專利名稱：具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)驅(qū)動(dòng)裝置，并且尤其涉及一種具有階躍式結(jié)構(gòu)(step-up structure)的懸臂和一種用于制造這種懸臂的方法，所述階躍式結(jié)構(gòu)帶有一塊具有較小形變量的移動(dòng)板。
背景技術(shù)：
MEMS驅(qū)動(dòng)裝置，比如MEMS轉(zhuǎn)換器，是一種在無線電通訊系統(tǒng)內(nèi)廣泛應(yīng)用于信號路由和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用設(shè)備，所述無線電通訊系統(tǒng)利用微波或者毫米波進(jìn)行工作。
MEMS技術(shù)可以被分為兩類，即體積微加工技術(shù)(a bulk micro-machiningtechnique)和表面微加工技術(shù)(a surface micro-machining technique)。體積微加工技術(shù)能夠在于諸如硅襯底這樣的襯底上成形一個(gè)復(fù)合層之后通過熔融一部分襯底來形成一個(gè)氣隙而進(jìn)行機(jī)械驅(qū)動(dòng)。表面微加工技術(shù)根據(jù)通過在所述襯底上沉積多晶硅、一個(gè)氧化硅層、一個(gè)氧化層和一個(gè)金屬層而形成的形狀生產(chǎn)出一個(gè)預(yù)定結(jié)構(gòu)。表面微加工技術(shù)被用于制造各種微機(jī)械，比如原子力顯微鏡(AFM)的尖端，氣壓計(jì)，以及射頻諧振器。
利用表面微加工技術(shù)的代表性MEMS驅(qū)動(dòng)裝置是具有階躍式結(jié)構(gòu)的微型多層薄膜式懸臂(a micro multilayer thin film cantilever)。
圖1是一個(gè)傳統(tǒng)懸臂的透視圖，而圖2是圖1中所示懸臂沿著剖面線2-2′的剖視圖。
參照圖1和2，在一個(gè)襯底10上形成的傳統(tǒng)懸臂12包括有一個(gè)被固定在襯底10上的矩形錨固件12a(a rectangular anchor)，和一塊由該錨固件12a支撐起來的移動(dòng)板12b。在移動(dòng)板12b與襯底10之間形成有一個(gè)氣隙14。在這種情況下，移動(dòng)板12b從錨固件12a上升。從而，移動(dòng)板12b與錨固件12a被制成帶有一個(gè)臺階，該臺階對應(yīng)于它們之間氣隙14的厚度。
由于所述懸臂在高溫高壓下制造而成，所以制造工藝結(jié)束之后剩余的彎曲應(yīng)力作用在支撐結(jié)構(gòu)上。根據(jù)剩余彎曲應(yīng)力的傾斜度，懸臂的外形會發(fā)生形變，懸臂的性能也會下降，并且該懸臂將無法用于微高精度制品。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決前述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置具有一個(gè)階躍式結(jié)構(gòu)，該階躍式結(jié)構(gòu)將由于制造工藝所造成的形變量減至最小。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種用于制造MEMS驅(qū)動(dòng)裝置的方法。
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂，該懸臂包括一個(gè)襯底；一個(gè)形成于該襯底上的錨固件；以及一塊被連接在錨固件上同時(shí)與襯底保持預(yù)定的間隙的移動(dòng)板，其中，所述錨固件包括有一個(gè)具有預(yù)定形狀的第一錨固件和一個(gè)第二錨固件，該第二錨固件垂直于第一錨固件的一個(gè)邊緣，并且被沿著移動(dòng)板的縱軸成形。
