專利名稱：電子器件的制造方法和電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)元件的電子器件的制造方法，該微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)元件包括第一和第二電極，第二電極可朝著第一電極移動(dòng)以及可從第一電極移動(dòng)，其方法包括步驟在襯底的第一側(cè)提供導(dǎo)電材料的基層，在基層中限定了第一電極和接觸墊；提供犧牲層，其至少覆蓋基層中的第一電極，但使接觸墊至少部分露出；在犧牲層的頂部上提供導(dǎo)電材料的機(jī)械層，所述機(jī)械層機(jī)械地連接至基層中的接觸墊，以及借助干法化學(xué)蝕刻來去除所述犧牲層。
本發(fā)明還涉及一種包括襯底的第一側(cè)的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)元件的電子器件，其MEMS元件包括第一和第二電極，該第二電極可朝著閉合和開放位置之間的第一電極移動(dòng)和從該第一電極移動(dòng)，且通過其開放位置的空氣隙與第一電極隔離開。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)涉及微型傳感器和致動(dòng)器的集合，其在微電路控制下會(huì)對(duì)環(huán)境改變作出反應(yīng)。MEMS集成到傳統(tǒng)的射頻(RF)電路中產(chǎn)生系統(tǒng)優(yōu)良的性能水平和低的制造成本。將基于MEMS的制造技術(shù)組合到微波和毫米波系統(tǒng)中將可變的路由提供給具有MEMS致動(dòng)器、天線、開關(guān)和電容器的器件?？傁到y(tǒng)以增加的帶寬和增加的輻射效率、縮小的功耗運(yùn)行，且對(duì)于在無線個(gè)人通信器件的擴(kuò)展區(qū)內(nèi)實(shí)施具有相當(dāng)大的范圍。
MEMS元件包括第一和第二電極，其第二電極可朝著開放位置和閉合位置之間的第一電極移動(dòng)和可從該第一電極移動(dòng)，其中開放位置是第一和第二電極之間的空氣隙。電介質(zhì)層可存在于第一電極的頂部上。這導(dǎo)致在其閉合位置第一電極沒有與第二電極進(jìn)行電接觸的事實(shí)，但與第二電極形成了電容器。如果非常希望的話，其它的電極還可提供有電介質(zhì)層或原生氧化物。
第二電極必須可移動(dòng)但仍并入機(jī)械穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)的事實(shí)會(huì)導(dǎo)致器件通常具有足夠厚度和機(jī)械穩(wěn)定性的機(jī)械層的事實(shí)。第二可移動(dòng)的電極可提供在機(jī)械層中，但這不是必要的。其還可提供在梁和第一電極之間的附加中間層中。特別地，最近的實(shí)驗(yàn)顯示出除了存在于中間電極層中的第二電極外，在機(jī)械層中制造具有第三電極的MEMS元件是有利的。于是第二電極不僅可朝著第一電極移動(dòng)，而且可朝著第三電極移動(dòng)。
表面微機(jī)械加工是制造MEMS的常見方法，且在圖的圖1中示意性地示出了用于表面微機(jī)械加工的處理序列。在襯底14上沉積和構(gòu)造基層10、犧牲層16和梁或機(jī)械層12。通過蝕刻犧牲層16使梁層(beam layer)12是獨(dú)立式的。這意味著該梁層具有沒有被襯底支撐的較大面積。然后該梁層經(jīng)由支撐體至基層中的一個(gè)或多個(gè)接觸墊被支撐。這種支撐體可存在于梁層下面，但還或多或少位于梁層的側(cè)面。如果梁層具有橋狀或膜片狀結(jié)構(gòu)，則尤其存在后一可選方案，且提供更好的彈性用于向著梁層垂直移動(dòng)。如同在該情況下梁層可以是導(dǎo)電的，其中接觸墊也是電接觸墊。然而，這不是必要的。在該實(shí)施例中，第二電極限定在機(jī)械層12中，且第一電極限定在基層中。
