專利名稱：用于制造薄層結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種用于制造薄層結(jié)構(gòu)的方法。
技術(shù)背景現(xiàn)在，在許多技術(shù)應(yīng)用中需要薄的自支承層(窗口 )。為了產(chǎn) 生這種非常薄(例如在亞微米范圍內(nèi))的自支承層，需要具有非常小開口 (數(shù)量級10pm)但具有較高的孔隙率的支承結(jié)構(gòu)。至今，X射線窗口由具有很小的Z (原子的核電荷數(shù))的材料 如鈹構(gòu)成，或者例如通過將有機(jī)薄膜放置到，即涂覆到(如由硅構(gòu) 成的)支承結(jié)構(gòu)上而構(gòu)成。然而，鈹尤其具有顯著的缺點(diǎn)，即其產(chǎn) 生特殊垃圾并因此很不方便清除。在[1 ]中描述了用于產(chǎn)生X射線窗口的另一種方法。在[1 ]中描述的方法以此為基礎(chǔ)，即在第一區(qū)i或101 (參照圖 1)中，向硅片100內(nèi)蝕刻出多個未完全貫穿硅片100延伸的孔103 并利用薄膜104來涂敷孔的壁。隨后通過蝕刻使孔103從硅片100 的背面這樣地打開，即保留薄膜104。如圖1所示，在第二區(qū)域102 中設(shè)置有向娃片100內(nèi)延伸但沒有完全貫穿該石圭片的孑L 103,從而 在第二區(qū)i或102中的孑L 103的下面存在^圭片100的4十底才才泮+,該4于 底材料提高了被穿孔的工件的穩(wěn)固性，即提高了被加工的硅片100 的穩(wěn)固性。 此外，如圖2a中所示，由[2] 7〉開了 X射線光學(xué)組件，該組 件具有半導(dǎo)體晶圓200,在射線方向延伸的平行的微孔201被蝕刻 到該半導(dǎo)體晶圓中，該孩i孔具有從0.1 |im至100 |am的直徑，優(yōu)選 為0.5 jam至20 jam。在微孔201中置入薄層202，該薄層加固半導(dǎo) 體晶圓200的孔壁和孔底部。在下一步驟中，參照圖2b，在半導(dǎo)體晶圓200的襯底材料的背 面上將其磨蝕，直至置入微孔201中的薄層202在半導(dǎo)體晶圓200 的背面的方向上暴露出來。上述方法的缺點(diǎn)在于，必須在具有非常大的縱一黃比的孔中沉積 窗口材料。由此，不能利用這種技術(shù)來制造通過濺射、蒸鍍或通過 等離子CVD而生成的薄膜，這是因?yàn)槠湓诳锥粗兄痪哂泻苄〉耐?深。至今只有Si02薄膜和Si3N4薄膜可以成功地沉積到孔中，并因 此可以由這種材津牛通過已描述的方法來產(chǎn)生窗口 。然而，上述的層(Si02薄力莫和Si3N4薄力莫)尤其在用于X射線 窗口時具有缺點(diǎn)，這是因?yàn)楣枋窍鄬^重的元素(核電荷數(shù)Z〉10) 并因此可以明顯p及收X射線光。在這種情況下，金剛石窗口可能有顯著的優(yōu)點(diǎn)，原因在于金剛 石的核電荷數(shù)Z-6。然而，特別是作為龐大的窗口來說，金剛石窗 口過于昂貴。由[3]中7>開了一種玻璃襯底，也4皮稱為孩i通道一反，其由兩 種不同類型的玻璃構(gòu)成，可相對選4奪性地蝕刻這兩種不同類型的玻璃。由[4]公開了一種用于由薄的平面部件或薄膜制造自支承的 微結(jié)構(gòu)的方法，以及使用根據(jù)該方法制造的微結(jié)構(gòu)作為在用于測量 弱氣流的裝置中的電阻網(wǎng)格。根據(jù)所述的方法，首先制造托架，其開口由輔助層在一側(cè)齊平地將覆蓋。在輔助層和4乇架的共同的平面上制造出所希望的結(jié)構(gòu)之后，例如通過蝕刻去除該輔助層。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種低成本的、簡單的、盡管如此還可 靠的方法，用于制造自身具有孔結(jié)構(gòu)的高縱橫比的薄層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明^提出一種用于制造薄層結(jié)構(gòu)的方法，在該方法中，在具 有大量沒有貫穿襯底層的整個厚度的孔的、大孔的支岸義結(jié)構(gòu)坤于底 中，在支承結(jié)構(gòu)襯底的孔壁的表面和孔底部的表面涂覆犧牲層。