優(yōu)選地，所述錨固件還包括有一個(gè)第三錨固件，該第三錨固件垂直于第一錨固件的所述邊緣，并且平行于第二錨固件。第一錨固件呈矩形，第二和第三錨固件具有預(yù)定的長度和寬度，其中，各自的寬度與各自的長度之比大于0但小于1。
可選地，本發(fā)明提供了一種具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂，該懸臂包括一個(gè)襯底；一個(gè)形成于該襯底上的錨固件；以及一塊被連接在錨固件上同時(shí)與襯底保持預(yù)定的間隙的移動(dòng)板，其中，所述錨固件包括有一個(gè)具有預(yù)定形狀的第一錨固件和一個(gè)形成于該第一錨固件附近的第二錨固件。第一錨固件呈矩形，而第二錨固件呈一個(gè)垂直于所述移動(dòng)板的縱軸的狹縫形狀(aslit shape)。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂的制造方法，該方法包括在一個(gè)具有預(yù)定半導(dǎo)體器件的襯底上成形一個(gè)犧牲層，用于覆蓋住所述半導(dǎo)體器件；在犧牲層上成形一個(gè)蝕刻終止層；構(gòu)圖蝕刻終止層，以便以一個(gè)預(yù)定的形狀將犧牲層顯露出來；對犧牲層上的暴露區(qū)域進(jìn)行蝕刻，用以顯露出被連接在所述半導(dǎo)體器件上的一個(gè)預(yù)定區(qū)域；在蝕刻終止層上連續(xù)成形預(yù)定的材料層，用于覆蓋住所述顯露區(qū)域，以便形成具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂；將位于所述顯露區(qū)域上的一部分材料層與襯底連接起來；以及將犧牲層去除，其中，形成有圖案的所述蝕刻終止層包括有一個(gè)具有預(yù)定形狀的第一區(qū)域和一個(gè)第二區(qū)域，該第二區(qū)域沿所述材料層的縱軸，并且垂直于第一區(qū)域。
在這種制造方法中，形成所述材料層的步驟還包括在所述犧牲層上形成一個(gè)下部電極，用于覆蓋住所述顯露區(qū)域；在下部電極上形成一個(gè)壓電薄層；并且在壓電薄層上形成一個(gè)上部電極。此外，構(gòu)圖蝕刻終止層來使得所述第二區(qū)域分別相對于所述材料層的縱軸和一條垂直于該縱軸的軸具有預(yù)定的長度和寬度，并且寬度與長度之比大于0但小于1。
可選地，在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，構(gòu)圖蝕刻終止層以形成所述第一區(qū)域、第二區(qū)域和一個(gè)第三區(qū)域，該第三區(qū)域被垂直連接在第一區(qū)域上，并且沿著所述材料層的縱軸與第二區(qū)域相平行。在這種情況下，構(gòu)圖蝕刻終止層來使得所述第三區(qū)域分別相對于所述材料層的縱軸和一條垂直于該縱軸的軸具有預(yù)定的長度和寬度，并且寬度與長度之比大于0但小于1。
可選地，本發(fā)明提供了一種用于具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂的制造方法，該方法包括在一個(gè)具有預(yù)定半導(dǎo)體器件的襯底上成形一個(gè)犧牲層，用以覆蓋住所述半導(dǎo)體器件；在犧牲層上成形一個(gè)蝕刻終止層；構(gòu)圖蝕刻終止層，用于以一個(gè)預(yù)定的形狀將犧牲層暴露出來；對犧牲層上的暴露區(qū)域進(jìn)行蝕刻，用以顯露出連接至所述半導(dǎo)體器件的一個(gè)預(yù)定區(qū)域；在蝕刻終止層上連續(xù)成形預(yù)定的材料層，用于覆蓋住所述顯露區(qū)域，以便形成具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂；將位于所述顯露區(qū)域上的一部分材料層與襯底連接起來；并且將犧牲層去除，其中，構(gòu)圖所述蝕刻終止層，以包括一個(gè)具有預(yù)定形狀的第一區(qū)域和一個(gè)靠近該第一區(qū)域的第二區(qū)域，該第二區(qū)域平行于第一區(qū)域并且垂直于所述材料層的縱軸。