在上述序列中的關(guān)鍵處理步驟是蝕刻犧牲層，且用于蝕刻該層的蝕刻劑理想地應(yīng)當(dāng)滿足幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)當(dāng)蝕刻梁層和基層；蝕刻之后不應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致第二電極粘貼到襯底上；以及應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致第二電極在其最終位置之間可移動(dòng)，而沒有來自未被去除的犧牲層部分的任何機(jī)械阻力。
具有它們的犧牲層蝕刻劑的材料的幾種MEMS系統(tǒng)是公知的。最常見的系統(tǒng)是利用由Si組成的梁層和基層(12、10)在HF溶液中濕法化學(xué)蝕刻SiO2犧牲層。然而，公知系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是，作為在HF蝕刻之后干燥襯底期間毛細(xì)管力的結(jié)果，獨(dú)立式層12易于粘貼到基層上。不具有該缺陷的另一類型的系統(tǒng)是其中的蝕刻劑由氣體或等離子體而不是由液體組成。這種類型的系統(tǒng)稱為干法化學(xué)蝕刻。這種類型的公知系統(tǒng)對(duì)于犧牲層蝕刻使用O2等離子體。在該情況下，犧牲層由聚合物組成，基層和機(jī)械層包括金屬。另外可以暴露出襯底、和襯底上或基層上的任意電介質(zhì)層。
然而，該系統(tǒng)的缺陷是聚合物犧牲層限制了梁層的處理自由。由于聚合物在高溫(200-300℃)處易于流動(dòng)和/或除氣，于是限制了梁層的處理溫度。這顯著地限制了用于機(jī)械層的材料的選擇。此外，對(duì)于構(gòu)造層使用聚合物在常見的IC工藝中是非標(biāo)準(zhǔn)的。
如果必須僅局部地去除犧牲層，則該限制是特別成問題的。適當(dāng)?shù)兀瑱C(jī)械層還可用作互連，且可能地，其它元件如電感器和電容器存在于該器件中。它們從MEMS元件橫向地移動(dòng)，但限定在相同層中。機(jī)械層在其中具有互連層的功能，且具有微米或者甚至毫米數(shù)量級(jí)尺寸的互連或線圈不應(yīng)該在沒有足夠的支撐的情況下懸掛在空氣中。為了僅局部地去除犧牲層，其上的部分必須由保護(hù)層如光致抗蝕劑保護(hù)。然而，光致抗蝕劑是聚合物層，而且去除聚合物犧牲層的蝕刻劑也易于去除聚合物層。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種在開頭段中所提到類型的方法，其中可僅局部地去除犧牲層。
實(shí)現(xiàn)該目的在于，在襯底和基層之間的襯底的第一側(cè)提供電絕緣和氟化學(xué)劑惰性材料的蝕刻停止層，并且使用含氟的等離子體來進(jìn)行干法化學(xué)蝕刻。
氟化學(xué)劑能去除犧牲層，而具有給犧牲層提供入口的窗口的任何光致抗蝕劑保護(hù)犧牲層的其它區(qū)域。此外，氟化學(xué)劑具有各向同性地去除某些材料的優(yōu)點(diǎn)；因此，可以充分地去除梁層和襯底之間的凹槽，以便該梁層變成獨(dú)立的。然而氟類型化學(xué)劑的缺點(diǎn)是過于易反應(yīng)且去除除了犧牲層外的其它層。特別地，發(fā)現(xiàn)了由于表面處氧化層的蝕刻，出現(xiàn)了底部蝕刻(underetch)基層中的電極且因此不再充分地起作用的問題?？朔嗽撊秉c(diǎn)，原因在于使用了蝕刻停止層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于改善了襯底上的機(jī)械層的支撐。事實(shí)上，其支撐不僅是機(jī)械層與基層的垂直互連。它還是未被去除的部分犧牲層。事實(shí)上，凹槽中機(jī)械層和基層之間的間隙最好是空腔。
其另一優(yōu)點(diǎn)在于，未被去除的部分犧牲層用作MEMS元件的化學(xué)保護(hù)層。
