IV族衬底上的III‑N MEMS结构制造技术

公开了用于在IV族衬底(例如，硅、硅锗或锗衬底)上形成III族材料‑氮化物(III‑N)微机电系统(MEMS)结构的技术。在一些情况下，该技术包括在衬底上、以及任选地在浅沟槽隔离(STI)材料上形成III‑N层，然后通过蚀刻来释放III‑N层以形成悬置于衬底上方的III‑N层的自由部分。该技术可以包括例如使用湿法蚀刻工艺，其选择性地蚀刻衬底和/或STI材料，但不蚀刻III‑N材料(或者以显著地较慢的速率蚀刻III‑N材料)。可以在III‑N层上形成压阻元件，例如，以检测III‑N层的自由/悬置部分中的振动或挠曲。因此，可以使用该技术来形成MEMS传感器，例如，加速度计、陀螺仪和压力传感器。

III N MEMS IV structure on a substrate

For the group IV substrate is disclosed (e.g., silicon, germanium or silicon germanium substrate) on the formation of III materials nitride (III N) microelectromechanical systems (MEMS) structure technology. In some cases, the technology includes on a substrate, and optionally in shallow trench isolation (STI) to form III N layer material, free parts and then to release III by etching the N layer to form a III N layer suspended above a substrate. The techniques may include for example using a wet etching process, the selective etching of the substrate and / or STI, but not III (or N etching material at a rate of III N significantly etching material slower). You can create a piezoresistive element in the III N layer for example, to detect III N layer free / suspension part in vibration or flexing. Therefore, this technique can be used to form MEMS sensors, for example, accelerometers, gyroscopes, and pressure sensors.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】IV族衬底上的III-NMEMS结构
技术介绍
微机电系统(MEMS)涉及极小器件的技术，例如由尺寸为1微米(或更小)到100微米量级的部件构成的器件。同样，MEMS器件能够从没有移动元件的相对简单的结构，变化到具有例如在集成微电子器件控制下的多个移动元件的极复杂系统。典型地，MEMS器件具有至少一个有某种机械功能的元件，无论该元件是否能够移动。MEMS器件被认为是第一级封装的管芯级部件，并且包括压力传感器、加速度计、陀螺仪、麦克风、数字镜面显示器、微流体器件等。可以被定义为换能器的MEMS传感器和致动器是将一种形式的能量转换成另一种形式的能量的器件。在MEMS传感器的背景下，该器件通常将测量的机械信号转换成电信号。基于MEMS的传感器(例如，加速度计、陀螺仪、压力传感器等)用于很宽范围的应用中，例如在移动电子设备、汽车电子设备、医疗设备、无线设备、惯性导航系统、计算机外围设备(例如，喷墨墨盒)用户接口的领域中，并且一般用于检测三维空间中的位移。附图说明图1示出了根据本公开内容的各个实施例形成集成电路的方法。图2A-C、图3A-C、图4A-B、图5、图6A-C和图7示出了根据本公开内容的各个实施例，在执行图1的方法时形成的示例结构。需注意，图2A-C、图3A-C、图4A-B和图6A-C示出了集成电路结构的截面侧视图，而图5和图7示出了集成电路结构的顶部正视图。图8是透射电子显微镜(TEM)图像，示出了根据本公开内容的实施例形成的集成电路结构的截面侧视图。图9示出了根据本公开内容的各个实施例的移动计算平台的片上系统(SoC)实施方式的功能方框图。图10示出了根据本公开内容各个实施例，以使用本文所公开的技术形成的集成电路结构或器件实现的计算系统。具体实施方式公开了用于在IV族衬底(例如，硅、硅锗或锗衬底)上形成III族材料-氮化物(III-N)的微机电系统(MEMS)结构的技术。根据实施例，该技术包括在衬底上以及任选地在浅沟槽隔离(STI)材料上形成III-N层，然后通过蚀刻释放III-N层以形成悬置于衬底上方的III-N层的自由部分。在一些情况下，使用湿法蚀刻工艺，该工艺选择性地蚀刻衬底和/或STI材料，但不蚀刻III-N材料(或者以显著地较慢的速率蚀刻III-N材料)。可以在III-N层上形成压阻元件，例如，以检测III-N层的自由/悬置部分中的振动或挠曲。因此，可以使用该技术来形成MEMS传感器，例如，加速度计、陀螺仪和压力传感器。根据本公开内容，许多变型和配置将显而易见。总体概述当MEMS器件可以连同集成电路(例如，各种微电子器件)一起被并入硅(Si)衬底上时，例如，在片上系统(SoC)实施方式中，微机电系统(MEMS)器件的潜力增大了。此外，使用III族材料-氮化物(III-N)材料用于MEMS器件有特定益处。例如，氮化镓(GaN)是一种高带隙材料(带隙为3.4eV)，其具有大的弹性模量、高的压电和压阻系数以及化学惰性，使得GaN对于MEMS器件应用具有吸引力。然而，针对III-NMEMS器件的当前方案不能与Si互补金属氧化物半导体(CMOS)器件集成于单个片上系统(SoC)实施方式中。因此，根据本公开内容的一个或多个实施例，公开了用于在IV族衬底上形成III-NMEMS结构的技术。因此，该技术能够在Si、SiGe或Ge衬底上实现基于III-N的MEMS器件。在实施例中，该技术包括从下方的衬底材料和/或浅沟槽隔离(STI)材料释放III-NMEMS结构以形成悬置结构。例如，可以使用选择性地蚀刻衬底和/或STI材料的湿法(化学)蚀刻工艺来释放III-N基底层。由于在III-N材料(例如，GaN)和IV族衬底材料(例如，Si)之间的蚀刻选择性，以及在III-N材料(例如，GaN)和STI材料(例如，二氧化硅)之间的蚀刻选择性，这是可以实现的。