专利名称：具有微管的微器件的利记博彩app
具有微管的微器件
本发明涉及具有微管的微器件，其能够用作热交换器用于液体的超快 冷却或加热。
在US6031286中，描述了制造具有单层或多层掩埋微导管的半导体器 件和该器件的方法。通过填充高度大于其宽度的沟槽，使得沟槽填充材料 填充沟槽的侧壁和底部，并且覆盖沟槽的顶部，以在沟槽内形成微导管来 形成掩埋微导管。另一层能够形成在填充材料上并且被平面化。可选地， 填充材料本身能够是平面化的。在平面化的层中形成沟槽，并重复以上步
骤在这些新的沟槽中形成第二组掩埋微导管。这形成具有多层掩埋微导管 的半导体器件。可以刻蚀孔以接触微导管，或互联掩埋于不同水平面的微 导管。从而，代替消除沟槽中的缺陷空隙，控制该空隙以形成微导管，其 可以用于循环冷却流体，或被填充有传导材料以形成微光导管通道，或掩 埋传导导管。此器件和方法的缺点是不同微导管之间的距离大，使得冷却 效率低。长的微导管系统限制冷却速率并浪费基底面积。
本发明的目的是提供用于制造高效和紧凑的加热或冷却器件的方法。 .通过包括以下步骤的用于制造微器件的方法实现该目的 -设置基底； -设置第一一次性层； -设置至少一个阻挡层； -设置第二一次性层；
-通过去除所述第一一次性层，构建第一微管；以及 -通过选择性地去除所述第二一次性层，构建第二微管。 基底能够是由玻璃、陶瓷或硅制成的任何种类的基底。此外，基底能 够包括至少一种材料的附加层。使用两个不同的一次性层使得能够通过用 例如光刻和湿法刻蚀的标准半导体方法构造一次性层来产生基本上布置在基本上平行于基底的一个平面中的微管。仅一个阻挡层将两个相邻的微管
分开，其横截面垂直与微管的延伸方向。阻挡层能够为约10nm。如果两种 不同温度的液体流过微管，尤其是如果阻挡层具有高热传导率的话，两个 分开的微管之间的小的距离能够实现液体的高效加热或冷却。微管还能够 在一个或多个点彼此连接，取决于应用。
在本发明的一个实施例中，用于制造微器件的方法包括如下附加步骤:
-设置可渗透层；
-透过所述可渗透层去除所述第一一次性层； -设置并图案化封闭层；以及
-选择性地去除嵌于所述至少一个阻挡层中的所述第二一次性层。
第一一次性层能够是热可降解聚合物(TDP)，能够如例如EP1577939 A2中描述的，利用热透过可渗透层去除该聚合物(参照例如
图1-图12和 其说明，尤其是段10和11)。 TDP在加热过程中分解并通过可渗透层蒸发， 取决于第一一次性层的构造在可渗透性层的下面留下一个或多个微管。第 一一次性层的另一范例能够是氧化物层，通过顶部上的多孔有机层暴露于 HF，能够选择性地去除该氧化物层。第二一次性层能够是嵌入一个或多个 阻挡层中的如铜的金属。能够通过封闭层和阻挡层中的开口，通过刻蚀金 属很快但是刻蚀阻挡层(Ti、 TiN、 Ta、 TaN、 WN)很慢的刻蚀溶剂去除金 属。优选地，每个微管具有两个开口 ，刻蚀溶剂能够从开口进入微管，逐 步刻蚀嵌于阻挡层或层中的金属，直到刻蚀了由阻挡层形成的微管中的所 有金属。阻挡层的厚度取决于一方面垂直于微管的延伸方向和微管的长度 的横截面面积和另一方面刻蚀溶剂针对第二一次性层和阻挡层的选择性之 间的关系。封闭层能够包括SiN或TEOS。
在另一实施例中，用于制造微器件的方法包括步骤
-在基底上沉积第一一次性层；
-构造所述第一一次性层；
-在所构造的第一一次性层的顶部上沉积第一阻挡层； -在所述第一阻挡层的顶部上沉积第二一次性层；
-去除所述第二一次性层和所述第一阻挡层直至所构造的第一一次性
层；-给所述第二一次性层的剩余部分结构电镀第二阻挡层； -在所述第二阻挡层和所构造的第一一次性层的顶部上沉积可渗透介电
层；
