專利名稱：微機(jī)械和制造其的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機(jī)械和制造其的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種微機(jī)械和制造其的方法，該微機(jī)械包括諧振器電極，諧振器電極在上面橫跨輸出電極，并在它們之間設(shè)置有一空間。
背景技術(shù)：
隨著襯底上微制造技術(shù)的最新進(jìn)展，目前很多的關(guān)注集中于微機(jī)械技術(shù)以在襯底(諸如硅襯底和玻璃襯底)上形成微結(jié)構(gòu)和它們的控制元件(諸如電極和半導(dǎo)體集成電路)。
在非專利文件1(C.T.-C.Nguyen，“Micromechanical Components forMiniaturized Low-power Communications”(invited Plenary Proceedings)，1999IEEE MTT-S International Microwave Symposium RF MEMS Workshop，June，18，1999，pp.48-77)公開了一種這樣技術(shù)。
該文獻(xiàn)的作者提出利用微諧振器作為無線通訊的高頻濾波器。圖14顯示了這樣的微諧振器100，其由襯底101、輸出電極102a和諧振器電極103組成，在電極之間設(shè)置空間A。諧振器電極103具有與輸入電極102b連接的一端，輸入電極102b由與輸出電極102a相同的導(dǎo)電層制成。當(dāng)對輸入電極102b施加特定頻率的電壓時，諧振器電極103(其設(shè)置于輸出電極102a上方，在電極之間有空間A)的梁(振動部分)103a以固有頻率振動。該振動改變由輸出電極102a和梁(振動部分)103a之間的空間A構(gòu)建的電容器的電容。通過輸出電極102a將該改變輸出。依據(jù)上述微諧振器100的高頻濾波器實(shí)現(xiàn)了比那些依據(jù)SAW(表面聲波，surface acoustic wave)或FBAR(膜體聲諧振器，filmbulk acoustic resonator)的更高的Q值。
上述的微諧振器以下面的方式制造。首先，參考圖15A，制備用絕緣膜涂布的襯底101。在該襯底101上，由多晶硅形成輸出電極102a、輸入電極102b和支持電極102c。第一者102a夾持于第二和第三者102b和102c之間。襯底101與電極102a至102c完全用氧化硅的犧牲層105覆蓋。
其次，參考圖15B，在犧牲層105中制作接觸孔105b和105c，接觸孔105b和105c到達(dá)輸入電極102b和支持電極102c。然后，在犧牲層105上和在接觸孔105b和105c中形成多晶硅層106。
再接下來，參考圖15C，多晶硅層106經(jīng)受構(gòu)圖蝕刻，從而形成帶狀諧振器電極103，在上面經(jīng)過輸出電極102a。以這樣一種方法執(zhí)行構(gòu)圖蝕刻使得接觸孔105b和105c保持完全被覆蓋以保護(hù)輸入電極102b和支持電極102c免受蝕刻影響。
最后，選擇性地去除犧牲層105來形成輸出電極102a和諧振器電極103之間的空間A。因此，獲得如圖14所示的微諧振器100。
如上所述構(gòu)建的微諧振器100具有固有頻率，該固有頻率取決于其梁長度L(梁103a的長度)，如圖16所示。由圖16可以看到，依據(jù)以下公式(1)的理論固有頻率正比于1/L2。這意味需要減小梁的長度L來獲得高的固有頻率。
fR=0.162hL2EKρ---(1)]]>其中，h膜厚E楊式模量K磁耦合比率ρ膜密度上述的微諧振器100的缺點(diǎn)是梁長度L不能制作得小于輸出電極102a的寬度，因?yàn)榭臻gA和諧振器電極103形成于輸出電極102a的上方。
如果減少梁長度L來增加固有頻率，那么需要減小輸出電極102a的寬度。這會造成輸出電極102a和諧振器電極103之間電容的減小，其又減小輸出。這就是為什么不可能通過減小梁長度L增加固有頻率的原因。
本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供微機(jī)械和制造其的方法，該微機(jī)械具有諧振器電極，該諧振器電極使得可以通過減小梁長度來增加固有頻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的上述的目標(biāo)通過一種微機(jī)械實(shí)現(xiàn)，其具有形成于襯底上的輸出電極和形成于襯底上的層間絕緣膜，該層間絕緣膜具有開口，該開口的底部為輸出電極。在層間絕緣膜上形成帶狀諧振器電極以在上面橫跨開口中的空間。依據(jù)本發(fā)明的第一微機(jī)械的特征在于，諧振器電極沿開口的側(cè)壁凹入開口。