干法蝕刻工藝的另一優(yōu)點(diǎn)在于，相比于任何濕法化學(xué)蝕刻工藝，基本上減少了第二可移動(dòng)電極與第一電極的任何粘接。
理解的是，機(jī)械層一般包括梁狀的自由式結(jié)構(gòu)。該梁層可以是由一側(cè)、兩側(cè)(由此具有橋狀結(jié)構(gòu))或許多側(cè)(由此具有膜片狀結(jié)構(gòu))上的支撐體的載體。該梁層可包括第二電極，但這不是必要的?？雌饋碛绕溥m合于在中間金屬層中限定第二電極，其中梁層用作該第二電極的互連，或用作第三電極、或可能是用作此二者。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，犧牲層包括無機(jī)材料。這與元件的封裝有關(guān)。RF MEMS元件需要被密封地封裝，以便防止對(duì)梁移動(dòng)的任何干擾影響。一般利用焊料或任何其它金屬的環(huán)來進(jìn)行該密封封裝，其在回流爐中充分地連接。在這種回流工藝中使用的溫度對(duì)許多的聚合物犧牲層有害?？稍谔幚砗笾苯舆M(jìn)行該封裝；然而，它可在由另一公司操作的分離裝配廠中很好地進(jìn)行。
在另一實(shí)施例中，該器件進(jìn)一步包括薄膜電容器，具有第一和第二電極和中間電介質(zhì)，其中第一電極限定在基層中，且犧牲層用作電介質(zhì)。如清楚的，在該情況下對(duì)于僅局部地去除犧牲層很重要。此外對(duì)于穩(wěn)定犧牲層足以耐受在另一處理期間且尤其是在封裝期間使用的任意溫度步驟是很重要的。而且，必須選擇犧牲層以具有足夠的介電性能。為此合適的材料例如包括氮化硅(尤其是如用PECVD沉積的)、氧化硅、氧化鉭。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，蝕刻停止層位于第一電極和襯底之間。這具有許多優(yōu)點(diǎn)首先，為了能垂直互連和使用MEMS元件作為開關(guān)，不需要構(gòu)造蝕刻停止層。其次，能使用用于需要比底電極允許更高的沉積或固化溫度的蝕刻停止層的材料。第三，蝕刻停止層的任意介電性能不會(huì)影響任何的電容器特性。為了完整性起見，尤其是在襯底中存在任意元件的情況下，觀察到蝕刻停止層可能被圖案化。
在特定實(shí)施例中，含氟的等離子體是CF4等離子體，且蝕刻停止層優(yōu)選包括IVn族氧化物。這種IVn族氧化物包括HfO2、ZrO2，且尤其是Al2O3和TiO2?？蛇x材料例如包括TiN、AlN和金剛石。不排除其它的蝕刻停止層，如甚至是某些過氧化(perowskite)材料。
相比其它的氟等離子體如CHF3和CH2F2，CF4等離子體是有利的，因?yàn)樗哂蟹浅８飨蛲缘奶匦?。于是，能去除橫向尺寸上為大面積的犧牲層。因此，梁層可以是大的。公知的除了等離子體外，還可以是如用氧氣以得到氧化特性、或用氬或氮稀釋的混合劑。然而，當(dāng)然不排除其它的氟等離子體。特別地如果對(duì)于犧牲層使用氮氧化物或甚至氧化物來代替氮化物，則優(yōu)選使用CF2H2或CHF3。為了加速橫向方向上的蝕刻，該梁和光致抗蝕劑可提供有大量的窗口以給犧牲層提供入口。此外，可以調(diào)整干法蝕刻的功率和時(shí)間以得到所希望的局部蝕刻犧牲層的結(jié)果。此外可以在一個(gè)以上的步驟中進(jìn)行蝕刻，使用第一步驟用于在足夠大的犧牲層上建立蝕刻表面。此外可使用干法和濕法蝕刻的組合?？蛇x地可以使用其它的氟等離子體如SF8。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的方法包括另外的步驟在犧牲層上提供導(dǎo)電材料的中間層，在中間層中限定MEMS元件的第二電極；以及提供第二犧牲層，其至少部分地覆蓋第二電極且提供有使接觸墊暴露的窗口，以在與第一犧牲層相同的步驟中去除所述的第二犧牲層。
