提高犧牲層蝕刻速率的方法及由該方法形成的器件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明一般涉及生產(chǎn)MEMS或NEMS器件的方法及器件本身。具有比懸臂結(jié)構(gòu)體低的復(fù)合系數(shù)的材料的薄層可沉積于懸臂結(jié)構(gòu)體、RF電極和拉拔電極上。該薄層允許引入至空腔的蝕刻氣體降低空腔內(nèi)的總蝕刻劑復(fù)合速率，因此增加空腔內(nèi)犧牲材料的蝕刻速率。蝕刻劑本身可經(jīng)由與懸臂結(jié)構(gòu)體的錨定部分線(xiàn)性對(duì)準(zhǔn)的包封層中的開(kāi)口引入，使得犧牲材料的最頂層首先得以蝕刻。此后，密封材料可密封空腔并在空腔中一直延伸至錨定部分以為錨定部分提供額外的強(qiáng)度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】提高犧牲層蝕刻速率的方法及由該方法形成的器件
[0001]發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明的實(shí)施方案一般涉及一種釋放蝕刻容納在空腔內(nèi)的微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electromechanical system, MEMS)或納機(jī)電系統(tǒng)(nano-electromechanicalsystem, NEMS)的方法。
[0003]相關(guān)技術(shù)的描述
[0004]任何MEMS或NEMS制造過(guò)程的關(guān)鍵部分是結(jié)構(gòu)體從周?chē)臓奚牧厢尫?，從而使得空腔?nèi)的結(jié)構(gòu)體能夠移動(dòng)。移除犧牲材料的步驟也稱(chēng)為犧牲蝕刻或釋放蝕刻。從技術(shù)及經(jīng)濟(jì)觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，犧牲蝕刻或釋放蝕刻是關(guān)鍵的。
[0005]在技術(shù)方面，器件在犧牲蝕刻或釋放蝕刻期間可能容易損壞。在經(jīng)濟(jì)方面，釋放蝕刻步驟通常為制造過(guò)程中用時(shí)最長(zhǎng)的步驟，其中釋放蝕刻時(shí)間為每晶圓持續(xù)多達(dá)幾小時(shí)。如果釋放設(shè)備的擁有成本高或者如果需要額外的資本支出，則長(zhǎng)的蝕刻時(shí)間導(dǎo)致低產(chǎn)量且極可能損害單位成本。
[0006]因此，此項(xiàng)技術(shù)需要一種釋放蝕刻容納在空腔內(nèi)的MEMS或NEMS的方法及使用此方法制造的穩(wěn)定的器件。
[0007]發(fā)明概述
[0008]本發(fā)明一般涉及生產(chǎn)金屬M(fèi)EMS或NEMS器件的方法及該器件本身。具有比懸臂結(jié)構(gòu)體低的復(fù)合系數(shù)的材料的薄層可沉積于懸臂結(jié)構(gòu)體、RF電極和拉拔電極(pull-offelectrode)上。該薄層降低空腔內(nèi)蝕刻劑氣體的總蝕刻劑復(fù)合速率，由此提高空腔內(nèi)犧牲材料的蝕刻速率。蝕刻劑本身可經(jīng)由與懸臂結(jié)構(gòu)體的錨定部分線(xiàn)性對(duì)準(zhǔn)的包封層中的開(kāi)口引入，使得犧牲材料的最頂層首先完成蝕刻過(guò)程。此后，密封材料可密封空腔并在空腔中一直延伸至錨定部分，以為錨定部分提供額外的強(qiáng)度。
[0009]在一個(gè)實(shí)施方案中，器件包括襯底，所述襯底具有貫穿所述襯底延伸的一個(gè)或更多個(gè)通孔，所述通孔填充有導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料電連接至所述襯底下方的一個(gè)或更多個(gè)層。所述器件還包括壁和頂，所述壁耦連至所述襯底并且在垂直于所述襯底的頂部表面的方向上延伸，所述頂耦連至所述壁，使得所述壁、所述頂和所述襯底共同封閉空腔。所述器件還包括懸臂結(jié)構(gòu)體，所述懸臂結(jié)構(gòu)體封閉于所述空腔內(nèi)，可在所述空腔內(nèi)移動(dòng)，并耦連至所述導(dǎo)電材料。所述懸臂結(jié)構(gòu)體包括多層結(jié)構(gòu)體，所述多層結(jié)構(gòu)體包括具有第一復(fù)合系數(shù)的材料的第一層和面對(duì)所述頂?shù)牡诙印Ｋ龅诙影哂斜人龅谝粡?fù)合系數(shù)低的第二復(fù)合系數(shù)的材料。
