專利名稱：在微機(jī)電結(jié)構(gòu)應(yīng)用中形成間隙的犧牲層技術(shù)的制作方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及到微機(jī)電結(jié)構(gòu)(MEMS)。
背景技術(shù)：
通信系統(tǒng)一般要求分隔電磁頻譜。通信接收機(jī)裝置因而必須具有高的頻率選擇性，亦即能夠選擇給定的頻帶而同時(shí)濾去所有其它的頻帶。諸如濾波器、振蕩器、以及混頻器之類的頻率選擇器件因而是接收機(jī)中最重要的一些元件，且這些器件的質(zhì)量通常決定了給定接收機(jī)的總體結(jié)構(gòu)。
在許多通信系統(tǒng)(例如無線和蜂窩電話)中，芯片外無源元件被用作選頻器件的一部分。這種無源元件典型地以電路板等級(jí)被實(shí)現(xiàn)，因而阻礙了便攜式收發(fā)機(jī)的最終小型化。
微加工技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于選頻器件的小型化和集成，以便使這些器件達(dá)到芯片等級(jí)?；诙嗑Ч璧钠骷Y(jié)構(gòu)代表了一種具體的微加工技術(shù)。例如，通過一系列可與集成電路兼容的薄膜淀積和圖形化，已經(jīng)制作了用于帶通濾波器和參考振蕩器的高頻(HF)和甚高頻(VHF)振動(dòng)微機(jī)械諧振器。例如，當(dāng)制造振動(dòng)諧振器時(shí)，可以采用傳統(tǒng)的集成電路光刻和腐蝕工藝來形成小的間隙。這些工藝通常包括淀積和圖形化多晶硅結(jié)構(gòu)材料以及通過光刻方法確定各個(gè)器件結(jié)構(gòu)之間的間隙的圖形化。采用傳統(tǒng)光刻和腐蝕圖形化的潛在問題包括與光刻和腐蝕相關(guān)的極限引起的間隙寬度小型化。此外，某些設(shè)計(jì)指標(biāo)為了平衡而要求接近完全對(duì)稱的間隙。由于當(dāng)接近光刻極限時(shí)，臨界尺寸(CD)的變化大，故光刻和腐蝕工藝無法保證這種對(duì)稱性。而且，對(duì)于高形狀比間隙的腐蝕外形能夠產(chǎn)生不均勻的間隙(例如垂直的間隙)，這會(huì)引起不均勻的電荷分布。
所需要的是不受光刻和腐蝕極限限制的那些方法和結(jié)構(gòu)。
附圖的簡要說明從下列詳細(xì)描述、所附權(quán)利要求、以及附圖，本發(fā)明的特點(diǎn)、情況、以及優(yōu)點(diǎn)將變得更為明顯，在這些附圖中


圖1示出了諧振器結(jié)構(gòu)實(shí)施方案的俯視透視示意圖。
圖2示出了與制作微機(jī)電結(jié)構(gòu)的方法的第一例子有關(guān)的其上形成有第一結(jié)構(gòu)材料的部分襯底的示意剖面?zhèn)纫晥D。
圖3示出了在圖形化第一結(jié)構(gòu)材料之后的圖2結(jié)構(gòu)。
圖4示出了在結(jié)構(gòu)上共形引入犧牲層之后的圖3結(jié)構(gòu)。
圖5示出了在圖形化犧牲材料之后的圖4結(jié)構(gòu)。
圖6示出了在襯底上引入第二結(jié)構(gòu)材料之后的圖5結(jié)構(gòu)。
圖7示出了在平整結(jié)構(gòu)表面之后的圖6結(jié)構(gòu)。
圖8示出了在清除犧牲層之后的圖7結(jié)構(gòu)。
圖9示出了在根據(jù)第一例子第二實(shí)施方案引入寬間隙之后的圖7結(jié)構(gòu)。
圖10示出了在清除犧牲層之后的圖9結(jié)構(gòu)。
圖11示出了與制作微機(jī)電結(jié)構(gòu)的第二例子有關(guān)的其上引入了犧牲層的部分襯底的示意剖面?zhèn)纫晥D。
圖12示出了在圖形化犧牲材料之后的圖11結(jié)構(gòu)。
圖13示出了在襯底上引入第一結(jié)構(gòu)材料之后的圖12結(jié)構(gòu)。
圖14示出了在圖形化第一結(jié)構(gòu)材料之后的圖13結(jié)構(gòu)。
圖15示出了在襯底上引入第二犧牲材料之后的圖14結(jié)構(gòu)。
圖16示出了在圖形化第二犧牲材料之后的圖15結(jié)構(gòu)。
圖17示出了在襯底上引入第二結(jié)構(gòu)材料之后的圖16結(jié)構(gòu)。
圖18示出了在平整結(jié)構(gòu)表面之后的圖17結(jié)構(gòu)。
圖19示出了在清除第一和第二犧牲材料之后的圖18結(jié)構(gòu)。
圖20示出了在根據(jù)形成第二例子的結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施方案引入寬間隙之后的圖18結(jié)構(gòu)。
圖21示出了在清除第一和第二犧牲材料之后的圖20結(jié)構(gòu)。