這些另外的步驟會(huì)產(chǎn)生具有至少三個(gè)導(dǎo)電層的器件。對(duì)于MEMS元件和任何可選存在的薄膜電容器，這種器件結(jié)果具有有利的特性。它允許更先進(jìn)設(shè)計(jì)的MEMS元件。其實(shí)例是雙穩(wěn)態(tài)MEMS開關(guān)、具有延伸和可能連續(xù)范圍的三電極MEMS電容器、低激勵(lì)電壓開關(guān)、抗靜態(tài)阻力微坑的可開關(guān)電容器、和具有無窮動(dòng)態(tài)范圍的可調(diào)電容器。
基層和機(jī)械層優(yōu)選包括含金屬的或金屬氧化物材料。用于基層的合適材料包括鋁、銅、鎳、銀、金、這些金屬的合適合金、鉑、氧化釕、氧化銦錫和其它的。用于機(jī)械層的合適材料包括鋁、銅、鎳以及尤其是它們的合金。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種具有在開頭段中所提到類型的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)元件的電子器件，其中在第一電極和襯底之間存在蝕刻停止層，蝕刻停止層包括基本不導(dǎo)電的、氟化學(xué)劑惰性材料。該器件是該方法的結(jié)果。有利的是通過該器件防止了由于濕法化學(xué)蝕刻引起的在現(xiàn)有技術(shù)遇到的器件的粘貼問題。而且，該器件允許先進(jìn)設(shè)計(jì)的MEMS元件和具有其它無源元件和互連的合適集成的MEMS元件。對(duì)于可選的目的可以使用需要的以便限定可移動(dòng)第二電極的犧牲層，這尤其是可能的。特別地，它是在回流焊料的任意溫度下穩(wěn)定的無機(jī)材料。由此當(dāng)該器件提供有用于密封MEMS元件和任選其它元件的合適封裝時(shí)可保持該無機(jī)材料。
在很合適的實(shí)施例中，可移動(dòng)的第二電極經(jīng)由支撐結(jié)構(gòu)機(jī)械地連接至襯底，在其支撐結(jié)構(gòu)處，在該支撐結(jié)構(gòu)的第一橫向側(cè)面，即存在MEMS元件的空氣隙，同時(shí)在與第一側(cè)面相對(duì)的第二橫向側(cè)面，存在絕緣材料。此外，第二電極連接至部分機(jī)械層或?yàn)椴糠謾C(jī)械層，該部分機(jī)械層橫向延伸出絕緣材料頂部上的MEMS元件。
在另一實(shí)施例中，該器件進(jìn)一步包括具有第一和第二電極以及中間電介質(zhì)的薄膜電容器，所述第一和第二電極分別限定在第一和第二層中，其中還限定了MEMS元件的第一和第二電極。與釘扎二極管或pHEMT晶體管相比，MEMS元件的優(yōu)點(diǎn)之一是能夠集成其它元件。在MEMS可變電容器的情況下，為了提供能夠進(jìn)一步用MEMS電容器調(diào)節(jié)的基本容量級(jí)，需要薄膜電容器。在開關(guān)的情況下，適合將電感器連接至MEMS開關(guān)。這種開關(guān)允許電感的任意改變。即使在簡(jiǎn)單開關(guān)的情況下，為了各種目的一般需要電容器。該實(shí)施例提供了MEMS元件和薄膜電容器的成本非常有效的組合，其可以設(shè)計(jì)作為一個(gè)完整系統(tǒng)且其中需要最小數(shù)量的導(dǎo)電層。
在另一另外的實(shí)施例中，在機(jī)械層中限定了電感器。在又一實(shí)施例中，存在導(dǎo)電材料的中間層，在中間層中限定了MEMS元件的第二電極。對(duì)于MEMS元件和任何任選存在的薄膜電容器，這種器件產(chǎn)生具有有利的特性。允許更先進(jìn)設(shè)計(jì)的MEMS元件。其實(shí)例是雙穩(wěn)態(tài)MEMS開關(guān)、具有延伸和可能連續(xù)范圍的三電極MEMS電容器、低激勵(lì)電壓開關(guān)、抗靜態(tài)阻力微坑的可開關(guān)電容器、和具有無窮動(dòng)態(tài)范圍的可調(diào)電容器。一般，在此中間層連接至機(jī)械層，其由此提供機(jī)械穩(wěn)定性和能夠朝著第一電極受控制地移動(dòng)以及從第一電極受控制地移動(dòng)。將參考圖進(jìn)一步闡釋各種器件。關(guān)于該方法涉及的任意材料和實(shí)施例還可應(yīng)用到本發(fā)明的器件。
