專利名稱：微電子機械系統結構及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微電子機械系統(Microelectromechanical System，MEMS)結構及其制造方法。尤其涉及一種在襯底上具有浮動部分(floatingportion)的MEMS結構及其制造方法。
背景技術：
MEMS是一種采用半導體制造工藝來獲得機械和電子設備的技術。采用MEMS技術生產出的元件普遍具有一個浮置在襯底上用于機械操作的可彎曲部分。
圖1示出一種MEMS結構。
該MEMS結構包括一個襯底(110)、一個固定在襯底(110)上的固定部分(131)和一個從固定單元(131)上延伸出的浮動部分(133)。該固定單元通常被稱作支座(anchor)或支撐(support)，其具有將浮動部分(133)固定到襯底(110)上的作用。浮動部分(133)浮置在襯底(110)上，因此在外力作用下可以向上和向下彎曲，如圖中兩虛線所示。在必要情況下，浮動部分(133)可以做成梁或薄片的形狀。
圖2A至2D按順序示出MEMS結構制造工藝的例子。
如圖2A所示，在襯底(210)上，沉積一犧牲層(220)并構圖該犧牲層(220)，以便形成固定在襯底(210)上的支撐物。如圖2B所示，在構圖過的犧牲層上沉積MEMS結構層(230)。在沉積該MEMS結構層(230)時，在保留了犧牲層(220)的部分上形成一浮動部分(233)，同時在犧牲層(220)被除去的地方形成一個固定部分(231)和一個連接部分(232)，該連接部分連接固定部分(231)與浮動部分(233)。
接下來如圖2C所示，在MEMS結構層(230)的浮動部分(233)上形成蝕刻劑通道孔(access hole)(240)。如圖2D所示，當蝕刻劑通過蝕刻劑通道孔(240)應用到犧牲層(220)上時，將除去犧牲層(220)，且浮動部分(233)與襯底(210)相分離。
在被構圖過的犧牲層(220)上沉積MEMS結構層(230)，然后將犧牲層(220)除去，這是制造浮置在襯底(210)上MEMS結構最普遍采用的方法。
然而通過這種方法形成的MEMS結構由于連接部分(232)而具有缺陷，其連接固定在襯底(210)上的固定部分(210)和設置在襯底(210)之上的浮動部分(233)，該連接部分比其它部分要薄，因此非常的脆弱。結果，在浮動部分(233)反復移動時，連接部分(233)將遭到破壞。而且因為連接部分(233)連接條件的改變，浮動部分(233)的可移動范圍則很難有一個精確的控制。
附圖3A至3D按順序示出的是用SOI(絕緣體上硅)晶片形成MEMS結構的示例。
如圖3A所示，在襯底(310)上沉積一犧牲層(320)。在犧牲層(320)的頂端沉積一個用來形成MEMS結構的MEMS結構層(330)。構圖MEMS結構層(330)，以形成將要制造的MEMS結構。如圖3B所示，當構圖該MEMS結構層(330)時，還形成了蝕刻劑通道孔(340)。該蝕刻劑通道孔形成在MEMS結構層的浮動部分(333)上，而非固定部分(331)上。
然后，當蝕刻劑通過蝕刻劑通道孔(340)應用到犧牲層(320)上時，犧牲層(320)被部分地除去。與此同時，因為蝕刻劑通道孔(340)僅形成在浮動部分(333)上，所以如圖3C所示，浮動部分(333)下面的犧牲層(320)被全部除去，而固定部分(331)下面的犧牲層(320)沿邊界被部分地除去。
在犧牲層(320)上沉積MEMS結構層(330)并蝕刻掉部分犧牲層(320)，以在襯底(310)上形成浮動的MEMS結構的同時，沒有被除去的犧牲層(320)起到一個把MEMS結構固定到襯底(310)上的支座的作用。