换言之，可以使用去除衬底和/或STI材料但不去除III-N材料(或以显著地较慢的相对速率去除III-N)的蚀刻剂来执行湿法蚀刻工艺。在一些实施例中，可以使用各向同性湿法蚀刻工艺来释放III-NMEMS层，而在其它实施例中，可以使用各向异性湿法蚀刻工艺。选择性蚀刻工艺的结果是，III-NMEMS基底层的一部分悬置于衬底上方，这里将其称为自由部分或自由端，而该层的一部分仍然在衬底上，这里称为固定部分或固定端，由此生成自由部分/自由端能够移动的悬臂式结构。在一些情况下，单个自由部分可以从单个固定部分延伸，而在其它情况下，多个自由部分可以从单个固定部分延伸。在一些实施例中，基底III-NMEMS层可以是GaN、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟(AlInN)、氮化铝(A1N)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)或根据本公开内容将显而易见的任何其它适当的III-N材料。在一些实施例中，根据最终用途或目标应用，基底III-NMEMS层可以具有大致0.5-2微米的厚度或任何其它适当厚度。在一些实施例中，根据最终用途或目标应用，基底III-NMEMS层可以具有从该层的固定部分延伸大约2-200微米或某个其它适当量的自由端。在一些实施例中，用于基底III-NMEMS层的材料、厚度和/或沉积工艺可以确定基底层能够从固定部分延伸的距离。例如，GaN可以能够实现从固定部分延伸大于200微米的自由部分，因为其具有快速外延生长速率和高刚度/刚性。在一些示例实施例中，III-NMEMS基底层的自由端可以能够实现高达例如几十或几百千赫兹的宽范围的振动频率。根据本公开内容将会显而易见的是，悬置结构包括III-N基底层，在其之上可以形成压阻元件以用于各种MEMS传感器应用(例如，仅举数例，加速度计、陀螺仪、压力传感器)。根据本公开内容将显而易见的是，可以使用本文描述的各种压阻元件来检测MEMS结构中的结构振动或挠曲(例如，由于结构中的应变所致)。在一些实施例中，压阻元件可以包括基底III-N层上的单个层。例如，根据最终用途或目标应用，该单个层可以是氮化铝(A1N)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟铝(InAlN)、氮化铟铝镓(InAlGaN)或任何其它适当材料的极化层。在这样的示例实施例中，极化层可以形成二维电子气(2DEG)换能器架构。在另一个示例中，该单个压阻元件层可以是n型掺杂III-N层，例如n型掺杂GaN或氮化铟镓(InGaN)。在一些实施例中，压阻元件可以包括基底III-N层上的多个层。例如，可以形成极化层，接着是任意数量的附加2DEG层组，以形成多量子阱(MQW)架构。在另一个示例中，可以在基底III-N层上形成渐变III-N层，接着是极化层，其中渐变层可以是渐变的，使得所得的结构可以用于三维电子气(3DEG)换能器架构。在一些实施例中，可以在压阻元件上形成接触部以形成MEMS传感器。在(例如，使用扫描/透射电子显微镜(SEM/TEM)、组分映射、二次离子质谱(SIMS)、原子探针成像、3D层析等)分析时，根据一个或多个实施例配置的结构或器件将有效地展现出本文以不同方式描述的集成电路和MEMS结构。例如，在一些实施例中，可以对形成于Si、SiGe或Ge衬底上并包括悬置III-N区段的III-NMEMS结构进行检测。换言之，可以在III-NMEMS结构的悬置或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路，包括：衬底；III族材料‑氮化物(III‑N)层，所述III族材料‑氮化物(III‑N)层包括在所述衬底上的固定部分和悬置于所述衬底上方的自由部分；以及压阻元件，所述压阻元件在所述III‑N层上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种集成电路，包括：衬底；III族材料-氮化物(III-N)层，所述III族材料-氮化物(III-N)层包括在所述衬底上的固定部分和悬置于所述衬底上方的自由部分；以及压阻元件，所述压阻元件在所述III-N层上。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述衬底是硅、硅锗和锗的其中之一。3.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述III-N层是氮化镓。4.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述III-N层是氮化铝镓、氮化铝铟、氮化铝、氮化铟镓和氮化铝铟镓的其中之一。5.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述III-N层具有大约0.5至2微米的厚度。6.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述III-N层的所述自由部分从所述固定部分延伸大约2到100微米。7.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述压阻元件是单层氮化铝、单层氮化铝镓、单层氮化铟铝和单层氮化铟铝镓的其中之一。8.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述压阻元件是单层n型掺杂氮化镓和单层n型掺杂氮化铟镓的其中之一。9.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述压阻元件包括所述III-N层上的极化层以及至少一个附加III-N层和极化层，以形成多量子阱(MQW)架构。10.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述压阻元件包括铟渐变的氮化镓层和极化层，以形成三维电子气(3DEG)架构。11.根据权利要求1所述的集成电路，还包括所述压阻元件上的金属接触部。12.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述衬底包括片上系统(SoC)实施方式中的控制器和处理器的至少其中之一。13.一种微机电系统(MEMS)传感器，包括根据权利要求1-12中任一项所述的集成电路。14.一种计算系统，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·W·田，S·达斯古普塔，S·K·加德纳，R·皮拉里塞泰，M·拉多萨夫列维奇，S·H·宋，R·S·周，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US