自下文描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將是顯而易見的，并參考下文描述的實(shí)施例闡明本發(fā)明的這些和其它方面。


現(xiàn)在將僅借助實(shí)例和參考附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是用于制造根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的MEMS的一般表面微機(jī)械加工工藝流程的示意圖；圖2是用于制造根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的MEMS的一般表面微機(jī)械加工工藝流程的示意圖；圖3示意性地且以截面圖示出了本發(fā)明的電子器件的制造階段；圖4、5、6和7以截面圖且示意性地示出了具有MEMS元件的具體設(shè)計(jì)的器件的幾個(gè)實(shí)施例；圖8示出了本發(fā)明的器件的另一實(shí)施例的截面示意圖。
附圖僅僅是示意性的，且在不同圖中將使用相同附圖標(biāo)記來表示相同或相似的部件。
具體實(shí)施例方式
在MEMS制造中，表面微機(jī)械加工一般用于制作例如硅襯底的頂部上的獨(dú)立式結(jié)構(gòu)。用于表面微機(jī)械加工的一般流程示于附圖的圖1中。如所示的，由Al、Cu、Ni或它們的合金制成的基層10和機(jī)械層12沉積在襯底14上，犧牲層16位于基層10和機(jī)械層12之間。然后借助蝕刻來去除犧牲層16，留下自由式的自由可移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式的基層10。
為了防止機(jī)械層12粘貼到襯底14上，優(yōu)選借助干法蝕刻來蝕刻犧牲層16。由于在干法或濕法蝕刻犧牲層期間的毛細(xì)管力，會(huì)出現(xiàn)粘貼。
在IC制造中很好地建立了干法蝕刻。對(duì)于微機(jī)械加工應(yīng)用最常見形式的干法蝕刻是反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)。離子朝著將被蝕刻的材料加速，且在離子行進(jìn)的方向上增強(qiáng)了蝕刻反應(yīng)。RIE是各向異性蝕刻技術(shù)。RIE的公知形式是等離子體蝕刻法。等離子體可以限定為由等數(shù)量的帶正電和帶負(fù)電粒子與不同數(shù)量的不帶電粒子一起組成的部分離子化氣體，與當(dāng)采用等離子體蝕刻系統(tǒng)時(shí)，使用化學(xué)反應(yīng)與高能量物理轟擊(濺射)的組合來去除犧牲層。然而，干法蝕刻技術(shù)強(qiáng)烈地依賴于氟化學(xué)劑。
例如，國際專利申請(qǐng)?zhí)朩O01/48795描述了一種用于各向異性蝕刻高開口區(qū)硅結(jié)構(gòu)的氟基等離子體蝕刻法。在所描述的方法中，首先，將其上沉積了基層和機(jī)械層的襯底載入等離子體蝕刻室中，其中犧牲層位于基層和機(jī)械層之間。接下來，在等離子體蝕刻室中提供氣體混合物，該氣體混合物包括氧源氣體、氟源氣體和碳氟化合物源氣體。在所描述的方法中，優(yōu)選的氧源氣體是O2。氟用作主蝕刻劑，且可以從任一數(shù)量的多氟原子化合物例如CF4、NF3和SF6提供。接下來的步驟是通過例如將RF能量施加于此形成來自氣體混合物的等離子體。然后調(diào)節(jié)室內(nèi)的壓力，且用該等離子體蝕刻襯底組件的所需部分。
然而，當(dāng)在MEMS制造期間使用用于蝕刻犧牲層的氟干法蝕刻化學(xué)劑時(shí)，需要特別的小心來避免蝕刻襯底本身，其在大多數(shù)情況下是硅晶片。我們現(xiàn)在設(shè)計(jì)了一種改良的方法。
