用于制造MEMS结构的方法和相应的MEMS结构与流程

本发明涉及一种用于制造mems结构的方法和相应的mems结构。

背景技术：

尽管也能够使用任意的微机械构件(mikromechanischebauelemente，缩写mems)，但是根据mems绝对压力传感器设备来阐述本发明和基于本发明的问题。

许多mems构件需要封闭在空腔(kaverne)中的限定气压才能运行，尤其是在真空中或至少在远低于100托的压力下。作为对此的示例，例如可以提及进行共振的系统，例如转速传感器设备、作为时间参照而工作的振荡器，或mems绝对压力传感器设备。

图5a)-c)是用于阐述以绝对压力传感器设备形式的mems结构的示例性的制造方法及其作用方式的示意性的截面图。

在图5a)-c)中附图标记s表示衬底，例如硅晶片衬底。在衬底s上施加有具有一个或多个功能层(例如多晶硅层、氧化物层、氮化物层、金属层等)的微机械的功能层组件fs，其中，功能层组件fs具有空腔k。

空腔k被用于绝对压力检测的膜m跨越(überspannen)，其中，膜m在其下侧具有凸模状的电极st。在功能层组件fs的外侧以上沉积有封闭层v，该封闭层封闭贯通开口d、d”，贯通开口位于膜的侧面并且通到空腔k中。贯通开口d、d”的横向延展比位于其下方的空腔k的横向延展小得多。

图5a)示出紧接在沉积封闭层v后的状态，其中，在空腔k中封闭有预先确定的参考压力p0。

接着，参照图5b)部分地移除封闭层v，使得仅还有封闭区域vs、vs”插塞状地留在贯通开口d、d”中。

如图5c)所阐述的那样，在膜上负载的外部压力p导致膜在衬底s的方向上变形。在此，凸模状电极st靠近衬底s，并且借助(未示出的)衬底电极可以电容式地检测绝对压力。

为了制造在图5a)-c)中示出的mems结构，在微机械学中存在许多不同的可能性。标准方法例如是在衬底s上施加且构造不同微机械的功能层和牺牲层。接下来通过蚀刻工艺借助贯通开口d、d”来移除牺牲层。

而且也可以设置两个或更多具有凹部的衬底，并且借助接合方法将这些衬底彼此连接。

这两种基本方法可以以任意方式相互组合。

在沉积封闭层v时重要的是，将通常远低于1巴的低压p0封闭在空腔中。

贯通开口d、d”通常也实施为窄沟道，并且它们具有附加功能用以将导电层电地分离。借助氧化物沉积、氮化物沉积或氮氧化物沉积，可以附加地实现电绝缘的特性。

lpcvd或pecvd氧化物沉积或氮化物沉积尤其适用于封闭过程。

例如可以使用具有teos的lpcvd方法。在通常700℃的温度下，将teos以通常300毫托的低压引导通过待封闭的mems结构。在表面处发生teos的分解反应，并且使氧化层生长。因此可以实现具有相对较高的一致性的沉积。一致性描述在沉积时竖直面的层相对于水平面的层的生长比例。原则上，在该生长方法的情况下没有优选的方向，并且因此理论上在非常低的工作压力和高流量的情况下预期等于1的一致性。但是由于在仍然能够实现合理的层生长速率的工作压力下窄的沟道或贯通开口中的teos耗尽，所以不能实现完全一致的沉积，而是仅能实现接近一致的沉积。

此外，即使在250℃至350℃的较低温度下，也可以借助由teos或硅烷构成的等离子体支持(plasmaunterstützung)pecvd来沉积氧化物层。由于等离子体支持以及与之相关联的定向的沉积成分，借助该方法原则上只能实现较低的一致性。等离子功率越高，沉积速率就越高，但是一致性越低。因此重要的是要在一致性和等离子功率之间找到一个良好的平衡。如果在低温下要沉积氧化物层或有意地期望较低的一致性，则pecvd方法是有利的。

借助非常高的一致性可以实现，借助相对较低的层厚度来封闭窄的入口。在较低一致性的情况下，需要非常高的层厚度用以封闭窄的沟道或窄的贯通开口。

图6a)-c)是用于阐述mems结构的示例性制造方法的示意性局部截面图，其中，封闭层的沉积具有理想的等于一的一致性。

在图6a)-c)中，出于简化的原因，仅示出了图5a)-c)的区域a。图6a)-c)示出，在沉积具有理想的等于1的一致性的情况下，需要层厚度d1的封闭层v1，该层厚度恰好相应于贯通开口d的宽度b2的一半。因此，将贯通开口d在整个高度上以封闭区域vb来封闭。