-透过所述可渗透介电层去除所述第一一次性层； -在所述可渗透介电层的顶部上沉积封闭层；
-贯穿所述封闭层、所述可渗透介电层以及所述第二阻挡层打开所述第 二一次性层，构建至所述第二一次性层的至少两个孔； -沉积第三阻挡层；
-去除所述第二一次性层顶部上的所述第三阻挡层，构建至少两个开口；
以及
-选择性地去除所述第二一次性层。
第一一次性层能够是热可降解聚合物(TDP)，能够如例如EP1577939 A2中描述的，利用热透过可渗透层去除该聚合物(参照例如图1-图12和 其说明，尤其是段10和11)。第二一次性层能够是金属，能够通过刻蚀金 属很快但刻蚀阻挡层很慢的刻蚀溶剂去除该金属。能够通过如例如 WO2004/023550A1中描述的平面化技术(参照例如图l和图2及其描述) 去除TDP顶部上的阻挡层和金属层。第二阻挡层用于封闭金属的剩余部分。 能够通过金属的无电镀来沉积它，仅在金属被打开的那些位置得到阻挡层， 将剩余金属和第一阻挡层的剩余部分一起封闭。封闭层能够是SiN或 TEOS，它能够用于防止物质通过可渗透层渗透和/或使得实现如例如传感器 的另外的器件的集成。最终的器件包含基本布置在基本平行于基底的平面 中的微管配置，其中由仅一个材料层(第一阻挡层)将两侧的大多数微管 与一个或两个微管分开。如上述，此一层材料的厚度取决于材料本身和刻 蚀过程针对第二一次性层(金属层)和第一阻挡层的选择性。利用此方法 能够实现约10nm的此一层的厚度。通常，此层的厚度范围在5nm和100nm 之间。
在另一实施例中，用于制造微器件的方法包括步骤 -在基底上沉积第一一次性层； -在所述第一一次性层的顶部上沉积可渗透介电层； -构造所述第一一次性层和所述可渗透介电层；-在由所述第一一次性层和所述可渗透介电层构建的构造的叠层的顶部
上沉积第一阻挡层；
-在所述第一阻挡层的顶部上沉积第二一次性层；
-去除所述第二一次性层和所述第一阻挡层直至所构造的可渗透介电
层；
-透过所述可渗透介电层去除所述第一一次性层；
-在所述可渗透介电层和所述第二一次性层的剩余结构的顶部上沉积第 二阻挡层；
-在所述第二阻挡层的顶部上沉积封闭层；
-贯穿所述封闭层和所述第二阻挡层打开所述第二一次性层，构建至所 述第二一次性层的至少两个孔；
-沉积第三阻挡层；
-去除所述第二一次性层顶部上的所述第三阻挡层，构建至少两个开口；
以及
-选择性地去除所述第二一次性层。
第一一次性层能够是热可降解聚合物(TDP)，能够如例如EP1577939 A2中描述的，利用热透过可渗透层去除该聚合物(参照例如图1-图12和 其说明)。第二一次性层能够是金属，能够通过刻蚀金属很快但刻蚀阻挡层 很慢的刻蚀溶剂去除该金属。能够通过如例如WO2004/023550 Al中描述的 平面化技术(参照例如图l和图2及其描述)去除TDP上的阻挡层和金属 层。第二阻挡层用于封闭金属的剩余部分。能够通过金属的无电镀来沉积 它，仅在金属被打开的那些位置得到阻挡层，将剩余金属和第一阻挡层的 剩余部分一起封闭。封闭层能够用于防止物质渗透通过可渗透层和/或使得 实现如传感器的另外的器件的集成。
可选地，能够通过例如溅射将阻挡层沉积在平面化的第二一次性层的 顶部上。在此情况下，第二一次性层不必是传导的，如使用无电镀那样。 第二阻挡层能够用于封闭可渗透层，因为它覆盖整个平面化的表面。分开 的封闭层不是必需的，但是它能够用于如上述的另外的集成步骤中。最终 的器件包含基本布置在基本平行于基底的平面中的微管配置，其中由仅一 个材料层(第一阻挡层)将两侧的大多数微管与一个或两个微管分幵。如上述，此一层材料的厚度取决于材料本身和刻蚀过程针对第二一次性层(金