在根據(jù)本發(fā)明的可選制造方法中，構(gòu)圖所述蝕刻終止層來使得所述第一區(qū)域呈矩形，并且使得所述第二區(qū)域呈狹縫狀。
根據(jù)本發(fā)明的所述懸臂及其制造方法，可以將由于制造工藝所造成的懸臂形變量減至最小。從而，所述懸臂的屈服率(yield rate)得以改善，并且使得利用這種懸臂的微型高精度制品的可靠性更高。


通過參照圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述目的和優(yōu)點(diǎn)將更為明了，其中圖1是一個(gè)具有傳統(tǒng)階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂的透視圖；圖2是圖1中所示懸臂沿著剖面線2-2′的剖視圖；圖3A是第一種懸臂的平面視圖，該第一懸臂用于模擬具有傳統(tǒng)階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂；圖3B是圖3A中所示懸臂沿著剖面線3-3′的剖視圖；圖4A是第二種懸臂的平面視圖，該第二懸臂用于模擬根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂；圖4B是圖4A中所示懸臂沿著剖面線4-4′的剖視圖；圖5A是第三種懸臂的平面視圖，該第三懸臂用于模擬根據(jù)本發(fā)明所述實(shí)施例具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂；圖5B是圖5A中所示懸臂沿著剖面線5-5′的剖視圖；圖6A是第四種懸臂的平面視圖，該第四懸臂用于模擬根據(jù)本發(fā)明所述實(shí)施例具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂；圖6B是圖6A中所示懸臂沿著剖面線6-6′的剖視圖；圖7是一個(gè)柱狀圖表，示出了圖3至6中所示懸臂的有限元法(FEM)分析結(jié)果；圖8至17是一些透視圖和剖視圖，示出了圖4中所示懸臂的制造工藝，用于測定出根據(jù)本發(fā)明所述實(shí)施例具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂的形變量；圖18至20是用于制造第一種、第三種和第四種懸臂的掩模的透視圖；圖21是一個(gè)柱狀圖表，示出了根據(jù)本發(fā)明制造而成的第一種至第四種懸臂的形變量；圖22是一個(gè)柱狀圖表，示出了圖7與圖21的比較結(jié)果；以及圖23是一個(gè)圖表，示出了當(dāng)?shù)诙N錨固件的寬度與長度之比發(fā)生變化時(shí)根據(jù)本發(fā)明所述實(shí)施例的懸臂的形變量。
具體實(shí)施例方式
下面將參照圖對根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的懸臂和一種用于制造這種懸臂的方法進(jìn)行更為全面的描述。在這些圖中，為了清楚起見，薄層厚度和一些區(qū)域均被放大。
為了使得在制造過程中懸臂內(nèi)的錨固件的彎曲形變量最小化，模擬出了一些用于該錨固件的新穎形狀，并且通過利用有限元法(FEM)對這些新穎形狀進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。隨后，以模擬形狀制造出所述懸臂錨固件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便確定出具有最小形變量的錨固件形狀。在確定出一個(gè)用于使得錨固件的形變量最小化的可控因子之后，基于該可控因子確定出具有最小形變量的錨固件優(yōu)選形狀。
<模擬>
為了挑選一種錨固件形狀來使得階躍部分的形變量最小化，如同圖3至6中所示那樣設(shè)計(jì)出具有不同形狀的錨固件的懸臂，其中，所述階躍部分將所述懸臂中的錨固件連接到一塊移動(dòng)板上。
