電化學(xué)制作微/納電子結(jié)構(gòu)中的至少一個多孔區(qū)域的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于在導(dǎo)電或半導(dǎo)電層的至少一部分中制作微電子和/或納電 子結(jié)構(gòu)的至少一個多孔區(qū)域的工藝,所述多孔區(qū)域以電化學(xué)方式形成。
【背景技術(shù)】
[0002] 包括微米電子機(jī)械系統(tǒng)(NEMS)和納米電子機(jī)械系統(tǒng)(NEMS)在內(nèi)的微電子器件和 微系統(tǒng)通常被大量應(yīng)用于日常生活用品中。
[0003] 對于這些系統(tǒng)當(dāng)中的一些,制作多孔層是很有益的。根據(jù)應(yīng)用的不同,可以嘗試使 用這些多孔材料的特定特性,例如,能夠被實現(xiàn)在化學(xué)、生物、濕度傳感器等當(dāng)中的化學(xué)吸 附能力,絕熱能力,電絕緣能力,光學(xué)特性等等。
[0004] 在NEMS和MENS中大量使用半導(dǎo)電材料,特別是硅。
[0005] 大量的NEMS和MENS中使用的多孔元件或多孔元件的部件為多孔半導(dǎo)電材料,更 加特別地為多孔硅。
[0006] 存在大量的用于在在非常多不同的配置中的硅襯底或MENS襯底的表面形成多孔 娃的工藝,還有用于對全部為多孔娃或者在可移動結(jié)構(gòu)的表面上部分覆蓋有多孔娃的MENS 類型的可移動結(jié)構(gòu)進(jìn)行制作的工藝。
[0007] 對整體為多孔硅的懸吊機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行制作或者僅在多孔硅元件上形成一個多孔 層是已知的。例如,文獻(xiàn)EP1683757描述了一種用于制作MENS的工藝,該工藝包括通過電 化學(xué)刻蝕來制作一層多孔硅的步驟。該多孔化工藝要求在背面與正面之間有電流流動,襯 底的多孔硅被期望形成在正面上。該工藝因此意味著起始于導(dǎo)電襯底。因此,該工藝無法 在諸如SOI(SiliconOnInsulator,絕緣體上娃)襯底之類的包括絕緣層的襯底上實施。 但是,該類型的襯底很常用于制作微電子和納電子系統(tǒng)。
[0008] 文獻(xiàn)"Compositeporoussilicon-crystallinesiliconcantileversfor enhancedbiosensing^S.Stolyarova,S.Cherian,R.Raiteri,J.Zeravik,P.Skladal, Y.Nemirovsky,SensorsandActuatorsB131 (2008)509 _515("用于增強(qiáng)型生物傳 感的復(fù)合多孔娃-晶體娃懸臂",S.Stolyarova,S.Cherian,R.Raiteri,J.Zeravik, P.Skladal,Y.Nemirovsky,傳感器和致動器B,131期,第509-515頁)描述了一種包括多 晶硅的懸臂類型的梁的轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器由S0I襯底制成。通過將單晶硅暴露在通過刻 蝕將單晶硅多孔化的蒸汽中以形成多孔硅。該技術(shù)有時被稱為"染色刻蝕"。這還在文 獻(xiàn)"Vapour-etching-basedporoussiliconformation"(基于氣相刻蝕的多孔娃的形 ),M.Saadoun,N.Mliki,H.Kaabi,K.Daoubi,B.Bessais,H.Ezzaouia,R.Bennaceur,Vapour-etching-basedporoussilicon:anewapproach(基于氣相刻蝕的多孑L娃:一種 新的方法、固體薄膜),ThinSolidFilms405 (2002) 29 - 34進(jìn)行了描述。該技術(shù),也被稱為 反應(yīng)誘發(fā)氣相染色刻蝕(RIVPSE,ReactiveInducedVapourPhaseStainEtch)在于將襯 底暴露在由用HF:HN03:CH3C00H混合物進(jìn)行硅刻蝕產(chǎn)生的蒸汽中。該工藝不要求在襯底的 兩個面之間有電流流過。另一方面,該工藝無法對SiP(多孔硅)的形成速率、多孔率、孔徑 等方面對工藝進(jìn)行很好地控制。
[0009] 相反地,電化學(xué)刻蝕工藝,也被稱為"陽極氧化技術(shù)",則好控制得多。這取決于通 過氫氟酸中出現(xiàn)的陽極溶解實現(xiàn)多孔化這一事實。該工藝能夠很好地控制SiP的形成速 率、多孔率、孔徑等。該工藝能夠提供不同的多孔性(微孔/孔徑小于2nm,介孔/孔徑在 2nm至50nm之間,大孔/孔徑大于50nm)、特定孔方向等等。襯底的陽極氧化的條件(HF濃 度、電流密度、時間)以及摻雜(N型或P型、摻雜濃度)使得多孔層的特性能夠受到控制。 但是,如上所指出的,該工藝要求有電流在襯底的背面與想要制作多孔性的正面之間流動, 這解釋了為什么不能簡單地將多孔性實現(xiàn)在諸如SOI襯底之類包括絕緣層的襯底上。因 此,該多孔性工藝使用了一種所謂的體襯底,也就是說,襯底整體為導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料并且 不包括絕緣層。
