專利名稱：微機(jī)械的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造包括振子(oscillator)的微機(jī)械(micromachine)的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，伴隨著在襯底上制作微結(jié)構(gòu)的技術(shù)的進(jìn)步，所謂的微機(jī)械(微機(jī)電系統(tǒng)，下文稱之為“MEMS”)和包括MEMS的小型裝置引起了人們的關(guān)注。MEMS是一種由振子和半導(dǎo)體集成電路等構(gòu)成的器件，振子是可動(dòng)結(jié)構(gòu)元件，半導(dǎo)體集成電路控制振子的驅(qū)動(dòng)并與其電氣和機(jī)械耦接。此外，振子被包含在器件的一部分中，利用電極之間的庫(kù)侖力等以電的方式實(shí)現(xiàn)振子的驅(qū)動(dòng)。
在上述的MEMS中，尤其是，利用半導(dǎo)體工藝形成的器件具有以下各種特點(diǎn)。即，例如，器件均要求面積小，可實(shí)現(xiàn)高的Q值(表征振動(dòng)系統(tǒng)的諧振銳度的品質(zhì))，并可與另一半導(dǎo)體器件集成(集成性)；因此，提出了作為無(wú)線通信的高頻濾波器這一用途(例如，參見(jiàn)C.T.-C.Nguyen，“Micromechanical components for miniaturized low-power communications(invited plenary)”，proceedings 1999 IEEE MTT-S International MicrowaveSymposium RF MEMS Workshop，June，18，1999，pp.48-77)。
順便提及，當(dāng)MEMS與另一半導(dǎo)體器件集成時(shí)，提出了對(duì)作為MEMS部件的振子進(jìn)行封裝的結(jié)構(gòu)，從而在振子上方進(jìn)一步提供布線層等(例如，參見(jiàn)日本未審專利申請(qǐng)公報(bào)第2002-94328(第7頁(yè)和圖10))。然而，在封裝振子時(shí)，必須在振子周圍形成中空結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)，需要保證振子可動(dòng)部周圍的空間以使振子處于可以移動(dòng)的狀態(tài)。為確保上述可動(dòng)部周圍的空間，通常，執(zhí)行所謂的犧牲層蝕刻。
犧牲層蝕刻這樣進(jìn)行，預(yù)先在振子可動(dòng)部的周圍形成薄膜，接著通過(guò)蝕刻將其除去，從而形成可動(dòng)部周圍的空間(間隙)。此外，在可動(dòng)部周圍形成的用于犧牲層蝕刻的薄膜叫做犧牲層。
然而，MEMS與另一半導(dǎo)體器件的集成存在各種問(wèn)題。通常，為此集成，制作MEMS(尤其是其振子)的工藝在最后的步驟進(jìn)行，其被添加到所述另一半導(dǎo)體的制造工藝(例如CMOS工藝)。因此，在MEMS的制造工藝中，為避免對(duì)已形成的半導(dǎo)體器件的不利影響，不可以執(zhí)行高溫工藝。即，振子必須在低溫下形成，結(jié)果是，在一些情況下其工藝會(huì)不容易進(jìn)行。
另一方面，在MEMS的部件，即振子被封裝的時(shí)候，布線層等可進(jìn)一步形成于其上，結(jié)果是，即使振子在高溫下形成，可避免高溫工藝對(duì)布線層等的不利影響。但是，在上述情況下，由于通過(guò)犧牲層蝕刻形成的振子可動(dòng)部周圍的空間被真空密封，需要使用絕緣材料等的特殊封裝技術(shù)(例如，參見(jiàn)日本未審專利申請(qǐng)公報(bào)第2002-94328(第7頁(yè)和圖10))。也就是說(shuō)，由于需要用于真空密封的封裝步驟，采用現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝(例如，CMOS工藝)不能容易地進(jìn)行制造，結(jié)果是，在某些情況下包括MEMS的器件的生產(chǎn)效率會(huì)降低。