在如上述構(gòu)建的第一微機(jī)械中，橫跨開口的諧振器電極作為諧振器電極的梁(或振動部分)。因此，振動部分(或梁長度)的長度通過開口的尺寸決定，而與輸出電極的寬度無關(guān)。因此，諧振器電極可以具有短于輸出電極的寬度的振動部分。另外，通過層間絕緣層的上表面支持諧振器電極的下表面，且通過開口的側(cè)壁支持振動部分的側(cè)面。因此，通過層間絕緣膜牢固地支持諧振器電極，且這導(dǎo)致僅振動部分貢獻(xiàn)于振動。另外，振動部分還縮短沿開口的側(cè)壁設(shè)置的諧振器電極的厚度，因此振動部分的基本長度短于開口的孔徑尺寸。
依據(jù)本發(fā)明的第二微機(jī)械的特征在于，諧振器電極設(shè)置于開口的兩側(cè)，諧振器電極的兩端夾持于層間絕緣膜和形成于其上的絕緣膜之間。
如上述構(gòu)建的第二微機(jī)械產(chǎn)生猶如第一微機(jī)械的效應(yīng)。即，在開口上方橫跨的部分諧振器電極作用為諧振器電極的振動部分。因此，諧振器電極可以具有比輸出電極的寬度更短的振動部分。另外，形成該諧振器電極使得振動部件的兩端(其處于開口的兩側(cè))夾持于層間絕緣膜和形成于其上的絕緣膜之間。因此，通過層間絕緣膜和絕緣膜牢固地支持諧振器電極，且僅使振動部分貢獻(xiàn)于振動。
本發(fā)明還涉及一種制造如上所述構(gòu)建的第一和第二微機(jī)械的方法。


圖1A和1B分別是本發(fā)明的第一實(shí)施例的微機(jī)械的截面圖和平面圖。
圖2A至2D是本發(fā)明的第一實(shí)施例的制造方法(第一部分)的截面圖。
圖3A至3C是本發(fā)明的第一實(shí)施例的制造方法(第二部分)的截面圖。
圖4是顯示預(yù)測梁長度(L)如何影響固有頻率的模擬結(jié)果的曲線圖。
圖5A和5B分別是本發(fā)明的第二實(shí)施例的微機(jī)械的截面圖和平面圖。
圖6是本發(fā)明的第三實(shí)施例的微機(jī)械的截面圖。
圖7A至7D是本發(fā)明的第三實(shí)施例的制造方法(第一部分)的截面圖。
圖8A至8C是本發(fā)明的第三實(shí)施例的制造方法(第二部分)的截面圖。
圖9A和9B分別是本發(fā)明的第四實(shí)施例的微機(jī)械的截面圖和平面圖。
圖10A至10D是本發(fā)明的第四實(shí)施例的制造方法的截面圖。
圖11是本發(fā)明的第五實(shí)施例的微機(jī)械的截面圖。
圖12A和12B是本發(fā)明的第五實(shí)施例的制造方法的截面圖。
圖13是本發(fā)明的第六實(shí)施例的微機(jī)械的截面圖。
圖14是顯示現(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)械(微諧振器)的示意圖。
圖15A至15C是顯示現(xiàn)有技術(shù)的制造方法的截面圖。
圖16是示出現(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)械的問題的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
在以下，將參考附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。每個實(shí)施例涉及微機(jī)械的結(jié)構(gòu)和制造方法，該微機(jī)械是適用于作為高頻濾波器使用的微諧振器。
第一實(shí)施例圖1A是顯示第一實(shí)施例的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的截面圖，圖1B是顯示第一實(shí)施例的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的平面圖。沿圖1B的線X-X’截取圖1A中的橫截面。
在這些圖中所示的微機(jī)械1形成于襯底5上，襯底5由半導(dǎo)體襯底3和覆蓋其表面的絕緣膜4組成。在襯底5上形成輸出電極7的圖案。輸出電極7具有沿襯底5從微機(jī)械1突出的引線。
在襯底5上是覆蓋輸出電極7的層間絕緣膜9。該層間絕緣膜9應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地以埋覆輸出電極7的方式平坦地形成，但是這并不是限制性的。它可以覆蓋輸出電極7，而其表面構(gòu)造與輸出電極7的設(shè)置一致。
層間絕緣膜9具有到達(dá)輸出電極7的開口9a。該開口9a僅設(shè)置于輸出電極7的上方而不從輸出電極7凸出。開口9a的長度L是決定微機(jī)械1的頻率的因素之一。因此，開口9a應(yīng)具有相應(yīng)于微機(jī)械1所構(gòu)建的高頻濾波器所需頻率的長度L。
在層間絕緣膜9上是帶狀諧振器電極11，其橫跨開口9a中的空間A的上面部分。與空間A(或開口9a)對應(yīng)的那部分諧振器電極11作為振動部分(梁)11a。換言之，開口9a的長度L是微機(jī)械1的振動部分(梁)11a的梁長度L。形成諧振器電極11使得振動部分11a沿開口9a的側(cè)壁凹入。諧振器電極11的凹入部分(或振動部分11a的中部)處于從層間絕緣膜9的上表面以下的一特定距離(d)。例如，d的值可以是0.2μm。