參照圖3至6，在圖3A、4A、5A和6A中示出了設(shè)計(jì)相應(yīng)懸臂過程中用于在錨固件上形成圖案的掩模圖案的平面視圖。圖3B、4B、5B和6B示出了一些剖視圖，這些剖視圖沿著這些懸臂的縱軸示出了所述懸臂錨固件的剖面。
圖3示出了一種傳統(tǒng)懸臂，即第一種懸臂12，而圖4至6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二種至第四種懸臂42、54和64。
比較圖3與圖4至6，第一種懸臂12中的錨固件12a的形狀不同于第二種至第四種懸臂42、54和64中的錨固件42a、54a和64a。不同之處由圖3A、4A、5A和6A中所示出的平面視圖清晰示出。
第一種懸臂12中的錨固件12a呈矩形。參照圖4B，第二種懸臂42中的錨固件42a通過在一個(gè)矩形錨固件42b上垂直于該矩形錨固件42b的一個(gè)側(cè)面增加一個(gè)第一錨固件42c而形成，同時(shí)該第一錨固件42c沿移動(dòng)板42d的長度方向具有預(yù)定的長度和寬度。參照圖5A，第三種懸臂54中的錨固件54a通過在一個(gè)矩形錨固件54b上增加第二錨固件54c和第三錨固件54d而形成，這些錨固件與第二懸臂42中的第一錨固件42c具有相同尺寸。此時(shí)，附圖標(biāo)記54d表示移動(dòng)板。
參照圖6，第四種懸臂64中的錨固件64a包括有一個(gè)矩形錨固件64b和一個(gè)靠近該矩形錨固件64b的第四錨固件64c，并且該第四錨固件64c垂直于移動(dòng)板64d的縱軸。
利用一個(gè)FEM軟件對在圖3至6中所示出的第一種至第四種懸臂12、42、54和64進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。分析結(jié)果在表1和圖7中示出。
表1

在圖7中，(a)、(b)、(c)和(d)指代的是第一種至第四種懸臂12、42、54和64的類型。在表1中，δMAX(μm)指代的是所述懸臂端部處的彎曲形變量。
參照表1和圖7，第一種懸臂端部處的彎曲形變量為9.911微米，但是第二種、第三種和第四種懸臂的彎曲形變量均小于第一種懸臂的彎曲形變量。尤其是，第二種懸臂的彎曲形變量最小。
基于所述模擬分析結(jié)果，具有根據(jù)本發(fā)明的錨固件的懸臂的彎曲形變量最大比第一種懸臂的彎曲形變量減小70％。
<實(shí)驗(yàn)用示例>
為了驗(yàn)證前述模擬分析結(jié)果，制造出第一種至第四種懸臂，并且對這些懸臂端部處的彎曲形變量進(jìn)行測定。下面將對一種用于制造這些懸臂的方法進(jìn)行描述。
為了制造第二種懸臂，在一個(gè)襯底70的預(yù)定區(qū)域上成形一個(gè)場氧化層72(a field oxide layer)，用于限定出一個(gè)有源區(qū)域74，如同圖8中示出的那樣。在于有源區(qū)域上形成一個(gè)柵電極G之后，在該柵電極G的兩側(cè)制取一個(gè)源極S和一個(gè)漏極D，用以形成一個(gè)晶體管。在具有該晶體管的襯底70上成形一個(gè)由磷硅酸鹽玻璃(PSG)形成的犧牲層78。犧牲層78將在后來被去除，用于在襯底與一個(gè)MEMS驅(qū)動(dòng)裝置之間形成一個(gè)氣隙。隨后，在犧牲層78上連續(xù)成形一個(gè)蝕刻終止層80和一個(gè)光敏層82。通過利用一個(gè)掩模在光敏層82上形成圖案，其中，所述掩模包括與圖4所示第二種懸臂42中的錨固件42a相同的圖案。
圖9是所述掩模的透視圖，而圖10是利用圖9中所示掩模擬取出的光敏層圖案82a的透視圖。在圖9中，M1指代的是第一掩模，而E指代的是一個(gè)曝光窗口，該曝光窗口的形狀與圖4所示第二種懸臂42中的錨固件42a的形狀相同，用于在光敏層82上制取與錨固件42a相同的圖案。
參照圖10，在光敏層圖案82a上成形一個(gè)錨固件圖案82b，該錨固件圖案82b的形狀與圖4所示第二種懸臂42中的錨固件42a相同。在這種情況下，蝕刻終止層通過錨固件圖案82b顯露出來。錨固件圖案82b由一個(gè)第一圖案82c和一個(gè)第二圖案82d制成，其中，第一圖案82c呈矩形，而第二圖案82d垂直于第一圖案82c的一個(gè)側(cè)面突伸出預(yù)定的長度L。第二圖案82d的寬度W比長度L小。