因此，本發(fā)明的一目的是提供一種微機(jī)械的制造方法，其中采用犧牲層蝕刻密封作為MEMS部件的振子，以實(shí)現(xiàn)更容易形成MEMS，且其中甚至在上述的情況下，不采用任何特殊的封裝技術(shù)也可以進(jìn)行犧牲層的去除和密封。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種包括振子的MEMS的制造方法，以實(shí)現(xiàn)上述的目的。上述方法包括在振子可動(dòng)部的周圍形成犧牲層的步驟；用涂層膜覆蓋犧牲層，隨后在涂層膜中形成到達(dá)犧牲層的通孔的步驟；利用通孔執(zhí)行犧牲層蝕刻以除去犧牲層從而在可動(dòng)部周圍形成空間的步驟；以及蝕刻犧牲層后在減小的壓力下進(jìn)行成膜處理以密封通孔的步驟。
按照具有以上工序的MEMS的制造方法，由于執(zhí)行了形成犧牲層的步驟、用涂層膜覆蓋犧牲層的步驟、以及執(zhí)行犧牲層蝕刻的步驟，所以可在涂層膜上進(jìn)一步形成布線層等。也就是說(shuō)，在上述步驟之后，可進(jìn)行形成布線層的步驟等。因此，當(dāng)于在前的步驟(例如，CMOS工藝的鋁步驟之前的步驟)形成振子時(shí)，盡管振子在高溫下形成，該高溫工藝不會(huì)對(duì)布線層等形成不利的影響。
另外，由于執(zhí)行了減壓下進(jìn)行成膜處理的步驟以密封通孔，在此步驟中，振子可動(dòng)部周圍的空間被密封在抽空的狀態(tài)。而且，由于在減壓的成膜處理中密封通孔，可以照搬半導(dǎo)體工藝的成膜技術(shù)(例如CMOS工藝)而不需變化。因此，成膜步驟可與半導(dǎo)體工藝的其它步驟一起連續(xù)進(jìn)行，此外，不需要用于真空密封的特殊封裝技術(shù)。
按照本發(fā)明的MEMS的制造方法，由于密封了作為MEMS部件的振子，即使在高溫下形成振子，也可避免其對(duì)布線層等的不利影響，結(jié)果是，可實(shí)現(xiàn)MEMS的更容易形成。而且，由于通過(guò)減壓下的成膜處理執(zhí)行通過(guò)犧牲層蝕刻形成的空間的密封，不采用任何特殊的封裝技術(shù)，也可執(zhí)行犧牲層的去除和密封。因此，根據(jù)本發(fā)明，即使MEMS與另一半導(dǎo)體器件集成，也可提高包括MEMS的器件的生產(chǎn)效率。


圖1A和1B示出通過(guò)本發(fā)明得到的MEMS的結(jié)構(gòu)例子；圖1A是平面圖；圖1B是前視圖；而圖1C是沿圖1A中A-A’的剖面圖；圖2A至2D示出按照本發(fā)明的MEMS的制造方法的一種工序(第一部分)，圖2A至2D示出各步驟；圖3A至3D示出按照本發(fā)明的MEMS的制造方法的一種工序(第二部分)，圖3A至3D示出各步驟；圖4示出通過(guò)本發(fā)明得到的MEMS結(jié)構(gòu)的另一例子。
具體實(shí)施例方式
下文中，將參考

按照本發(fā)明的MEMS的制造方法。然而，自然理解將要說(shuō)明的下面的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選詳細(xì)例子，本發(fā)明不限于此。
在描述MEMS的制造方法前，說(shuō)明MEMS的示意性結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，舉例說(shuō)明用作無(wú)線通信的高頻濾波器的MEMS。圖1A至1C示出通過(guò)本發(fā)明得到的MEMS結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