然而，按照這種方法，由于作為支座的那部分犧牲層(320)的寬度根據犧牲層(320)暴露于蝕刻劑中的時間長短而改變，所以浮動部分(333)的長度則很難精確控制。也就是說，如果犧牲層在蝕刻劑中的暴露時間長，那么如圖3D所示，支座的寬度就變窄。與此相反，如果暴露的時間短，那么如圖3C所示，該寬度將變寬。因此，浮動部分(333)的長度改變，所以上述方法不適于生產要求精確長度和大小的浮動部分(333)的MEMS結構。
另外，由于采用這種方法制造的MEMS結構在固定部分(331)與襯底(310)之間有犧牲層(320)，如果該犧牲層(320)由絕緣材料制成，那么很難與襯底(310)上的其它電路電連接。所以，將MEMS結構與其它電路連接起來還需要附加工作。

發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種MEMS結構和生產該結構的方法，其中，固定在襯底上的固定部分和浮設在襯底之上的浮動部分牢固地連接在一起，浮動部分的長度調節(jié)可以精確控制，而與其它電路的電連接變得簡單。
按照本發(fā)明，制作具有固定到襯底上的固定部分和設置在襯底之上與固定部分相連接的浮動部分的MEMS結構的工藝中，包括的步驟為在襯底上沉積一犧牲層；構圖該犧牲層，至少在圍繞固定部分的部分區(qū)域形成間隔；在犧牲層上沉積一個MEMS結構層，在間隔和該犧牲層上的固定部分和浮動部分之中形成側壁；以及，用蝕刻劑除去該犧牲層。其中在去除步驟中，應用到與固定部分相對應的部分犧牲層上的蝕刻劑由側壁阻隔開，除了由側壁阻隔開的以外，犧牲層蝕刻劑除去。
依據本發(fā)明，提供一種與固定部分用浮動部分具有相同厚度的連接部分的可靠/耐用的MEMS結構。進一步，由于固定部分和襯底通過側壁連接，所以可以在MEMS結構與其它電路之間方便地形成電連接。
優(yōu)選地，在形成間隔步驟中，在除對應于連接部分的區(qū)域外的整個區(qū)域上形成間隔，該連接部分將固定部分和浮動部分連接起來，連接部分的寬度要比固定部分的寬度窄。因此，固定部分與浮動部分之間的邊界可以清晰地確定，且浮動部分的長度調整可以精確地控制。另外，用蝕刻劑除去犧牲層時，暴露時間不必要精確設置。
因此，依據本發(fā)明的MEMS結構包括，一個襯底、一個固定在襯底上的固定部分、一個設置在襯底之上的浮動部分，一個間插在固定部分與襯底之間并將固定部分固定到襯底上的支座和一個圍繞該支座的至少部分側邊的側壁。


本發(fā)明的上述具體特征和細節(jié)將通過下面的結合附圖的非限制性實施例詳細說明而更加清楚，其中圖1為MEMS結構的示意截面圖；圖2A至2D示出的是形成傳統的MEMS結構的實例；圖3A至3D示出的是形成另一種傳統的MEMS結構的實例；圖4A至4F示出的是依本發(fā)明的MEMS結構的制造工藝；圖5A至5E為與圖4A至4F示出的制造工藝相對應的制造MEMS結構的透視圖；以及圖6示出的是圖5E示出的MEMS結構中的犧牲層的形狀。
具體實施例方式
這里，參照附圖，更詳細地描述本發(fā)明的一個示例性、非限制性的實施例。
圖4A至4F示出的是本發(fā)明中的MEMS結構制造工藝。圖5A至5E為與圖4A至4F中示出的制造工藝相對應的MEMS結構制造工藝的透視圖。
如圖4A和5A所示，在由半導體材料例如硅制成的襯底(410)上沉積一個犧牲層(420)。該犧牲層(420)可以由如Al、Cu、氧化物或Ni的材料制成。如圖4B和5B所示，把犧牲層(420)構圖成預制的形狀。通過構圖把犧牲層(420)的一部分除去，以在犧牲層(420)上形成由間隔(423)構成的凹槽。該槽形的間隔(423)與前面提到的支座的形狀相對應，如下所述。
如圖4C和5C示出，在構圖過的犧牲層(420)上，沉積MEMS結構層(430)。例如，該MEMS結構層可以由例如金的材料通過氣相沉積而成。在犧牲層(420)上的間隔(420)的內部也要沉積MEMS結構層(430)。因此，MEMS結構層(430)包括固定在犧牲層(420)上的固定部分(431)、在除去犧牲層(420)后設置在襯底(410)上的浮動部分(433)和形成在間隔(423)內部的側壁(435)。覆蓋在犧牲層(420)上的MEMS結構層(430)具有均勻的厚度，但是由于該MEMS結構層(430)垂直沉積在襯底(410)上，側壁(435)橫向厚度要比MEMS結構(430)的其它部分要薄。
