专利名称：具有增强均匀性的微柱体及其制造方法
技术领域：
本发明总体上涉及装置和用于加工该装置的方法，更具体地，涉及微柱体和加工 该微柱体的方法。
背景技术：
微型机械，也被称作微电机械系统(MEMS)，是使用为集成电路工业开发的工具和 技术来构建极小机器的新兴技术。一般在标准硅晶圆上构建这些机器，他们通常被认为大 小在100纳米到100微米之间。该技术的优点是可以在晶圆表面上在相同时间构建很多机 器，并且用于加工这些设备的过程使用与用于加工集成电路类型相同的平板印刷过程。这 些微小的机器正在变得无处不在，并且快速地找到他们在各种商业和国防中的应用。就任何类型的制造效果而言，特别是制造这些设备的尺寸，整体产品质量、均勻性 和产量是重要的工业目标。
发明内容
本文提供的一个实施例涉及一种装置。在本实施例中，所述装置包括具有平面表 面的基底、位于所述平面表面上的多个微柱体，每一个微柱体具有在所述平面表面上的底 座部分和位于对应底座部分的上表面上的柱体部分，以及其中所述底座部分的侧表面与所 述平面表面以斜角相交。另一个实施例涉及一种用于加工所述装置的方法。本实施例包括执行干蚀刻，以 在基底表面上的槽中形成微柱体的柱体部分，执行湿蚀刻，以从所述基底移除层，使得所述 柱体部分位于底座部分之上，并且所述底座部分位于所述基底的平面表面之上，其中所述 底座部分具有与所述上平面表面倾斜相交的侧表面。
当与附图一起阅读时，可以通过以下详细描述来理解各种实施例。各种特征可以 不按比例绘制并且可以为了清楚地讨论而任意增加或减少尺寸。现在通过附图对以下描述 进行引用，其中图1示出了在制造早期阶段中的本公开内容的装置；图2示出了在基底中形成对柱体进行定义的槽之后的图1的装置；图3A-;3B示出了在形成槽之后，形成蚀刻掩模并形成蚀刻掩模的图案；图4A-4D示出了可以被用来形成包括底座部分的微柱体的蚀刻过程的各种阶段； 以及图5A-5B示出了不同设备的示例，在这些设备中可以配置所述装置。
具体实施例方式本文讨论的实施例认识到与在充分平面基底(比如半导体晶圆)上具有充分均勻高度的微柱体相关联的好处。底座部分的侧面与表面以斜角相交，并且该侧面具有减小的 横向轮廓。如本文所使用的，微柱体是具有小于约100微米高度的柱体，并且可以具有多种 几何形状，比如矩形、多边形、或圆柱体。这些微柱体是对之前结构的增强，基底上的均勻高 度提供了整体上增强的设备产量和质量。此外，减小的底座宽度提供了增强的组件密度。此 外，在其他应用中，比如那些涉及红外检测器的应用，可以控制微柱体的高度以提供调谐的 灵活性，即允许恰当的腔体大小，以达成用于红外检测器的所需波长。本文还讨论的方法实 施例提供了用于获得该增强装置的方法。图1示出了处于制造的早期阶段的本公开内容的示例装置100。该实施例包括基 底110，可以通过内部或外部来源来获得该基底110。基底110的非限制性示例可以包括半 导体基底，包括例如硅、硅锗、砷化镓、磷化铟或这些材料的组合。在一些实施例中，基底110 还可以包括覆盖在基底110上的材料层(图中未示出)，可以从该材料层形成微柱体。在这 种实施例中，可以存在蚀刻停止层。当存在时，材料可以包括与上述基底110的材料相同的 材料，或其可以包括不同的材料。在一个有利实施例中，基底110是硅。如下文所述，在基 底110或材料层是硅的那些实施例中，呈现面(presenting face)(即蚀刻在一开始遭遇到 的晶面)可以具有<100>晶体取向、<110>晶体取向或<111>晶体取向。可以使用常规过 程来形成基底110。基底110的厚度将取决于预期的应用。例如，在装置100可以是MEMS设备的倾斜 镜面的应用中，基底110的厚度可以是至少20微米或更大。备选地，在装置100可以是红 外检测器的应用中，基底110可以具有2微米或更大的厚度。这些值仅用于说明性目的，并 且应当理解也可以使用其他厚度，并且厚度将取决于装置的预期应用。给出本文提供的增强高度均勻性和更高的组件致密化的优点，可以使用更厚的基 底，同时避免与常规装置和加工过程相关联的问题。