在此不利的是，在空腔k中也沉积整个层厚度d1，而在一些区域沉积厚度d2。因此可能发生：膜m的可运动性受到限制或阻碍。由于沉积在空腔k中的封闭层v1也可能妨碍其他功能元件的高效能性。

图7a)-c)是用于阐述mems结构的示例性制造方法的示意性局部截面图，其中，封闭层的沉积具有接近一的高一致性。

与图6a)-c)类似，在图7a)-c)可以看出在沉积高一致性的封闭层v2时区域a中的贯通开口d中的封闭的时间变化过程，该高一致性例如在lpcvd沉积时实现。需要与贯通开口d的宽度d2大致相对应的层厚度d1'用以封闭贯通开口d。由于贯通开口d中teos的耗尽，封闭区域vb'位于贯通开口d以上的封闭层v2的氧化物中。同样在该封闭方法的情况下，在空腔k中沉积相对较厚的封闭层v2，其可能可以对空腔k中的构件的功能产生负面影响。

图8a)-c)是用于阐述mems结构的示例性制造方法的示意性局部截面图，其中，封闭层的沉积具有比一小得多的低一致性。

在图8a)-c)中可以看出区域a中的窄沟道或贯通开口d在时间上的封闭，在该区域a中以低一致性沉积封闭层v3，例如pecvd沉积提供该低一致性。

为了借助封闭层vb”来封闭贯通开口d，需要比贯通开口d的宽度d2大得多的层厚度d1”。由于沉积的低一致性，封闭层v3的氧化物中的该封闭区域vb”远远位于贯通开口d以上。因此封闭层v3的所需的厚度d1”是不利的，但有利的是在空腔k中沉积有封闭层v3的相对较少的氧化物，并且因此空腔k中的构件的功能不受影响或仅受到微小的影响。

因此，总的来说，在所描述的方法中需要封闭层的相对较大的层厚度，但这不是所期望的，因为其相比于功能层组件fs的硅具有不同的热膨胀系数，所以在mems中引起弯曲和应力。相比于热氧化物，lpcvd氧化物并且尤其pecvd氧化物具有更低的密度并且在较高温度下具有形成裂缝(rissse)的趋势，这引起封闭区域泄漏的风险。如果封闭区域位于贯通开口d以上，则封闭宽度相对较小。

通常也期望在没有氧化物封闭的区域中移除氧化物，以便例如实现膜m的无应力区域。但是由于封闭区域位于贯通开口以上并且不能够移除位于那里的氧化物，所以在表面上产生非常高的表面形状(topographie)，这对于进一步的工艺步骤是不利的。

最后，在封闭区域处的一致性不等于1的情况下，通常在下层上形成较深的缺口(kerbe)，而在封闭区域的上侧形成较浅的缺口，这使得封闭区域在拉紧或弯曲时具有预期断裂部位(sollbruchstellen)，因为在此会产生压力过高。

de102009045385a1和de102010000895a1描述一种用于借助晶格结构来封闭微机械构件的沟道的方法。

ep2637007a1描述一种电容式的mems绝对压力传感器设备。

us6,261,957b1公开一种使用hd-pcvd的自平面化的沟道填充方法。

技术实现要素：

本发明提出一种根据本发明的用于制造mems结构的方法以及一种相应的根据本发明的mems结构。

优选的扩展方案是相应的从属权利要求的主题。

本发明的优点

本发明所基于的构思在于施加具有具有非常低的一致性的沉积的封闭层，使得在边缘处不沉积封闭层的材料(例如氧化物)。尤其提出具有溅射部分(sputteranteil)的hdp层沉积。“hdp层”在此应理解为例如可以用作钝化层的高密度的等离子体层，其中，通过化学气相沉积(cvd)方法形成hdp层。如果在贯通开口中在侧面没有封闭材料生长，则能够从下侧起封闭贯通开口，并且在需要时也能够将其完全填满。

一方面，由此可以避免现有技术中的缺点，而另一方面，hdp封闭材料(例如hdp氧化物)是一种非常紧密的封闭材料，其与pecvd封闭材料或lpcvd封闭材料相比仅具有非常低的裂缝倾向。

由于在hdp方法中的非常高的沉积速率，根据本发明的方法在成本方面提供大的优势。hdp沉积工艺在前端(frontend)和后端(backend)均可使用，并且因此可以实现很高的工艺灵活性。通过根据本发明的方法能够实现的封闭区域是稳定且紧密的。由于小的表面形状，能够简单地与其他工艺步骤结合使用。