[0010]在另一實(shí)施方案中，方法包括以下步驟:在襯底上沉積第一絕緣層；蝕刻所述第一絕緣層，以暴露所述襯底的至少一部分和形成通孔；在所述第一絕緣層上沉積第一犧牲層；和蝕刻所述第一犧牲層，以至少部分地限定待形成空腔的外部邊界和通過(guò)所述通孔暴露所述襯底。所述方法還包括在所述襯底上和在所述第一犧牲層上沉積結(jié)構(gòu)層。所述結(jié)構(gòu)層包含具有第一復(fù)合系數(shù)的材料。所述方法還包括:蝕刻所述結(jié)構(gòu)層，以至少部分地限定懸臂器件的形狀和暴露所述第一犧牲層的至少一部分；和在所述結(jié)構(gòu)層上沉積第二絕緣層。所述第二絕緣層包含具有比所述第一復(fù)合系數(shù)低的第二復(fù)合系數(shù)的材料。所述方法還包括:蝕刻所述第二絕緣層和所述結(jié)構(gòu)層，以至少部分地限定懸臂器件的形狀和暴露所述第一犧牲層的至少一部分；在所述第一犧牲層上和在所述第二絕緣層上沉積第二犧牲層；蝕刻所述第二犧牲層，使得所述第一犧牲層和所述第二犧牲層共同限定所述待形成空腔的形狀；和在所述第二犧牲層上沉積第三絕緣層。所述方法還包括:在所述第三絕緣層上沉積電極層；在所述電極層上沉積包封層；在所述包封層中蝕刻開(kāi)口 ；通過(guò)所述開(kāi)口引入蝕刻劑；和蝕刻所述第一犧牲層和所述第二犧牲層，以移除所述第一犧牲層和所述第二犧牲層，從而形成所述空腔并使所述懸臂器件在所述空腔內(nèi)能夠自由移動(dòng)。
[0011]在另一實(shí)施方案中，方法包括:在襯底上沉積第一犧牲層；從所述第一犧牲層移除材料，以形成通孔和暴露所述襯底的至少一部分；在所述第一犧牲層上和所述通孔內(nèi)形成懸臂結(jié)構(gòu)體；在所述懸臂結(jié)構(gòu)體上沉積第二犧牲層；和在所述第二犧牲層、所述第一犧牲層和所述襯底上沉積包封層，以形成空腔邊界的至少一部分。所述方法還包括:移除所述包封層的至少一部分，以暴露所述第二犧牲層和形成與所述通孔軸向?qū)?zhǔn)的開(kāi)口 ；通過(guò)所述開(kāi)口將蝕刻氣體引入至所述第二犧牲層；和蝕刻所述第二犧牲層和所述第一犧牲層，以形成空腔和使懸臂結(jié)構(gòu)體在所述空腔內(nèi)是自由的。
[0012]附圖簡(jiǎn)述
[0013]因此，為了可以詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征，可以參照實(shí)施方案對(duì)上文簡(jiǎn)要概述的本發(fā)明進(jìn)行更具體的描述，其中的一些實(shí)施方案在附圖中示出。然而，應(yīng)注意，附圖僅僅說(shuō)明本發(fā)明的典型實(shí)施方案，因此不應(yīng)視為限制其范圍，這是因?yàn)楸景l(fā)明可以承認(rèn)其他同樣有效的實(shí)施方案。
[0014]圖1A-1I為在幾個(gè)加工階段下MEMS器件的橫截面示意圖。
[0015]為有助于理解，使用相同的附圖標(biāo)記，如果可能的話(huà)，來(lái)表示圖中共有的相同要素。預(yù)期在一個(gè)實(shí)施方案中所公開(kāi)的要素可有益地用于其他實(shí)施方案而無(wú)需具體敘述。
[0016]詳細(xì)描述
[0017]本發(fā)明一般涉及生產(chǎn)MEMS或NEMS器件的方法及所述器件本身。與懸臂結(jié)構(gòu)體相比復(fù)合系數(shù)較低的材料的薄層可沉積于懸臂結(jié)構(gòu)體、RF電極及拉拔電極上。該薄層降低空腔內(nèi)蝕刻劑氣體的總蝕刻劑復(fù)合速率，由此提高空腔內(nèi)犧牲材料的蝕刻速率。蝕刻劑本身可經(jīng)由與懸臂結(jié)構(gòu)體的錨定部分線(xiàn)性對(duì)準(zhǔn)的包封層中的開(kāi)口引入，使得犧牲材料的最頂層首先完成蝕刻過(guò)程。此后，密封材料可密封空腔且在空腔中一直延伸至錨定部分，以為錨定部分提供額外的強(qiáng)度。
