包括具有防粘滞突起的掩埋腔的MEMS结构及其制造方法技术

本公开的实施例涉及包括具有防粘滞突起的掩埋腔的MEMS结构及其制造方法。MEMS结构包括：半导体主体；腔，被掩埋在半导体主体中；膜，悬置在腔上；以及至少一个防粘滞凸块，被完全包含在腔中，其功能是防止腔内部的膜的侧面粘滞到向下界定腔的相对侧。滞到向下界定腔的相对侧。滞到向下界定腔的相对侧。

【技术实现步骤摘要】
包括具有防粘滞突起的掩埋腔的MEMS结构及其制造方法


[0001]本公开涉及微机械或微机电结构、其制造方法以及MEMS换能器，具体地，该结构包括具有在其中延伸的一个或多个防粘滞凸块的掩埋腔。

技术介绍

[0002]众所周知，集成压力传感器可以采用微制造技术。这些传感器通常包括被悬置在半导体主体中具有的腔之上的薄膜或隔膜。彼此连接的压阻元件形成在膜内，并且连接在惠斯通电桥中。当受到压力时，膜发生变形，导致压阻元件的电阻的变化，并且因此导致惠斯通电桥的不平衡。备选地，电容式传感器是可用的，其中膜提供电容器的第一板，而第二板由固定参考提供。在使用中，膜的偏转生成电容器的电容的变化，该电容的变化可以被检测，并且与施加在膜上的压力相关联。
[0003]在微机械器件中在特定条件发生的显著缺陷为固定元件的可移动结构和与其相邻的固定元件的不可逆粘滞或者和衬底的不可逆粘滞。很明显，该现象可能会以不可预测的方式带来严重后果，甚至使得受影响的MEMS系统无法工作。具体地，在膜的情况下，膜与该膜悬置在其上的衬底的粘滞使其不可用。
[0004]粘滞现象通常由两个接触的主体表面之间施加的表面力生成。当然，接触区越宽，表面之间的相互作用力就越大。附加地，在评估和防止粘滞时要考虑的其他因素尤其是表面的粗糙度、它们的磨损、湿度水平和微机械结构操作的环境温度。在膜悬置在掩埋腔上的情况下，因为在这些掩埋腔内部进行操作以减少粘滞的原因的固有困难，这些参数尤其难以监控。
[0005]一个可能的解决方案在于将膜加强，使得膜在使用期间永远不会达到全冲程，并且在界定具有悬置在其上的膜的腔的相对表面之间不会发生直接接触。例如，可以通过增加膜的厚度来增加膜的强度。在已知的半导体压力传感器的制造工艺中，膜是通过外延生长形成的。获得较厚膜所需的外延生长时间的增加具有诸如以下项的几个缺点，例如，成本的增加以及半导体晶片背侧的不均匀性的增加，这导致处理晶片的困难和与制造工艺的后续步骤的不兼容性问题。此外，已知的集成半导体压力传感器通常被设计和用于测量相对较低的压力(例如，高达0.1MPa)，并且其膜的加强可能导致在这样的压力下难以操作。