根据一种优选的扩展方案，在空腔以下的衬底是露出的，其中，第二区域在露出的衬底上生长。这使得能够形成大量的稳定的封闭区域。

根据另一优选的扩展方案，在贯通开口以下设有辅助层，该辅助层被空腔围绕并且与贯通开口重叠，其中，第二区域在辅助层上生长。这使得能够加速形成如下封闭区域，该封闭区域仅需要更少的封闭层体积。

根据另一优选的扩展方案，辅助层自支撑(freitragend)地横向悬挂在功能层组件中和/或辅助层通过弹簧元件横向地悬挂在功能层组件中。如此能够平衡内部应力。

根据另一优选的扩展方案，贯通开口具有与外侧邻接的第一漏斗状区域和在第一漏斗状区域以下的第二通道状区域。如此能够加速封闭区域的形成。

根据另一优选的扩展方案，在功能层组件的外侧上将封闭层的第一区域至少部分地移除。如此能够实现平面的表面形状。

根据另一优选的扩展方案，在封闭层以下的外侧上将蚀刻停止层施加到功能层组件上，其中，将封闭层的第一区域完全移除。如此能够在此在不损害功能层组件的情况下有效地移除封闭层的第一区域。

根据另一优选的扩展方案，在移除第一区域之后将蚀刻停止层移除，并且接下来从上方对第二区域进行蚀刻使得获得功能层组件的平面的外侧。这实现特别平面的表面形状。

根据另一优选的扩展方案，hdp方法具有反向溅射部分并且具有0.2或更低的一致性。这确保有效快速地构造封闭区域。

根据另一优选的扩展方案，封闭层具有氧化物层和/或氮化物层和/或氮氧化物层。借助hdp方法能够特别好地沉积这类层。

附图说明

以下根据实施方式参照附图来阐述本发明的特征和优点。附图示出：

图1a)-g)示出用于阐述根据本发明的第一实施方式的用于mems结构的制造方法的示意性局部截面图；

图2a)-g)示出用于阐述根据本发明的第二实施方式的用于mems结构的制造方法的示意性局部截面图；

图3a)-i)示出用于阐述根据本发明的第三实施方式的用于mems结构的制造方法的示意性局部截面图；

图4a)-c)示出用于阐述根据本发明的第四实施方式的用于mems结构的制造方法的示意性局部截面图；

图5a)-c)示出用于阐述以绝对压力传感器设备形式的mems结构的示例性的制造方法及其作用方式的示意性截面图；

图6a)-c)示出用于阐述mems结构的示例性的制造方法的示意性截面图，其中，封闭层的沉积具有理想的等于一的一致性；

图7a)-c)示出用于阐述mems结构的示例性的制造方法的示意性截面图，其中，封闭层的沉积具有接近一的高一致性；

图8a)-c)示出用于阐述mems结构的示例性的制造方法的示意性截面图，其中，封闭层的沉积具有比一小得多的低一致性。

具体实施方式

在附图中用相同的附图标记表示相同或功能相同的元件。

图1a)-g)是用于阐述根据本发明的第一实施方式的用于mems结构的制造方法的示意性局部截面图。

根据图1a)-g)提供衬底s，在该衬底上施加有微机械的功能层组件fs，该功能层组件具有一个或多个功能层。衬底s例如是硅晶片衬底，而功能层组件fs包括例如由多晶硅、氧化物、氮化物、金属等构成的一个或多个功能层。功能层组件fs具有空腔k，该空腔相比于功能层组件fs具有更小的横向延展。根据图1a)，贯通开口朝着功能层组件fs的外侧地露出。

空腔k被用于绝对压力检测的膜m跨越，其中，膜m在其下侧具有凸模状的电极st，如在图5a)-c)中已经阐述的那样。图1a)-g)示出图5a)-c)的区域a。

如图1b)-g)按顺序示出的那样，借助hdp方法在功能层组件fs的外侧和贯通开口d上方进行沉积由氧化物构成的封闭层o、o'。在此，封闭层o、o'的第一区域o在功能层组件fs的外侧上生长，并且封闭层o、o'的第二区域o'从空腔k内部开始在贯通开口d以下柱状地生长。在hdp沉积的过程中，在贯通开口d中从衬底s的侧面起构造封闭区域vbo。