[0010] 借助于以例如分子鍵的附接技術(shù)為基礎(chǔ)的層間轉(zhuǎn)移在例如SOI襯底的襯底上得 到多孔硅表面的示例性實施例。但是這些技術(shù)成本很高并且不容易應(yīng)用于微電子和納電子 結(jié)構(gòu)的實施,特別是在想要對多孔區(qū)域進(jìn)行定位的情況下。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 因此,本發(fā)明的一個目的是提供一種用于在由導(dǎo)電或半導(dǎo)電支承件攜帶并且使用 電絕緣層與該支承件隔離的導(dǎo)電或半導(dǎo)電層的至少一部分中對微電子和/或納電子結(jié)構(gòu) 的至少一個多孔區(qū)域進(jìn)行制作的方法,多孔區(qū)域以電化學(xué)方式形成。
[0012] 前述目的通過包括有在導(dǎo)電層中形成多孔區(qū)域之前,在形成正面的導(dǎo)電或半導(dǎo)電 層與形成背面的導(dǎo)電或半導(dǎo)電支承件之間制作至少一個穿過絕緣層的電連接的步驟,以及 通過導(dǎo)電或半導(dǎo)電層的至少一部分的電化學(xué)刻蝕的多孔化步驟來實現(xiàn)。
[0013] 該正面與背面之間的電連接使得電流能夠在這兩個面之間流動,并因此對正面進(jìn) 行電化學(xué)刻蝕以使得至少一部分的正面變?yōu)槎嗫椎摹?br>[0014] 優(yōu)選地,在正面與背面之間制作多個穿過襯底的電連接以允許對待形成的區(qū)域的 多孔性進(jìn)行更好地控制。
[0015] 有利地,多個電連接的電連接通過穿過絕緣材料的導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料類型的接觸 塊來形成。
[0016] 在一個示例性實施例中,該結(jié)構(gòu)形成于SOI襯底。優(yōu)選地,電接觸隨后通過外延生 長來制作。在另一個示例性實施例中,根據(jù)形成導(dǎo)電或半導(dǎo)電層的至少一個背面以及絕緣 層二者的堆疊,工藝在于在絕緣層中進(jìn)行一個或更多刻蝕并且隨后同時或者不同時地形成 接觸墊和有源層。
[0017]導(dǎo)電層與承載襯底之間的電連接能夠在最終的系統(tǒng)中得到保留。優(yōu)選地,電連接 被中斷,這使得相同器件的多個微電子或納電子結(jié)構(gòu)被電絕緣或者在相同襯底上制作的多 個器件被絕緣。電連接的移除例如能夠通過至少部分地刻蝕接觸墊或者通過切斷接觸墊來 實現(xiàn)。
[0018] 本發(fā)明的一個主旨因此是提供一種用于在微電子和/或納電子結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電或半 導(dǎo)電材料的有源層的至少一部分中制作至少一個多孔區(qū)域的工藝,所述有源層形成堆疊的 正面,所述堆疊包括導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料的背面以及插入在所述有源層與所述背面之間的電 絕緣層,所述工藝包括以下步驟:
[0019] a)通過形成至少一個穿過所述絕緣層的導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料的接觸塊來在所述背 面與所述有源層之間制作至少一個電接觸;
[0020] b)將堆疊放置在電化學(xué)槽中;
[0021] c)在所述背面與所述有源層之間施加通過所述接觸塊的電流,以引起所述有源層 的至少一個區(qū)域的多孔化。
[0022] 接觸塊可以由正面和/或背面形成。
[0023] 在步驟c)之后,制作工藝有利地能夠包括例如通過對有源層進(jìn)行刻蝕由有源層 形成微電子和/或納電子結(jié)構(gòu)的步驟d)。
[0024] 該形成步驟包括從摻雜、結(jié)構(gòu)化、外延生長、有源層的接觸恢復(fù)中所選擇的一個或 更多步驟。在接觸被移除的實施例中,步驟d)能夠在該移除接觸的步驟之前、之后或者期 間。
[0025] 優(yōu)選地,堆疊為SOI襯底。
[0026] 在一個實施例中,在步驟c)之后移除有源層與背面之間的電接觸。移除電接觸的 步驟能夠通過至少部分地去除接觸塊以移除有源層和/或背面與接觸塊之間的機(jī)械接觸 來實現(xiàn)。
[0027] 根據(jù)一個示例性實施例,接觸塊能夠被部分刻蝕和/或圍繞接觸塊的有源層被刻 蝕。
[0028] 步驟d)能夠包括對有源層進(jìn)行刻蝕的子步驟,并且其中,至少部分地去除接觸塊 與對有源層進(jìn)行刻蝕同時發(fā)生。
[0029] 根據(jù)另一個示例性實施例,接觸塊通過鋸切來去除。
