專利名稱：涂覆保護層的mems裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及增加由硅形成的微型元件強度的方法，尤其涉及用韌性金屬涂覆微型元件以增加其強度。
多種微型電子機械系統(tǒng)(MEMS)裝置及其它微型元件由硅或其它脆性材料構(gòu)成。雖然極脆，但由于許多原因，硅已經(jīng)成為了工業(yè)標(biāo)準。首先，由于新型的蝕刻技術(shù)，有可能通過在硅上蝕刻而形成非常精密的微型元件。因此，在許多微型元件工廠中的大量設(shè)備和工藝被配置成使用硅進行工作。
此外，MEMS工業(yè)深受半導(dǎo)體工業(yè)的影響并緊跟其后。半導(dǎo)體工業(yè)一直使用硅來制造其元件，從而進一步完善了使用硅制造的技術(shù)。此外，如果MEMS裝置具有電子連接或集成到其它的電子元件中，則優(yōu)選由硅制成MEMS裝置。
雖然硅是相對較硬的材料，但它也很脆。在處理由硅制成的MEMS裝置時，MEMS裝置通常會接觸到諸如鑷子、機械手和放置工具等常規(guī)工具，以及針式接頭。只要這些工具中的一個接觸到硅MEMS裝置，就可能產(chǎn)生接觸位置處的應(yīng)力集中。由于應(yīng)力集中的增加，這些位置非常易于碎裂、破裂或甚至斷裂。
在處理期間硅元件碎裂時，裂下來的少量硅會玷污附近的電子元件。如果在處理期間元件破裂，則整個裝置斷裂的可能性增加。這是因為MEMS裝置通常由單個硅晶體形成。一旦該單晶體破裂，則該破裂很容易發(fā)展到較大的斷裂。破裂和斷裂也會導(dǎo)致玷污。此外，如果硅MEMS裝置破裂、碎裂或斷裂，則該裝置就沒有用了。
因此，在本技術(shù)領(lǐng)域中存在一種需要，即以可以增加其強度從而使由碎裂、破裂或斷裂產(chǎn)生的破損和玷污更少的方式來形成硅微型元件和MEMS裝置。
發(fā)明概述本發(fā)明是在接觸界面處涂覆韌性金屬的硅微型元件或MEMS裝置。具有保護涂層的硅微型元件或MEMS更強韌、更不易于破損且更不易于破裂。MEMS裝置的保護涂層可以包括部分保護涂層或整體保護涂層。整體保護涂層包括用金屬涂覆整個裝置，而部分保護涂層僅在所需位置用金屬涂覆MEMS裝置，這些位置諸如經(jīng)常由工具機械接觸的位置。
附圖概述

圖1是受益于本發(fā)明的MEMS裝置的一個實例的俯視圖。
圖2A-2B是涉及晶片或元件的整體保護涂層的工藝流程的簡化剖面圖。
圖3A-3F是涉及晶片或元件的部分保護涂層的工藝流程的簡化剖面圖。
具體實施例方式
圖1是適用于測試滑動器的硅MEMS裝置的俯視圖。圖1所示的是MEMS裝置10，它包括外部框架12、幾個內(nèi)部簧片14、兩個圓形針腳16和接頭(tab)18。MEMS裝置10起到在測試期間固定滑動器20的夾子的作用。滑動器20可以暫時夾在MEMS裝置10內(nèi)，從而使滑動器20可以在磁盤上飛行、測試、松開并隨后從MEMS裝置10上移除。
MEMS裝置10的針腳孔16在懸架或夾具(圖1中未示出)上對準并固定裝置10。接頭18提供一位置，在該位置處可以施加壓力到MEMS裝置10。當(dāng)施加壓力到接頭18上時，簧片14變形來打開夾子并允許滑動器20插入MEMS裝置10或從MEMS裝置10移除。
將滑動器20夾在用于測試的MEMS裝置10內(nèi)與將滑動器膠合到用于測試的夾具上相比是較佳的。當(dāng)滑動器被膠合到用于測試的夾具時，滑動器通常不再有用了。使用諸如MEMS裝置10的夾持裝置允許每個滑動器被測試，保持在從夾子移除后仍然可以使用。因此，重復(fù)打開和閉合MEMS裝置10以便允許每個滑動器的測試前后滑動器的插入和移出。
通常使用晶片平面工藝(wafer level processing)將硅制成諸如裝置10的MEMS裝置。只要單個裝置10從晶片上移除，就必須處理MEMS裝置10。對于MEMS裝置10通常由鑷子或類似的工具裝置在其外部邊界12處接觸，例如當(dāng)在懸架上安裝MEMS裝置10時。當(dāng)這樣處理時，對于硅在鑷子接觸MEMS裝置10的外部表面12的位置常產(chǎn)生破裂或碎裂。
此外，設(shè)計MEMS裝置10，從而使當(dāng)被安裝在懸架上時，懸架上的針腳延伸通過裝置10上的針腳孔16。每次MEMS裝置10打開和閉合，針腳孔16就承受一定的應(yīng)力。同樣，對于針腳孔16附近的破裂或斷裂也是很普遍的。類似地，在打開和閉合夾子10來允許滑動器插入MEMS裝置10時，壓力施加到接頭18上會使簧片14變形。從而，接頭18是MEMS裝置上接收重復(fù)接觸并可能破裂或碎裂的另一個位置。