圖22示出了根據(jù)制作微機(jī)電結(jié)構(gòu)的第三例子的其上制作有第一結(jié)構(gòu)材料的部分襯底的示意剖面?zhèn)纫晥D。
圖23示出了在圖形化第一結(jié)構(gòu)材料之后的圖22結(jié)構(gòu)。
圖24示出了在結(jié)構(gòu)上共形引入第一犧牲材料之后的圖23結(jié)構(gòu)。
圖25示出了在圖形化第一結(jié)構(gòu)材料之后的圖24結(jié)構(gòu)。
圖26示出了在結(jié)構(gòu)上共形引入第二犧牲材料之后的圖25結(jié)構(gòu)。
圖27示出了在圖形化第二犧牲材料之后的圖26結(jié)構(gòu)。
圖28示出了在結(jié)構(gòu)上引入第二結(jié)構(gòu)材料之后的圖27結(jié)構(gòu)。
圖29示出了在平整結(jié)構(gòu)表面之后的圖28結(jié)構(gòu)。
圖30示出了在清除第一和第二犧牲材料之后的圖29結(jié)構(gòu)。
圖31示出了在根據(jù)第三例子第二實(shí)施方案引入寬間隙之后的圖28結(jié)構(gòu)。
圖32示出了在清除第一和第二犧牲材料之后的圖31結(jié)構(gòu)。
詳細(xì)描述本發(fā)明描述了一種方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，此方法包括在襯底區(qū)域上制作多個(gè)三維第一結(jié)構(gòu)。在制作第一結(jié)構(gòu)之后，此方法還包括在襯底上共形引入犧牲材料。然后在犧牲材料上引入第二結(jié)構(gòu)材料，隨之以清除犧牲材料。犧牲材料的共形引入(例如淀積)和清除，可以被用來形成窄的間隙(例如約為引入的犧牲材料的厚度)。因此，此方法在這方面適合于制作微機(jī)電結(jié)構(gòu)(MEMS)。而且，可以利用犧牲材料的淀積和清除來制作間隙而無需光刻步驟。因此，可以減輕與光刻形成的間隙相關(guān)的問題(例如持續(xù)的小型化、間隙對(duì)稱性、CD變化、以及間隙均勻性)。
本發(fā)明還描述了一種裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，此裝置包括形成在襯底上的第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)。第二結(jié)構(gòu)由被清除了的薄膜的厚度確定的未填充的間隙與第一結(jié)構(gòu)分隔。在微機(jī)械或微機(jī)電結(jié)構(gòu)方面，此裝置描述了例如對(duì)選頻器進(jìn)一步小型化的努力。
圖1示意地示出了用于例如帶通微機(jī)械濾波器的諧振器。濾波器100是典型選頻器的一個(gè)例子，就基于芯片的機(jī)械結(jié)構(gòu)而言，希望其各個(gè)間隙非常小(窄)、均勻且一致。參照?qǐng)D1，濾波器100包括橫梁微機(jī)械諧振器110。諧振器110在支座125A和125B處被連接，其它地方不固定。諧振器110平行于其上制作該諧振器的襯底振動(dòng)。平行于襯底的這一振動(dòng)被橫向間隙電容性傳感器誘發(fā)。借助于在輸入電極140與諧振器110之間具有間隙145的情況下，將輸入電極140設(shè)置在諧振器110附近，來形成電容性傳感器。輸出電極150被設(shè)置在諧振器110附近，使輸出電極150與諧振器110之間具有間隙155。
濾波器100典型地以下列方式工作。輸入電信號(hào)被施加在輸入電極140，并在此情況下被機(jī)電傳感器轉(zhuǎn)換成輸入力(例如電場產(chǎn)生的輸入力)。此機(jī)電傳感器誘發(fā)不固定諧振器110沿z方向的機(jī)械振動(dòng)。此機(jī)械振動(dòng)包含機(jī)械信號(hào)。若諧振器110的振動(dòng)在通帶內(nèi)，則此機(jī)械信號(hào)被通過。若輸入諧振器110的振動(dòng)在濾波器的通帶之外，則此機(jī)械信號(hào)被濾去。在諧振器110處通過的機(jī)械信號(hào)，在輸出電極150處的輸出傳感器處被重新轉(zhuǎn)換成電能，以便由例如后續(xù)各個(gè)收發(fā)機(jī)進(jìn)行處理。
將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械信號(hào)(在輸入電極140處)以及將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(在輸出電極150處)的電容性傳感，分別由電極與諧振器110之間的間隙145和155部分地產(chǎn)生。諧振器110的運(yùn)動(dòng)正比于施加的輸入電壓。對(duì)于諸如諧振器110之類的芯片上諧振器，一個(gè)目的是減小輸入電壓。減小輸入電壓通常要求減小電極140與諧振器110之間的間隙145，因?yàn)閷?duì)于給定的電壓，引起諧振器110的機(jī)械運(yùn)動(dòng)(例如振動(dòng))所需的力F反比于間隙的尺寸F∝1/間隙尺寸。
