用于制造具有像素的微系統(tǒng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造具有像素的微系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ]鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽(PZT)制成的薄層歸因于其有利的物理特性(舉例來(lái)說(shuō)，高機(jī)電耦合、高介電常數(shù)或高熱電系數(shù))而廣泛用于微系統(tǒng)技術(shù)中。微系統(tǒng)常規(guī)地包括襯底作為薄膜的載體，其中所述襯底包括由硅框架橫跨的膜片。已知通過(guò)沉積方法(明確地說(shuō)，濺鍍工藝)將鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽薄層沉積在襯底上。常規(guī)地通過(guò)光刻蝕刻方法實(shí)現(xiàn)出自薄層的像素的柵格狀布置。像素用電子方式與(例如)由鉑或鉻-鎳合金制成的電極互連。
[0003]膜片必需具有小熱質(zhì)量和低熱導(dǎo)率，使得像素之間的熱串?dāng)_為低。此通過(guò)由不充分導(dǎo)熱材料(舉例來(lái)說(shuō)，氧化硅)形成且可能薄的膜片實(shí)現(xiàn)。膜片的厚度通常為Ιμπι，其中框架高度為400μπι。有可能如此強(qiáng)各向異性地構(gòu)造襯底的背側(cè)使得可借助深反應(yīng)離子蝕刻方法形成凹穴。所述凹穴直接延伸到膜片，使得膜片在其背對(duì)像素的一側(cè)上暴露。需要將膜片制造得盡可能薄且具有足夠的高堅(jiān)固性，使得像素歸因于低串?dāng)_而具有高功能性。
[0004]為了使膜片穩(wěn)定，已知在襯底上提供額外Si3N4層。然而，額外Si3N4層具有以下缺點(diǎn):其熱導(dǎo)性如此高以致于單一像素之間的不利串?dāng)_增加。此外，額外Si3N4層的制造需要另一制造步驟，從而涉及較高制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一目標(biāo)是提供一種用于制造具有像素的微系統(tǒng)的方法，其中所述像素具有尚功能性且所述微系統(tǒng)具有尚機(jī)械穩(wěn)定性，以及制造成本$父低。
[0006]所述目標(biāo)利用獨(dú)立專利權(quán)利要求的特征解決。其優(yōu)選實(shí)施例被給定進(jìn)一步專利權(quán)利要求。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的用于制造具有像素的微系統(tǒng)的方法包括以下步驟:提供硅晶片;通過(guò)硅晶片的氧化在硅晶片的表面上制造200nm與I OOOnm之間的厚度的熱氧化硅層作為基礎(chǔ)層;通過(guò)熱沉積方法直接在基礎(chǔ)層上制造10nm到700nm的厚度的氧化娃薄層作為載體層；通過(guò)熱沉積方法直接在載體層上制造40nm到200nm的厚度的鉑層，借此制造包括硅晶片、基礎(chǔ)層、載體層和鉑層的中間產(chǎn)物;將中間產(chǎn)物冷卻到室溫;通過(guò)移除鉑層的過(guò)剩區(qū)域來(lái)進(jìn)行鉑層的像素狀構(gòu)造，借此通過(guò)剩余區(qū)域在載體層上以像素形狀形成像素的底部電極;硅晶片的背對(duì)基礎(chǔ)層的一側(cè)上的材料移除，使得框架保留下來(lái)且由基礎(chǔ)層和載體層形成的膜片由框架橫跨;完成微系統(tǒng)。
[0008]在利用根據(jù)本發(fā)明的方法制造微系統(tǒng)期間，中間產(chǎn)物產(chǎn)生為層復(fù)合物，其包括基礎(chǔ)層作為熱氧化硅層(具有200nm到100nm的厚度)、載體層作為氧化硅薄層(具有10nm到700nm的厚度)，以及鉑層(具有40nm到200nm的厚度)，其中所述層彼此直接緊挨且彼此永久地連接。在中間產(chǎn)物冷卻之后，層中產(chǎn)生相應(yīng)壓力狀態(tài)，其特征在于基礎(chǔ)層和載體層兩者中存在壓縮應(yīng)力，且鉑層中存在拉伸應(yīng)力。載體層中的壓縮應(yīng)力近似比基礎(chǔ)層中小約5到10倍，且鉑層中的拉伸應(yīng)力約為5到20MPa。進(jìn)一步觀察到，在鉑層構(gòu)造為鉑層像素作為底部電極之后，底部電極中存在拉伸應(yīng)力，其值與構(gòu)造之前鉑層中的拉伸應(yīng)力相比大體上不變。在上面布置鉑層像素的載體層和基礎(chǔ)層的位置上，基礎(chǔ)層和載體層中的壓縮應(yīng)力從鉑層像素中的拉伸應(yīng)力的過(guò)度補(bǔ)償產(chǎn)生此拉伸應(yīng)力，且不存在壓縮應(yīng)力。鉑層像素及其拉伸應(yīng)力因此用于基礎(chǔ)層和載體層的壓縮應(yīng)力的局部補(bǔ)償?；A(chǔ)層和載體層的壓縮應(yīng)力的局部補(bǔ)償出人意料地通過(guò)鉑層像素發(fā)生，但在鉑層像素構(gòu)造之后鉑層不再持續(xù)存在于表面上，而是僅呈鉑層像素的形狀。作用于載體層和基礎(chǔ)層上的拉伸應(yīng)力歸因于鉑層像素的補(bǔ)償效應(yīng)具有到約50MPa的值。
[0009]膜片借助于根據(jù)本發(fā)明的膜片中產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)而具有高堅(jiān)固性，使得膜片例如在微系統(tǒng)制造期間不會(huì)斷裂，但膜片根據(jù)本發(fā)明以此低厚度形成。使基礎(chǔ)層和載體層中應(yīng)力的梯度進(jìn)一步適中使得基礎(chǔ)層和載體層具有高機(jī)械穩(wěn)定性。此外，載體層和基礎(chǔ)層具有此低熱導(dǎo)性使得像素之間的串?dāng)_為低。微系統(tǒng)因此具有有利的高信噪比，尤其對(duì)于低于熱限制頻率的頻率。根據(jù)本發(fā)明的用于制造微系統(tǒng)的方法包括用于制造基礎(chǔ)層和載體層的處理步驟，借此不必例如用于制造機(jī)械穩(wěn)定Si3N4層的額外處理步驟。根據(jù)本發(fā)明的微系統(tǒng)的制造成本因此小于已知微系統(tǒng)的制造成本。