如圖1A所示，除了輸入電極2和輸出電極3，將要說(shuō)明的MEMS 1具有帶狀梁式振子(下文簡(jiǎn)稱為“振子”)4，該振子4由導(dǎo)電材料例如含有磷的多晶硅(Poly-Si)構(gòu)成。當(dāng)在輸入電極2上施加具有特定頻率的電壓時(shí)，振子4的梁部(可動(dòng)部)以它的自然振動(dòng)頻率振動(dòng)，由輸出電極3與振子4的可動(dòng)部之間的空間形成的電容器的電容改變，并接著從輸出電極3輸出。因此，當(dāng)MEMS 1用作高頻濾波器時(shí)，與使用聲表面波(SAW)或薄膜聲波(FBAR)的高頻濾波器相比較，可以得到高的Q值。
構(gòu)成MEMS 1的輸入電極2、輸出電極3和振子4均如圖1C所示形成在例如(從頂側(cè)開(kāi)始按所述順序)由SiN(氮化硅)膜7、SiO2膜6和半導(dǎo)體襯底5(下文稱之為“Si襯底”)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)上方，該半導(dǎo)體襯底5由Si(單晶硅)構(gòu)成。由于形成在Si襯底5上，MEMS 1可與另一半導(dǎo)體器件集成。
在MEMS 1中，由于振子4的可動(dòng)部振動(dòng)在其自然振動(dòng)頻率，確保了振子4可動(dòng)部周圍的空間。然而，由于振子4的可動(dòng)部被后面說(shuō)明的涂層膜8覆蓋，保證了可動(dòng)部剖面的垂直和水平方向上的空間，也就是說(shuō)，保證了其剖面整個(gè)周圍的空間。
此外，在振子4的上側(cè)，為了通過(guò)覆蓋密封振子4的可動(dòng)部，形成由例如SiN膜構(gòu)成的涂層膜8。由于此涂層膜8的存在，MEMS 1中，振子4在處于可以移動(dòng)的狀態(tài)下被密封，結(jié)果是，還可進(jìn)一步在涂層膜8上提供布線層等。按此結(jié)構(gòu)，可見(jiàn)MEMS 1是可適于與另一半導(dǎo)體器件集成的器件。
本實(shí)施例中，在涂層膜8的部分上表面上，形成由，例如Al-Cu(鋁-銅)膜或Al-Si(鋁-硅)膜構(gòu)成的濺射膜9。提供此濺射膜9用于密封在涂層膜8中提供的通孔10，該通孔10用于犧牲層蝕刻以保證振子4可動(dòng)部周圍的空間。
接下來(lái)，說(shuō)明按照本發(fā)明制造上述MEMS 1的方法，即，MEMS的制造方法。圖2A至3D示出按照本發(fā)明制作MEMS的方法的一種工序。
當(dāng)形成具有上述結(jié)構(gòu)的MEMS 1時(shí)，首先，如圖2A所示，通過(guò)減壓CVD(化學(xué)氣相沉積)方法，在Si襯底5上形成均起到絕緣膜功能的SiO2膜6和SiN膜7。此外，在上述膜的表面上，如圖2B所示，使用可選擇性蝕刻的材料，例如含有磷(P)的多晶硅(Poly-Si)，形成膜，接著，利用公知的光刻和干式蝕刻技術(shù)，通過(guò)構(gòu)圖形成下層線路11。
通過(guò)構(gòu)圖形成下層線路11后，如圖2C所示，例如通過(guò)減壓CVD方法，形成SiO2膜，接著通過(guò)公知的光刻和干式蝕刻技術(shù)將其構(gòu)圖，從而用SiO2膜12覆蓋下層線路11。此SiO2膜12作為此后說(shuō)明的犧牲層。
然后，如圖2D所示，在SiO2膜12上，例如通過(guò)減壓CVD方法形成Poly-Si膜，接著通過(guò)公知的光刻和干式蝕刻技術(shù)將其構(gòu)圖，從而形成由Poly-Si構(gòu)成的帶狀振子4。
形成振子4后，接下來(lái)，如圖3A所示，例如通過(guò)減壓CVD方法形成SiO2膜，接著通過(guò)公知的光刻和干式蝕刻技術(shù)將其構(gòu)圖，從而用SiO2膜13覆蓋振子4。此SiO2膜12也作為犧牲層。因此，振子4可動(dòng)部的周圍，即，包括振子4的剖面在垂直和水平方向上的側(cè)面的所有表面被SiO2膜12和SiO2膜13覆蓋。也就是說(shuō)，在振子4剖面的下部方向上，存在SiO2膜12，在振子4剖面的上部方向上，存在SiO2膜13。