為了方便起見，在圖10中省略了在蝕刻終止層80下方制取的構(gòu)件。
圖11示出了構(gòu)圖的結(jié)果并且沿著圖10中所示剖面線11-11′示出了光敏層圖案82a中的錨固件圖案82b的剖視圖。圖11中的矩形陰影部分指代的是光敏層圖案82a中的第二圖案82d。
蝕刻終止層80上通過第一圖案82c和第二圖案82d顯露出來的區(qū)域80a通過利用光敏層圖案82a作為一個(gè)蝕刻掩模而被去除。隨后去除光敏層圖案82a。圖12A和12B分別示出了在將光敏層圖案82a去除之后第二種懸臂的剖視圖和透視圖。在圖12B中，省略了在犧牲層78下方制取的構(gòu)件。在圖12B中，圖標(biāo)記78a指代的是犧牲層上穿過蝕刻終止層80上的去除區(qū)域80a顯露出來的區(qū)域。通過利用蝕刻終止層80作為一個(gè)蝕刻掩模來進(jìn)行濕式蝕刻，直至漏極焊盤層76(a drain pad layer)顯露出來。利用氫氟酸(HF)作為蝕刻溶液。
圖13A和13B分別示出了第二種懸臂在濕式蝕刻操作之后的剖視圖和透視圖。
在圖13中，在犧牲層78上成形一個(gè)第一通孔78a，該第一通孔78a的形狀與錨固件圖案82b的形狀相同，用于顯露出漏極焊盤層76。
在執(zhí)行濕式蝕刻操作之后，在蝕刻終止層80上連續(xù)成形用于形成一個(gè)階躍式驅(qū)動(dòng)裝置的材料層，以如同圖14中所示那樣連接到漏極焊盤層76上。詳細(xì)地說，在蝕刻終止層80上成形一個(gè)氮化物層(SiNx)84，該氮化物層84用作一個(gè)用于覆蓋所述漏極焊盤層76的錨固層，該錨固層穿過第一通孔78a顯露出來。隨后，在氮化物層84上連續(xù)成形一個(gè)下部電極86、一個(gè)介電層88和一個(gè)上部電極90。下部電極86由鉑(Pt)制成。介電層88由一個(gè)作為壓電薄膜的PZT層制成，該P(yáng)ZT層通過溶膠-凝膠方法(sol-gel method)形成。由鉑制成的上部電極90與下部電極86在介電層88中形成一個(gè)電場。
在制取出用于階躍式驅(qū)動(dòng)裝置的薄層之后，如同在圖15中所示出的那樣，通過將上部電極90與介電層88的一部分去除來將下部電極86顯露出來。
參照圖16，通過在氮化物層84上穿孔來在下部電極86的顯露區(qū)域上形成一個(gè)第二通孔92，從而顯露出漏極焊盤層76。利用一個(gè)導(dǎo)電插塞94將第二通孔92填充起來，用于將下部電極86連接到漏極焊盤層76上。導(dǎo)電插塞94形成了一條路徑，用于將一個(gè)信號電壓施加到用于形成所述驅(qū)動(dòng)裝置的層上，這些層形成于蝕刻終止層80上，并且在將犧牲層78去除之后支撐起具有階躍式結(jié)構(gòu)的MEMS驅(qū)動(dòng)裝置。正如在圖17中所示出的那樣，形成于襯底70與蝕刻終止層80之間的犧牲層通過濕式蝕刻方法被去除。因此，會在襯底70與懸臂96之間形成一個(gè)氣隙98。從而，形成具有錨固件42a的MEMS驅(qū)動(dòng)裝置，錨固件42a帶有呈階躍式結(jié)構(gòu)的矩形錨固件42b和第一錨固件42c。
除了構(gòu)圖光敏層82中所使用的掩模類型之外，用于制造第一種、第三種和第四種懸臂的方法與用于制造第二種懸臂的方法相同。
換句話說，在圖18中示出的第二種掩模M2用于制造第一種懸臂，而在圖19和20中示出的第三種掩模M3和第四種掩模M4分別用于制造第三種懸臂和第四種懸臂。
據(jù)此，在所述懸臂的移動(dòng)板的端部處對具有不同形狀錨固件的懸臂的形變量進(jìn)行測定。在這種情況下，通過利用一個(gè)微焦測量系統(tǒng)(a micro focusmeasuring system)對所述形變量進(jìn)行測定。測定結(jié)果在表2和圖21中示出。
表2