參考圖的圖2，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在MEMS層疊層(由基層10和機(jī)械層12組成)和(一般為硅)襯底14之間的不導(dǎo)電的氟化學(xué)劑惰性的蝕刻停止層18，以避免在犧牲層蝕刻期間蝕刻Si晶片，該蝕刻優(yōu)選使用CFy等離子體蝕刻。襯底14有利地包括非晶頂層和其上的熱氧化物。蝕刻停止層18優(yōu)選包括IV族氧化物如Al2O3、HfO2、ZrO2和TiO2中的任意一種。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，蝕刻停止層18可包括例如100nm厚度的Al2O3。當(dāng)蝕刻停止層18位于適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)，可以使用多種材料系統(tǒng)。犧牲層16例如可由Si、Si3N4、SiO2、W、Mo組成。機(jī)械層12和基層10由導(dǎo)體如Al、Ni、Au、Cu或Pt組成。在該實(shí)施例中，對(duì)于基層已使用了鋁導(dǎo)體，且對(duì)于機(jī)械層已使用了Al.98Cu.02的合金。
參考圖3，示出了本發(fā)明的器件的制造階段。在該階段，已應(yīng)用了蝕刻停止層18、基層10、犧牲層16和機(jī)械層12。另外，與圖2的實(shí)施例相比，存在中間金屬層11和第二犧牲層17。在提供了該第二犧牲層之后，僅制作了犧牲層16和17中的窗口。這用反應(yīng)性離子蝕刻來實(shí)現(xiàn)。已蝕刻金屬層10、11作為蝕刻停止層，在一個(gè)階段機(jī)械層12連接至中間金屬層11，而在另一階段它連接至基層10。將掩模20應(yīng)用到機(jī)械層12的頂部上。該掩模20包括犧牲層17的窗口21。使用約5μm厚度的聚酰亞胺。鑒于機(jī)械層12的厚度，例如1μm，這是適合的，且提供足夠的保護(hù)，以不受氟等離子體影響。其后，局部地蝕刻犧牲層16、17，以建立空氣隙26。掩模20沒有被去除，而是構(gòu)成MEMS元件的部分梁結(jié)構(gòu)。另外，它可用作用于器件中其它元件的鈍化層。掩模20可進(jìn)一步用于提供根據(jù)所希望圖案的進(jìn)一步的金屬層，該圖案可以用作接觸墊以及用作密封封裝的密封環(huán)。在此使用電鍍。
圖4、5、6和7以截面圖示出了具有不同MEMS設(shè)計(jì)的本發(fā)明器件的有利實(shí)施例。該工藝的第一優(yōu)點(diǎn)是局部去除能實(shí)現(xiàn)較好的機(jī)械穩(wěn)定性，以及由此MEMS元件的更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。本發(fā)明的工藝的另一優(yōu)點(diǎn)是，所有的這些不同設(shè)計(jì)都可以在一個(gè)且同一個(gè)器件中實(shí)施。這允許使用對(duì)于一個(gè)功能一個(gè)特定設(shè)計(jì)的MEMS元件，以及對(duì)于另一功能使用另一設(shè)計(jì)的MEMS元件。例如，然而在用于移動(dòng)電話接收帶的天線開關(guān)中隔離是很重要的，激勵(lì)電壓和容量范圍是用于可變電容器的更重要的參數(shù)。對(duì)于傳感器應(yīng)用，此外靈敏度是最重要的參數(shù)，且對(duì)于其它開關(guān)應(yīng)用，開關(guān)速度是至關(guān)緊要的。
圖4示出了雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)。該雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)具有恰當(dāng)?shù)慕^緣。鑒于犧牲層的局部去除，該設(shè)計(jì)是機(jī)械耐用的。此外，它能實(shí)現(xiàn)好的功率處理并且速度快。