形成MEMS型芯片上結(jié)構(gòu)的垂直(z方向)間隙的典型技術(shù)是通過光刻圖形化和腐蝕。這種技術(shù)一般被限制于形成約為0.1微米的間隙。即使在這一尺寸下，也可能存在高達(dá)25％的圖形化間隙誤差即變化，這會(huì)使器件的性能變壞。
圖2-8示出了在襯底上各個(gè)結(jié)構(gòu)之間形成垂直(z方向)和水平(y方向)間隙的例子的第一實(shí)施方案。參照?qǐng)D2，結(jié)構(gòu)200表示其上引入了結(jié)構(gòu)材料的部分襯底。例如，襯底210是諸如適合于作為MEMS應(yīng)用的基底結(jié)構(gòu)的硅襯底之類的半導(dǎo)體襯底?？梢岳斫獾氖牵T如玻璃(包括絕緣體上硅)和陶瓷襯底之類的其它襯底也是適合的。襯底210可以具有接觸點(diǎn)(焊盤、端子)設(shè)置在可能形成器件結(jié)構(gòu)(例如電極、互連等)的表面215上。因此，襯底210也可以具有設(shè)置在其整個(gè)本體內(nèi)的導(dǎo)電軌線，來連接襯底上的各個(gè)接觸點(diǎn)，或連接到其它的襯底。襯底210還可以具有一個(gè)或多個(gè)器件層，包括形成在其上的一個(gè)或多個(gè)互連層，在它們上面形成下面要描述的結(jié)構(gòu)。
疊置在襯底210上的是第一結(jié)構(gòu)材料220。在本實(shí)施方案中，第一結(jié)構(gòu)材料220是例如用化學(xué)氣相淀積(CVD)方法淀積的多晶硅。在本實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)材料220的適當(dāng)厚度是對(duì)應(yīng)于所需MEMS的垂直(z方向)尺寸的厚度。根據(jù)目前技術(shù)的第一結(jié)構(gòu)材料的適當(dāng)厚度的一個(gè)例子是約為0.5-2微米。
圖3示出了在將第一結(jié)構(gòu)材料圖形化成多個(gè)分立的結(jié)構(gòu)材料部分220A、220B、220C之后的圖2結(jié)構(gòu)。例如，可以通過光刻技術(shù)(例如掩蔽、腐蝕等)來完成這一圖形化。
圖4示出了在襯底表面上，包括在圖形化的第一結(jié)構(gòu)材料部分220A、220B、220C上共形引入犧牲材料230之后的圖3結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方案中，犧牲材料230是諸如二氧化硅等氧化物。在犧牲層是二氧化硅，且襯底210和結(jié)構(gòu)材料220是硅的情況下，可以用淀積(CVD)或熱生長的方法來進(jìn)行引入。無論在哪種情況下，在本例子中，犧牲材料的引入表示引入垂直(z方向)和水平(y方向)間隙尺寸所需的厚度。適當(dāng)?shù)暮穸瓤梢约s為50-2000。
圖5示出了將犧牲材料230圖形化成犧牲材料部分230A、230B、230C之后的圖4結(jié)構(gòu)。在本例子中，各個(gè)犧牲材料部分具有垂直(z方向)和水平(y方向)組成部分，它們對(duì)應(yīng)于第一結(jié)構(gòu)材料部分220A、220B、220C的垂直和水平特征。如上所述，犧牲材料230將被用來形成例如在制造一個(gè)或多個(gè)MEMS的過程中所需的垂直和水平間隙。因此，犧牲材料230的圖形化部分是根據(jù)襯底上需要安置這種間隙的位置為為基礎(chǔ)的。
圖6示出了在引入第二結(jié)構(gòu)材料240之后的圖5結(jié)構(gòu)。在一個(gè)例子中，第二結(jié)構(gòu)材料240相似于第一結(jié)構(gòu)材料220(例如多晶硅)。第二結(jié)構(gòu)材料被引入(例如淀積(CVD))到厚度足以覆蓋包括犧牲材料部分230A和犧牲材料部分230B的各個(gè)水平設(shè)置組成部分的結(jié)構(gòu)。
圖7示出了在平整此結(jié)構(gòu)之后的圖6結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方案中，此平整清除了足夠的材料，例如第二結(jié)構(gòu)材料240、水平設(shè)置的犧牲材料230、以及第一結(jié)構(gòu)材料220，以便確定一個(gè)或多個(gè)MEMS的垂直(z方向)尺寸。其中，第一結(jié)構(gòu)材料220被引入到對(duì)應(yīng)于所需器件結(jié)構(gòu)厚度的厚度，結(jié)構(gòu)210上材料層的平整進(jìn)行到第一結(jié)構(gòu)材料220(例如用作停止點(diǎn)的第一結(jié)構(gòu)材料220的表面)。如圖7所示，在本例子中，此平整清除了疊置在第一結(jié)構(gòu)材料220上的犧牲材料230的水平(y方向)組成部分(見圖6)。第二結(jié)構(gòu)材料240在圖7中被表示為第二結(jié)構(gòu)材料部分240A、240B、240C。