如上所述，形成均作為犧牲層的SiO2膜12和SiO2膜13后，如圖3B所示，在其表面上，例如通過(guò)減壓CVD方法形成SiN膜14。此SiN膜14作為覆蓋犧牲層的涂層膜。此外，在此SiN膜14中，通過(guò)公知的光刻和干式蝕刻技術(shù)，形成到達(dá)犧牲層(SiO2膜12和SiO2膜13之一)的通孔10。
形成通孔10后，利用通孔10進(jìn)行除去犧牲層的犧牲層蝕刻，從而在振子4可動(dòng)部的周圍形成空間。也就是說(shuō)，如圖3C所示，使用選擇性除去SiO2的溶液，例如氫氟酸水溶液(DHF溶液)，除去SiO2膜12和SiO2膜13。因此，在振子4可動(dòng)部的周圍，即，沿著可動(dòng)部剖面的整個(gè)周圍，形成對(duì)應(yīng)于犧牲層厚度的空間(間隙)，因此振子4的可動(dòng)部被允許以自然振動(dòng)頻率振動(dòng)。
犧牲層蝕刻后，在減壓下進(jìn)行成膜處理，這是本實(shí)施例中最特征性的步驟。具體地，例如，在抽空狀態(tài)下進(jìn)行采用濺射的成膜處理，如圖3D所示，形成用于密封通孔10的濺射膜9。由于通過(guò)濺射實(shí)施成膜處理，作為本步驟中使用的反應(yīng)氣體，可以提到的是例如氬(Ar)氣，這是一種惰性氣體。此外，作為濺射膜9，可提及例如金屬或金屬化合物的薄膜，如Al-Cu膜或Al-Si膜。接下來(lái)，在濺射膜9形成后，利用公知的光刻和干式蝕刻技術(shù)將其構(gòu)圖成線路等。
通過(guò)上述的工序(各個(gè)步驟)，形成了圖1A至1C所示的MEMS 1。然而，通過(guò)以上工序進(jìn)行的制造方法不僅應(yīng)用于具有圖1A至1C所示結(jié)構(gòu)的MEMS 1，也可應(yīng)用于具有不同結(jié)構(gòu)的MEMS，只要MEMS是通過(guò)利用在涂層膜中提供的通孔進(jìn)行犧牲層蝕刻而形成的即可。
圖4是通過(guò)本發(fā)明得到的MEMS結(jié)構(gòu)的另一例子。由于下層線路11被掩埋，圖中示出的MEMS 1a不同于圖1A至1C所示的MEMS 1；然而，上述的MEMS 1a甚至也可通過(guò)類似于以上MEMS 1的工序(各個(gè)步驟)制作。即，考慮可通過(guò)采用濺射的成膜處理密封在涂層膜8中提供的用于犧牲層蝕刻的通孔10。
此外，在圖1A至1C和圖4中的MEMS 1和MEMS 1a中，舉例說(shuō)明了振子4屬于帶狀梁式的情形，然而，即使是所謂的環(huán)式(ring type)振子或盤式(disc type)振子，只要采用保證可動(dòng)部周圍空間的中空結(jié)構(gòu)，就可以以與上述完全相同的方式使用根據(jù)以上工序的制造方法。而且，作為驅(qū)動(dòng)振子振動(dòng)的手段，上面的例子說(shuō)明了采用靜電的情況；然而，該手段并非總限于靜電驅(qū)動(dòng)，例如，在與上述完全相同的方式下它可應(yīng)用于壓電(piezoelectric)驅(qū)動(dòng)的FBAR。
如上所述，按照本實(shí)施例說(shuō)明的MEMS的制造方法，由于提供了在振子4的周圍形成作為犧牲層的SiO2膜12和SiO2膜13的步驟，用作為涂層膜的SiN膜14覆蓋犧牲層的步驟，以及進(jìn)行犧牲層蝕刻的步驟，因此可在此SiN膜14上進(jìn)一步設(shè)置布線層等。即，在上述步驟之后，可以執(zhí)行形成布線層等的步驟。因此，通過(guò)在以上步驟之前的步驟中形成振子4，振子4可形成在低于金屬布線層等的位置。結(jié)果是，即使在高溫下形成振子4時(shí)，該高溫工藝也不會(huì)不利地影響布線層等，因此可實(shí)現(xiàn)振子4的更容易形成。
