專利名稱：兼容ic的聚對二甲苯mems技術及其在集成傳感器中的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種加工電路的方法，特別是涉及復合IC/MEMS結構的集成電路。
(2)背景技術微電子或MEMS器件經常使用半導體材料構成其結構。集成電路或(“IC”)技術也使用同樣的材料構成其電子結構。某些應用期望將MEMS器件和集成電路整合在單一基片上。
已有技術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體IC晶片上加工構成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。一個主要關心的問題是運行的溫度。所有的后IC電子工序通常需要在400℃以下進行這是電子連接中的鋁所能達到的最大溫度。這排除了許多普通的MEMS結構材料，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處理系統經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鑄造廠沒有對機械材料特性的加工。與結構加工相比，這些鑄造廠更專注于制造可靠的電子電路。因而這些微結構能具有余應力和應力梯度。同樣成問題的是各批產品的特性可能不同。
MEMS器件可以形成具有不同薄膜厚度和高縱橫比的微結構。而為了優化IC設計，IC層的垂直尺寸通常是事先固定的。這反過來限制了MEMS設計的參量。例如，為了制造不需依靠支撐物的MEMS結構，由結構復合特性產生的垂直應力梯度會引起基片平面的卷曲。
在半導體/MEMS混合加工中，MEMS加工可以先進行，或進行每種部分交替進行的交叉加工。然而，由于大多數MEMS材料與IC加工的不兼容特性，交叉處理變得十分困難。
(3)
發明內容
根據這里所揭示的技術，一種更加復合、可靠和經濟的集成電路可以通過這里所揭示的特殊技術來構成。
(4)
參照附加的圖例，我們將討論本發明的這些和其他一些方面。
圖1A-1F示出一種添加了MEMS結構的CMOS集成電路結構加工；圖2示出切應力傳感器排列；圖3示出切應力傳感器的特寫圖；圖4A-4D示出結構處理的細節；圖5示出在它們從基片釋放前后多元件電壓電流轉換曲線；圖6示出一種所使用的偏置電路和切應力傳感器中的惠斯通電橋。
(5)具體實施方式
本應用描述了隨同半導體加工過程，使用特殊的MEMS材料。
使用的一種特殊材料是聚對二甲苯(帕利靈)，在構成半導體結構后沉積，也叫“后沉積聚對二甲苯”。聚對二甲苯被作為一種MEMS結構的元件。聚對二甲苯也可以和光刻膠、噴鍍或低溫蒸發的金屬一起使用。保護材料，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硅蝕刻劑。結構通過這樣的蝕刻，來構成聚對二甲苯層下的模槽，并且因此，聚對二甲苯層構成了一個結構部件。
化學汽相淀積(“CVD”)聚對二甲苯的厚度范圍可以在亞微米和超過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構的構造。復合后IC加工在室溫環境進行，并且在晶片規模基片上使用光刻技術。
這里還揭示了一種使用熱線工作元件的集成切應力傳感器。
圖1A-1F展示了構造過程。圖1a展示了由工業鑄造制成的CMOS晶片。這種晶片包括硅基片100和具有某些半導體結構在其上的絕緣層102。這些結構可能包括導線104(可以是鋁制)，并且也可以包括一個或更多的多晶硅結構106。
隨后，這種結構在圖1B中被構圖和蝕刻。IC晶片的絕緣鈍化層通過復合反應離子干刻蝕以及緩沖氟化氫濕刻蝕，來構圖及蝕刻。這構成了具有包含一些(但減少數量)絕緣材料構圖的半導體層106。
聚對二甲苯110的第一層如圖1C所示被沉積。這種聚對二甲苯第一層具有增強的附著力。在已揭示的模式中，聚對二甲苯可以是聚對二甲苯-N，也叫聚對亞苯基二甲基。這種薄膜聚合物可以在室溫和0.1乇壓強下保形地沉積。聚對二甲苯構成一種很好的用于構成MEMS結構的機械材料。這種MEMS和LPCVD氮化硅相比，具有更小的楊氏系數和固有應力。
聚對二甲苯隨后進一步被加工構成模槽。這可以通過兩個不同方法中的一種來實現。
第一種加工技術是如圖1D所示。該結構通過使用氧等離子體構圖，來構成如圖1D所示的蝕刻孔。基片上也可以不形成蝕刻孔120，而形成間隙122。蝕刻可以用BrF3或XeF2。在聚對二甲苯結構下的模槽120被用來制造微型射束、薄膜和隔膜。因此，總之，第一種技術是從硅基片100蝕刻去在其上具有半導體結構(“能動部分”)的部分之下的部分，在能動部分下面留下一個開口。
硅蝕刻步驟需要對CMOS絕緣層、鋁和聚對二甲苯有可控制的選擇性。它也需要保持聚對二甲苯基片界面的完整性。
發明人發現BrF3和XeF2氣相蝕刻在工作時具有某些優點。第一，因為硅蝕刻是用干刻蝕進行，所以顯微機械加工的彎月面力基本消除。這幾乎沒有用到等離子體，所以對電子電路可能的損害也被最小化。還發現BrF3對聚對二甲苯基片界面的損害比許多濕刻蝕劑小。
構成替代微結構的第二種加工技術如圖1E和1F所示。這些難以構造的微結構可以通過在兩結構層之間使用保護層，并且隨后去除這些保護層來實現。
保護層可以包括光刻膠噴鍍的金屬或非晶體硅。通過使用丙酮，光刻膠在室溫可以很容易地被涂覆或蝕除。因而光刻膠構成的保護層具有一定的優點。