属层)和第一阻挡层的选择性。利用此方法能够实现约10nm的此一层的厚 度。通常，此层的厚度范围在5nm和100nm之间。
本发明的另外的目的是提供高效和紧凑的加热或冷却微器件。该目的 通过包括至少一个基底的微器件实现，所述基底直接或间接地连接至至少 两个微管，且阻挡层将所述微管彼此分开。如果基底和微管之间没有中间 层，则微管直接连接至基底。在垂直于单个微管或多个微管延伸的方向的 横截面中，单个微管或多个微观能够具有在10nmX10nm和10^imX10(im 之间的横截面面积。仅有的一个阻挡层使得能够在微管之间实现薄的壁。 如果微管彼此相邻布置，仅由阻挡层分开，则与没有微管的相同厚度的层 相比，微管基本形成垂直于具有微管的层的延伸方向具有低热传导率的层。 具有微管的层能够对应地用于层和具有微管的该层下面及上面的器件之间 的热隔离。此外，具有微管的层能够用于补偿机械应力。多于一层的微管 能够叠层于彼此之上，如果需要，它们可以由间隔层分开。
在本发明的一个实施例中，微器件的每个微管具有至少两个开口。能 够通过开口将两个不同微管的系统注满流体。如果流体流过微管，则它们 交换热。结果，此实施例能够用作用于加热或冷却流体的热交换器。此实 施例中的微管的横截面面积优选地在50nm X 50nm和500nm X 500nm之间， 其中，横截面不必是方形的。如果微流体器件用作热交换器，则表面积和 体积之间的关系是重要的。如果与微管的体积相比，分开两个微管的阻挡 层的面积大，则冷却或加热是最有效的，最大化两个微管之间的热交换。 为了给出一个简单的范例，两个微管在它们延伸的整个长度上共用一个阻 挡层。阻挡层和两个微管的高度由H给出。结果，分开两个微管的阻挡层 的面积A1由乘积LXH给出。垂直于微管的延伸方向的两个微管的宽度由 W给出，得到两个微管的体积V1由WXLXH给出。关系A1/V1由1/W1 给出，其意指微管宽度越小，与微管的体积V1相比，交换热的表面A1越 大。取决于构造方法， 一方面，针对能够实现的分辨率存在以下限制以限 定微管的宽度，并且另一方面，流过微管的液体的粘度可以限定微管的横 截面面积的下限，以获得合理的冷却和加热。
用于热交换器的第一配置是两个微管的组合，该两个微管布置方式为，它们以类似螺旋的方式彼此相邻地在基本平行于基底的平面内缠绕。在此 配置中，微管会在微管的两个侧面几乎沿微管的整个长度彼此靠近，对于 不同温度的流体之间的有效热交换是有利的。在第二配置中，具有不同温
度流体的微管以交替方式在基本平行于基底的平面中布置。具有温度T1的 流体的一个微管与具有温度T2的流体的两个微管相邻，再次优化流体之间 的热交换(这对热交换器的边界处的微管是不适用的)。微管之间的一个阻 挡层使得能够降低微管之间的距离，改善了热传递。阻挡层越薄，则热交 换能够越快。另外，阻挡层的高的热传导率对热交换器是有利的。此外， 如具有高电阻的导体的加热元件能够与一个微管的部分相邻设置，以加热 一流体。以类似的方式，能够通过帕尔贴元件冷却一个微管的部分。加热 元件和帕尔贴元件能够集成在器件中。
在微器件的另外的实施例中，微管由至少一个一种或多种材料的封闭 层覆盖，并且通过所述封闭层可到达每个所述微管的所述至少两个开口。 为例如分析目的或综合，附加的单层或多层能够用于集成另外的功能器件， 另外的功能器件如例如必需与其它器件热隔离的那些或需要热交换器的那 些片上实验室配置。此外，封闭层能够用于集成用于测量流体的温度和/或 流体的流量的传感器。能够集成基于MEMS技术的泵、阀和加热器，用于 控制微器件。