在層間絕緣膜9上是與諧振器電極11連接的引線15。附帶地，引線15可以由與諧振器電極11相同的層形成。
通過以下參考圖2A至2D和圖3A至3C(它們是截面圖)描述的方法制造上述第一實(shí)施例的微機(jī)械。
首先，制備襯底5，襯底5由半導(dǎo)體襯底3(單晶硅)和覆蓋它的絕緣膜4組成，如圖2A所示。絕緣膜4應(yīng)優(yōu)選地用一頂層涂覆，該頂層由對隨后在犧牲層(例如，氧化硅)上執(zhí)行的蝕刻有抵抗力的材料制成。因此，由氧化硅膜4a和氮化硅膜4b形成絕緣膜4，在氧化硅膜4a的頂部層疊氮化硅膜4b。氧化硅膜4a緩解了上層和半導(dǎo)體襯底3之間的應(yīng)力。氮化硅膜4b對蝕刻有抵抗力。這兩層膜可以通過例如低壓CVD形成。
之后，通過構(gòu)圖第一導(dǎo)電層在襯底5上形成輸出電極7，如圖2B所示。例如，形成輸出電極7的第一導(dǎo)電層應(yīng)為包含磷(P)的多晶硅的硅層。應(yīng)通過由光刻形成的抗蝕劑圖案(作為掩模)執(zhí)行對第一電極層和其它部分(以后所述)的構(gòu)圖。
襯底5和輸出電極7用層間絕緣膜9覆蓋，如圖2C所示。層間絕緣膜9應(yīng)足夠厚來完全覆蓋輸出電極7。隨后應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地平坦化層間絕緣膜9的表面。層間絕緣膜9應(yīng)由對隨后在犧牲層上執(zhí)行的蝕刻有抵抗力的材料制成。在犧牲層由氧化硅形成的情況中，層間絕緣膜9應(yīng)由氮化硅形成。附帶地，層間絕緣膜9不需要具有覆蓋輸出電極7的平坦表面。它可以具有與輸出電極7的形狀一致的表面。例如，可以通過低壓CVD形成氮化硅的層間絕緣膜9。
在層間絕緣膜9中制作開口9a(到達(dá)輸出電極7)。該開口9a應(yīng)具有處于輸出電極7的輪廓以內(nèi)的形狀。因此，輸出電極7構(gòu)成開口9a的底部開口9a的底部所暴露的輸出電極7部分用犧牲層10覆蓋，如圖2D所示。犧牲層10應(yīng)由氧化硅等制成，其可以通過隨后的蝕刻選擇性地去除，而對層間絕緣膜9和輸出電極7沒有影響。實(shí)際中，通過氧化多晶硅的輸出電極7所暴露的表面來形成氧化硅的犧牲層10，以氮化硅的層間絕緣膜9作為掩模。重要的是，犧牲層10應(yīng)以這樣一種方式形成使得犧牲層10的表面足夠低于層間絕緣膜9的表面，或即使在形成犧牲層10之后開口9a仍保持凹入。
以這樣一種方式在層間絕緣膜9上形成第二導(dǎo)電層12使得第二導(dǎo)電層12覆蓋開口9a的內(nèi)壁，而開口9a的底部已經(jīng)用犧牲層10覆蓋，如圖3A所示。第二導(dǎo)電層12應(yīng)由對隨后在犧牲層10上執(zhí)行的蝕刻有抵抗力的材料制成。因此，在犧牲層10由氧化硅制成的情況中，第二導(dǎo)電層12應(yīng)由多晶硅形成。第二導(dǎo)電層12應(yīng)具有一厚度，確定該厚度使得凹入開口9a的表面低于層間絕緣膜9的表面。
構(gòu)圖第二導(dǎo)電層12，使得在犧牲層10和層間絕緣膜9的上方形成諧振器電極11，如圖3B所示。諧振器電極11應(yīng)形成為帶狀圖案，其橫跨犧牲層10且允許開口9a和犧牲層10(形成于開口9a中)被部分暴露?？梢栽谥C振器電極11的兩側(cè)暴露開口9a，如圖1B所示?？商鎿Q地，可以在諧振器電極11的W(寬度)方向(垂直于梁長度L)上的一側(cè)暴露開口9a和犧牲層10。
在層間絕緣膜9上形成與諧振器電極11連接的引線15，如圖3C所示。該步驟可以用以下的方式進(jìn)行。首先，在襯底5的全部表面上形成金(Au)的籽層。之后，除了待形成引線的部分之外，形成覆蓋籽層的抗蝕劑圖案(未顯示)。通過在籽層上抗蝕劑圖案的開口部分之內(nèi)鍍覆，形成引線15。去除蝕刻圖案，且在全部表面上執(zhí)行蝕刻來去除籽層。附帶地，在引線15和諧振器電極11由同一層形成的情況中，該步驟并不是必須的。
通過利用緩沖的氫氟酸選擇性濕法蝕刻去除氧化硅的犧牲層10(在諧振器電極11之下)，完整地留下引線15、諧振器電極11、層間絕緣膜9和輸出電極7。
前述的步驟形成諧振器電極11下的空間A且導(dǎo)致輸出電極7暴露于開口9a的底部，如圖1A和1B所示。以該方法，獲得微機(jī)械1，其具有帶狀諧振器電極11，帶狀諧振器電極11在上面橫跨層間絕緣膜9以及在開口9a中的空間A。
依據(jù)第一實(shí)施例的上述的微機(jī)械1具有諧振器電極11，其在上面橫跨層間絕緣膜9中形成的開口9a中的空間A。在施加特定頻率的電壓時，諧振器11(其在上面橫跨開口9a)的梁(振動部分)11a振動。因此，通過開口9a的尺寸決定了振動部分(或梁)11a的長度(梁長度L)。
依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械1如圖1A和1B所示構(gòu)建，其優(yōu)點(diǎn)在于諧振器電極11的梁長度L可以被減小至開口9a的可獲得的最小尺寸，而與輸出電極7的寬度無關(guān)。但是，該優(yōu)點(diǎn)通過現(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)械無法獲得，在現(xiàn)有技術(shù)微機(jī)械中，在輸出電極102a的上方設(shè)置空間A和諧振器電極103，參考圖14如以上說明。所得到的微機(jī)械由于其顯著減小的梁長度L，因此可適用于更高的頻率。