在圖21中，(a)、(b)、(c)和(d)分別指代于第一種至第四種懸臂的結(jié)果。
<分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的比較>
表3示出了第一種至第四種懸臂中移動(dòng)板的形變量，該形變量是通過FEM分析和實(shí)驗(yàn)得出的。圖22是一個(gè)用于圖示前述形變量結(jié)果的表。圖22中的圖標(biāo)記G1和G2分別指代的是FEM分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
表3

參照表3和圖22，F(xiàn)EM分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全相同，顯示出該FEM分析結(jié)果是可靠的。
當(dāng)懸臂中的錨固件形狀是第二種至第四種懸臂中的錨固件形狀之一時(shí)，與傳統(tǒng)懸臂中的形變量相比，相對于懸臂中移動(dòng)板的形變量較小。
為了根據(jù)矩形錨固件和其它部分的尺寸對懸臂的彎曲形變量的變化進(jìn)行測定，使用了具有最小形變量的第二種懸臂。
為了根據(jù)第一錨固件42c的尺寸對圖4所示第二種懸臂中的移動(dòng)板42d的彎曲形變量的變化進(jìn)行測定，在保持長度等于一個(gè)預(yù)定值的同時(shí)，比如10微米，相對于該第一錨固件42c的長度改變其寬度，其中，所述第一錨固件42c垂直于矩形錨固件42b的一個(gè)側(cè)面。在改變第一錨固件42c的寬度的同時(shí)，利用FEM軟件對第二種懸臂42的移動(dòng)板42d端部處的彎曲形變量的變化進(jìn)行分析。
表4和圖23示出了這種分析的結(jié)果。
表4

表4和圖23中的因子a和b分別指代的是第一種錨固件42c的寬度和長度。
參照表4和圖23，隨著第一錨固件42c的寬度增大，移動(dòng)板42d的彎曲形變量增大。當(dāng)?shù)谝诲^固件42c的寬度與長度相等時(shí)，移動(dòng)板42d的彎曲形變量為6.510微米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)移動(dòng)板9.911微米的彎曲形變量。但是，當(dāng)該第一錨固件42c的寬度與長度相等時(shí)，移動(dòng)板42d的驅(qū)動(dòng)特性會下降。因此，優(yōu)選地這樣來確定第一錨固件42c的尺寸，以使得彎曲形變量最小，與此同時(shí)將該第一錨固件42c的寬度與長度之比(a/b)調(diào)節(jié)成小于1。當(dāng)在寬度保持恒定的同時(shí)第一錨固件42c的長度過長時(shí)，用于實(shí)際驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)板42d的長度會縮短，從而損害該移動(dòng)板42d的驅(qū)動(dòng)特性。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例具體圖示和描述了本發(fā)明，但是前述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明目的，而不是對本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行限制。例如，可以將所述錨固件的矩形部分改變成圓形部分，并且可以利用復(fù)合層介電層來替代所述介電層。此外，可以實(shí)現(xiàn)具有第二種懸臂與第四種懸臂的組合形狀的懸臂。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白的是，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思和保護(hù)范圍的條件下，在此可以在形狀和細(xì)節(jié)構(gòu)造上進(jìn)行多種變化。