[0030] 在一個實施例中,步驟a)包括制作至少一個穿過所述背面與所述有源層之間的 堆疊、穿過所述絕緣層的孔洞,并且使用導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料填充所述孔洞以形成所述接觸 塊以制作所述背面與所述有源層之間的電接觸。
[0031] 使用導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料來填充所述孔洞的步驟優(yōu)選地借助于選擇性或非選擇性 的外延生長、電解或者CVD類型的沉積來實現(xiàn)。有利地,選擇性的外延生長使得能夠只對接 觸塊的空間進(jìn)行填充。
[0032] 在另一個實施例中,在步驟a)之前,在所述絕緣層中制作至少一個到達(dá)所述背面 的孔洞,并且在步驟a)期間,所述有源層和所述接觸塊同時分別形成在所述絕緣層上和所 述孔洞中。
[0033] 形成有源層與接觸塊能夠通過外延生長來完成。例如,該外延生長為來自硅支承 件的娃外延生長。
[0034] 優(yōu)選地,接觸塊的材料與有源層的材料相同。
[0035] 在一個示例性實施例中,在步驟a)期間,在待多孔化區(qū)域附近制作若干不同的接 觸塊。有利地,這些接觸塊形成了圍繞著待多孔化區(qū)域的間斷輪廓。
[0036] 在另一個示例性實施例中,在步驟a)期間,制作一具有閉合輪廓的單一接觸塊, 所述待多孔化區(qū)域在所述閉合輪廓的內(nèi)部和/或外部。
[0037] 在步驟a)期間,制作一具有間斷輪廓的單一接觸塊,所述待多孔化區(qū)域在所述間 斷輪廓的內(nèi)部和/或外部,或者對在彼此之間界出區(qū)域的多個接觸塊進(jìn)行制作,所述待多 孔化區(qū)域在界定出的區(qū)域的內(nèi)部和/或外部。
[0038] 例如,在步驟c)期間,有源層的整個表面被多孔化和/或有源層在其整個厚度上 被多孔化。
[0039] 在另一個示例中,在步驟c)之前,在至少所述有源層上形成定位層以界定出所述 有源層的至少一個待多孔化區(qū)域。
[0040] 有利地,在對微電子和/或納電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行制作的情況下,,所述接觸塊圍繞著制 作所述微電子結(jié)構(gòu)和/或納電子結(jié)構(gòu)的區(qū)域。
[0041] 微電子和/或納電子結(jié)構(gòu)能夠包括至少一個懸吊部件和一個固定部件,多孔區(qū)域 則能夠被至少部分地形成在懸吊部件上并且有可能被至少部分地形成在固定部件上。懸吊 部件能夠移動或者不能移動。
[0042] 接觸塊能夠被制作在固定部件與懸吊部件之間。
[0043]步驟d)能夠包括在有源層上制作互連,所述在所述有源層上制作互連包括以下 子步驟:
[0044] 在所述多孔區(qū)域上與所述有源層上形成介電層;
[0045] 在所述介電層上形成掩模;
[0046] 刻蝕所述掩模和所述介電層直到到達(dá)所述有源層;
[0047] 在所述刻蝕中形成并結(jié)構(gòu)化導(dǎo)電材料以形成所述互連。
[0048] 當(dāng)工藝包括釋放機(jī)械結(jié)構(gòu)的步驟時,掩模和介電層的去除能夠在機(jī)械結(jié)構(gòu)的最終 釋放期間發(fā)生。
[0049] 例如通過以下方式形成導(dǎo)電材料:對導(dǎo)電材料進(jìn)行整片沉積和對所述材料進(jìn)行光 刻以形成互連和可能的連線,或者通過化學(xué)機(jī)械拋光來刻蝕導(dǎo)電材料以將導(dǎo)電材料僅保留 在刻蝕中。
[0050] 堆疊能夠包括背面和絕緣層中的一個或更多個層,以使得在步驟a)之后背面與 有源層之間的電連續(xù)性得到確保。
[0051] 在工藝適用于制作多個微電子和/或納電子結(jié)構(gòu)的情況下,在制作微電子和/或 納電子結(jié)構(gòu)的區(qū)域之間制作接觸塊。
[0052] 在步驟c)之后,有源層與背面之間的電接觸則能夠通過將微電子和/或納電子結(jié) 構(gòu)分離來移除。
[0053] 微電子結(jié)構(gòu)和/或納電子結(jié)構(gòu)的分離例如通過以下方式實現(xiàn):按照所述接觸墊兩 側(cè)的兩個鋸槽或者按照一具有與所述接觸塊的橫向尺寸至少相等的寬度的鋸槽進(jìn)行鋸切 以將所述接觸塊與所述微電子結(jié)構(gòu)和/或納電子結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0054] 通過以下說明和附圖將對本發(fā)明有更好的理解,其中:
[0055] 圖1為設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的工藝獲得的接觸墊的一般堆疊的示意圖;
[0056] 圖2A和2B分別為能夠借助于本發(fā)明的工藝獲得的示例性結(jié)構(gòu)沿著平面A-A'的 俯視圖和截面圖,其中并多孔區(qū)域未被定位;
[0057] 圖3為圖2A的結(jié)構(gòu)在后續(xù)釋放的情況下對懸吊部件進(jìn)行釋放之前的截面圖;