依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械，與圖14中所示的現(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)械不同之處在于諧振器電極11和輸出電極7之間產(chǎn)生的電容。前者對于相同的梁長度L具有較大的電容，因?yàn)橹C振器11和輸出電極7具有大的相對面積。這意味著，即使當(dāng)對于高頻而減小梁長度L時，它仍保持高的輸出。
依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械如下構(gòu)建。諧振器11的兩端(或支持振動部分11a的錨定部分)完全固定于層間絕緣膜9，且通過開口9a的側(cè)壁支持振動部分11a的側(cè)面。這意味通過層間絕緣膜9牢固地支持諧振器電極11，且僅振動部分11a有效地貢獻(xiàn)于振動。結(jié)果，施加于微機(jī)械1的特定頻率的電壓導(dǎo)致振動僅在諧振器電極11的梁(振動部分)11a中發(fā)生。因此，固有頻率接近滿足以上所給的公式(1)的理論值(該值反比于振動部分的長度L的平方)。這使得微機(jī)械1容易地適用于高頻。
微機(jī)械1的另一優(yōu)點(diǎn)是諧振器電極11的振動部分11a由于其厚度沿開口9a的側(cè)壁設(shè)置而變得更短。這意味著實(shí)際振動的振動部分的長度短于開口9a的寬度。這使得微機(jī)械1容易地適用于高頻。
圖4顯示預(yù)測固有頻率如何依據(jù)微機(jī)械中梁長度L變化的模擬結(jié)果。注意，在依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械的情況中，梁長度與固有頻率的關(guān)系接近于滿足以上給出的公式(1)的理論值。該結(jié)果指出可以使微機(jī)械1通過微型化容易地適用高頻。
前述不適于圖14所示的現(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)械，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)受其制造工藝限制。即，支持梁(振動部分)103a的錨定部分具有凸出部分B，該凸出部分B沒有與下面的層緊密接觸，且該凸出部分B影響梁(振動部分)103a的振動。從這一事實(shí)清楚的是，隨著梁長度L減小，固有頻率從滿足以上給出的公式(1)的理論值減小。這意味著通過減小梁長度L并不能使微機(jī)械適合高頻。
從前述可以得出依據(jù)第一實(shí)施例構(gòu)建的微機(jī)械1可以用作具有高Q值的高頻濾波器。
平坦化層間絕緣膜9(其中埋覆有輸出電極7)的優(yōu)點(diǎn)是最小化了諧振器電極11和輸出電極7之間發(fā)生的寄生電容(不貢獻(xiàn)于振動的那部分電容)，而在它們之間設(shè)置層間絕緣膜9。因此，作為高頻濾波器的微機(jī)械1可以具有改善的頻率選擇性(傳輸性能)。
附帶地，以上假設(shè)諧振器電極11的寬度W相同，如圖1B所示，對第一實(shí)施例進(jìn)行了說明。但是，可以更改諧振器電極11使得其在層間絕緣膜9上兩端寬于其中心部分。該結(jié)構(gòu)保證了對梁(振動部分)11a的支持。
第二實(shí)施例圖5A是依據(jù)第二實(shí)施例的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的截面圖，圖5B是顯示依據(jù)第二實(shí)施例的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的平面圖。沿圖5B中的線X-X’截取圖5A中的橫截面。
依據(jù)第二實(shí)施例的微機(jī)械20相似于依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械(在上文已經(jīng)參考圖1A和1B對其進(jìn)行了說明)，除了諧振器電極11的結(jié)構(gòu)之外。
圖5A和5B所示的微機(jī)械20的諧振器電極11形成于開口9a中，并且具有足夠大的寬度W來覆蓋制作于層間絕緣膜9中的開口9a中的空間A。它也具有到達(dá)空間A的開口11b。在空間A以上且與開口9a一致的那部分諧振器電極作為振動部分11a’，如同依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械的情況那樣。
諧振器電極11可以僅具有一開口11b(未示出)或兩個或更多開口。應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)開口11b的面積對開口9a的面積的比例和開口11b的設(shè)置和數(shù)量，使得用作高頻濾波器的依據(jù)第二實(shí)施例的微機(jī)械20對于特定的頻率范圍給出令人滿意的輸出。