根據(jù)本發(fā)明具有階躍式結(jié)構(gòu)的MEMS驅(qū)動(dòng)裝置，也就是復(fù)合層懸臂，具有一個(gè)由第一錨固件和第二錨固件形成的錨固件，其中，第一錨固件呈矩形，而第二錨固件垂直于第一錨固件的一個(gè)側(cè)面，并且平行于移動(dòng)板的縱軸。通過如前所述那樣布設(shè)所述第二錨固件，懸臂的形變量，也就是在制造過程中由于高溫高壓使得懸臂中的移動(dòng)板產(chǎn)生的形變量明顯減少。從而，所述懸臂的屈服率得以改善，并且采用這種懸臂的制品的可靠性也得以提高。
權(quán)利要求
1.一種具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂，該懸臂包括一個(gè)襯底；一個(gè)形成于所述襯底上的錨固件；以及一塊被連接在錨固件上同時(shí)與所述襯底保持預(yù)定的間隙的移動(dòng)板，其中，所述錨固件包括一個(gè)具有預(yù)定形狀的第一錨固件和一個(gè)第二錨固件，該第二錨固件垂直于第一錨固件的一個(gè)邊緣，并且沿著所述移動(dòng)板的縱軸成形。
2.如權(quán)利要求1所述的具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂，其中，所述錨固件還包括有一個(gè)第三錨固件，該第三錨固件垂直于第一錨固件的所述邊緣，并且平行于第二錨固件。
3.如權(quán)利要求2所述的具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂，其中，所述第一錨固件呈矩形；以及所述第二和第三錨固件具有預(yù)定的長度和寬度，其中，各自的寬度與各自的長度之比大于0但小于1。
4.一種具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂，該懸臂包括一個(gè)襯底；一個(gè)形成于所述襯底上的錨固件；以及一塊被連接在錨固件上同時(shí)與所述襯底保持預(yù)定的間隙的移動(dòng)板，其中，所述錨固件包括一個(gè)具有預(yù)定形狀的第一錨固件和一個(gè)形成于該第一錨固件附近的第二錨固件。
5.如權(quán)利要求4所述的具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂，其中，所述第一錨固件呈矩形，而所述第二錨固件呈一個(gè)垂直于所述移動(dòng)板的縱軸的狹縫形狀。
6.一種用于具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂的制造方法，該方法包括在一個(gè)具有一預(yù)定半導(dǎo)體器件的襯底上成形一個(gè)犧牲層，用于覆蓋住所述半導(dǎo)體器件；在犧牲層上成形一個(gè)蝕刻終止層；構(gòu)圖蝕刻終止層，用于以一個(gè)預(yù)定的形狀將所述犧牲層顯露出來；對犧牲層的顯露區(qū)域進(jìn)行蝕刻，用以顯露出被連接至所述半導(dǎo)體器件的一個(gè)預(yù)定區(qū)域；在蝕刻終止層上連續(xù)成形預(yù)定的材料層，用于覆蓋住所述顯露區(qū)域，以制取具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂；將所述顯露區(qū)域上的一部分材料層與所述襯底連接起來；以及將犧牲層去除，其中，構(gòu)圖所述蝕刻終止層，以包括一個(gè)具有預(yù)定形狀的第一區(qū)域和一個(gè)第二區(qū)域，該第二區(qū)域沿所述材料層的縱軸，并且垂直于第一區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其中，所述材料層的成形步驟還包括在所述犧牲層上成形一個(gè)下部電極，用以覆蓋住所述顯露區(qū)域；在下部電極上成形一個(gè)壓電薄層；以及在壓電薄層上成形一個(gè)上部電極。
8.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其中，構(gòu)圖所述蝕刻終止層，使得所述第二區(qū)域分別相對于所述材料層的縱軸和一條垂直于該縱軸的軸具有預(yù)定的長度和寬度，并且寬度與長度之比大于0但小于1。