圖5示出了低激勵(lì)電壓開關(guān)。盡管縮小了該絕緣，但不同階段之間的間隙比常規(guī)的開關(guān)小。這能使用低的激勵(lì)電壓。在電容器的導(dǎo)出實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)具有電容面積可以很大的優(yōu)點(diǎn)。
圖6示出了抗靜態(tài)阻力微坑的可開關(guān)電容器。在此，中間金屬層11中的結(jié)構(gòu)是抗靜態(tài)阻力微坑，其不是電極的一部分。在使機(jī)械層12靠近基層10時(shí)，當(dāng)抗靜態(tài)阻力微坑開始與蝕刻停止層接觸時(shí)達(dá)到了最小距離。
圖7示出了具有無窮范圍的可調(diào)電容器。在此基層包括第一電極101和第二電極102。第二電極102可以用于提供激勵(lì)電壓，以便隔開提供用于實(shí)際信號(hào)的該激勵(lì)電壓。這使得第一電極101可以與機(jī)械層12接觸，且因此提供無窮的動(dòng)態(tài)范圍。
圖8示出了包括MEMS元件和薄膜晶體管50、以及垂直互連60的器件的另一實(shí)施例的截面示意圖。該圖示例了本發(fā)明的有利特征，具有基層10、中間層11和機(jī)械層12中的電極101、111、121的MEMS元件可以嵌入還包括其它構(gòu)件的無源網(wǎng)絡(luò)中，而不需應(yīng)用任何另外的金屬層或犧牲層。事實(shí)上，第一犧牲層16還用作薄膜電容器50的電介質(zhì)。在與MEMS元件10的第二和第三電極相同的金屬層中限定薄膜電容器50的電極51、52。第三金屬層12不僅是第一電極121，而且是互連。在此特別重要的是第一和第二犧牲層16、17被選擇性地蝕刻掉了。該改進(jìn)之處在于不僅僅是存在于機(jī)械層12中的一個(gè)孔徑，而是存在多個(gè)孔徑，以及支撐結(jié)構(gòu)具有大的延伸部分，即，它主要是壁狀的且不是柱狀的。
應(yīng)當(dāng)注意到，以上提到的實(shí)施例是示例而不是限制本發(fā)明，且本領(lǐng)域技術(shù)人員將在不脫離如由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的前提下，能夠設(shè)計(jì)許多可選的實(shí)施例。在權(quán)利要求中，放置在圓括號(hào)中的任何參考標(biāo)記都不構(gòu)建為限制權(quán)利要求。詞“包括”等不排除存在除了總體上在任一權(quán)利要求或說明書列出的那些之外的元件或步驟。元件的單數(shù)標(biāo)記不排除這種元件的復(fù)數(shù)標(biāo)記，反之亦然?？山柚◣讉€(gè)不同元件的硬件以及借助適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來實(shí)施本發(fā)明。在列舉幾種裝置的器件權(quán)利要求中，這些裝置的幾種可具體化為一個(gè)和同一項(xiàng)目的硬件。在相互不同的從屬權(quán)利要求中引證某些手段的事實(shí)不表示這些手段的組合不能用于使優(yōu)點(diǎn)突出。
權(quán)利要求
1.一種包括微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)元件的電子器件的制造方法，該MEMS元件包括第一和第二電極，該第二電極可朝著第一電極移動(dòng)和可從第一電極移動(dòng)，其方法包括步驟在襯底(14)的第一側(cè)提供電絕緣材料的蝕刻停止層(18)；在襯底(14)的第一側(cè)提供導(dǎo)電材料的基層(10)，在基層中限定了第一電極；提供犧牲層(16)，其至少覆蓋在基層(10)中的第一電極；在犧牲層(16)的頂部上提供導(dǎo)電材料的機(jī)械層(12)，所述機(jī)械層(12)機(jī)械地連接至襯底(10)；在機(jī)械層(12)的頂部上提供掩模(20)，其包括到犧牲層(16)的至少一個(gè)窗口(21)，以及借助干法化學(xué)蝕刻去除所述犧牲層(16)的選擇區(qū)，以便第二電極可朝著第一電極移動(dòng)和可從第一電極移動(dòng)，其中使用含氟的等離子體進(jìn)行所述干法化學(xué)蝕刻，且蝕刻停止層(18)包括基本上不導(dǎo)電的、氟化學(xué)劑惰性材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中犧牲層(6)包括有機(jī)材料。