如第一實(shí)施例相同的方法，諧振器電極11的振動部分11a’應(yīng)沿開口9a的側(cè)壁向開口9a凹入，且凹入部分的上表面(或振動部分11a’的中心部分)應(yīng)低于層間絕緣膜9的頂表面，而該差值是由d指示的任意值。
具有如上述構(gòu)建的諧振器電極11的微機(jī)械20可以用與第一實(shí)施例相似的方法制造。在形成諧振器電極的步驟中，如圖3B所示，形成諧振器電極以覆蓋開口9a且使其具有到達(dá)開口9a中的犧牲層10的開口，且通過該開口由蝕刻來選擇性地去除犧牲層10。
參考圖5A和5B如上述構(gòu)建的依據(jù)第二實(shí)施例的微機(jī)械的特征在于，在開口9a中有空間A且在其上設(shè)置諧振器電極11，諧振器電極11具有與空間A相通的開口11b。因此，當(dāng)施加特定頻率的電壓時，諧振器電極11(閉合開口9a)作為振動部分11a’振動。由開口9a的尺寸決定了振動部分11a’的梁長度L。如依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械的情況，可以依據(jù)開口9a的尺寸確定梁長度L，而與輸出電極7的寬度無關(guān)。因此，可以通過減小梁長度L使該微機(jī)械適用于高頻，同時保持令人滿意的輸出水平。
依據(jù)第二實(shí)施例的另一特征是諧振器電極11閉合開口9a，使得通過在全部周邊上的層間絕緣膜9牢固地支持梁(振動部分)11a’。另外，諧振器電極11的兩端(或支持梁(振動部分)11a’的錨定部分)固定于在它們整個表面上的層間絕緣膜9，且通過開口9a的側(cè)壁支持振動部分11a’的側(cè)面。該結(jié)構(gòu)更牢固地支持諧振器電極11，且因此比依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械的結(jié)構(gòu)適于更高的頻率。
第三實(shí)施例圖6是本發(fā)明的第三實(shí)施例的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的截面圖。依據(jù)第三實(shí)施例的微機(jī)械30相似于依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械(在上文已經(jīng)參考圖1A和1B對其進(jìn)行了說明)，除了層間絕緣膜31的結(jié)構(gòu)之外。
微機(jī)械30中，層間絕緣膜31由第一層32和第二層33組成，它以這樣方式形成于襯底5從而部分覆蓋輸出電極7。
第一層32應(yīng)具有足夠的厚度來埋覆輸出電極7。第一層32應(yīng)優(yōu)選地具有平滑的表面，但是這不是限制性的。它可以具有與輸出電極的設(shè)置一致的不規(guī)則的形狀。它具有達(dá)到輸出電極7的開口32a。期望開口32應(yīng)不從輸出電極7凸出，而限于輸出電極7的區(qū)域內(nèi)，但這不是限制性的。
第二層33比第一層32要薄得多。它形成于第一層32上使得它緊密地覆蓋第一層32的開口32a的內(nèi)壁。第二層33應(yīng)當(dāng)足夠厚來保護(hù)第一層32，且其厚度應(yīng)等于或略微大于設(shè)置于諧振器電極11下的空間A的高度。第二層33具有到達(dá)輸出電極7的開口33a。開口33a形成于第一層32的開口32a的內(nèi)部。開口33a設(shè)置在輸出電極7上，而不從輸出電極7凸出，且它形成得不暴露第一層32。用具有特定寬度(長度)的第二層33來覆蓋輸出電極7。
諧振器電極11(形成于由第一層32和第二層33組成的層間絕緣膜31上)沿第一層32中的開口32a的側(cè)壁向開口32a凹入。另外，諧振器電極11橫跨在第二層33的開口33a中的空間A。空間A上方(或與開口33a對應(yīng))的那部分諧振器電極11作為振動部分(梁)11a。
諧振器電極11可以沿第二層33的開口33a的側(cè)壁向開口33a(或空間A)凹入。該情況中，諧振器電極11可以逐級地向輸出電極7凹入，且振動部分11a的側(cè)面被逐級地支持。附帶地，如在第一實(shí)施例中，應(yīng)優(yōu)選地形成振動部分11a使其中心部分的表面低于層間絕緣膜31(第二層33)的表面一任意值(d)。
上述依據(jù)第三實(shí)施例的微機(jī)械是通過參考圖7A至7D和圖8A至8C(它們是截面圖)所述的方法制造的。
首先，通過用絕緣膜4涂布半導(dǎo)體襯底3制備襯底5，如圖7A所示。在襯底5上形成輸出電極7。直到該階段的步驟與以上參考圖2A和2B所述的那些相同。
其次，形成氧化硅的第一層32，其覆蓋輸出電極7和襯底5，如圖7B所示。第一層32應(yīng)足夠厚以完全覆蓋輸出電極7，且隨后它應(yīng)被平坦化。在第一層32中制作開口32a，其到達(dá)輸出電極7。