圖8示出了在清除犧牲材料230之后的圖7結(jié)構(gòu)。在犧牲材料是二氧化硅的情況下，清除犧牲材料230的方法是將結(jié)構(gòu)200暴露于諸如氫氟酸(HF)之類的酸溶液。犧牲材料230的清除構(gòu)成了第一結(jié)構(gòu)材料220與第二結(jié)構(gòu)材料240之間的各個(gè)垂直(z方向)間隙(例如，第一結(jié)構(gòu)材料部分220A與第二結(jié)構(gòu)材料部分240A之間的間隙250A；第二結(jié)構(gòu)材料部分240A與第一結(jié)構(gòu)材料部分220B之間的間隙250B；以及第二結(jié)構(gòu)材料部分240B與第一結(jié)構(gòu)材料部分220C之間的間隙250C)。犧牲材料230的清除還構(gòu)成了結(jié)構(gòu)材料與襯底210之間的各個(gè)水平(y方向)間隙(例如，第二結(jié)構(gòu)材料部分240A與襯底210之間的間隙260A；第二結(jié)構(gòu)材料部分240B與襯底210之間的間隙260B；以及第二結(jié)構(gòu)材料部分240C與襯底210之間的間隙260C)。
參照?qǐng)D8，例如部分265是諧振器結(jié)構(gòu)部分，由第二結(jié)構(gòu)材料部分240A組成的諧振器橫梁被垂直(z方向)間隙250A和250B與相鄰的結(jié)構(gòu)材料分隔，并被水平間隙260A與襯底210分隔。在此例子中，由于各個(gè)間隙由共形引入的犧牲層的厚度確定，故間隙250A和250B的垂直間隙寬度Wv等于水平間隙260A的高度Wh。可以理解的是，各個(gè)間隙的寬度等于犧牲材料230的厚度。結(jié)構(gòu)220A和220B可以被連接到或形成在襯底210上的接觸點(diǎn)上。例如，為了用作電極，可能希望例如借助于引入金屬來形成基于硅的結(jié)構(gòu)的硅化物，來進(jìn)一步修正結(jié)構(gòu)220A和220B，以便例如減小結(jié)構(gòu)材料的電阻率。
可以理解的是，除了由犧牲材料230的厚度確定的水平和垂直間隙之外，可以在例如用常規(guī)光刻技術(shù)確定的結(jié)構(gòu)中相似地形成額外的間隙。圖9示出了根據(jù)此例子的變通實(shí)施方案的圖7的結(jié)構(gòu)，其中，用例如本領(lǐng)域熟知的光刻和腐蝕技術(shù)，間隙280被圖形化在結(jié)構(gòu)中。圖11示出了在清除犧牲材料230之后的圖10結(jié)構(gòu)。得到的結(jié)構(gòu)包括由犧牲材料230的厚度(垂直間隙的寬度，水平間隙的高度)確定的垂直間隙250A和250B以及水平間隙160A、260B、260C。圖11還示出了用光刻方法形成的具有更寬的間隙280的結(jié)構(gòu)。
上述各個(gè)實(shí)施方案提出了在襯底上制作結(jié)構(gòu)器件的技術(shù)，該器件在一個(gè)例子中適合于作為MEMS應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)器件，包括但不局限于選頻器件(例如濾波器、振蕩器等)。根據(jù)這種技術(shù)，犧牲層或薄膜被用來形成各個(gè)結(jié)構(gòu)之間和/或結(jié)構(gòu)與襯底之間的間隙。利用各個(gè)層或薄膜來確定間隙的尺寸，可以將各個(gè)結(jié)構(gòu)之間和/或結(jié)構(gòu)與襯底之間的間距減到最小，其間距由犧牲材料層或薄膜的厚度決定。而且，由于各個(gè)間隙由犧牲層或薄膜的清除來確定，故即使對(duì)于窄的(例如約為0.1微米或以下的)間隙，也可以得到更為均勻的間隙尺寸。
圖11-18示出了在襯底上形成結(jié)構(gòu)的第二例子的一個(gè)實(shí)施方案，此結(jié)構(gòu)在一種情況下適合于MEMS應(yīng)用。在本例子中，描述了用來形成垂直(z方向)和水平(y方向)間隙的技術(shù)，其中垂直間隙的寬度小于水平間隙的高度。
圖11示出了包括例如半導(dǎo)體材料的襯底310的結(jié)構(gòu)300。如上面圖2和附文所述，襯底310可以具有設(shè)置在可制作器件結(jié)構(gòu)的表面315上的接觸點(diǎn)(焊盤、端子)以及設(shè)置在其整個(gè)本體內(nèi)的導(dǎo)電軌線。襯底310還可以具有一個(gè)或多個(gè)器件層，包括形成在其上的互連層。