如圖4D和5D所示，在MEMS結構層(430)上形成蝕刻劑通道孔(440)，此步驟中，該蝕刻劑通道孔(440)形成在MEMS結構層上稍后要形成類似一個梁或薄片的浮動部分(433)的部分上，而不是形成在稍后要形成固定部分(431)的部分上。
當蝕刻劑通過蝕刻劑通道孔(440)選擇性地對犧牲層(420)進行蝕刻時，一部分犧牲層被刻蝕和除去。如圖4E和4F所示，當犧牲層(420)連續(xù)地暴露在蝕刻劑中時，浮動部分(433)下面的犧牲層(420)逐漸地被除去。
該蝕刻劑將應用到浮動部分(433)下面的犧牲層(420)上，而非固定部分(431)下面的犧牲層(420)。這是因為在固定部分(431)上沒有蝕刻劑通道孔(440)，也因為在固定部分(431)下面的犧牲層(420)由側壁(435)包圍。因此，固定部分(431)下面的犧牲層(420)受到側壁(435)的保護而未被刻蝕且保持原樣不變。固定部分(431)下面的犧牲層(420)作為支座把固定部分(431)牢固地固定在襯底(410)上。
在暴露犧牲層(420)的步驟中，固定部分(431)下面的犧牲層沒有被除去，因為在形成MEMS結構層(430)時犧牲層(420)已事先構圖出側壁(435)。由于，該支座的尺寸取決于側壁(435)的位置，所以浮動部分(433)的長度調整可以得到精確的控制。雖然側壁(435)的厚度比MEMS結構(430)的其它部分薄，但是因為蝕刻劑僅除去犧牲層(420)而非側壁(435)，所以固定部分(431)下面的犧牲層(420)可以由于薄側壁(435)有效的保護而沒有受到蝕刻劑的影響。
另外，如圖4F和5E所示，依據上述方法形成的MEMS結構具有固定部分(431)、浮動部分(433)和連接部分(432)，連接部分(432)將浮動部分(433)和固定部分(432)連接起來，它們在MEMS結構層(430)沉積過程中一起形成一個在同一平面的整體件。由于連接部分(432)的厚度與固定部分(431)和浮動部分(433)的厚度相同，這樣提高了連接部分(432)的強度，防止該連接部分(432)變得脆弱。
依據前述的MEMS結構，側壁(435)在沉積MEMS結構層(430)過程中與襯底(410)接觸。因此，該側壁(435)將襯底(410)和固定部分(431)連接起來。在MEMS結構與襯底(410)上的其它電路之間很容易地建立了電連接。
與此同時，在構圖犧牲層(420)過程中，如圖4B和5B所示，構圖出的間隔(423)圍繞著與固定部分(431)相對應的至少一部分區(qū)域。換言之，該間隔(423)基本上圍繞固定部分(431)的區(qū)域而不包括連接部分(432)的區(qū)域。從而，側壁(435)也基本包圍的固定部分所以作為支撐物的大部分犧牲層(420)借助側壁(435)有效地阻隔開與蝕刻劑的接觸。
圖6示出了設置在圖5中的MEMS結構內部的犧牲層的情況。因為連接部分(435)的下面沒有側壁(435)，所以在除去犧牲層(420)的過程中，流到連接部分(432)下面的蝕刻劑除去了這部分犧牲層(420)，如圖4F和6所示。
然而，即使是在除去該部分犧牲層(420)時，如圖6所示，因為連接部分(432)的寬度要比固定部分(431)的寬度窄，所以僅有圍繞連接部分(432)的那部分犧牲層被除去了。從而，盡管固定部分(431)下面的部分犧牲層(420)被除去了，但是浮動部分(433)的長度基本沒有改變，由支撐物固定的固定部分(431)的情況也基本改變。因此，浮動部分(435)的長度可按照需要進行精確調整。