[0010]鉑層優(yōu)選地在300°C到550°C下濺鍍。所述方法進(jìn)一步優(yōu)選地包括以下步驟:通過(guò)熱沉積方法直接在鉑層上制造0.2到5μπι的厚度的鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層，借此中間產(chǎn)物包括鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層。在此優(yōu)選的是，在鉑層的像素狀構(gòu)造期間，通過(guò)移除鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層的過(guò)剩區(qū)域而同時(shí)構(gòu)造鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層，借此通過(guò)鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層的剩余區(qū)域在底部電極上形成像素的鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素。
[0011]所述方法進(jìn)一步優(yōu)選地包括以下步驟:通過(guò)熱沉積方法直接在鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層上制造半透明導(dǎo)電的電極層，借此中間產(chǎn)物包括電極層。在此優(yōu)選的是，電極層由鉑或鎳-鐵復(fù)合物或鎳-鉻復(fù)合物制成。在鉑層和鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層的像素狀構(gòu)造期間，優(yōu)選地通過(guò)移除第二鉑層的過(guò)剩區(qū)域同時(shí)構(gòu)造電極層，借此像素的頭部電極通過(guò)第二鉑層的剩余區(qū)域形成在鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素上。
[0012]此外優(yōu)選的是，熱沉積方法為濺鍍方法。
【附圖說(shuō)明】
[0013]下文中，借助于示意圖闡述由根據(jù)本發(fā)明的方法制造的微系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例:
[0014]圖1展示由根據(jù)本發(fā)明的方法制造的微系統(tǒng)的實(shí)施例的橫截面說(shuō)明，以及
[0015]圖2展示來(lái)自圖1的實(shí)施例的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如從圖1和2可見(jiàn)，制造為微系統(tǒng)的紅外光傳感器芯片I包括襯底2，襯底2自身包括框架3和膜片4。膜片4附接在框架3上使得膜片4由框架3支撐和橫跨。膜片4包括為熱氧化硅層的基礎(chǔ)層5，和為氧化硅薄層的載體層6。
[0017]具有由鉑制成的第一底部電極8、擁有由鋯制成的高部分的第一鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素9和由鉑制成的第一頭部電極10的第一紅外光傳感器7，以及具有由鉑制成的第二底部電極8、擁有由鋯制成的高部分的第二鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素9和由鉑制成的第二頭部電極10的第二紅外光傳感器11布置在載體層6上。鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素9、13分別布置在其底部電極8、12與其頭部電極10、14之間，其中底部電極8、12直接布置在載體層6上。
[0018]頭部電極10、14形成為半透明，使得紅外光可從外部沖擊在鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素9、13上。紅外光傳感器7、11之間的距離15經(jīng)選擇為如此長(zhǎng)使得紅外光傳感器7、11之間的串?dāng)_在仍可容許的量值內(nèi)?；A(chǔ)層5具有200nm與100nm之間的厚度16，且載體層6具有10nm到700nm的厚度17，而底部電極8、12具有4011111到20011111的厚度18。鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽像素9、13具有幾微米，明確地說(shuō)2到5μπι的厚度19。頭部電極10、14具有3到200nm的厚度20。
[0019]為了產(chǎn)生紅外光傳感器芯片，應(yīng)執(zhí)行以下步驟:熱氧化硅層通過(guò)硅晶片的氧化以厚度16制造在硅晶片的表面上，作為基礎(chǔ)層5。氧化硅薄層通過(guò)熱沉積方法進(jìn)一步直接制造在基礎(chǔ)層5上作為載體層6。鉑層隨后在300°C到550°C下以厚度18直接濺鍍?cè)谳d體層17上。隨后，鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽層通過(guò)熱沉積方法且以厚度19直接沉積在鉑層上。隨后，由鉑或鎳-鐵復(fù)合物或鎳-鉻復(fù)合物制成的半透明導(dǎo)電的電極層通過(guò)熱沉積方法且以厚度20直接沉積在鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