9.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其中，構(gòu)圖所述蝕刻終止層，以形成所述第一區(qū)域、第二區(qū)域和一個(gè)第三區(qū)域，該第三區(qū)域垂直連接至第一區(qū)域，同時(shí)沿著所述材料層的縱軸與第二區(qū)域平行。
10.如權(quán)利要求9所述的制造方法，其中，構(gòu)圖所述蝕刻終止層，使得第三區(qū)域分別相對于所述材料層的縱軸和一條垂直于該縱軸的軸具有預(yù)定的長度和寬度，并且寬度與長度之比大于0但小于1。
11.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其中，利用氫氟酸(HF)對所述犧牲層的顯露區(qū)域進(jìn)行濕式蝕刻。
12.一種用于具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂的制造方法，該方法包括在一個(gè)具有一預(yù)定半導(dǎo)體器件的襯底上成形一個(gè)犧牲層，用于覆蓋住所述半導(dǎo)體器件；在犧牲層上成形一個(gè)蝕刻終止層；構(gòu)圖蝕刻終止層，用于以一個(gè)預(yù)定的形狀將所述犧牲層顯露出來；對犧牲層的顯露區(qū)域進(jìn)行蝕刻，用以顯露出被連接至所述半導(dǎo)體器件的一個(gè)預(yù)定區(qū)域；在蝕刻終止層上連續(xù)地成形預(yù)定的材料層，用于覆蓋住所述顯露區(qū)域，以制取具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂；將所述顯露區(qū)域上的一部分材料層與所述襯底連接起來；以及將犧牲層去除，其中，構(gòu)圖所述蝕刻終止層，以包括一個(gè)具有預(yù)定形狀的第一區(qū)域和一個(gè)靠近該第一區(qū)域的第二區(qū)域，第二區(qū)域平行于第一區(qū)域并且垂直于所述材料層的縱軸。
13.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其中，構(gòu)圖所述蝕刻終止層，使得所述第一區(qū)域呈矩形，并且使得第二區(qū)域呈狹縫形狀。
14.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其中，所述連續(xù)制取預(yù)定材料層的步驟還包括在所述犧牲層上成形一個(gè)下部電極，用于覆蓋住所述顯露區(qū)域；在下部電極上成形一個(gè)壓電薄層；以及在壓電薄層上成形一個(gè)上部電極。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，利用氫氟酸(HF)對所述犧牲層的顯露區(qū)域進(jìn)行濕式蝕刻。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有階躍式結(jié)構(gòu)的懸臂及其制造方法。這種懸臂包括一個(gè)襯底；一個(gè)形成于該襯底上的錨固件；和一塊被連接在錨固件上同時(shí)保持與襯底的預(yù)定間隙的移動(dòng)板，其中，所述錨固件包括有一個(gè)具有預(yù)定形狀的第一錨固件和一個(gè)第二錨固件，該第二錨固件垂直于第一錨固件的一個(gè)邊緣，并且沿所述移動(dòng)板的縱軸成形。這種懸臂的形變量，比如由于制造過程中的高溫高壓導(dǎo)致的該懸臂的移動(dòng)板的形變量明顯減小。從而，這種懸臂的屈服率得以改善，并且采用這種懸臂的制品的可靠性也得以提高。
文檔編號B81C1/00GK1429762SQ0215066
公開日2003年7月16日 申請日期2002年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月4日
發(fā)明者李羲重 申請人:三星電子株式會社