[0018]關(guān)于封閉于空腔內(nèi)含有金屬部分的懸臂器件的一個(gè)總的問(wèn)題在于:空腔以及被封閉的器件具有由金屬形成的大比例(fractional)的區(qū)域。如果犧牲材料為有機(jī)材料并且所用的釋放化學(xué)試劑為基于氫和/或氧的，則蝕刻離子可能由于與金屬表面相互作用而復(fù)合，因此降低蝕刻速率。本申請(qǐng)的設(shè)計(jì)涉及在設(shè)計(jì)/器件約束中將全部未涂覆的金屬表面或金屬氮化物表面盡可能多地隔開(kāi)。
[0019]圖1A-1I為在幾個(gè)加工階段下MEMS器件的橫截面示意圖。器件包括襯底102。襯底102顯示為一般襯底，但應(yīng)理解，該襯底可為單層材料例如半導(dǎo)體晶圓或多層結(jié)構(gòu)體例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。對(duì)單層材料而言，可構(gòu)建器件、然后附加至諸如CMOS器件的器件。
[0020]幾個(gè)結(jié)構(gòu)體嵌入到襯底102內(nèi)。存在電連接件/接觸件104、106，提供自器件至襯底102下方的層的電連接。也存在拉入電極(pull-1n electrode) 108、110,用于將器件從與RF電極112間隔第一距離的位置拉至較靠近RF電極112的第二距離。電連接件104、106、拉入電極108、110及RF電極112全部可通過(guò)以下步驟形成:通過(guò)諸如蝕刻的工藝自襯底102移除材料，毯覆式沉積導(dǎo)電材料，及通過(guò)諸如蝕刻或化學(xué)機(jī)械拋光的工藝移除多余的導(dǎo)電材料?？墒褂玫倪m合導(dǎo)電材料包括銅、鋁、鈦、鎢、氮化鈦、氮化鈦鋁及其組合。導(dǎo)電材料形成于其內(nèi)的襯底材料可包括電絕緣材料，諸如氧化硅(例如一氧化硅)、氮化硅、氮氧化硅及其組合?；蛘?，電連接件104、106、拉入電極108、110及RF電極112全部可通過(guò)首先將導(dǎo)電材料毯覆式沉積于襯底102上而形成。然后，通過(guò)諸如蝕刻的工藝將多余的導(dǎo)電材料部分移除，以形成電連接件104、106、拉入電極108、110及RF電極112的最終形狀。然后，可通過(guò)毯覆式沉積工藝將電絕緣材料沉積于暴露的襯底102以及電連接件104、106、拉入電極108、110和RF電極112上。然后可通過(guò)諸如蝕刻或CMP的工藝來(lái)移除多余的電絕緣材料。
[0021]設(shè)計(jì)約束或材料相關(guān)的MEMS特性使得難以改變空腔或MEMS材料。然而，復(fù)合是表面現(xiàn)象，可以致力于降低一些遭遇表面的復(fù)合系數(shù)。這可通過(guò)用對(duì)于所涉及蝕刻劑來(lái)說(shuō)具有低復(fù)合系數(shù)的材料來(lái)涂覆一些關(guān)鍵表面而實(shí)現(xiàn)。考慮氫基團(tuán)或氧基團(tuán)作為蝕刻劑，有效的復(fù)合抑制劑通常為絕緣材料或具有飽和晶格鍵的材料。這些材料包括但不限于氮化硅、氧化硅、氮氧化硅以及一些絕緣金屬氧化物(氧化鋁、氧化鈦、氧化鉿)或絕緣金屬氮化物(氮化鋁)。
[0022]導(dǎo)電材料可具有與電絕緣材料不同的復(fù)合系數(shù)。因而，在自空腔中移除犧牲材料的蝕刻過(guò)程中，當(dāng)暴露于導(dǎo)電材料時(shí)，蝕刻基團(tuán)可復(fù)合。因?yàn)榛鶊F(tuán)復(fù)合，所以蝕刻速率降低且產(chǎn)量受損。因此，電絕緣層114沉積于襯底102以及電連接件104、106、拉入電極108、110和RF電極112上。電絕緣層114具有在約IOOnm與約225nm之間的厚度。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述厚度可在約175nm與約210nm之間。絕緣層114需要足夠薄，以允許拉入電極108、110以及RF電極112適當(dāng)工作。絕緣層114的厚度及為絕緣層114所選的材料由器件的電容要求決定?？刹捎玫倪m合電絕緣材料包括氮化硅、氧化硅或其組合。預(yù)期也可采用其他電絕緣材料，只要該電絕緣材料具有比在其上形成并移除的犧牲材料慢得多的蝕刻速率即可。