只要MEMS裝置10破裂或碎裂，少量的硅就會玷污固定在MEMS裝置10內(nèi)的滑動器或玷污靠近裝置MEMS10的磁盤或其它電子元件。此外，MEMS裝置10內(nèi)的碎裂可以發(fā)展成更嚴重的結(jié)構(gòu)缺陷或甚至斷裂。為了克服破裂或斷裂的問題，本發(fā)明包括用韌性材料，諸如金屬，涂覆MEMS裝置10以便防止和減少破裂和斷裂。該保護涂層用來吸收重復(fù)接觸的應(yīng)力并防止應(yīng)力通過韌性材料傳遞到硅晶體從而使硅破碎、斷裂或破裂。
在MEMS裝置上提供保護涂層有兩種選擇整體保護涂層，和部分保護涂層。第一個選擇是用韌性金屬涂覆MEMS裝置的整個表面。第二個選擇包括僅部分涂覆裝置的所選區(qū)域。向MEMS裝置提供保護涂層可以在單個元件平面，或更佳的是在晶片平面。
圖2A-2B是示出向微型元件提供整體保護涂層的工藝流程的簡化的晶片剖面圖。圖2A示出的是晶片襯底30。在向晶片30提供保護涂層的第一步驟中，籽晶層32的保形涂層沉積在晶片襯底30上?？梢允褂萌魏魏线m的籽晶層材料，諸如鉭。在沉積籽晶層32中，籽晶層32很薄是較佳的。通常，籽晶層3是被濺射上去的并厚約幾千埃。籽晶層提供一表面，韌性金屬可以沉積在該表面上。
圖2B示出在晶片30上的籽晶層32上沉積軟金屬34的步驟?？梢允褂萌魏魏线m的金屬，諸如銅、鋁和鎳鈷合金。最好，合適的金屬是韌性的且良好地粘附到硅。不同于籽晶層32，要求保護涂層34很厚，可以厚到10微米或甚至20微米。但是，保護涂層34的厚度受到涂層34施加到MEMS裝置的零件上或微型元件本身上的應(yīng)力大小的限制。如果金屬層34沉積得太厚，尤其當(dāng)層34包括具有高伸或縮應(yīng)力的韌性材料時，層34將可能損壞或可能從晶片30上剝落。
可以使用任何合適的方法來將金屬保護涂層34沉積到晶片30上。例如，可以使用化學(xué)氣相沉積(CVD)來沉積金屬層34。此外，可以將金屬涂層34濺射到晶片30上，或使用電鍍工藝來沉積金屬涂層34。在用韌性材料34涂覆晶片30時，可以涂覆晶片30的一個表面、將晶片翻轉(zhuǎn)過來再涂覆晶片30的另一面。
所選擇的金屬類型以及將其沉積到晶片30上的方法可以取決于晶片30上部件的幾何因素。特別地，對于具有復(fù)雜或精細幾何部件的MEMS裝置，CVD可以提供更好的沉積方法。CVD工藝特別適于涂層34必須均勻地涂覆很小面積，深凹，以及其它具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的部件的情況。對于具有更加粗糙的部件的裝置，電鍍或濺射會更加合適。
所選的金屬類型還取決于裝置的所需磨損特性。例如，將接收大量且重復(fù)接觸的表面可以從包含更硬的金屬，諸如鎳，的保護涂層34中受益。相反地，使用更軟的金屬，諸如銅，將不是很合適，因為當(dāng)受到如此重復(fù)的接觸時，銅會涂污或留下殘渣。
圖3A-3F是示出用于向晶片提供部分保護涂層的工藝流程的簡化的剖面圖。在某些情況中，由于空間要求或其它電子機械要求，微型元件或MEMS裝置不需要完全的保護涂層。在這種情況中，可以只涂覆部分保護涂層。
圖3A示出晶片40和需要涂覆保護涂層的區(qū)域42。將部分保護涂層涂覆到晶片40的第一個步驟如圖3B所示。圖3B示出將光阻材料44涂覆到基片40上除了將保護涂層的區(qū)域40之外的所有晶片40的區(qū)域。接著，如圖3C所示，籽晶層46沉積在晶片40上。籽晶層覆蓋光阻材料44以及將保護涂層的區(qū)域40。
同樣，可以使用任何合適的籽晶層材料，諸如鉭。同樣，籽晶層46沉積得很薄是較佳的，它可以厚約幾千埃。
在下一個步驟中，如圖3D所示，諸如通過濕式化學(xué)帶或其它用于除去光阻材料的裝置除去光阻材料層44。一旦除去了光阻材料層44，籽晶層46僅留在晶片40上的所需區(qū)域(area of interest)42。
一旦籽晶層46僅沉積在晶片40上的所需區(qū)域42，則在晶片40上進行下一步操作。例如，晶片40可以進行另外的圖形化和蝕刻處理，以便形成微型元件的任何其它的所需部件。如圖3E所示，可以在晶片40上進行的圖形化和蝕刻處理的一個實例是使用深度反應(yīng)離子蝕刻形成束(beam)48。因為籽晶層46很薄，所以籽晶層46不會干擾任何這類余下的圖形化處理。
在圖3F示出的最終步驟中，將韌性材料50涂覆到晶片40上。因為籽晶層46僅保留在所需區(qū)域42，所以韌性材料50也僅沉積在所需區(qū)域42。結(jié)果，晶片40在所需區(qū)域具有部分保護涂層。
雖然揭示只考慮了夾持裝置，但本發(fā)明適用于任何微型元件或MEMS裝置上。此外，雖然揭示只考慮了晶片平面工藝，但該方法同樣適用于在單獨的元件或裝置上進行。