在本发明的另外的实施例中，微器件包括至少一个第一隔离层和至少 一个第二隔离层，每个隔离层具有低的热传导率，并且所述微管夹于所述 第一和第二隔离层之间。隔离层可以包括低热传导率材料或另外的微管， 构建低热传导率层。另外，能够设置嵌于隔离层之间的微管的开口，以使 液体流过所嵌的微管。通过限制与环境的热交换，所嵌的微管的热隔离使 得能够实现更有效的热交换器。另外，通过减小隔离层，与热隔离的附加 器件(例如传感器)的热交换形成热交换器，限制了热交换器对器件的功 能性(例如测量精度)的影响。
图1示出了本发明的一个实施例的主要略图、
图2a-2f示出了制造根据本发明的器件的第一工艺流程；
图3a-3g示出了制造根据本发明的器件的第二工艺流程。图1示出了与本发明的第一实施例的基底平行的横截面。两个微管1
和2以螺旋模式从外部区至内部区彼此相邻地缠绕。第二微管2与第一微 管1沿第二微管2的整个长度共用第二微管的表面的两个侧面。通过开口 11和12可以到达第一微管1，并且通过开口 21和22可以到达第二微管2。 如果在微管1中流动的具有温度T1的流体首次通过开口 12，则它将在微管 2中流动的具有温度T2的第二流体首次通过开口 21后，与该第二流体交换 热。如果第一流体比第二流体凉(TKT2)，则第一流体在通过第一微管1 时变热并且在从开口 11离开第一微管1后更热。另一方面，第二流体在从 开口 22离开第二微管2后更凉。微器件能够用于冷却或加热。
图2a-2f示出了制造根据本发明的器件的第一工艺流程。图2a示出了 嵌于热可降解聚合物(TDP)中的两个阻挡层120和140中的结构金属130 的横截面视图的主要略图。在为硅、玻璃或陶瓷的基底100上，沉积在300'C 和50(TC之间的温度分解的第一一次性TDP层。构造TDP层llO，并且以 使得在TDP层110中形成基本具有垂直于通道的延伸方向的矩形横截面区 域的通道的方式，将其部分地去除直至基底100。 TaN的第一阻挡层120沉 积于TDP层110的剩余部分的顶部上，并覆盖TDP层110中的通道的侧边 和底部。在以下步骤中，将铜沉积于TaN层120的顶部，构建第二一次性 层130， TaN层120填充TDP层110的剩余部分之间的空间。在平面化铜 和TaN层120的部分后，TDP层110的剩余部分和铜130的剩余部分是自 由可到达的。使用无电镀自对准阻挡层(例如CoWP、 CoWB或NiMoP) 给铜130的剩余部分选择性地盖帽，构建第二阻挡层140。此工艺步骤后进 行AMAT的黑金刚石-1的CVD沉积，构建可渗透介电层150。
图2b示出了通过分解作为蒸气111渗透通过可渗透介电层150的TDP 层110的剩余部分来形成第一微管。在图2c中，示出了封闭层160的沉积， 其是可渗透介电层150顶部上的另一CVD层(例如TEOS)。图2d示出了 CVD层160和可渗透介电层150的图案化。能够使用波形花纹的图案化方 案(逐层刻蚀)和单孔图案化。另外，去除铜130的剩余部分顶部上的第 二阻挡层140，现在通过孔170可在两个点到达铜130。图2e中，封闭层 即孔170的侧边和通过孔170可到达的铜覆盖有构建第三阻挡层180的PVDTaN 180。通过重溅射(使用Ar预清洗)从封闭层160和铜130去除PVD TaN180，在孔170中留下竖直阻挡层180覆盖和保护可渗透层150。在图 2f中描绘的最终步骤中，通过硫酸去除铜130的剩余部分。通过开口 21和 22 (开口 11和12在此横截面视图中是不可见的)将第二微管2构建为可 到达的。