[0023]犧牲層116可沉積于電絕緣層114上。犧牲層116為不僅用來(lái)幫助限定懸臂器件的形狀而且用來(lái)限定器件在其中形成的空腔的形狀的層。可用于犧牲層116的適合材料包括含硅化合物，諸如非晶硅、二氧化硅、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、旋涂式玻璃或含有具有碳主鏈的長(zhǎng)鏈分子的旋涂式電介質(zhì)及其組合。重要的是:為電絕緣層114所選的材料與為犧牲層116選定的材料具有不同的蝕刻速率，使得在無(wú)需自電絕緣層114移除太多材料的情況下，移除犧牲層116。犧牲層116可通過(guò)包括原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、旋涂在內(nèi)的方法及其他熟知的沉積方法來(lái)沉積。沉積后，犧牲層116然后可暴露于高溫下以退火或固化犧牲層116。
[0024]然后穿過(guò)犧牲層116及電絕緣層114形成通孔118，以暴露電連接件104、106的至少一部分?？赏ㄟ^(guò)將掩膜置放或形成于犧牲層116上且然后經(jīng)由掩膜開(kāi)口進(jìn)行蝕刻以移除材料來(lái)形成通孔118。應(yīng)理解，如果需要，可在犧牲層116沉積之前，通過(guò)使用如上所述的技術(shù)來(lái)蝕刻絕緣層114。所得結(jié)構(gòu)體示于圖1A中。
[0025]在通孔118形成之后，沉積用于懸臂器件的第一結(jié)構(gòu)層120的材料。將材料沉積于通孔118內(nèi)至暴露的電接觸件104、106上，以提供電連接至器件。材料在沉積后經(jīng)成型以形成第一結(jié)構(gòu)層的所需最終結(jié)構(gòu)體。材料通過(guò)在其上的掩膜沉積或形成且然后蝕刻暴露的材料而成型。然后移除掩膜，留下如圖1B所示的第一結(jié)構(gòu)層120?？捎糜诘谝唤Y(jié)構(gòu)層的適合材料包括氮化鈦、鈦鋁、鎢、銅、氮化鈦鋁鋁及其組合以及諸如氮化鈦-鋁-氮化鈦的多層結(jié)構(gòu)體。用于第一結(jié)構(gòu)層120的材料可通過(guò)諸如PVD的適合沉積工藝來(lái)沉積。
[0026]因?yàn)樾纬捎诘谝唤Y(jié)構(gòu)層120上的犧牲材料會(huì)被移除，所以第一結(jié)構(gòu)層120可能會(huì)在移除過(guò)程中暴露于蝕刻劑。用于第一結(jié)構(gòu)層120的材料可能使蝕刻基團(tuán)復(fù)合，由此降低蝕刻速率并且降低產(chǎn)量。與上述絕緣層114相似，第二絕緣層122可沉積于第一結(jié)構(gòu)層120上，使得第二絕緣層122與第一結(jié)構(gòu)層120相比具有較低復(fù)合系數(shù)。適用于絕緣層114的沉積方法及材料也適用于第二絕緣層122，但是材料及材料厚度不必相同。然后蝕刻第二絕緣層122，以移除未覆蓋第一結(jié)構(gòu)層120的材料并且暴露第一犧牲層116的部分。如果需要，此時(shí)可蝕刻出穿過(guò)第二絕緣層122的通孔，或可在第二犧牲層124形成之后蝕刻通孔。
[0027]然后可在第二絕緣層122及暴露的第一犧牲層116兩者上形成第二犧牲層124。第二犧牲層124可包含如上文關(guān)于第一犧牲層116所述的材料且可通過(guò)相似方法形成。然而，應(yīng)理解，用于層116、124的方法及材料不必相同。第二犧牲層124經(jīng)蝕刻以限定空腔的邊界的至少一部分和至少部分限定待形成的下一結(jié)構(gòu)層的形狀?？晌g刻出穿過(guò)第二犧牲層124 (以及第二絕緣層，如果還未形成的話(huà))的通孔126，以暴露第一結(jié)構(gòu)層120，如圖1C所示。通孔126最終會(huì)填充有將支撐下一結(jié)構(gòu)層并且提供結(jié)構(gòu)層之間的電連接的材料。
