釋放隔膜的方法。聚對(duì)二甲苯和BrF3蝕刻具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。這可以構(gòu)成一種對(duì)基片來(lái)說(shuō)只有很小熱量損失的熱膜切應(yīng)力傳感器。這也在后IC加工中構(gòu)成隔膜穴槽。
圖2和3展示了隔膜模槽結(jié)構(gòu)。圖2展示了一種切應(yīng)力傳感器200排列，以及芯片偏置電路210和很多電橋220。圖3展示了該切應(yīng)力傳感器200的特寫(xiě)圖。這包括整合有多傳感器320的聚對(duì)二甲苯隔膜310。圖4A-4D展示了這種結(jié)構(gòu)加工過(guò)程。
首先，在圖4A中，例如偏置電路210的電結(jié)構(gòu)、放大電路和其他電路通過(guò)使用一個(gè)MITEL，2微米雙-多雙-金屬I(mǎi)C處理來(lái)制造。一種厚為3225、20 Ohms/sq、0/1％℃ TCR的門(mén)復(fù)合結(jié)構(gòu)也作為熱線(xiàn)傳感元件被使用，在門(mén)氧化物頂端。鋁層也形成用于鈍化層開(kāi)口的蝕刻光闌。
聚對(duì)二甲苯門(mén)400被絕緣體402圍繞，并且覆蓋有鋁配線(xiàn)層404。
圖4B展示了鋁和絕緣體的蝕除部分，剩下的部分結(jié)構(gòu)。
圖4C聚對(duì)二甲苯門(mén)-N沉積為層420。這層可以沉積0.1乇。開(kāi)口422如上所述形成。
最后，如圖4D所示，模槽430被構(gòu)造，在半導(dǎo)體元件下留下孔道。
在它們從基片釋放的前后多元件的電壓電流轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)，如圖5所示。這清楚表明由于成功地減少了通過(guò)基片和隔膜傳導(dǎo)熱損失而產(chǎn)生的釋放的傳感器元件的熱效應(yīng)。每個(gè)整合的傳感器都有按惠斯通電橋的配置方式排列的元件，來(lái)達(dá)到自動(dòng)偏置10％過(guò)熱率。
圖6展示了一種被使用的偏置電路和惠斯通電橋。
雖然這里只討論了少部分的實(shí)施例，其他修改也是可能實(shí)現(xiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種形成結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括下述步驟獲得具有多個(gè)半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成一結(jié)構(gòu)部分，所述結(jié)構(gòu)部分包括聚對(duì)二甲苯；并且蝕刻一個(gè)保持所述聚對(duì)二甲苯結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)完整的開(kāi)口。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蝕刻一個(gè)開(kāi)口的步驟，包括使用三氟化溴在結(jié)構(gòu)下方蝕刻一個(gè)孔。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蝕刻一個(gè)孔的步驟，包括構(gòu)成保護(hù)層，并且去除所述保護(hù)層。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)層包括光刻膠。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)層包括非晶體硅。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚對(duì)二甲苯是聚對(duì)亞苯基二甲基。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蝕刻使用氣相蝕刻劑。
8.一種形成結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟首先形成基片的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；在形成所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)后，形成聚對(duì)二甲苯結(jié)構(gòu)元件，至少與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)部分連接，并且物理上支撐所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括由聚對(duì)二甲苯構(gòu)成的絕緣部分。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述聚對(duì)二甲苯結(jié)構(gòu)元件支撐一模槽。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述聚對(duì)二甲苯和光刻膠一起被使用。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括用氣相蝕刻劑蝕刻。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述氣相蝕刻劑是被用作均質(zhì)硅蝕刻劑的氣相三氟化溴，所述蝕刻劑用于在聚對(duì)二甲苯層下構(gòu)成開(kāi)口。
14.一種器件，其特征在于，包括在半導(dǎo)體基片上用集成電路加工形成的具有包括偏置電路、放大電路和至少一個(gè)其他電路的電結(jié)構(gòu)；聚對(duì)二甲苯門(mén)，與所述電結(jié)構(gòu)耦合；和聚對(duì)二甲苯結(jié)構(gòu)元件，與所述電結(jié)構(gòu)耦合，并且覆蓋該電結(jié)構(gòu)下的開(kāi)口。
15.如權(quán)利要求14所述的器件，其特征在于，進(jìn)一步包括位于所述開(kāi)口內(nèi)的加熱元件。
全文摘要
一種IC/Mems復(fù)合加工首先構(gòu)成IC部分,并且隨后構(gòu)成MEMS部分(110)。一種選擇是構(gòu)成聚對(duì)二甲苯外層,接著在聚對(duì)二甲苯外層下面構(gòu)成模槽。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1343369SQ00804954
公開(kāi)日2002年4月3日 申請(qǐng)日期2000年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月12日
發(fā)明者F·K·蔣, Z·G·韓, X·Q·王, Y·C·泰 申請(qǐng)人:加利福尼亞技術(shù)學(xué)院