在此部分重疊襯底310的是犧牲材料320。在一個(gè)例子中，犧牲材料320是諸如二氧化硅(SiO2)之類的氧化物。在襯底310是硅的情況下，可以用淀積(例如CVD)或熱生長方法來引入SiO2的犧牲材料320。在本例子中，犧牲材料320用來確定形成在襯底上的結(jié)構(gòu)的水平(y方向)間隙部分(小于整個(gè)部分)。因此，依賴于所需水平間隙的最終厚度以及對(duì)歸因于犧牲材料320的間隙的貢獻(xiàn)，犧牲材料320被引入到約為1到幾微米或以上。
圖12示出了將犧牲材料320圖形化成襯底310上的320A、320B、320C之后的圖11結(jié)構(gòu)。在本例子中，犧牲材料部分320A、320B、320C的尺寸使結(jié)構(gòu)材料能夠引入到襯底(例如形成諧振器的支座)。如本技術(shù)所知，可以通過光刻技術(shù)(掩蔽和腐蝕)來完成犧牲材料320的圖形化。
圖13示出了在襯底上引入第一結(jié)構(gòu)材料330之后的圖12結(jié)構(gòu)。第一結(jié)構(gòu)材料330被共形引入成為襯底310表面上包括犧牲材料部分320A、320B、320C上的覆蓋層。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一結(jié)構(gòu)材料330是淀積(例如CVD)到至少結(jié)構(gòu)材料垂直高度所需的厚度的多晶半導(dǎo)體材料(例如多晶硅)。
圖14示出了在將第一結(jié)構(gòu)材料330圖形化成第一結(jié)構(gòu)材料部分330A、330B、330C之后的圖13結(jié)構(gòu)?？梢杂帽炯夹g(shù)所知的光刻技術(shù)(掩蔽和腐蝕)來完成這一圖形化，以確定在襯底310上的第一結(jié)構(gòu)。
圖15示出了在襯底上引入第二犧牲材料340之后的圖14結(jié)構(gòu)。在本例子中，第二犧牲材料340被共形引入在結(jié)構(gòu)表面上，包括第一結(jié)構(gòu)材料部分330A、330B、330C上以及第一犧牲材料部分320A、320B、320C上。其中二氧化硅被選擇為第二犧牲材料340，犧牲材料的引入可以用淀積(CVD)或熱生長方法(其中，第一結(jié)構(gòu)材料部分330A、330B、330C是硅，且第一犧牲材料部分320A、320B、320C也是二氧化硅)。在一個(gè)例子中，第二犧牲材料340的厚度由各個(gè)最終結(jié)構(gòu)之間所需的垂直間隙尺寸(寬度)決定。對(duì)于MEMS應(yīng)用，第二犧牲材料340的厚度約為1或幾個(gè)二氧化硅單層。
圖16示出了將犧牲材料340圖形化成第二犧牲材料部分340A、340B、340C之后的圖15結(jié)構(gòu)。可以用光刻技術(shù)(掩蔽和腐蝕)來完成這一圖形化。
圖17示出了在引入第二結(jié)構(gòu)材料350之后的圖16結(jié)構(gòu)。在本例子中，第二結(jié)構(gòu)材料350被共形淀積并覆蓋在結(jié)構(gòu)表面上，包括第二犧牲材料部分340A、340B、340C上以及第一結(jié)構(gòu)材料部分330A、330B、330C上。第二結(jié)構(gòu)材料350可以相似于第一結(jié)構(gòu)材料330，例如是多晶硅。
圖18示出了在平整結(jié)構(gòu)表面之后的圖17結(jié)構(gòu)。可以用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法來完成此平整，且足以清除足夠的第二結(jié)構(gòu)材料350，以便清除第二犧牲材料340的水平部分，從而在襯底上確定結(jié)構(gòu)的垂直尺寸(例如第一結(jié)構(gòu)材料部分330A、330B、330C以及第二結(jié)構(gòu)材料部分350A、350B、350C的垂直尺寸)。如圖19所示，在平整之后，第二犧牲材料340被暴露于結(jié)構(gòu)300的表面。