[0028]在通孔126內(nèi)及第二犧牲層124上沉積形成第二結(jié)構(gòu)層128的材料。材料經(jīng)成型以形成第二結(jié)構(gòu)層128的所需最終結(jié)構(gòu)體，如圖1D所示。通孔126內(nèi)的材料形成支柱，以間隔第二結(jié)構(gòu)層128與第一結(jié)構(gòu)層120并且產(chǎn)生蜂窩狀結(jié)構(gòu)?？墒褂玫倪m合沉積方法及材料包括上文關(guān)于第一結(jié)構(gòu)層120論述的那些沉積方法及材料。應(yīng)理解，用于第一結(jié)構(gòu)層120及第二結(jié)構(gòu)層128的材料及沉積方法不必相同。因?yàn)樾纬捎诘诙Y(jié)構(gòu)層128上的犧牲材料會(huì)被移除，所以第二結(jié)構(gòu)層128可能會(huì)在移除過(guò)程中暴露于蝕刻劑。用于第二結(jié)構(gòu)層128的材料可能使蝕刻基團(tuán)復(fù)合，由此降低蝕刻速率并且降低產(chǎn)量。與上述絕緣層114相似，第三絕緣層129可沉積于第二結(jié)構(gòu)層128上，使得第三絕緣層129與第二結(jié)構(gòu)層128相比具有較低復(fù)合系數(shù)。
[0029]與第一及第二絕緣層114、122相似，第三絕緣層129與第二結(jié)構(gòu)層128相比具有較低復(fù)合系數(shù)?？墒褂玫倪m合材料及沉積方法包括上文關(guān)于第一及第二絕緣層114、122論述的方法及材料。應(yīng)理解，用于這些絕緣層的方法及材料不必相同。第三絕緣層129及第二結(jié)構(gòu)層128經(jīng)蝕刻以形成如圖1E所示的最終懸臂形狀并且暴露第二犧牲層124。
[0030]然后在暴露的第二犧牲層124及第三絕緣層129上形成第三犧牲層130?？墒褂蒙衔年P(guān)于第一及第二犧牲層116、124所描述的適合沉積方法及材料，但是方法及材料不必相同。第一犧牲層116、第二犧牲層124及第三犧牲層130的最終形狀共同限定待形成的空腔的形狀。
[0031]然后在第三犧牲層130上沉積第四絕緣層132。第四絕緣層132用于防止拉拔電極暴露于用于移除犧牲材料的蝕刻離子。因此，第四絕緣層132可通過(guò)上文關(guān)于第一、第二及第三絕緣層114、122、129所描述的工藝及材料來(lái)制造。然而，應(yīng)理解，用于這些絕緣層的方法及材料不必相同。
[0032]然后在第四絕緣層132上沉積導(dǎo)電材料以形成拉拔電極134。雖未示出，但拉拔電極134可電連接至襯底102下方或拉拔電極134上方的層。然后可蝕刻出穿過(guò)拉拔電極134以及第四絕緣層132的通孔136。通孔136經(jīng)形成以使通孔136與電接觸件104線(xiàn)性對(duì)準(zhǔn)，如圖1E所示。如將在下文中討論的，使通孔136與電接觸件104、106線(xiàn)性對(duì)準(zhǔn)有助于增加器件的結(jié)構(gòu)整體性。
[0033]然后可經(jīng)由通孔136引入蝕刻氣體。為獲得給定釋放孔的最高可能蝕刻速率，可優(yōu)化釋放化學(xué)條件?？吹剑瑢⒀跆砑又廖g刻氣體對(duì)釋放蝕刻速率具有重要影響。已發(fā)現(xiàn)，利用較高壓力及蝕刻氣體中高達(dá)10%的雙原子氧可改善諸如聚亞芳基醚(PAE)基犧牲材料的碳基犧牲材料的蝕刻速率。這可由多個(gè)理由解釋?zhuān)缭诮o定分壓下較快的蝕刻速率(受限步驟的較低活化能量)、經(jīng)由氫等離子體的正催化作用蝕刻劑產(chǎn)率增加，或限制金屬表面上氫和/或氧的復(fù)合速率的金屬表面的部分鈍化。
[0034]在蝕刻過(guò)程中，蝕刻劑由分子氫或分子氧組成。通過(guò)等離子體反應(yīng)器在低壓至中壓下產(chǎn)生這些物質(zhì)。在所涉及壓力(即，約I毫托至約50毫托)下，當(dāng)與空腔的任何關(guān)鍵尺寸相比時(shí)，平均自由路徑是大的。這意味著氣相中的原子-原子碰撞(H+H->H2)為稀有事件，不會(huì)引起原子物質(zhì)的損耗。另一方面，原子-表面碰撞為極其頻繁的，碰撞的結(jié)果由表面的性質(zhì)決定?？紤]例如蝕刻劑E(E為氫(H)或氧(O))及表面S。原子-表面碰撞會(huì)導(dǎo)致蝕刻劑吸附在表面上:E+S->Eads。在犧牲層表面上，所吸附的蝕刻劑在有機(jī)材料上反應(yīng)并蝕刻它(CxNyHzO (s) +Hads 和 / 或 0ads->CH4 (g)、NO (g)、NO2 (g)、CO2 (g)、H2O (g)等)。
