[发明专利]用于制造具有像素的微系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造具有像素的微系统的方法。

背景技术

铅-锆酸盐-钛酸盐(PZT)制成的薄层归因于其有利的物理特性(举例来说，高机 电耦合、高介电常数或高热电系数)而广泛用于微系统技术中。微系统常规地包括衬底 作为薄膜的载体，其中所述衬底包括由硅框架横跨的膜片。已知通过沉积方法(明确地 说，溅镀工艺)将铅-锆酸盐-钛酸盐薄层沉积在衬底上。常规地通过光刻蚀刻方法实现 出自薄层的像素的栅格状布置。像素用电子方式与(例如)由铂或铬-镍合金制成的电极 互连。

膜片必需具有小热质量和低热导率，使得像素之间的热串扰为低。此通过由不充分 导热材料(举例来说，氧化硅)形成且可能薄的膜片实现。膜片的厚度通常为1μm，其 中框架高度为400μm。有可能如此强各向异性地构造衬底的背侧使得可借助深反应离子 蚀刻方法形成凹穴。所述凹穴直接延伸到膜片，使得膜片在其背对像素的一侧上暴露。 需要将膜片制造得尽可能薄且具有足够的高坚固性，使得像素归因于低串扰而具有高功 能性。

为了使膜片稳定，已知在衬底上提供额外Si₃N₄层。然而，额外Si₃N₄层具有以下缺 点：其热导性如此高以致于单一像素之间的不利串扰增加。此外，额外Si₃N₄层的制造 需要另一制造步骤，从而涉及较高制造成本。

发明内容

本发明的一目标是提供一种用于制造具有像素的微系统的方法，其中所述像素具有 高功能性且所述微系统具有高机械稳定性，以及制造成本较低。

所述目标利用独立专利权利要求的特征解决。其优选实施例被给定进一步专利权利 要求。

根据本发明的用于制造具有像素的微系统的方法包括以下步骤：提供硅晶片；通过 硅晶片的氧化在硅晶片的表面上制造200nm与1000nm之间的厚度的热氧化硅层作为 基础层；通过热沉积方法直接在基础层上制造100nm到700nm的厚度的氧化硅薄层作 为载体层；通过热沉积方法直接在载体层上制造40nm到200nm的厚度的铂层，借此 制造包括硅晶片、基础层、载体层和铂层的中间产物；将中间产物冷却到室温；通过移 除铂层的过剩区域来进行铂层的像素状构造，借此通过剩余区域在载体层上以像素形状 形成像素的底部电极；硅晶片的背对基础层的一侧上的材料移除，使得框架保留下来且 由基础层和载体层形成的膜片由框架横跨；完成微系统。

在利用根据本发明的方法制造微系统期间，中间产物产生为层复合物，其包括基础 层作为热氧化硅层(具有200nm到1000nm的厚度)、载体层作为氧化硅薄层(具有100 nm到700nm的厚度)，以及铂层(具有40nm到200nm的厚度)，其中所述层彼此直 接紧挨且彼此永久地连接。在中间产物冷却之后，层中产生相应压力状态，其特征在于 基础层和载体层两者中存在压缩应力，且铂层中存在拉伸应力。载体层中的压缩应力近 似比基础层中小约5到10倍，且铂层中的拉伸应力约为5到20MPa。进一步观察到， 在铂层构造为铂层像素作为底部电极之后，底部电极中存在拉伸应力，其值与构造之前 铂层中的拉伸应力相比大体上不变。在上面布置铂层像素的载体层和基础层的位置上， 基础层和载体层中的压缩应力从铂层像素中的拉伸应力的过度补偿产生此拉伸应力，且 不存在压缩应力。铂层像素及其拉伸应力因此用于基础层和载体层的压缩应力的局部补 偿。基础层和载体层的压缩应力的局部补偿出人意料地通过铂层像素发生，但在铂层像 素构造之后铂层不再持续存在于表面上，而是仅呈铂层像素的形状。作用于载体层和基 础层上的拉伸应力归因于铂层像素的补偿效应具有到约50MPa的值。

膜片借助于根据本发明的膜片中产生的应力状态而具有高坚固性，使得膜片例如在 微系统制造期间不会断裂，但膜片根据本发明以此低厚度形成。使基础层和载体层中应 力的梯度进一步适中使得基础层和载体层具有高机械稳定性。此外，载体层和基础层具 有此低热导性使得像素之间的串扰为低。微系统因此具有有利的高信噪比，尤其对于低 于热限制频率的频率。根据本发明的用于制造微系统的方法包括用于制造基础层和载体 层的处理步骤，借此不必例如用于制造机械稳定Si₃N₄层的额外处理步骤。根据本发明 的微系统的制造成本因此小于已知微系统的制造成本。