圖19示出了在清除第二犧牲材料340和第一犧牲材料320之后的圖18結(jié)構(gòu)。在第一犧牲材料320和第二犧牲材料340是二氧化硅的例子中，諸如氫氟酸之類的酸可以被用來選擇性地清除犧牲材料。一旦犧牲材料被清除，各種器件結(jié)構(gòu)就保留在襯底310上，并按需要被各個(gè)垂直(z方向)間隙彼此分隔開。于是，由第一結(jié)構(gòu)材料部分330A確定的結(jié)構(gòu)就被垂直間隙355A分隔于由第二結(jié)構(gòu)材料部分350A確定的結(jié)構(gòu)；由第二結(jié)構(gòu)材料部分350A確定的結(jié)構(gòu)就被垂直間隙355B分隔于由第一結(jié)構(gòu)材料部分330B確定的結(jié)構(gòu)；且由第二結(jié)構(gòu)材料部分350B確定的結(jié)構(gòu)就被間隙355C分隔于由第一結(jié)構(gòu)材料部分330C確定的結(jié)構(gòu)。同樣，按需要，各種器件結(jié)構(gòu)被各個(gè)水平(y方向)間隙分隔于襯底310。于是，由第二結(jié)構(gòu)材料部分350A確定的結(jié)構(gòu)被間隙360A分隔于襯底310；且由第二結(jié)構(gòu)材料部分350B確定的結(jié)構(gòu)被間隙360B分隔于襯底310。
借助于以連續(xù)方式引入犧牲材料層或薄膜(例如第一犧牲材料320和第二犧牲材料340)，可以由不同的尺寸組成垂直間隙寬度Wv和水平間隙高度Wh，但其各由引入的(淀積的)犧牲層或薄膜的厚度確定。換言之，在本例子中，形成在襯底310上的水平(y方向)尺寸間隙由二個(gè)犧牲材料層確定，而垂直(z方向)間隙由單個(gè)犧牲層的厚度確定。因此，如圖19所示，垂直間隙寬度Wv比水平間隙高度Wh小一個(gè)等于第一犧牲材料層或薄膜厚度的量。
除了由一個(gè)或多個(gè)犧牲材料層或薄膜的層厚度或膜厚度分別形成結(jié)構(gòu)與襯底之間的垂直(z方向)間隙和水平(y方向)間隙之外，還可以用光刻技術(shù)形成其它的間隙。根據(jù)第二例子的第二實(shí)施方案，圖20示出了圖18的結(jié)構(gòu)，其中光刻形成的間隙或開口380被形成在結(jié)構(gòu)中。可以用光刻掩蔽和腐蝕技術(shù)來形成這種間隙。圖21示出了如上面參照?qǐng)D19和附文所述那樣在清除第一犧牲材料320和第二犧牲材料340之后的圖20結(jié)構(gòu)。
圖22-30示出了在襯底上形成結(jié)構(gòu)的第三例子的一個(gè)實(shí)施方案，此結(jié)構(gòu)在一種情況下適合于MEMS應(yīng)用。在本例子中，描述了形成垂直(z方向)和水平(y方向)間隙的技術(shù)，其中垂直間隙寬度大于水平間隙高度。
圖22示出了結(jié)構(gòu)400，它包括例如半導(dǎo)體材料的襯底410。如上面參照?qǐng)D2和附文所述，襯底410可以具有設(shè)置在可制作器件結(jié)構(gòu)的表面415上的接觸點(diǎn)(焊盤、端子)以及設(shè)置在其整個(gè)本體內(nèi)的導(dǎo)電軌線。襯底410還可以具有一個(gè)或多個(gè)器件層，包括形成在其上的互連層。
疊置在此部分的襯底410上的是第一結(jié)構(gòu)材料420。在一個(gè)例子中，第一結(jié)構(gòu)材料420是用CVD方法引入的多晶硅。
圖23示出了在將第一結(jié)構(gòu)材料420圖形化成第一結(jié)構(gòu)部分420A、420B、420C之后的圖22的結(jié)構(gòu)?？梢杂霉饪萄诒魏透g來完成這一圖形化。
圖24示出了在共形引入第一犧牲材料430之后的圖23結(jié)構(gòu)。在一個(gè)例子中，第一犧牲材料430是諸如二氧化硅(SiO2)之類的氧化物。在襯底410和第一結(jié)構(gòu)材料部分420A、420B、420C各為硅的情況下，可以用淀積(例如CVD)或熱生長方法來引入SiO2的第一犧牲材料430。在本例子中，第一犧牲材料430確定了形成在襯底上的結(jié)構(gòu)的垂直(z方向)間隙部分(小于整個(gè)部分)。因此，依賴于所需垂直間隙的最終厚度以及對(duì)歸因于第一犧牲材料430的那些間隙的貢獻(xiàn)，第一犧牲材料430被引入到約為一個(gè)到幾個(gè)或更多單層。
圖25示出了將第一犧牲材料430圖形化成襯底310上的第一犧牲材料部分430A、430B、430C、430D、430E之后的圖24結(jié)構(gòu)。在本例子中，各個(gè)第一犧牲材料部分分別與第一結(jié)構(gòu)材料部分420A、420B、420C的側(cè)壁共形?？梢杂酶飨虍愋愿g方法，用例如有利于清除多晶硅上的SiO2的腐蝕劑來完成第一犧牲材料430的圖形化。
圖26示出了在引入第二犧牲材料440之后的圖25結(jié)構(gòu)。第二犧牲材料440被共形引入在結(jié)構(gòu)材料440上，包括在第一結(jié)構(gòu)材料部分420A、420B、420C上(例如共形在水平和垂直組成部分上)。在一個(gè)例子中，第二犧牲材料440相似于第一犧牲材料430。在SiO2的情況下，可以用淀積或熱生長方法來引入第二犧牲材料440(其中襯底410和第一結(jié)構(gòu)材料420A、420B、420C是硅)。