[0035]在金屬表面上，所吸附的蝕刻劑可能復(fù)合(Eads_>E2+2S)。發(fā)生于表面上的復(fù)合率可由復(fù)合系數(shù)加以表征。復(fù)合系數(shù)愈高，原子蝕刻劑的損失愈大。這最終導(dǎo)致可用蝕刻劑的通量減少，由此導(dǎo)致?tīng)奚g刻速率降低。氫和/或氧在其上復(fù)合的金屬包括但不限于銅、鉬、鈦、氮化鈦、鈦鋁合金(TixAly)、氮化鈦鋁合金(TixAlyN)、氮化鉭、鉻及鎢。
[0036]蝕刻空腔為最長(zhǎng)加工步驟之一且由在金屬表面處活性蝕刻離子的損失限制。金屬表面上的絕緣層解決了這個(gè)問(wèn)題。頂部的蝕刻孔允許首先移除頂部犧牲層，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)在底部犧牲層之前移除頂部犧牲層，器件在釋放期間不會(huì)粘到頂上。由于釋放為熱工藝，因此在釋放期間空腔的頂可能向上彎曲。如果MEMS器件首先釋放底部而頂部仍附著至頂，則空腔的移動(dòng)可能會(huì)破壞將MEMS器件保持至下方電接觸件的通孔。通過(guò)首先釋放頂部解決了這個(gè)問(wèn)題。蝕刻孔經(jīng)定位以使它們?cè)谙虏縈EMS通孔上方。然后，當(dāng)用材料填充時(shí)，填充增加保持在各端的MEMS器件的強(qiáng)度。
[0037]由于通孔136的位置，將首先移除第三犧牲層130以開(kāi)始形成如圖1F所示的空腔。首先移除第三犧牲層130允許第三絕緣層129與第四絕緣層132間隔開(kāi)來(lái)而不直接連接。在蝕刻期間，空腔138內(nèi)的溫度以及甚至壓力可能增加并且導(dǎo)致第四絕緣層132及拉拔電極134膨脹。如果最后移除第三犧牲層130，則器件可能在任何膨脹期間受到損壞。
[0038]此后，如圖1G所示移除第二犧牲層124，如圖1H所示移除第一犧牲層116以完全形成空腔138并且使器件是自由的。然后可沉積密封材料140以密封通孔136且甚至填充通孔136，以使密封材料沉積于暴露的第二絕緣層122上。因此，密封材料140不僅密封空腔138，而且為器件提供額外的結(jié)構(gòu)支撐。延伸穿過(guò)通孔136的密封材料140為空腔138的頂提供額外的支撐，并且當(dāng)器件響應(yīng)于施加至拉入電極108、110或拉拔電極134的電偏壓而在空腔內(nèi)移動(dòng)時(shí)，通過(guò)防止器件與電接觸件104分離，幫助維持器件的結(jié)構(gòu)整體性。當(dāng)將偏壓施加至拉入電極108、110或拉拔電極時(shí)，器件移動(dòng)更靠近或更遠(yuǎn)離RF電極112。大量應(yīng)力可能會(huì)在與電接觸件104、106的連接處被置于器件上。由于密封材料140連接至第二絕緣層122，所以通過(guò)將發(fā)生最大應(yīng)力的位置轉(zhuǎn)移至與電接觸件104、106間隔開(kāi)的位置來(lái)減少應(yīng)力。
[0039]應(yīng)理解，當(dāng)與懸臂結(jié)構(gòu)體相比具有較低復(fù)合系數(shù)的材料的薄層已以沉積于懸臂結(jié)構(gòu)體上的形式加以討論時(shí)，預(yù)期薄層可經(jīng)沉積以使得薄層也在懸臂結(jié)構(gòu)體之下或甚至包封懸臂結(jié)構(gòu)體。也預(yù)期在對(duì)應(yīng)于每一犧牲層的位置處添加釋放孔以增加蝕刻速率。利用頂部釋放孔及通過(guò)在暴露的金屬表面上沉積絕緣材料的優(yōu)勢(shì)包括在通過(guò)獨(dú)立式元件的蝕刻梯度上較快蝕刻轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低蝕刻和較高產(chǎn)量及較低制造成本。
[0040]雖然上述內(nèi)容涉及本發(fā)明的實(shí)施方案，但在不偏離本發(fā)明的基本范圍的情況下，可設(shè)計(jì)本發(fā)明的其他及另外實(shí)施方案，且本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求確定的。
【權(quán)利要求】