第二層33比第一層32足夠薄，以這樣形成第二層33來覆蓋第一層32的開口32a的內(nèi)壁，如圖7C所示。第二層33應(yīng)由絕緣材料形成，該絕緣材料對隨后將在犧牲層上執(zhí)行的蝕刻有抵抗力。如果氧化硅用于犧牲層，那么第二層33的材料可以是氮化硅。
在第二層33中形成到達(dá)輸出電極7的開口33a。應(yīng)制作該開口33a使得它不從輸出電極7凸出，因此輸出電極7形成了開口33a的底部。
然后，形成犧牲層10，其覆蓋輸出電極7暴露于開口33a的底部的表面，如圖7D所示。犧牲層10的材料例如是氧化硅，其可以從第二層33和輸出電極7被選擇性地去除。犧牲層10應(yīng)以參考圖2D的第一實(shí)施例中說明的相同的方法形成。重要的是應(yīng)形成犧牲層10使得其表面僅僅或略微低于第二層33的表面。
假設(shè)通過對于引線15、諧振器電極11、第二層33和輸出電極7的選擇性蝕刻來實(shí)現(xiàn)犧牲層10的去除，則圖8A至8C所示的隨后的步驟以與參考圖3A至3C的第一實(shí)施例中說明的步驟相同的方法執(zhí)行。
以上步驟產(chǎn)生如圖6所示的微機(jī)械30，微機(jī)械30具有在諧振器電極11下面的空間A(其在去除犧牲層之后留下)，且微機(jī)械30具有暴露于空間A的輸出電極7(處于開口33a的底部)。微機(jī)械30還具有帶狀諧振器電極11，諧振器電極11在開口33a中的空間A上方橫跨開口33a。
依據(jù)第三實(shí)施例的上述的微機(jī)械30具有諧振器電極11，諧振器電極11在上面橫跨開口33a中的空間A，且通過開口32a和33a的側(cè)壁支持諧振器電極11的梁(振動部分)11a的側(cè)面。因此，它具有高Q值，如依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械的情況。它可以用在用于更高頻段的高頻濾波器。
第四實(shí)施例圖9A是顯示依據(jù)第四實(shí)施例的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的截面圖，圖9B是顯示依據(jù)第四實(shí)施例的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的平面圖。沿圖9B中的線X-X’截取圖9A中的橫截面。
依據(jù)第四實(shí)施例的微機(jī)械40相似于依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械(在上文已經(jīng)參考圖1A和1B對其進(jìn)行了說明)，除了輸出電極7形成于溝槽中之外。
圖9A和9B所示的微機(jī)械40具有輸出電極7，其形成于層間絕緣膜9的開口9a’中，使得輸出電極7的上表面完全從層間絕緣膜9暴露。因此，形成在層間絕緣膜9中的開口9a’也使得從輸出電極7延伸的引線暴露。
上述依據(jù)第四實(shí)施例的微機(jī)械通過下面參考圖10A至10D(它們是橫截面圖)所述的方法制造。
圖10A中所示的第一步驟中，以與以上參考圖2A說明的第一實(shí)施例相同的方法，通過用絕緣膜4涂布半導(dǎo)體襯底3來制備襯底5。
圖10B中所示的下一步驟中，層間絕緣膜9形成于襯底5上，且然后開口9a’(到達(dá)襯底5或絕緣膜4)形成于層間絕緣膜9中。
圖10C中所示的下一步驟中，輸出電極7形成于開口9a’中。實(shí)際中，多晶硅的第一導(dǎo)電層形成于層間絕緣膜9上以填充開口9a’，然后通過CMP工藝去除層間絕緣膜9上的第一導(dǎo)電層。開口9a’中的第一導(dǎo)電層進(jìn)行了回蝕，使得第一導(dǎo)電層的輸出電極7與層間絕緣膜9相比被制作得充分地薄。
圖10D中所示的下一步驟中，通過與以上參考圖2D提到的第一實(shí)施例中相同的方法，將犧牲層10選擇性地形成于輸出電極7暴露的表面上。隨后的步驟與以上參考圖3A和3C提到的第一實(shí)施例中的步驟相同。以該方法，獲得了以上參考圖9A和9B提到的微機(jī)械40。
依據(jù)第四實(shí)施例的上述的微機(jī)械40具有諧振器電極11，諧振器電極11在開口9a’中的空間A上方橫跨，且通過開口9a’的側(cè)壁支持諧振器電極11的梁(振動部分)11a的側(cè)面。因此，它具有高Q值，如依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械的情況那樣。它可以用在用于更高頻段的高頻濾波器。
第五實(shí)施例圖11是顯示依據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的微機(jī)械的結(jié)構(gòu)的截面圖。依據(jù)第五實(shí)施例的微機(jī)械50相似于依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械(在上文已經(jīng)參考圖1A和1B對其進(jìn)行了說明)，除了額外在層間絕緣膜9上形成以覆蓋諧振器電極11的絕緣膜51之外。