接 下來，在背面部分地去除支承結(jié)構(gòu)襯底，從而在支7 義結(jié)構(gòu)襯底的背 面上暴露出犧牲層的區(qū)域。在支承結(jié)構(gòu)襯底的背側(cè)面上以及在犧牲 層#皮暴露出來的區(qū)域上涂覆薄層，以及相對于薄層來選才奪性地去除 孔中的犧4生層，,人而由薄層構(gòu)成孔底部。本方法的優(yōu)點(diǎn)在于，任何所希望材料的薄膜都可以通過濺射、 蒸鍍或通過等離子法涂敷，這在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法中是不能達(dá)到 的，原因在于，除材料SiCb和SisN4之外，對于在孔中完全涂覆薄層來說，上述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法在孔洞中有很小的透深。明顯》也可以這才羊看到本發(fā)明的 一 個方面，即在制造薄層結(jié)構(gòu)的 方法中，犧4生層^皮置入孔中或涂覆到孔的側(cè)壁和孔底部上，其中犧 牲層可以由不同于待制造的薄層結(jié)構(gòu)的其它材料構(gòu)成。在這種情況下，犧牲層被理解為一種例如在待制造的薄層結(jié)構(gòu) 中不再存在的層，這就是說，特別是在薄層結(jié)構(gòu)制成之前將其完全 或部分去除。犧牲層明顯是用作暫時的承載體，在其上能夠以簡單 的方式涂覆構(gòu)成薄層結(jié)構(gòu)的層，而該薄層結(jié)構(gòu)本身不必沉積到孔
中，這是因?yàn)樵摖奚鼘又辽俨糠值貜闹С薪Y(jié)構(gòu)凸出。從而，現(xiàn)在也 可以使用在現(xiàn)有技術(shù)中由于進(jìn)入到孔中的過小的透深而不能使用 以構(gòu)成薄層結(jié)構(gòu)的材料，原因在于，現(xiàn)在將這種材料涂覆到更大的面上。/人而，甚至可以將金剛石用于這種薄層結(jié)構(gòu)，這在x射線窗 口中提供了很大的如上所述的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面明顯的是，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)描述的、在孔 中涂覆的薄層被用作其它沉積過程的襯底(即犧牲層)。本發(fā)明的優(yōu)選i殳計方案由相從屬4又利要求4是出。本發(fā)明的 一個設(shè)計方案提出，使用 一種用于涂覆犧牲層的方 法，在該方法中，通過熱氧化孔壁和孔底部而構(gòu)成該犧牲層。該方法特別適合于使用硅作為襯底材料以構(gòu)成犧牲層時，甚至 當(dāng)孔具有4艮高的縱橫比時。根據(jù)本發(fā)明的另 一設(shè)計方案，通過化學(xué)氣相沉積法將犧牲層涂 覆到支承結(jié)構(gòu)襯底的孔壁和孔底部上。以這種方式也可以使用其它的用于覆蓋孔壁和孔底部的材料， 這就使在犧牲層的材料的選擇上有較大的彈性。還才艮據(jù)本發(fā)明的另 一實(shí)施例，通過原子層外延法將犧牲層涂覆 到支承結(jié)構(gòu)襯底的孔壁和孔底部上。該可選方案具有完美的邊緣覆蓋的優(yōu)點(diǎn)，并且該完美合適的沉 積可以被用于具有任意縱;f黃比的孔。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，由石圭材#+制成該支7 義結(jié)構(gòu)^)"底，由 此可以非常廉價地制造該支承結(jié)構(gòu)。
可以涂覆二氧化硅層作為犧牲層，特別是通過熱氧化將其涂覆 到支承結(jié)構(gòu)村底的孔壁和孔底部上?？蛇x的是，可以涂覆氮化硅作為犧牲層，例如通過CVD方法 將其涂覆到支承結(jié)構(gòu)村底的孔壁和孔底部上。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該支承結(jié)構(gòu)襯底也由鋁材料(Al) 制成。在另一實(shí)施例中，犧牲層是氧化鋁層，通過ALD方法將其涂 覆到支承結(jié)構(gòu)襯底的孔壁和孔底部上。在另 一優(yōu)選實(shí)施例中，通過使用回蝕法在背面部分地去除支承 結(jié)構(gòu)襯底。取決于要待蝕刻的材料的要達(dá)到的選擇性可以使用任何 蝕刻法，例如干蝕刻法、濕蝕刻法或等離子蝕刻方法。