在常规过程中，制造者或者使用干蚀刻 来形成不具有来自基底的底座部分的孤立柱体，或其使用湿蚀刻以形成截断的支撑结构， 这两种方式都具有相关联的问题。如果在常规过程中使用干蚀刻，在晶圆上经常发生显著 的柱体高度不均勻。干蚀刻的柱体具有一般与干蚀刻相关联的高度不均勻性的问题，其在 晶圆上具有10% -15%的高度变化是正常的。另外，如果需要隔离的柱体，必须从柱体之 间移除的材料量可以占晶圆表面的99 %，并且蚀刻化学品的化学加载可以完全改变蚀刻特 性。另一方面，即使各向异性湿蚀刻可以在柱体高度上普遍具有低于变化的高度 均勻，湿蚀刻导致截断的金字塔形结构，而不是柱体，这可消耗基底晶圆上的不可接受的大 量表面面积。因此，常规过程使得制造基本上只能是两种选项之一；要么使用干蚀刻过程 来从材料层形成孤立的柱体，同时忍受基底上显著的高度不均勻性，要么使用湿蚀刻以形 成消耗了不可接受的大量表面面积的截断的底座。本公开内容的实施例同时处理了这些问 题。本文所述的过程的实施例以及所产生的装置提供了以下优点相比于常规过程， 能够使用更厚的基底110来产生具有增强的高度均勻性以及更大的组件致密化的微柱体。 例如当使用商业上可购得的湿蚀刻工具时，在基底110上所产生的微柱体的高度可以在彼 此的5%之内，并且优选地，高度可以在之内或更好。这提供了提高整体产量和装置质 量的优点。
附加的，本公开内容所覆盖的实施例还提供了具有小得多的底座的微柱体，其允 许更大的组件致密化。例如，在本文公开的特定实施例中，微柱体高度和底座宽度的比率可 以是2 1或更大，同时其他实施例包括高度和底座宽度比为5 2或更大的微柱体。图2示出了遵循光刻掩模(lithographic mask) 205的沉积和图案形成的装置 100。光刻掩模205可以包括常规材料，比如有机光致抗蚀剂或硬膜材料，比如二氧化硅。可 以形成光刻掩模205的图案以定义开口 210，通过开口 210可以进行蚀刻215。在一个有利 实施例中，蚀刻215是干蚀刻，比如常规的等离子蚀刻、溅射蚀刻、离子铣削蚀刻、反应离子 蚀刻、深度反应离子蚀刻、或聚焦离子束铣削过程，可以将蚀刻容易地进行所需时间量。蚀 刻时间将取决于使用的蚀刻过程、以及蚀刻215在基底110中的目标深度，并且可以由本领 域技术人员容易地确定。在蚀刻215使用等离子过程的那些实例中，蚀刻化学品和等离子 条件将取决于工具、基底110的成分和目标深度。例如，在一个实施例中，基底110可以包括硅。在这种实例中，等离子蚀刻可以包 括任何已知的氯或碳氟化合物气体，比如CCL4、CF4、C4F8，或硫氟化合物气体，比如SF6。如掩 模205所定义的，蚀刻215在基底110中形成槽220，该槽进而定义了柱体225。槽的深度 将取决于应用而变化。例如，槽220的深度可以从约2微米到约100微米或更大。应当注 意到尽管图2示出了所加工的柱体的横截面，柱体上表面的形状可以是相当随意的，并且 不受限于圆形的圆柱体形，例如，柱体可以具有正多边形的横截面。图3A示出了在形成槽220和微柱体225，并且移除了光刻掩模205之后的图2的 装置100。之后，如总体示出的，在基底110上、槽220的壁上以及柱体225的顶部形成蚀 刻掩模层305。可以以多种方式来形成蚀刻掩模层305。例如，可以通过将基底110经受湿 式氧化过程以形成薄的(例如约0. 1微米)二氧化硅层(例如共形层)，来形成蚀刻掩模 层305。备选地，可以使用常规沉积过程来沉积蚀刻掩模层305，其可以包括例如氮化硅的 材料。图;3B示出了在对蚀刻掩模层305进行常规的图案形成以形成蚀刻掩模310之后 的图3A的装置100。蚀刻掩模310保护被覆盖的表面不经受随后的蚀刻过程。在特定实施 例中，如图所示，可以形成蚀刻掩模310的图案以在基底110的表面上留下蚀刻掩模310的 突出部分。例如，取决于使用的平版印刷工具的类型，突出量可以从约0. 25微米到约3微 米。