圖1E展示了光刻膠被作為保護層使用。該層在圖1F中被去除，而構成模槽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，復合層沉積可以被重復進行，來構成附加層。
這種加工方法具有顯著的改進成效，如實施例說說明——實施例展示了一種在單基片上聚對二甲苯薄膜切應力傳感器的構成過程。
對大塊表面上的邊界層湍流的靈活控制需要分布傳感驅動和控制。MEMS器件經常用于這個目的。MEMS器件與IC電子技術的晶片規模集成有助于這種操作。現在的切應力器件使用上述附加IC加工方法構成，使用聚對二甲苯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。聚對二甲苯和BrF3蝕刻具有顯著的優點。這可以構成一種對基片來說只有很小熱量損失的熱膜切應力傳感器。這也在后IC加工中構成隔膜穴槽。
圖2和3展示了隔膜模槽結構。圖2展示了一種切應力傳感器200排列，以及芯片偏置電路210和很多電橋220。圖3展示了該切應力傳感器200的特寫圖。這包括整合有多傳感器320的聚對二甲苯隔膜310。圖4A-4D展示了這種結構加工過程。
首先，在圖4A中，例如偏置電路210的電結構、放大電路和其他電路通過使用一個MITEL，2微米雙-多雙-金屬IC處理來制造。一種厚為3225、20 Ohms/sq、0/1％℃ TCR的門復合結構也作為熱線傳感元件被使用，在門氧化物頂端。鋁層也形成用于鈍化層開口的蝕刻光闌。
聚對二甲苯門400被絕緣體402圍繞，并且覆蓋有鋁配線層404。
圖4B展示了鋁和絕緣體的蝕除部分，剩下的部分結構。
圖4C聚對二甲苯門-N沉積為層420。這層可以沉積0.1乇。開口422如上所述形成。
最后，如圖4D所示，模槽430被構造，在半導體元件下留下孔道。
在它們從基片釋放的前后多元件的電壓電流轉換曲線，如圖5所示。這清楚表明由于成功地減少了通過基片和隔膜傳導熱損失而產生的釋放的傳感器元件的熱效應。每個整合的傳感器都有按惠斯通電橋的配置方式排列的元件，來達到自動偏置10％過熱率。
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施例，其他修改也是可能實現的。
權利要求
1.一種形成結構的方法，其特征在于，包括下述步驟獲得具有多個半導體層的半導體結構；在所述半導體結構上形成一結構部分，所述結構部分包括聚對二甲苯；并且蝕刻一個保持所述聚對二甲苯結構和半導體結構完整的開口。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述蝕刻一個開口的步驟，包括使用三氟化溴在結構下方蝕刻一個孔。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述蝕刻一個孔的步驟，包括構成保護層，并且去除所述保護層。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述保護層包括光刻膠。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述保護層包括非晶體硅。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚對二甲苯是聚對亞苯基二甲基。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述蝕刻使用氣相蝕刻劑。
8.一種形成結構的方法，其特征在于，包括以下步驟首先形成基片的半導體結構；在形成所述半導體結構后，形成聚對二甲苯結構元件，至少與所述半導體結構部分連接，并且物理上支撐所述半導體結構。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述半導體結構包括由聚對二甲苯構成的絕緣部分。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述聚對二甲苯結構元件支撐一模槽。
11.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述聚對二甲苯和光刻膠一起被使用。
12.如權利要求8所述的方法，其特征在于，進一步包括用氣相蝕刻劑蝕刻。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述氣相蝕刻劑是被用作均質硅蝕刻劑的氣相三氟化溴，所述蝕刻劑用于在聚對二甲苯層下構成開口。
14.一種器件，其特征在于，包括在半導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其他電路的電結構；聚對二甲苯門，與所述電結構耦合；和聚對二甲苯結構元件，與所述電結構耦合，并且覆蓋該電結構下的開口。
15.如權利要求14所述的器件，其特征在于，進一步包括位于所述開口內的加熱元件。
全文摘要
一種IC/Mems復合加工首先構成IC部分,并且隨后構成MEMS部分(110)。一種選擇是構成聚對二甲苯外層,接著在聚對二甲苯外層下面構成模槽。
文檔編號H01L21/00GK1343369SQ00804954
公開日2002年4月3日 申請日期2000年3月10日 優先權日1999年3月12日
發明者F·K·蔣, Z·G·韓, X·Q·王, Y·C·泰 申請人:加利福尼亞技術學院