微機(jī)械50具有支持在層間絕緣膜9上的諧振器電極11。換言之，諧振器電極11的振動部分11a的兩端夾持于層間絕緣膜9和設(shè)置于其上的絕緣膜51之間。引線15也夾持于層間絕緣膜9和絕緣膜51之間。
層間絕緣膜9具有被稱為第一開口9a的開口。設(shè)置于層間絕緣膜9上的絕緣膜51具有被稱為第二開口51a的開口。第一開口9a大致與第二開口5a相一致(就形狀和位置而言)。第二開口51a應(yīng)足夠大來允許振動部分11a的振動。
上述依據(jù)第五實(shí)施例的微機(jī)械通過下面參考圖12A和12B(它們是截面圖)所述的方法制造。
首先，以與以上參考圖2A至2D和圖3A至3C說明的第一實(shí)施例中相同的方法，將諧振器電極11和引線15形成于層間絕緣膜9上。
圖12A中所示的下一步驟中，絕緣膜51形成于層間絕緣膜9上來使得它覆蓋諧振器電極11和引線15。絕緣膜51的材料應(yīng)是絕緣材料，諸如氮化硅，其對隨后將在犧牲層10上執(zhí)行的蝕刻有抵抗力。
圖12B中所示的下一步驟中，第二開口51a形成于絕緣膜51中。(第二開口51a與層間絕緣膜9中的第一開口9a重疊。)用緩沖的氫氟酸在諧振器電極11、層間絕緣膜9、輸出電極7和絕緣膜51上通過選擇性的濕法蝕刻來去除在諧振器電極11下的氧化硅的犧牲層10。
選擇性的蝕刻形成了在諧振器電極11下通過去除犧牲層所制備的空間A，并且導(dǎo)致輸出電極7暴露于第一開口9a的底部，如圖11所示。因此，獲得微機(jī)械50，其具有帶狀諧振器電極11，諧振器電極11處于層間絕緣膜9上且橫跨第一開口9a中的空間A。
如上述構(gòu)建的依據(jù)第五實(shí)施例的微機(jī)械50具有諧振器電極11，諧振器電極11以閉合在開口9a中的空間以使得通過開口9a的側(cè)壁支持諧振器電極11的梁(振動部分)11a的側(cè)面。另外，諧振器電極11的振動部分11a的兩端夾持于層間絕緣膜9和在其上形成的絕緣膜51。該結(jié)構(gòu)比第一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)更加牢固地支持諧振器電極11。因此，依據(jù)第五實(shí)施例的微機(jī)械比依據(jù)第一實(shí)施例的微機(jī)械的情況更肯定地具有高Q值。它可以用在用于更高頻段的高頻濾波器。
第六實(shí)施例圖13是顯示依據(jù)第六實(shí)施例的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的截面圖。依據(jù)第六實(shí)施例的微機(jī)械60是依據(jù)第五實(shí)施例的變體，第五實(shí)施例參考圖11已在以上提到。依據(jù)第六實(shí)施例的微機(jī)械60與依據(jù)第五實(shí)施例的微機(jī)械相似，除了諧振器電極61的結(jié)構(gòu)之外。
微機(jī)械60的特征在于，諧振器電極61不具有任何向輸出電極7凹入的部分，且其包括振動部分61a的形狀是平的，并且在于諧振器電極61的振動部分61a的兩端夾持于層間絕緣膜9和其上的絕緣膜51之間，且引線15也夾持于層間絕緣膜9和絕緣膜51之間。
具有如上述構(gòu)建的諧振器電極61的微機(jī)械60可以以相似于第一實(shí)施例的方法制造。在形成犧牲層10的步驟中(其已參考圖2D說明)，犧牲層10形成得如同開口9a一樣高，且以與第五實(shí)施例相同的方法執(zhí)行隨后的步驟。
參考圖13如上述構(gòu)建的依據(jù)第六實(shí)施例的微機(jī)械60具有諧振器電極61，諧振器電極61在上面橫跨開口9a中的空間A，因此，如第一實(shí)施例的情況，當(dāng)通過施加特定頻率的電壓導(dǎo)致諧振器電極11振動時，橫跨開口9a上方的振動部分61振動且該部分作為諧振器電極61的振動部分61a。因此，其遵循開口9a的尺寸決定了振動部分61a的長度(梁長度L)。
因此，如以上對于第一實(shí)施例所說明得，通過減小梁長度L，微機(jī)械60適用于更高的頻率，同時保持令人滿意的輸出水平。
依據(jù)第六實(shí)施例的微機(jī)械60以與依據(jù)第五實(shí)施例的微機(jī)械相同的方法構(gòu)建。即，諧振器電極61的兩端(或支持振動部分61a的錨定部分)夾持于層間絕緣膜9和其上的絕緣膜51之間。這意味通過層間絕緣膜9和絕緣膜51牢固地支持諧振器電極61。因此，僅使振動部分貢獻(xiàn)于振動。結(jié)果，當(dāng)通過施加特定頻率的電壓導(dǎo)致諧振器電極61振動時，僅梁(振動部分)61a振動。因此，固有頻率變得接近于滿足以上給出的公式(1)的理論值(反比于振動部分的長度L的平方)。這容易通過微型化使該微機(jī)械適用于高頻。
這里，圖4顯示了預(yù)測固有頻率如何根據(jù)第六實(shí)施例的微機(jī)械60中梁長度L變化的模擬結(jié)果。注意，在依據(jù)第六實(shí)施例的微機(jī)械60的情況中，梁長度與固有頻率的關(guān)系接近于滿足以上給出的公式(1)的理論值。該結(jié)果表明可以使得微機(jī)械60通過微型化容易地適用高頻。