然而在其他实施例中，可以形成蚀刻掩模310的图案，以使得不存在突出，并且掩模310 中止于槽220的边缘处。图4A示出了图;3B的装置100，其中基底110的呈现面410经受到湿蚀刻415。在 一个有利实施例中，基底110是硅，并且湿蚀刻415是包括氢氧化钾(KOH)或氢氧化四甲基 铵(TMAH)在内的各向异性蚀刻。这些化学的任一种可以用于蚀刻硅或硅锗的各种呈现晶 面。同样地，这些蚀刻成分与水的重量百分比和进行蚀刻的温度将变化。在一个示例中，硅 可以具有呈现面410，该呈现面410具有晶体取向<100>。在这种情况下，用KOH进行湿蚀 刻415，其中KOH包括按重量计约20%到约45%的水溶液，并且可以以范围在约30°C到约 80°C中的温度下进行蚀刻。在另一个实施例中，硅可以具有呈现面410，呈现面410具有晶体取向<110>。在 这种实施例中，用KOH进行湿蚀刻415，其中KOH包括按重量计约30%到约45%的水溶液， 并且可以以范围在约20°C到约120°C中的温度下进行蚀刻。在另一个其他实施例中，湿蚀刻415可以包括氢氧化四甲基铵(TMAH)，其中TMAH包括按重量计约20%到约25%的水溶 液，并且可以以范围在约60°C到约90°C中的温度下进行蚀刻。如上所述，基底110可以是多种半导体材料之一，例如晶体半导体材料，并且可以 包括其他半导体材料，比如硅锗、砷化镓、磷化铟等等。在这种实例中，并且给定本文阐述的 公开内容，本领域技术人员将理解如何选择产生各向异性蚀刻的恰当的蚀刻化学。例如， 如果基底110是晶体砷化镓基底，蚀刻化学可以包括溶于甲醇的溴化物或氢氧化铵的水溶液。由于基底110的晶体结构，蚀刻415蚀刻呈现面410比侧面更快。因此，如图4A 所示，蚀刻415开始切除蚀刻掩模310的下方，并且形成有角度的面418。蚀刻掩模310对 于蚀刻415有抗性，因此保护柱体225的表面。图4B示出了蚀刻415的连续进展，以及蚀 刻掩模310的进一步从下切除和从基底115上移除基底110。在蚀刻415的结束处，如图4C所示，形成底座420。如图所示，在本实施例中，底座 部分420的侧表面420a与平面表面IlOa以斜角相交。在过程的该点上，可以使用常规蚀 刻过程来移除蚀刻掩模310，比如氟化氢水溶液蚀刻。图4D示出了在移除蚀刻掩模310之后的图4C的装置100的实施例。在该实施例 中，装置100包括微柱体425。尽管示出了一个微柱体425，应当理解本文讨论的实施例可 以用于在基底110上形成多个这种微柱体。在一个应用中，例如可以存在20或更多个微柱 体425。微柱体425位于基底110的平面表面IlOa之上。应当注意到表面可以是平面的， 即使在微米以下尺度下可以存在表面粗糙的微小表面不规则，但是整体上表面IlOa是充 分平面的。如上所述，微柱体425包括由蚀刻415形成的底座部分420、以及位于底座部分 420的上表面435之上的柱体部分430。在多个微柱体425存在的一个方面中，每一个底座部分420的横向宽度是每一个 柱体部分430的直径的至少2倍。在另一个实施例中，一个底座部分420的上表面435具有 比由该底座部分420所覆盖的平面表面IlOa的一半面积更小的面积。在其他实施例中，每 一个柱体部分430的高度与每一个底座部分420的宽度440的比率是至少2:1。应当注 意到，即使沿着微柱体425的长度的直径可以由于过程变化而变化，也可以认为微柱体425 具有柱体部分。例如，在一个实施例中，柱体部分可以具有沿着柱体部分430的长度的变化 小于30%的直径。在另一个实施例中，装置100包括多个相邻的微柱体425(至少20个)，并在多个 微柱体420之间，且不同微柱体420的高度445差距小于百分之五，并且在另一个实施例 中，在多个微柱体420之间，不同微柱体420的高度445差距小于百分之一。图5A和5B示出了不同装置500和510，在这些装置中可以使用图4D的微柱体。 图5A的装置500示出了红外检测器的配置的一般示意图。