圖27示出了在將第二犧牲材料440圖形化成第二犧牲材料部分440A和440B之后的圖26結(jié)構(gòu)?？梢杂霉饪碳夹g(shù)(掩蔽和腐蝕)來完成這一圖形化。
圖28示出了引入第二結(jié)構(gòu)材料450之后的圖27結(jié)構(gòu)。在本例子中，第二結(jié)構(gòu)材料450被共形引入并覆蓋在結(jié)構(gòu)400上，包括第二犧牲材料部分440A和440B上；第一結(jié)構(gòu)材料部分420A、420B、420C上；以及第一犧牲材料部分430C和430E上。第二結(jié)構(gòu)材料450可以相似于第一結(jié)構(gòu)材料420是多晶硅等。
圖29示出了在平整結(jié)構(gòu)表面之后的圖28結(jié)構(gòu)?？梢杂没瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)來完成此平整，且足以清除足夠的第二結(jié)構(gòu)材料450，從而清除第二犧牲材料部分440A和440B的水平部分，并在襯底上確定結(jié)構(gòu)的垂直尺寸(例如第一結(jié)構(gòu)材料部分420A、420B、420C的垂直尺寸)。如圖29所示，在平整之后，第二犧牲材料部分440A和440B的垂直組成部分被暴露在結(jié)構(gòu)400的表面，如同第一犧牲材料部分430A、430B、430C、430D、430E那樣。此平整還確定了第二結(jié)構(gòu)材料部分450A、450B、450C。
圖30示出了在清除第二犧牲材料440和第一犧牲材料430之后的圖29結(jié)構(gòu)。在一個(gè)第一犧牲材料430和第二犧牲材料440是二氧化硅的例子中，諸如氫氟酸(HF)之類的酸可以被用來選擇性地清除犧牲材料。一旦犧牲材料被清除，各種器件結(jié)構(gòu)就保留在襯底410上，并被各個(gè)垂直(z方向)間隙彼此分隔開。于是，由第一結(jié)構(gòu)材料部分420A確定的結(jié)構(gòu)就被垂直間隙455A分隔于由第二結(jié)構(gòu)材料部分450A確定的結(jié)構(gòu)；由第二結(jié)構(gòu)材料部分450A確定的結(jié)構(gòu)就被垂直間隙455B分隔于由第一結(jié)構(gòu)材料部分420B確定的結(jié)構(gòu)；且由第二結(jié)構(gòu)材料部分450B確定的結(jié)構(gòu)就被垂直間隙455C分隔于由第一結(jié)構(gòu)材料部分420C確定的結(jié)構(gòu)。同樣，按需要，各種器件結(jié)構(gòu)被各個(gè)水平(y方向)間隙分隔于襯底410。于是，由第二結(jié)構(gòu)材料部分450A確定的結(jié)構(gòu)被間隙460A分隔于襯底410；且由第二結(jié)構(gòu)材料部分450B確定的結(jié)構(gòu)被間隙460B分隔于襯底410。
借助于以連續(xù)方式引入犧牲材料層或薄膜(例如第一犧牲材料430和第二犧牲材料440)，可以由不同的尺寸組成垂直間隙寬度Wv和水平間隙高度Wh，但其各由引入的(淀積的)犧牲層或薄膜的厚度確定。換言之，在本例子中，形成在襯底410上的水平(y方向)間隙由單個(gè)犧牲材料層確定，而垂直(z方向)間隙由二個(gè)犧牲材料層的厚度確定。因此，如圖30所示，垂直間隙寬度Wv比水平間隙高度Wh大一個(gè)等于第一犧牲材料層或薄膜厚度的量。
除了由一個(gè)或多個(gè)犧牲材料層或薄膜的層厚度或膜厚度分別形成結(jié)構(gòu)與襯底之間的水平垂直(z方向)間隙和水平(y方向)間隙之外，還可以用常規(guī)光刻技術(shù)形成其它的間隙。根據(jù)第三例子的第二實(shí)施方案，圖31示出了圖29的結(jié)構(gòu)，其中光刻形成的間隙或窗口480被形成在結(jié)構(gòu)中?？梢杂帽绢I(lǐng)域所知的常規(guī)光刻掩蔽和腐蝕技術(shù)來形成這種間隙。圖32示出了如上面參照?qǐng)D30和附文所述那樣在清除第一犧牲材料430和第二犧牲材料440之后的圖31結(jié)構(gòu)。
在上述的詳細(xì)描述中，參照其具體的實(shí)施方案描述了本發(fā)明。但顯然，可以對(duì)其進(jìn)行各種修正和改變而不偏離權(quán)利要求所述的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍。因此，本說明書和附圖被認(rèn)為是示例性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在襯底的一定區(qū)域上形成多個(gè)三維第一結(jié)構(gòu)；在形成第一結(jié)構(gòu)之后，在所述襯底的區(qū)域上共形引入犧牲材料；在所述犧牲材料上引入第二結(jié)構(gòu)材料；以及清除犧牲材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，在清除犧牲材料之前，還包括暴露一部分犧牲材料。