依據前面描述的本發(fā)明，由于連接部分與固定部分和浮動部分具有相同的厚度而獲得了可靠/耐用的MEMS結構。另外，因為由犧牲層形成的支撐物受到側壁的保護而沒有被蝕刻，所以固定部分與浮動部分之間的邊界可以精確地確定。因此，浮動部分的長度調整可以進行精確地控制。此外，由于側壁將固定部分與襯底連接起來，所以該MEMS結構與其它電路的電連接變得簡單。
同樣，依據本發(fā)明，用蝕刻劑除去犧牲層的步驟中，準確地設定暴露時間不再是必要的了，因為將作為支座部分已經受到側壁的保護。由于連接部分的寬度比浮動部分的寬度窄，即使稍后要成為支撐物的犧牲層也被除去，對MEMS結構的功能也不會產生影響，因此要求除去浮動部分下面的全部犧牲層可以是足夠長的暴露時間。
雖然對于不限于本發(fā)明中的實施例進行了描述，但是對于本領域技術人員來說本發(fā)明不拘于所述的實施例。允許不偏離由權利要求限定的本發(fā)明范圍和精神情況下的各種調整和改變。
權利要求
1.一種微電子機械系統結構的制造方法，該結構具有固定到一襯底上的一固定部分和連接到該固定部分上并浮置在該襯底上面的一浮動部分，該方法包括在該襯底上沉積犧牲層；構圖該犧牲層，并形成一間隔，該間隔圍繞其中將要形成該固定部分的區(qū)域的至少一部分；在該犧牲層上沉積一微電子機械系統結構層，在該間隔內形成側壁，在該犧牲層上形成該固定部分和該浮動部分；以及用蝕刻劑除去該犧牲層，其中，蝕刻劑對犧牲層的與該固定部分相應的那部分的作用被該側壁阻隔，使得該犧牲層的由該側壁阻隔開的部分沒有被蝕刻劑除去。
2.如權利要求1所述的微電子機械系統結構的制造方法，其中該間隔形成為基本圍繞將要形成該固定部分的區(qū)域，除該區(qū)域中與連接該固定部分和該浮動部分的連接部分相應的那部分外。
3.如權利要求2所述的微電子機械系統結構的制造方法，其中該連接部分的寬度比該固定部分的寬度窄。
4.如權利要求1所述的微電子機械系統結構的制造方法，還包括在使用蝕刻劑前，在微電子機械系統結構上形成蝕刻劑通道孔。
5.如權利要求4所述的微電子機械系統結構的制造方法，其中在該浮動部分上形成該蝕刻劑通道孔。
6.一種微電子機械系統結構，包括一襯底；一固定到該襯底上的固定部分；一與該固定部分相連并浮置在該襯底之上的浮動部分；一置于該固定部分與該襯底之間的支座，所述支座將該固定部分固定到該襯底上；以及一圍繞該支座的一個或更多側面的至少一部分的側壁。
7.如權利要求6所述的微電子機械系統結構，其中該側壁形成為基本圍繞該固定部分區(qū)域，除該區(qū)域中與連接該固定部分和該浮動部分的連接部分相應的那部分外。
8.如權利要求7所述的微電子機械系統結構，其中該連接部分的寬度要比該固定部分的寬度窄。
9.如權利要求6所述的微電子機械系統結構，其中該側壁、該固定部分和該浮動部分形成一個整體。
10.如權利要求6所述的微電子機械系統結構，其中該側壁與該襯底直接接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微電子機械系統結構及其制造方法，該結構具有固定到襯底上的固定部分和連接到固定部分上并浮置在襯底上面的浮動部分，該方法包括在襯底上沉積犧牲層；構圖該犧牲層，形成圍繞至少將要形成該固定部分的一部分的間隔；在犧牲層上沉積微電子機械系統結構層，在該間隔內形成側壁，在該犧牲層上形成固定部分和浮動部分；以及，用蝕刻劑除去該犧牲層，其中蝕刻劑對固定部分相對應的那部分犧牲層的應用由側壁阻隔開，由側壁阻隔開的犧牲層沒有被蝕刻劑除去。由于連接部分制為與固定部分和浮動部分具有相同的厚度，可以提供一種堅固/可靠的微電子機械系統結構。
文檔編號B81C1/00GK1440924SQ0216111
公開日2003年9月10日 申請日期2002年12月18日 優(yōu)先權日2001年12月18日
發(fā)明者李銀圣, 李文喆, 金顯玉 申請人:三星電子株式會社