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，通過濺射法或蒸鍍法或CVD法涂 覆該薄層?？梢酝扛步饎偸幼鳛楸?。選擇性地可以涂覆金屬薄層作 為薄層。在另 一可選i殳計方案中，可以涂覆具有4艮多部分薄層的層序列 (Schichtenfolge )作為薄層?？梢酝ㄟ^々i刻選4奪'l"生i也去除犧4生層。在4吏用才艮據(jù)[1]中公開的薄層窗口 (例如那里描述的氧化物 窗口或氮化物窗口 )作為襯底時，換句話說作為犧牲層時，本發(fā)明 的 一 個方面可以用于其它沉積過禾呈。


在附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并在4妄下來對其進(jìn)4亍詳細(xì)"i兌 明。圖中示出圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的大孔的半導(dǎo)體支承結(jié)構(gòu)村底，其具有帶 有貫穿孔的第一區(qū)域和帶有非貫穿孔的第二區(qū)域，其中孔壁設(shè)置有 薄膜；有在支承結(jié)構(gòu)襯底的大孔的內(nèi)側(cè)上的穩(wěn)固層，圖2a是在部分去除 襯底之前，圖2b是在部分去除襯底之后；圖3a至圖3e是才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于在支承結(jié)構(gòu)襯底上 制造薄層結(jié)構(gòu)的過程示意圖；以及圖4a至4f是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，用于在樣么通道板支承 結(jié)構(gòu)襯底上制造薄層結(jié)構(gòu)的過程示意圖。
具體實(shí)施方式
在根據(jù)本發(fā)明的第 一 個實(shí)施例的用于制造薄層結(jié)構(gòu)的方法中， 如圖3a中所示，制造由硅構(gòu)成的支承結(jié)構(gòu)襯底300,其具有多個典 型的10nm正方形的孔301和多個位于這些孔之間的、厚度為d= 1 Hm的壁302。這意味著，在襯底中的這些孔301以規(guī)律的圖案，以 頭巨P車的形式，分另'J以1 pm的間3巨d(由兩個才目冷卩的孑L301的才目互直 接相鄰的側(cè)壁計算得出)設(shè)置。料以及化合物半導(dǎo)體材料(例如in - V化合物半導(dǎo)體材料或II - VI化合物半導(dǎo)體材料)，例如砷化一溶、^疇化銦等。 才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過在氫氟酸(HF )中對支承結(jié)構(gòu)坤于底 300進(jìn)行電化學(xué)蝕刻來制成多個孔301。如在圖3b中所示，在支承結(jié)構(gòu)襯底300的多個孑L301中(例 如通過熱氧化或通過CVD等離子法)制成大約100 nm厚的均勻的 犧4生層303 (在熱氧4b的情況下是Si02層或在CVD等離子法的情 況下是Si3N4層)。此外，在支承結(jié)構(gòu)襯底300的背面形成附加的二 氧化硅層304。如在圖3c中所示，去除附加的二氧化硅層304,并在(例如利 用HF)去除附加的二氧化硅層304之后，在背面上(例如利用氳 氧化鉀(KOH))對支7 義結(jié)構(gòu)襯底300進(jìn)行回蝕刻，直至在孔底部 區(qū)域305中的犧牲層303在支承結(jié)構(gòu)襯底300的背面露出。根據(jù)本 發(fā)明的實(shí)施例，基本上暴露出犧牲層303的半3求形的部分，直至到 達(dá)犧牲層303的柱形部分。如在圖3d中所示，接著，所希望的薄膜306以所希望的厚度 (例如以150 nm的厚度通過濺射、蒸鍍或通過等離子CVD )涂覆 在^皮回蝕刻的支7 義結(jié)構(gòu)襯底300的背側(cè)表面上和暴露的孔底部區(qū)域 305的表面上。在這種情況下要注意，在暴露的襯底表面之間，也 就是在被回蝕刻的支承結(jié)構(gòu)襯底300的背面的表面和薄膜材料之間 (例如通過在沉積之前的短暫的HF -浸泡)應(yīng)該產(chǎn)生4艮好的粘附。