附帶地，在第六實(shí)施例中，諧振器電極61可以具有寬的端部，其保證梁(振動部分)61a的支持，使得固有頻率進(jìn)一步增加。
另外，第三至第六實(shí)施例可以與第二實(shí)施例組合，使得通過諧振器電極閉合開口。這通過牢固地支持諧振器電極提高了第三至第六實(shí)施例的效果且增加了固有頻率。
如上述，與微機(jī)械和其制造方法相關(guān)的本發(fā)明所提供的優(yōu)點(diǎn)在于諧振器電極的梁長度或振動部分的長度可以制作得短于輸出電極的寬度，而輸出電極和諧振器電極之間的電容可以相對于振動部分的長度制作得較大，且可以通過層間絕緣膜牢固地支持諧振器電極。這允許梁長度減小且導(dǎo)致固有頻率接近理論值。因此，所得到的微機(jī)械具有高Q值且適用于高頻段。
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)械，包括輸出電極，被構(gòu)圖于襯底上；層間絕緣層，覆蓋所述襯底且包括開口，所述開口的底部是所述輸出電極；和帶狀諧振器電極，這樣形成于所述層間絕緣膜上以在上面橫跨所述開口中的空間，其中所述諧振器電極沿所述開口的側(cè)壁向所述開口凹入。
2.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)械，其中所述諧振器電極形成得使向所述開口凹入的部分的表面低于所述層間絕緣膜的表面。
3.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)械，其中所述諧振器電極的兩端處于所述開口的兩側(cè)，且夾持于所述層間絕緣膜和形成于所述層間絕緣膜上的絕緣膜之間。
4.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)械，其中所述諧振器電極被設(shè)置來閉合所述開口，且具有與所述開口中的所述空間相通的孔。
5.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)械，其中所述輸出電極埋覆于所述層間絕緣膜中。
6.一種微機(jī)械，包括輸出電極，被構(gòu)圖于襯底上；層間絕緣層，覆蓋所述襯底且包括開口，所述開口的底部是所述輸出電極；和帶狀諧振器電極，形成于所述層間絕緣膜上以在上面橫跨所述開口中的空間，其中所述諧振器電極的兩端處于所述開口的兩側(cè)，且夾持于所述層間絕緣膜和形成于所述層間絕緣膜上的絕緣膜之間。
7.如權(quán)利要求6所述的微機(jī)械，其中所述諧振器電極被設(shè)置來閉合所述開口，且具有與所述開口中的所述空間相通的孔。
8.如權(quán)利要求6所述的微機(jī)械，其中所述輸出電極埋于所述層間絕緣膜中。
9.一種制造微機(jī)械的方法，包括第一步驟，在襯底上構(gòu)圖輸出電極并在所述襯底上形成層間絕緣膜，所述層間絕緣膜包括開口，所述開口的底部是所述輸出電極；第二步驟，在所述開口的底部形成犧牲層，所述犧牲層的表面低于所述層間絕緣膜的表面從而通過所述犧牲層覆蓋所述輸出電極在所述開口的底部的表面；第三步驟，在所述犧牲層和所述層間絕緣膜上構(gòu)圖帶狀諧振器電極使得所述帶狀諧振器電極沿所述開口的內(nèi)壁向所述開口凹入，所述帶狀諧振器電極在上面橫跨所述犧牲層且允許暴露其一部分；和第四步驟，選擇性地去除所述開口中的所述犧牲層，由此在所述輸出電極和所述諧振器電極之間形成空間。
10.一種制造微機(jī)械的方法，包括第一步驟，在襯底上構(gòu)圖輸出電極；和在所述襯底上形成層間絕緣膜，所述層間絕緣膜包括第一開口，所述第一開口的底部是所述輸出電極；第二步驟，用犧牲層覆蓋作為所述第一開口的底部的所述輸出電極的表面；第三步驟，在所述犧牲層和所述層間絕緣膜上構(gòu)圖帶狀諧振器電極，所述帶狀諧振器電極在上面橫跨所述犧牲層且允許暴露其一部分；第四步驟，在所述層間絕緣膜上形成絕緣膜使得所述絕緣膜覆蓋所述諧振器電極，且在所述絕緣膜中形成第二開口以暴露所述諧振器電極和所述犧牲層；和第五步驟，通過所述第二開口選擇性地去除所述第一開口中的所述犧牲層，由此在所述輸出電極和所述諧振器電極之間形成空間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微機(jī)械，用于高頻濾波器，其具有高Q值且適用于高頻段。微機(jī)械(1)包括輸出電極(7)，形成于襯底(5)上；層間絕緣膜(9)，其覆蓋襯底(5)且包括開口(9a)，開口的底部是輸出電極(7)；和帶狀諧振器電極(11)，形成于層間絕緣膜(9)以在上面橫跨開口(9a)中的空間(A)，而諧振器電極(11)沿開口(9a)的側(cè)壁向開口(9a)凹入。
文檔編號B81C1/00GK1720193SQ20038010511
公開日2006年1月11日 申請日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月3日
發(fā)明者多田正裕, 木下隆, 御手洗俊, 伊藤康幸 申請人:索尼株式會社