hdp沉积是退化的pecvd方法。为了进行沉积，使用非常低的气压。同时使用高的等离子体功率，其中，如此操控等离子体电势，使得在mems结构上产生反向溅射效应。通过相应地选择的参数能够实现在很大程度上电离沉积气体，该沉积气体在本示例中为teos。因此能够在非常低的一致性的情况下获得高沉积速率。通过等离子体中的反向溅射部分能够将一致性降低到零。在水平面上的生长速率大于反向溅射速率。在竖直面上——例如在贯通开口d中——反向溅射速率大于生长速率。在倾斜的面上调节平衡，其中，在边缘产生典型的具有约45°的倾斜的整平区域(abflachungen)。在整平区域上被溅射的沉积材料的一部分又在下面涂覆(auftragen)在边缘的底部。该效应有助于也能够填充深的沟道。随着层沉积的增加而形成漏斗，这加速沟道中的沉积。

在hdp沉积的一种优选的实施方式中，一致性小于0.2。优选使用大于2500瓦/平方米的等离子体功率。工艺压力通常低于50毫托。

尽管在以上描述的实施方式中沉积氧化物层作为封闭层，但是也能够沉积氮化物层或氮氧化物层。

图2a)-g)是用于阐述根据本发明的第二实施方式的用于mems结构的制造方法的示意性局部截面图。

图2a)-g)示出图5a)-c)的区域a。

如图2a)-g)所示，在第二实施方式中，在贯通开口d以下设有自支撑地横向悬挂在功能层组件fs中的辅助层hs，该辅助层被空腔k围绕并且与贯通开口d重叠。由此能够实现使封闭层o、o'的第二区域o'在辅助层hs上生长。因此，为了创建封闭层vbo仅需要封闭层o、o'的第二区域o'的更少的体积部分。这能够通过辅助层hs与贯通开口d的下端部之间的间距a1来调节。在此可以选择小于空腔k内的其他间距a2的间距a1。

因此，与第一实施方式相比，在第二实施方式中加速了封闭区域vbo的形成。

可以将辅助层hs集成在功能层组件fs的功能层之一中，或者辅助层在一些mems工艺中已经存在。

图3a)-i)是用于阐述根据本发明的第三实施方式的用于mems结构的制造方法的示意性局部截面图。

图3a)-i)示出图5a)-c)的区域a。

如图3a)-i)所示，在第三实施方式中的辅助层hs通过弹簧元件fe横向悬挂在功能层组件fs中。这类弹簧元件能够吸收封闭层o、o'中的应力。通过在水平方向上的自支撑的限界，辅助层hs中的这些应力的一部分可以在弹簧元件fe的方向上松弛，由此能够确保非常稳健的封闭区域vbo。

在第三实施方式中，在进行hdp沉积之前在功能层组件fs的外侧上沉积蚀刻停止层es，并且在此之后才执行hdp沉积。

参考图3g)-i)，这使得能够从外侧的不需要的区域中移除封闭层o、o'的第一区域o的不需要的氧化物。借助cmp步骤可以实现这一点，该步骤在蚀刻停止层es上停止。如果如图3i)中所示的那样，此后将蚀刻停止层es移除，并且对第二区域o'的氧化物轻微进行回蚀刻，则能够制造功能层组件fs的特别平面的外侧，这特别适合于进一步处理。

图4a)-c)是用于阐述根据本发明的第四实施方式的用于mems结构的制造方法的示意性局部截面图。

图4a)-c)示出图5a)-c)的区域a。

在根据图4a)-c)的第四实施方式中，贯通开口d'具有第一漏斗状区域tb，该第一漏斗状区域与功能层组件fs的外侧邻接。第一漏斗状区域tb处与第二通道状区域kb连接。可以通过长的第一各向同性的蚀刻步骤来产生第一漏斗状区域tb。通过第一漏斗状区域tb实现，在层沉积的非常早的阶段就已经通过hdp沉积使氧化物的填充加速。在表面附近能够通过封闭区域vbo封闭第二通道状区域kb。

可选地，在图4c)所示出的工艺状态之后，在封闭区域以上还沉积并如此构造覆盖层sc(例如氮化物层)，使得其覆盖封闭层vbo并因此额外地密封该封闭层。

尽管已基于优选的实施例描述本发明，但是本发明不限于此。尤其所提及的材料和表面形状仅是示例性的并且不限于所阐述的示例。

尽管在以上实施方式中，在绝对压力传感器设备内形成用于形成限定的气压的封闭区域，但是本发明不限于此，而是原则上能够用于任意mems结构上的任意封闭区域。