雖然已經(jīng)參考較佳的實施例描述了本發(fā)明，但本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練的技術(shù)人員可以理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行形式和細節(jié)上的修改。
權(quán)利要求
1.一種由硅制成的微電子機械元件，其特征在于，所述元件包括元件上的零件，它承受機械應(yīng)力；以及用于增加該零件強度的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于，用于增加所述零件強度的裝置包括用韌性材料涂覆所述零件。
3.如權(quán)利要求2所述的元件，其特征在于，所述韌性材料包括金屬。
4.如權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于，用于增加所述零件強度的裝置包括用韌性材料涂覆所述元件。
5.如權(quán)利要求4所述的元件，其特征在于，所述韌性材料包括金屬。
6.由硅制成的微型元件，其特征在于，所述微型元件包括所述微型元件上的零件，它承受機械應(yīng)力；以及韌性材料，它涂覆所述零件來增加所述微型元件的強度。
7.如權(quán)利要求6所述的微型元件，其特征在于，所述韌性材料包括金屬。
8.如權(quán)利要求7所述的微型元件，其特征在于，還包括籽晶層以便于所述金屬涂覆所述零件。
9.如權(quán)利要求7所述的微型元件，其特征在于，所述金屬的厚度約10微米。
10.如權(quán)利要求6所述的微型元件，其特征在于，涂覆零件的所述韌性材料防止硅在靠近承受機械應(yīng)力的零件處碎裂或斷裂。
11.如權(quán)利要求6所述的微型元件，其特征在于，還包括基本涂覆了所述微型元件的整個表面的韌性材料。
12.一種增加微型電子機械元件上某個區(qū)域的強度的方法，其特征在于，所述方法包括由硅制成所述微型電子機械元件；以及用韌性材料涂覆所述元件上承受機械應(yīng)力的所選區(qū)域。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述由硅制成所述元件的步驟包括用硅晶片形成多個元件。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述用韌性材料涂覆所述元件包括用金屬涂覆所述元件的預(yù)先選擇的區(qū)域。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，用金屬涂覆所述元件的預(yù)先選擇的區(qū)域包括將光阻材料涂覆到所述元件上以確定所述金屬將涂覆區(qū)域；在所述元件上沉積籽晶層；去除所述光阻材料以使所述籽晶層僅保留在將涂覆所述金屬的區(qū)域；以及將金屬涂層涂覆到所述籽晶層。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述將金屬涂層涂覆到所述籽晶層包括使用化學(xué)氣相淀積工藝。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述將金屬涂層涂覆到所述籽晶層包括使用電鍍工藝。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述將金屬涂層涂覆到所述籽晶層包括使用濺射工藝。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，涂覆所述金屬涂層包括將所述金屬涂層涂覆到約10微米的厚度。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，涂覆所述金屬涂層包括將所述金屬涂層涂覆到約20微米的厚度。
全文摘要
一種通過用韌性材料，諸如金屬，保護涂覆微型元件改善由硅形成的微型元件的強度的方法。保護涂層可以包括部分保護涂層或整體保護涂層。向所述微型元件提供保護涂層可減少破裂和斷裂，并同樣地可減少由破裂和斷裂所產(chǎn)生的玷污問題。
文檔編號H01L21/02GK1511253SQ02810304
公開日2004年7月7日 申請日期2002年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月27日
發(fā)明者Z·－E·鮑塔格豪, R·L·希普韋爾, W·A·博寧, Z -E 鮑塔格豪, 博寧, 希普韋爾 申請人:西加特技術(shù)有限責(zé)任公司