1.一種器件，包括: 襯底，所述襯底具有貫穿所述襯底延伸的一個(gè)或更多個(gè)通孔，所述通孔填充有導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料電連接至所述襯底下方的一個(gè)或更多個(gè)層； 壁，所述壁耦連至所述襯底并且在垂直于所述襯底的頂部表面的方向上延伸； 頂，所述頂耦連至所述壁，使得所述壁、所述頂和所述襯底共同封閉空腔； 懸臂結(jié)構(gòu)體，所述懸臂結(jié)構(gòu)體封閉于所述空腔內(nèi)，可在所述空腔內(nèi)移動(dòng)，并耦連至所述導(dǎo)電材料，所述懸臂結(jié)構(gòu)體包括多層結(jié)構(gòu)體，所述多層結(jié)構(gòu)體包括具有第一復(fù)合系數(shù)的材料的第一層和面對(duì)所述頂?shù)牡诙?，所述第二層包含具有比所述第一?fù)合系數(shù)低的第二復(fù)合系數(shù)的材料。
2.如權(quán)利要求1的器件，其中所述第一層選自:氮化鈦鋁、氮化鈦及其組合。
3.如權(quán)利要求2的器件，其中所述第二層選自:氮化硅、氧化硅及其組合。
4.如權(quán)利要求1的器件，還包括填充材料，所述填充材料在所述一個(gè)或更多個(gè)通孔直接上方的一個(gè)或更多個(gè)位置處耦連至所述懸臂結(jié)構(gòu)體，所述填充材料從所述懸臂結(jié)構(gòu)體延伸至所述頂。
5.如權(quán)利要求1的器件，還包括: 電極，所述電極耦連至所述頂；和 電絕緣層，所述電絕緣層耦連至所述電極，使得所述電極通過(guò)所述電絕緣層與所述空腔隔離開(kāi)。
6.如權(quán)利要求1的器件`，其中所述襯底具有設(shè)置在其中的一個(gè)或更多個(gè)電極，所述器件還包括設(shè)置在所述襯底上在所述懸臂結(jié)構(gòu)體與所述一個(gè)或更多個(gè)電極之間的電絕緣層。
7.如權(quán)利要求1的器件，其中所述懸臂結(jié)構(gòu)體包括耦連至所述導(dǎo)電材料的一個(gè)或更多個(gè)錨定部分、蜂巢狀部分、和耦連于所述一個(gè)或更多個(gè)錨定部分與所述蜂巢狀部分之間的彎曲部分。
8.如權(quán)利要求1的器件，其中所述懸臂結(jié)構(gòu)體包括: 第一結(jié)構(gòu)層； 第一電絕緣層，其設(shè)置在所述第一結(jié)構(gòu)層上； 從所述第一電絕緣層延伸的多個(gè)支柱； 設(shè)置在所述多個(gè)支柱上的所述具有第一復(fù)合系數(shù)的材料的第一層；和 所述第二層。
9.一種方法，包括: 在襯底上沉積第一絕緣層； 蝕刻所述第一絕緣層，以暴露所述襯底的至少一部分和形成通孔； 在所述第一絕緣層上沉積第一犧牲層； 蝕刻所述第一犧牲層，以至少部分地限定待形成空腔的外部邊界和通過(guò)所述通孔暴露所述襯底； 在所述襯底上和在所述第一犧牲層上沉積結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包含具有第一復(fù)合系數(shù)的材料； 在所述結(jié)構(gòu)層上沉積第二絕緣層，所述第二絕緣層包含具有比所述第一復(fù)合系數(shù)低的第二復(fù)合系數(shù)的材料；蝕刻所述第二絕緣層和第一結(jié)構(gòu)層，以至少部分地限定懸臂器件的形狀和所述空腔的外部邊界，和暴露所述第一犧牲層的至少一部分； 在所述第一犧牲層上和在所述第二絕緣層上沉積第二犧牲層； 蝕刻所述第二犧牲層，使得所述第一犧牲層和所述第二犧牲層共同限定所述待形成空腔的形狀； 在所述第二犧牲層上沉積第三絕緣層； 在所述第三絕緣層上沉積電極層； 在所述電極層上沉積包封層； 在所述包封層中蝕刻開(kāi)口； 通過(guò)所述開(kāi)口引入蝕刻劑；和 蝕刻所述第一犧牲層和所述第二犧牲層，以移除所述第一犧牲層和所述第二犧牲層，從而形成所述空腔并使所述懸臂器件在所述空腔內(nèi)能夠自由移動(dòng)。
10.如權(quán)利要求9的方法，所述方法還包括通過(guò)所述開(kāi)口在所述第二絕緣層上沉積填充材料，所述填充材料通過(guò)所述開(kāi)口從所述第二絕緣層延伸。
11.如權(quán)利要求9的方法，其中蝕刻所述第一犧牲層和所述第二犧牲層包括在完成所述第一犧牲層的蝕刻過(guò)程之前完成所述第二犧牲層的蝕刻過(guò)程。
12.如權(quán)利要求9的方法，其中在所述包封層中蝕刻開(kāi)口包括穿過(guò)所述包封層蝕刻所述開(kāi)口，使得所述開(kāi)口與所述通孔線(xiàn)性對(duì)準(zhǔn)。