图3a-3g示出了制造根据本发明的器件的第二工艺流程。图3a示出了 嵌于热可降解聚合物(TDP)和可渗透介电层中的两个阻挡层120和140 中的结构金属130的横截面视图的主要略图。在为硅、玻璃或陶瓷的基底 100上，沉积在30(TC和50(TC之间的温度分解的第一一次性TDP层。此工 艺步骤后进行AMAT的黑金刚石-1的CVD沉积，构建可渗透介电层150。 构造TDP层110和可渗透介电层150，并且以使得在TDP层110中形成基 本具有垂直于通道的延伸方向的矩形横截面区域的通道的方式，将其部分 地去除直至基底100。 TaN的第一阻挡层120沉积于TDP层110的剩余部 分和可渗透介电层150的顶部上，并覆盖可渗透介电层150和TDP层110 中的通道的侧边及底部。在以下步骤中，将铜沉积于TaN层120的顶部， 构建第二一次性层130， TaN层120填充构造的可渗透介电层150和TDP 层110的剩余部分中的通道。在平面化铜130和TaN层120的部分后，构 造的可渗透介电层150和铜130的剩余部分是从顶侧自由可到达的。图3b 示出了通过分解作为蒸气111渗透通过可渗透介电层150的TDP层110的 剩余部分来形成第一微管。在图3c中，示出了在可渗透介电层150顶部上 沉积第二阻挡层140 (TaN)，接着通过图3d中所示的CVD沉积封闭层160 (例如TEOS)。图3e示出了CVD层160和第二阻挡层140的图案化。能 够使用波形花纹的图案化方案(逐层刻蚀)和单孔图案化。现在通过孔170 可在两个点到达铜130的剩余部分。图3f中，作为孔170的侧边的封闭层 和通过孔170可到达的铜覆盖有构建第三阻挡层180的PVD TaN 180。通 过重溅射(使用Ar预清洗)从封闭层160和铜130去除PVDTaN180，在 孔170中留下竖直阻挡层180覆盖和保护可渗透层150。在图3g中描绘的 最终步骤中，通过硫酸去除铜130的剩余部分。通过开口 21和22 (开口 11和12在此横截面视图中是不可见的)将第二微管2构建为可到达的。
将针对特定实施例并参照某些附图描述本发明，但是本发明不限于此，而是仅由权利要求限定。权利要求中的任何参考符号不应视为限定其范围。 描述的附图仅是示意性的而不是限定性的。附图中，为示例目的， 一些元 件的尺寸可以被放大而不按照比例绘制。其中，术语"包括"用于本说明 书和权利要求中，其不排除其它元件或步骤。在引用例如"一个"、"该" 的单数名词使用不定冠词或定冠词的地方，这包括多个该名词，除非定外
特别说明。
此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于在类似的 元件之间进行区别，而不必用于描述顺次的或年代的顺序。应当理解，如 此使用的术语在合适的环境下是可以互换的，并且于此描述的本发明的实 施例能够以不同于于此描述和示例的时序操作。
此外，说明书和权利要求中的术语顶部、底部、第一、第二等用于描 述目的而不必用于描述相对位置。应当理解，如此使用的术语在合适的环 境下是可以互换的，并且于此描述的本发明的实施例能够以不同于于此描 述和示例的方位操作。
权利要求
1、用于制造微器件的方法，包括步骤-设置基底(100)；-设置和构造第一一次性层(110)；-设置至少一个阻挡层(120、140)；-设置第二一次性层(130)；-通过去除所述第一一次性层(110)，构建第一微管(1)；以及-通过选择性地去除所述第二一次性层(130)，构建第二微管(2)。
2、 根据权利要求1所述的用于制造微器件的方法，包括附加步骤 -设置可渗透层(150);-透过所述可渗透层(150)去除所述第一一次性层(110);以及 -设置并图案化封闭层(160);-选择性地去除嵌于所述至少一个阻挡层(120、 140)中的所述第二一 次性层(130)。