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該器件進(jìn)一步包括具有第一和第二電極(51、52)及中間電介質(zhì)的薄膜電容器(50)，第一電極(51)限定在基層(10)中，且電介質(zhì)限定在犧牲層(16)中，犧牲層(16)的該電容器部分沒有被去除。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在提供基層(10)前，在襯底(14)的第一側(cè)提供蝕刻停止層(18)。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述含氟等離子體是CHy等離子體。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括步驟在犧牲層(16)上提供導(dǎo)電材料的中間層(11)，在中間層(11)中限定了第二電極；以及提供第二犧牲層(17)，其至少部分地覆蓋第二電極，在與第一犧牲層(16)相同的步驟中去除所述第二犧牲層(17)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中基層(10)被提供有接觸墊，第一和第二犧牲層(16、17)中的至少一個(gè)窗口使接觸墊暴露出，直至在提供機(jī)械層(12)期間填充該窗口，以及其中在沉積第二犧牲層(17)之后提供第一犧牲層(16)中的窗口。
8.一種電子器件，包括在襯底(14)的第一側(cè)處的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)元件，該MEMS元件包括第一電極(10)和第二電極(12)，該第二電極(12)可朝著在閉合和開放位置之間的第一電極(10)移動(dòng)和可從該第一電極(10)移動(dòng)，且由開放位置的空氣隙使第二電極與第一電極(10)隔開，其特征在于該器件在第一電極(10)和襯底(14)之間具有蝕刻停止層(18)，該蝕刻停止層(18)包括基本上不導(dǎo)電的、氟化學(xué)劑惰性材料。
9.如權(quán)利要求8所述的器件或如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蝕刻停止層(18)包括IVn族氧化物。
10.如權(quán)利要求9所述的器件或方法，其中所述蝕刻停止層(18)包括HfO2、ZrO2、Al2O3或TiO2。
11.如權(quán)利要求8所述的器件或如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于襯底(14)是硅襯底。
全文摘要
一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的制造方法，包括在襯底(14)上提供基層(10)和機(jī)械層(12)，在基層(10)和機(jī)械層(12)之間提供犧牲層(16)，在犧牲層(16)和襯底(14)之間提供蝕刻停止層(18)，以及借助干法化學(xué)蝕刻去除犧牲層(16)，其中利用含氟的等離子體進(jìn)行干法化學(xué)蝕刻，并且該蝕刻停止層(18)包括基本上不導(dǎo)電的、氟化學(xué)劑惰性材料，如HfO
文檔編號(hào)H01H59/00GK1874955SQ200480032195
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者J·T·M·范比克, M·J·E·烏勒奈爾斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司