如在圖3e中所示，最后，(例如通過在氫氟酸中蝕刻)去除犧 牲層303 (例如氧化硅層)，由此產(chǎn)生僅僅由被回蝕刻的支承結(jié)構(gòu)襯 底300岸義載的薄力莫306,此外，該薄膜是自立式的。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，多孔的支承結(jié)構(gòu)襯底300由鋁材料 制成。接下來使用ALD方法將氧化鋁層作為犧牲層涂覆到支承結(jié) 構(gòu)4十底的孔壁和孔底部上。 4妄下來，在背面上去除支岸義結(jié)構(gòu)襯底的的氧化鋁層之后，選擇 性地在背面回蝕刻支承結(jié)構(gòu)襯底，直至在孔底部的氧化鋁層在背面 露出。在下一步驟中，所希望的薄膜以所希望的厚度(例如以150 nm 的厚度通過濺射、蒸鍍或通過等離子CVD )涂覆在支承結(jié)構(gòu)襯底的 背面上。在此要注意，在暴露的襯底表面和薄膜材沖+之間(例如通 過在沉積之前的短暫的HF -浸泡)應(yīng)該產(chǎn)生4艮好的粘附。如在圖4a中所示，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，如在[3]中描 述的那樣，使用由第一種玻璃類型形成的玻璃襯底400 (也稱為凝: 通道板)作為支承結(jié)構(gòu)襯底，并且該玻璃襯底具有大量貫穿的微通 道401。如在圖4b中所示，通過在^皮璃^3"底400的背面上涂覆由第二 種玻璃類型形成的玻璃層402來封閉微通道401，可相對于玻璃襯 底400的第一種玻璃類型選擇性地蝕刻該第二種玻璃類型。接著，如在圖4c中所示，將薄層403作為犧牲層涂覆到微通 道壁和微通道底部上。在隨后的步艱《中，如在圖4d中所示，在^皮璃^]"底400的背面 上去除玻璃層402,從而在微通道401中的犧牲層403在玻璃襯底 400的背面露出。接著，如在圖4e中所示，例如通過CVD方法將由鈹、氮化硼 或金剛石形成的所希望的薄膜404涂覆到玻璃襯底400的背面上。最后，如在圖4f中所示，通過選4奪性蝕刻將孔中的犧牲層403 去除，從而在支承結(jié)構(gòu)襯底400的背面上產(chǎn)生自支承的薄膜結(jié)構(gòu)。
金剛石層404例如只有幾十pm厚并且如氮化硼層或4皮層一樣 (氮化硼層或鈹層當(dāng)然是有毒的)由于低核電荷數(shù)很適合使用作為 X射線窗口。在另一個實(shí)施例中，涂覆干涉結(jié)構(gòu)(多層)作為薄膜。該層序 列具有多層由不同材沖十形成的部分層。通常情況下，4艮據(jù)上述本發(fā)明的實(shí)施例的過程示意圖的優(yōu)點(diǎn) 是，通過使用在孔中的犧牲層制成襯底，該襯底作為初始基礎(chǔ)用于 以任何希望的方法在支承結(jié)構(gòu)襯底的背面上涂覆薄膜。由此，與根 據(jù)現(xiàn)有纟支術(shù)在支7 義結(jié)構(gòu)襯底的孔中產(chǎn)生薄膜的方法相反，該方法與 在孔洞中待涂覆的薄膜材料的透深無關(guān)，并因此也可以使用如金剛 石或氮化硼的薄膜材料，例如，由于碳、硼和氮的低的核電荷數(shù)， 該薄膜材料基本上比才艮據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法而用于X射線窗口的材 料(氧化硅或氮化石圭)更加適合4吏用作為X射線窗口 。在本文獻(xiàn)中引用了下述7>開文獻(xiàn)[1] DE 198 20 756 C1;[2] DE 198 52 955 Al;[3 ] MicroChannel Plate, Principle of Operationhttp: 〃hea-www. Harvard. edu/HRC/ mcp/mcp. html ， 在2005年2月15日進(jìn)4亍的4企索；[4 ] WO 00/59824。參考標(biāo)識100珪片101 -圭片的第一區(qū)域 102石圭片的第二區(qū)域 103孑L200半導(dǎo)體晶圓 201樣吏孑L 202薄層300支承結(jié)構(gòu)襯底 301正方形孑L 302壁 303犧牲層 304 二氧4匕石圭層 305孑L底部區(qū)i或 306薄膜 400 3皮璃^M 401微通道 402玻璃層 403薄層 404薄月莫