3、 根据权利要求2所述的用于制造微器件的方法，包括步骤 -在基底(100)上沉积第一一次性层(110); -构造所述第一一次性层(110);-在所构造的第一一次性层(110)的顶部上沉积第一阻挡层(120); -在所述第一阻挡层的顶部上沉积第二一次性层(130);-去除所述第二一次性层(130)和所述第一阻挡层(120)直至所构造的第一一次性层(110);-给所述第二一次性层(130)的剩余部分电镀第二阻挡层(140); -在所述第二阻挡层(140)和所构造的第一一次性层(110)的顶部上沉积可渗透介电层(150);-透过所述可渗透介电层(150)去除所述第一一次性层(110); -在所述可渗透介电层(150)的顶部上沉积封闭层(160); -贯穿所述封闭层(160)、所述可渗透介电层(150)以及所述第二阻挡层(140)打开所述第二一次性层(130)，构建至所述第二一次性层(130) 的至少两个孔(170);-沉积第三阻挡层(180);-去除所述第二一次性层(130)顶部上的所述第三阻挡层(180)，构建 至少两个开口 (21、 22);以及-选择性地去除所述第二一次性层(130)。
4、 根据权利要求2所述的用于制造微器件的方法，包括步骤-在基底(100)上沉积第一一次性层(110);-在所述第一一次性层(110)的顶部上沉积可渗透介电层(150); -构造所述第一一次性层(110)和所述可渗透介电层(150);-在由所述第一一次性层(110)和所述可渗透介电层(150)构建的构造的叠层的顶部上沉积第一阻挡层(120);-在所述第一阻挡层的顶部上沉积第二一次性层(130);-去除所述第二一次性层(130)和所述第一阻挡层(120)直至所构造的可渗透介电层(150);-透过所述可渗透介电层(150)去除所述第一一次性层(110);-在所述可渗透介电层(150)和所述第二一次性层(130)的剩余结构的顶部上沉积第二阻挡层(140);-在所述第二阻挡层(140)的顶部上沉积封闭层(160); -贯穿所述封闭层(160)和所述第二阻挡层(140)打开所述第二一次 性层(130)，构建至所述第二一次性层(130)的至少两个孔(170);-沉积第三阻挡层(180);-去除所述第二一次性层(130)顶部上的所述第三阻挡层(180)，构建 至少两个幵口 (21、 22);以及-选择性地去除所述第二一次性层(130)。
5、 包括至少一个基底(100)的微器件，所述基底(100)直接或间接 地连接至至少两个微管(1、 2)，且阻挡层(120、 140)将所述微管(1、 2) 彼此分开。
6、 根据权利要求5所述的微器件，其中，每个微管(1、 2)具有至少 两个开口 (11、 12、 21、 22)。
7、 根据权利要求5或6所述的微器件，其中，微管(1、 2)由至少一 个一种或多种材料的封闭层(160)覆盖，并且经由所述封闭层(160)可 到达每个所述微管(1、 2)的所述至少两个开口 (11、 12、 21、 22)。
8、 根据前述权利要求中的任一项所述的微器件，包括至少一个第一隔 离层和至少一个第二隔离层，每个隔离层具有低的热传导率，并且所述微 管(1、 2)夹于所述第一和第二隔离层之间。
全文摘要
本发明涉及具有微管的微器件，其能够用作用于液体的超快冷却或加热的热交换器。使用波形花纹金属层面与热可降解聚合物(TDP)的组合使得能够制造仅由单层金属阻挡层材料分开的微管紧凑系统。由于两个分开的微管之间的小的距离(即阻挡层的厚度)，能够实现在微管中循环的两流体之间的高效热传递。
文档编号H01L23/473GK101421843SQ200780013033
公开日2009年4月29日 申请日期2007年4月3日 优先权日2006年4月13日
发明者R·胡夫曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司