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，暴露一部分犧牲材料包括清除一部分第二結(jié)構(gòu)材料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，在引入第二結(jié)構(gòu)材料之前，還包含對(duì)犧牲材料進(jìn)行圖形化。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一結(jié)構(gòu)材料包括硅，而犧牲材料包括二氧化硅，且引入犧牲材料包括生長。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，清除犧牲材料包括使第二結(jié)構(gòu)材料懸掛成為連接到第一結(jié)構(gòu)的第二結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對(duì)第一結(jié)構(gòu)的圖形化確定了被第一結(jié)構(gòu)占據(jù)的多個(gè)襯底部分第一區(qū)域以及至少一個(gè)沒有第一結(jié)構(gòu)的襯底部分第二區(qū)域，且引入犧牲材料包括至少在第二區(qū)域上引入犧牲材料。
8.一種方法，包括在襯底表面的一定區(qū)域上，光刻圖形化多個(gè)第一結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)第一結(jié)構(gòu)具有有關(guān)襯底表面的第一尺寸和不同的第二尺寸；在形成第一結(jié)構(gòu)之后，在所述襯底的區(qū)域上共形引入犧牲材料層；在所述犧牲材料上形成第二結(jié)構(gòu)；以及清除犧牲材料。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，在形成第二結(jié)構(gòu)之前，還包括對(duì)犧牲材料進(jìn)行圖形化。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，在清除犧牲材料之前，還包括暴露一部分犧牲材料。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，暴露部分犧牲材料包括清除一部分第二結(jié)構(gòu)材料。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，犧牲材料包括二氧化硅，且引入犧牲材料包括生長。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，清除犧牲材料包括使第二結(jié)構(gòu)被第一結(jié)構(gòu)懸掛。
14.一種裝置，包括處于襯底上的第一結(jié)構(gòu)；以及處于襯底上被清除的薄膜的厚度所確定的未被填充的間隙與第一結(jié)構(gòu)分隔的第二結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，還包括多個(gè)第三結(jié)構(gòu)，其中，第二結(jié)構(gòu)被懸掛在多個(gè)第三結(jié)構(gòu)之間。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，第二結(jié)構(gòu)被由清除的薄膜的厚度確定的未被填充的間隙懸掛在襯底上方。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，還包括耦合到多個(gè)第三結(jié)構(gòu)之一的電源。
全文摘要
一種方法，包括在襯底的一定區(qū)域上形成多個(gè)三維第一結(jié)構(gòu)；在形成第一結(jié)構(gòu)之后，在所述襯底的區(qū)域上共形引入犧牲材料；在犧牲材料上引入第二結(jié)構(gòu)材料；以及清除犧牲材料。一種裝置，包括處于襯底上的第一結(jié)構(gòu)；以及處于襯底上被清除的薄膜的厚度所確定的未被填充的間隙與第一結(jié)構(gòu)分隔的第二結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H03H3/00GK1522223SQ02813191
公開日2004年8月18日 申請(qǐng)日期2002年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月27日
發(fā)明者Q·馬, P·程, Q 馬 申請(qǐng)人:英特爾公司