權(quán)利要求
1.一種用于制造薄層結(jié)構(gòu)的方法，其中，在具有大量沒有貫穿襯底層的整個厚度的孔(301)的、大孔的支承結(jié)構(gòu)襯底(300)中，在所述支承結(jié)構(gòu)襯底(300)的孔壁(302)的表面和孔底部(305)的表面涂覆犧牲層(303)，其中，接下來，在背面部分地去除所述支承結(jié)構(gòu)襯底(300)，從而在所述支承結(jié)構(gòu)襯底(300)的所述背面上暴露出所述犧牲層(303)的區(qū)域，其中，在所述支承結(jié)構(gòu)襯底(300)的所述背側(cè)面上以及在所述犧牲層(303)被暴露出來的所述區(qū)域上涂覆薄層(306)，其中，相對于所述薄層(306)選擇性地將所述孔中的所述犧牲層(303)去除，從而由所述薄層(306)構(gòu)成所述孔底部(305)。
5. 才艮據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中，由硅材料制成所述支承結(jié)構(gòu)村底(300)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，可以涂覆二氧化石圭層作為所述犧牲層(303 )，特 別是通過熱氧化將所述犧牲層涂覆到所述支承結(jié)構(gòu)襯底(300 ) 的所述孔壁(302)和所述孔底部(305 )上。
7. 一艮據(jù)纟又利要求5所述的方法，其中，可以涂覆氮化石圭層作為所述犧4生層(303 )，特別 是通過CVD方法將所述犧牲層涂覆到所述支承結(jié)構(gòu)襯底 (300)的所述孔壁(302 )和所述孔底部(305 )上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中，由鋁材料制成所述支承結(jié)構(gòu)襯底(300)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述犧牲層(303 )是氧化鋁層，通過ALD方法 將所述氧化鋁層涂覆到所述支承結(jié)構(gòu)襯底(300)的所述孔壁 (302)和所述孔底部(305 )上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其中，通過使用回蝕法在背面部分地去除所述支承結(jié)構(gòu) 襯底(300 )。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其中，通過濺射法或蒸鍍法或等離子CVD法涂覆所述薄 層(306)。
12. 4艮據(jù)4又利要求11所述的方法，其中，涂覆金剛石薄層作為所述薄層(306)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，涂覆金屬薄層作為所述薄層(306)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的方法，其中，涂覆具有很多部分薄層的層序列作為所述薄層 (306)。
15. 才艮據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的方法，其中，通過蝕刻選擇性地去除所述犧牲層(303 )。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造薄層結(jié)構(gòu)的方法。在大孔的支承結(jié)構(gòu)襯底中涂覆犧牲層。接著，在背面部分地去除支承結(jié)構(gòu)襯底，從而在支承結(jié)構(gòu)襯底的背面上暴露出犧牲層的區(qū)域。在支承結(jié)構(gòu)襯底的背側(cè)面上以及在犧牲層被暴露出來的區(qū)域上涂覆一個薄層，以及相對于薄層選擇性地將在孔中的犧牲層，從而由薄層構(gòu)成孔底部。
文檔編號B81C1/00GK101133461SQ200680006541
公開日2008年2月27日 申請日期2006年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月3日
發(fā)明者福爾克爾·萊曼 申請人:奇夢達(dá)股份公司