技术实现思路

[0006]本公开涉及一种微机械或微机电结构、其制造方法以及微机电换能器。
[0007]本公开涉及一种结构，该结构包括：半导体主体；腔，被掩埋在半导体主体中，腔由第一壁、与第一壁相对的第二壁以及在第一壁与第二壁之间耦合的第三壁和第四壁内部地界定；以及膜，延伸包括腔的第一壁，膜具有被完全包含在腔中的第一和第二防粘滞凸块，第一防粘滞凸块从第一壁中的一个突出，并且第二防粘滞凸块从第二壁突出，第一和第二防粘滞凸块居中安置在腔中。
附图说明
[0008]为了更好地理解本公开，现在仅以非限制性示例的方式来描述其优选实施例：
[0009]图1图示了根据本公开的一个实施例的微机械结构的横向截面图；
[0010]图2A至图2E图示了图1的微机械结构的制造过程的步骤；
[0011]图3图示了根据本公开的另一实施例的微机械结构的横向截面图；
[0012]图4A至图4E图示了图3的微机械结构的制造过程的步骤；
[0013]图5A至图5C以平面图的形式图示了图3的微机械结构在中间制造步骤中的布局；
[0014]图6A至图6G图示了根据本公开的另一实施例的图1或图3的微机械结构的制造过程的步骤；
[0015]图7A至图7C图示了根据本公开的另一实施例的图1或图3的微机械结构的制造方法；以及
[0016]图8A和图8B图示了图7A至图7C的制造方法的变型。
具体实施方式
[0017]图1在彼此正交的X、Y、Z轴的三轴系统中图示了包括根据本公开的一个实施例的微机械或微机电(MEMS)结构的半导体晶片1的一部分。然而，很明显，所描述的内容类似地应用于半导体晶片的一部分，例如应用于管芯。类似地，在晶片的处理步骤结束时，可以对其进行划片(“划片”操作)来分离多个管芯或芯片。
[0018]晶片1或管芯包括半导体主体30，该半导体主体30容纳膜10，该膜10被悬置在腔20上，该腔20被掩埋在半导体主体30中。腔20由顶侧(或壁)20a(其为膜10的一部分)在上面界定，并且由底侧(或壁)20b(其为半导体主体30的一部分)，沿Z轴与顶侧20a相对地界定。侧面(或壁)20c将顶侧20a与底侧20b物理连接。
[0019]在一个实施例中，膜10在静止时基本上平行于XY平面延伸。然而，可以设计具有内应力的膜10，以使得膜10在静止时不完全平行于XY平面延伸，而是具有凹形形状或凸形形状。在本说明书的下文和附图中，为了说明和表示的简单性，假设膜10平行于XY平面。
[0020]腔20具有从顶侧20a朝向底侧20b延伸的一个或多个突起、或突出、或“凸块”11，反之亦然，具有从底侧20b向顶侧20a延伸的一或多个突起、或突出或“凸块”12。为了简单起见，图1图示了单个凸块11和单个凸块12。
[0021]在未图示的另一实施例中，凸块11和凸块12中的一个可以被省略。
[0022]因此膜10部分地悬置在腔20上，并且当沿着由箭头14标识的方向Z施加适当的外力F时，膜10用于弯曲。在静止时，当没有外力F作用在膜10上时，膜10基本上平行于XY平面。在存在适当的力F的情况下，膜10弯曲，并且随着力F的增加，膜10向上弯曲到凸块11、12相互接触的最大弯曲。
[0023]在该上下文中，凸块11、12作为防粘滞结构操作，从而当在使用期间，侧面20a、20b彼此靠近时，最小化腔20内部的相对侧20a和20b之间的不可逆的粘滞的风险。事实上，根据本公开，接触仅发生在具有减小的接触表面的凸块11、12之间，并且因此，粘滞力也随之减小。
[0024]参考图2A至图2E，描述了半导体主体30中掩埋腔20上的膜10的制造方法。
[0025]具体地，晶片1是单晶硅的，晶片1可以是N型或P型掺杂的(掺杂的类型与本公开无
关，并且可以根据本技术方案旨在操作的具体应用而在设计步骤期间限定)。
[0026]如前所述，下文将参考晶片的处理，然而，所描述的类似地应用于半导体晶片的各部分的处理，例如管芯。类似地，在晶片1的处理步骤结束时，可以对其进行划片(“划片”操作)，以分离如本文所述地同时制造的多个管芯或芯片。
[0027]结合参考图2A(横向截面图)和图2B(XY平面俯视图)，晶片1包括半导体主体30(根据需要可能要预先处理，例如包括在单晶硅衬底上生长的单晶硅外延层)。图2A的视图是沿着图2B的剖面线II
‑
II截取的。
[0028]通过光刻步骤在半导体主体30的顶表面30a之上提供光致抗蚀剂掩模32。掩模32形成在半导体主体30中期望形成掩埋腔20的区域处，并且因此形成悬置在其上的膜10。
[0029]掩模32限定蜂窝晶格，其具有第一掩模区域32a和第二掩模区域32，第一掩模区域32a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构，包括：半导体主体；腔，被掩埋在所述半导体主体中，所述腔由第一壁、与所述第一壁相对的第二壁以及在所述第一壁与所述第二壁之间耦合的第三壁和第四壁内部地界定；以及膜，延伸包括所述腔的所述第一壁，所述膜具有被完全包含在所述腔中的第一防粘滞凸块和第二防粘滞凸块，所述第一防粘滞凸块从所述第一壁中的一个壁突出，并且所述第二防粘滞凸块从所述第二壁突出，所述第一防粘滞凸块和所述第二防粘滞凸块被居中安置在所述腔中。2.根据权利要求1所述的结构，其中所述第二防粘滞凸块与所述第一防粘滞凸块对准，并且面向所述第一防粘滞凸块。3.根据权利要求2所述的结构，其中所述第一防粘滞凸块和所述第二防粘滞凸块朝向彼此突出。4.根据权利要求3所述的结构，其中所述半导体主体、所述膜、所述第一防粘滞凸块以及所述第二防粘滞凸块是单晶硅的。5.根据权利要求4所述的结构，其中所述第一防粘滞凸块和所述第二防粘滞凸块具有在0.01μm至1μm的范围内的沿第一方向的厚度。6.根据权利要求1所述的结构，其中所述半导体主体包括：第一管芯，具有容纳所述第一防粘滞凸块的第一凹部；以及第二管芯，具有第二凹部，其中所述第一管芯和所述第二管芯通过耦合区域彼此耦合，所述第一凹部和所述二凹部一起形成包含所述第一防粘滞凸块的所述腔。7.根据权利要求6所述的结构，其中所述第二管芯在所述第二凹部中容纳所述第二防粘滞凸块。8.一种用于制造结构的方法，所述方法包括：在所述半导体主体的第一表面区域处形成第一柱状部分，所述第一柱状部分具有第一底面积值并且通过第一沟槽彼此分离；在所述半导体主体与所述第一表面区域邻接的第二表面区域处形成至少一个第二柱状部分，所述第二柱状部分具有与所述第一底面积值不同的第二底面积值；在所述第一柱状部分和所述第二柱状部分以及所述第一沟槽之上外延生长半导体材料的膜层；以及进行使所述第一柱状部分和所述第二柱状部分的半导体材料迁移的退火，从而同时形成：掩埋腔，位于所述膜层下方的所述半导体主体中，由第一壁、与所述第一壁相对的第二壁以及在所述第一壁与所述第二壁之间耦合的第三壁和第四壁内部地界定；以及至少一个第一防粘滞凸块，被完全地包含在所述腔中，从所述第一壁和所述第二壁中的一个壁突出。9....

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：