而且，按照本實(shí)施例中說(shuō)明的MEMS的制造方法，由于通過(guò)采用濺射的成膜密封通孔10的步驟在犧牲層蝕刻后進(jìn)行，因此可在上述的步驟中密封振子4可動(dòng)部周圍的空間。因此，不需要使用絕緣材料等的特殊封裝技術(shù)。也就是說(shuō)，不進(jìn)行用于真空密封的封裝步驟即可密封在振子4可動(dòng)部的周圍、通過(guò)犧牲層蝕刻形成的空間。
此外，也可考慮將用于密封的濺射膜9用作線路等。也就是說(shuō)，也可考慮通過(guò)使用用于形成線路等的濺射膜9密封通孔10；因此，在上述情況下，在同一步驟中實(shí)現(xiàn)密封和線路等的形成，結(jié)果是，可非常有效地實(shí)現(xiàn)制造工藝效率地提高。
而且，由于通過(guò)采用濺射的成膜處理密封通孔10，可以照搬半導(dǎo)體工藝(CMOS工藝)的成膜技術(shù)，此外，上述技術(shù)可與以上半導(dǎo)體工藝的其它步驟一起連續(xù)進(jìn)行。即，密封可在所謂的在線工藝(in-line process)中進(jìn)行。結(jié)果是，可非常容易進(jìn)行與CMOS工藝等的集成，除此之外，也可進(jìn)行晶片狀態(tài)下的MEMS評(píng)價(jià)。
如同已說(shuō)明了的，當(dāng)通過(guò)本實(shí)施例說(shuō)明的制造方法形成MEMS時(shí)，即使MEMS與另一半導(dǎo)體器件集成，也可在現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝(例如CMOS工藝)中進(jìn)行MEMS的制作，因此，可提高包括MEMS的器件的生產(chǎn)效率。
尤其是，如本實(shí)施例所說(shuō)明的，當(dāng)通過(guò)采用濺射的成膜處理進(jìn)行密封時(shí)，密封在惰性氣體氬氣中進(jìn)行，因此對(duì)于安全性和可靠性是非常有利的。
權(quán)利要求
1.一種包括振子的微機(jī)械的制造方法，包括在所述振子的一可動(dòng)部的周圍形成犧牲層的步驟；用涂層膜覆蓋所述犧牲層，隨后在所述涂層膜中形成到達(dá)所述犧牲層的通孔的步驟；利用所述通孔執(zhí)行犧牲層蝕刻以除去所述犧牲層從而在所述可動(dòng)部的周圍形成空間的步驟；以及在所述犧牲層蝕刻后在減小的壓力下進(jìn)行成膜處理以密封所述通孔的步驟。
2.按照權(quán)利要求1的微機(jī)械的制造方法，其中該方法應(yīng)用于在所述振子中具有振動(dòng)驅(qū)動(dòng)手段的微機(jī)械。
3.按照權(quán)利要求2的微機(jī)械的制造方法，其中靜電被用作所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)手段。
4.按照權(quán)利要求2的微機(jī)械的制造方法，其中壓電效應(yīng)被用作所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)手段。
5.按照權(quán)利要求1的微機(jī)械的制造方法，其中所述減小的壓力下的成膜處理是采用濺射的成膜處理。
全文摘要
一種微機(jī)械的制造方法，其中不需要任何特殊封裝技術(shù)可除去犧牲層和進(jìn)行密封。配備有振子(4)的微機(jī)械(1)的制造方法包括在振子(4)的可動(dòng)部周圍形成犧牲層的步驟，用涂層膜(8)覆蓋犧牲層并制作穿過(guò)涂層膜(8)連通犧牲層的通孔(10)的步驟，利用通孔(10)除去犧牲層以在可動(dòng)部周圍形成空間的犧牲層蝕刻步驟，以及蝕刻犧牲層后在壓力減小的條件下進(jìn)行膜沉積以密封通孔(10)的步驟。
文檔編號(hào)B81B3/00GK1871176SQ20048000877
公開(kāi)日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月2日
發(fā)明者多田正裕, 木下隆, 田中均洋, 山口征也, 御手洗俊, 難波田康治 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社