如本实施例所示，装置500包括 位于基底520(比如晶圆)上的多个微柱体515。微柱体515对形成空腔530的不同膜525 进行支撑。在上述讨论的优点的角度上，微柱体515具有均勻的高度以及减小的底座底部， 这允许整体上提高产品产量、产品质量、以及组件致密化。图5B的装置510示出了 MEMS设备的配置的一般示意图。如本实施例所示，装置 510包括位于基底MO (比如晶圆)上的多个微柱体535。微柱体535支撑不同的倾斜镜面 5450在上述讨论的优点的角度上，微柱体535具有高度均勻性增强的增强高度以及减小的底座底部，这允许整体提高的产品可操作性、产品产量、产品质量、以及组件致密化。
尽管已经详细地描述了本发明，本领域技术人员应当理解可以在不脱离本发明的 精神和范围的情况下，做出各种改变、替换和修改。
权利要求
1.一种装置，包括 基底，具有平面表面；多个微柱体，位于所述平面表面上，每一个微柱体具有在所述平面表面上的底座部分 和位于对应的底座部分的上表面上的柱体部分，以及其中，所述底座部分的侧表面与所述平面表面以斜角相交。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述平面表面上，所述底座部分的横向宽度至 少是所述柱体部分的直径的两倍。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述底座部分中的一个底座部分的上表面具有 比由所述底座部分中的所述一个底座部分所覆盖的平面表面的一半面积更小的面积。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个包括至少20个相邻的微柱体，并且在所 述多个之间，所述微柱体中的不同微柱体的高度差距小于百分之五。
5.一种方法，包括执行干蚀刻，以在基底表面上的槽中形成微柱体的柱体部分； 执行湿蚀刻，以从所述基底移除层，使得所述柱体部分位于底座部分之上，并且所述 底座部分位于所述基底的平面表面之上，所述底座部分具有与上平面表面倾斜相交的侧表
6.根据权利要求5所述的方法，其中执行所述干蚀刻包括在所述基底中形成槽，并且形成所述槽至所述基底中的深度； 在所述基底、所述柱体的表面以及所述槽上形成掩模层；从所述基底移除掩模，使得所述掩模的一部分保留在与所述槽相邻的基底上，并且保 留在所述槽和所述柱体的表面上；以及使用各向异性蚀刻，以移除所述基底，包括移除位于所述掩模下的至所述槽的深度的基底。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，执行干蚀刻包括使用等离子蚀刻，并且形成深 度至少1微米的槽。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，执行湿蚀刻包括使用氢氧化钾(KOH)水溶液或 氢氧化四甲基铵(TMAH)水溶液的各向异性蚀刻。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述KOH包括按重量计约20%到约45%的水溶 液，并以范围在约30°C到约80°C中的温度进行所述蚀刻。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，每一个微柱体的高度与每一个底座部分的宽度 之比是至少2 1。
全文摘要
如本文所述，提供一种包括微柱体的装置。所述装置包括具有平面表面的基底、位于所述平面表面上的多个微柱体，其中每一个微柱体具有在所述平面表面上的底座部分和位于对应底座部分的上表面上的柱体部分，并且其中所述底座部分的侧面与所述平面表面以斜角相交。
文档编号H01L21/027GK102119117SQ200980125032
公开日2011年7月6日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年7月1日
发明者克里斯蒂安·A·博列, 弗拉维奥·帕尔多 申请人:阿尔卡特朗讯美国公司