13.如權(quán)利要求9的方法，其中沉積所述結(jié)構(gòu)層包括沉積選自氮化鈦鋁層和氮化鈦層的結(jié)構(gòu)層。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中沉積所述第二絕緣層包括沉積氮化硅或氧化硅。
15.如權(quán)利要求9的方法，其中沉積所述第一絕緣層、沉積所述第二絕緣層和沉積所述第三絕緣層各自包括沉積氮化硅或氧化硅。
16.如權(quán)利要求9的方法，其中所述結(jié)構(gòu)層為第一結(jié)構(gòu)層，所述方法還包括: 蝕刻出穿過(guò)所述第二犧牲層的通孔，以暴露所述第二絕緣層； 在所述通孔內(nèi)沉積結(jié)構(gòu)支柱； 在所述第二犧牲層和所述結(jié)構(gòu)支柱上沉積第二結(jié)構(gòu)層； 在所述第二結(jié)構(gòu)層上沉積第四絕緣層；和 蝕刻所述第四絕緣層和所述第二結(jié)構(gòu)層，以進(jìn)一步限定所述懸臂器件的形狀和所述空腔的外部邊界。
17.一種方法，包括: 在襯底上沉積第一犧牲層； 從所述第一犧牲層移除材料，以形成通孔和暴露所述襯底的至少一部分； 在所述第一犧牲層上和所述通孔內(nèi)形成懸臂結(jié)構(gòu)體； 在所述懸臂結(jié)構(gòu)體上沉積第二犧牲層； 在所述第二犧牲層、所述第一犧牲層和所述襯底上沉積包封層，以形成空腔邊界的至少一部分； 移除所述包封層的至少一部分，以暴露所述第二犧牲層和形成與所述通孔軸向?qū)?zhǔn)的開(kāi)口 ；通過(guò)所述開(kāi)口將蝕刻氣體引入至所述第二犧牲層；和 蝕刻所述第二犧牲層和所述第一犧牲層，以形成空腔和使懸臂結(jié)構(gòu)體在所述空腔內(nèi)是自由的。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中形成所述懸臂結(jié)構(gòu)體包括: 沉積第一層，所述第一層包含具有第一復(fù)合系數(shù)的第一材料；和 在所述第一層上沉積第二層，所述第二層包含具有比所述第一復(fù)合系數(shù)低的第二復(fù)合系數(shù)的材料。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中沉積所述第一層包括沉積選自氮化鈦和氮化鈦鋁的層。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中沉積所述第二層包括沉積氮化硅層或氧化硅層。
21.如權(quán)利要求17的方法，還包括通過(guò)所述開(kāi)口引入材料來(lái)將所述材料沉積在所述懸臂結(jié)構(gòu)體上。
22.如權(quán)利要求17的方法，還包括在蝕刻所述第二犧牲層和蝕刻所述第一犧牲層之后，在所述包封層上沉積密封層，其中所述密封層延伸穿過(guò)所述開(kāi)口并到達(dá)所述懸臂結(jié)構(gòu)體上。
23.如權(quán)利要求17的方法，其中形成所述懸臂結(jié)構(gòu)體包括: 在所述第一犧牲層上沉積第一結(jié)構(gòu)層； 在所述第一結(jié)構(gòu)層上沉積第一絕緣層； 蝕刻所述第一絕緣層和所述第一結(jié)構(gòu)層，以至少部分地限定懸臂器件的形狀和所述空腔的外部邊界，以及暴露所述第一犧牲層的至少一部分； 在所述第一絕緣層和所暴露的第一犧牲層上沉積第三犧牲層； 蝕刻出穿過(guò)所述第二犧牲層的通孔，以暴露所述第一絕緣層； 在所述通孔內(nèi)和在所述第一絕緣層上形成支柱； 在所述支柱和所述第三犧牲層上沉積第二結(jié)構(gòu)層； 在所述第二結(jié)構(gòu)層上沉積第二絕緣層； 蝕刻所述第二絕緣層和所述第二結(jié)構(gòu)層，以進(jìn)一步限定懸臂器件的形狀和所述空腔的外部邊界；和 在所述第二絕緣層上沉積所述第二犧牲層。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK103443020SQ201280005251
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月14日
【發(fā)明者】邁克·雷諾, 約瑟夫·達(dá)米安·戈登·拉西, 維克拉姆·喬希, 托馬斯·L·麥圭爾 申請(qǐng)人:卡文迪什動(dòng)力有限公司