動(dòng)可被驅(qū)動(dòng)（例如，MEMS陀螺儀中的諧振器），同 時(shí)在其它類型的MEMS器件中，主體的移動(dòng)可以是被動(dòng)的（例如，MEMS加速計(jì)中的防護(hù)物）。 驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)可以是平移（例如，側(cè)向抖動(dòng)）、旋轉(zhuǎn)（例如，圍繞中央樞轉(zhuǎn)點(diǎn)前后抖動(dòng)）、體聲 波或其它驅(qū)動(dòng)模式。
[0030] 如上所述，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在MEMS器件中使用鎢將具有一些特定優(yōu)勢(shì)，尤其是代替 硅。在利用鎢代替硅時(shí)，對(duì)美國專利6122961中的類型的陀螺儀的SNR的影響，由附件A-B 中示出的示例評(píng)估。
[0031] 鎢結(jié)構(gòu)的制造
[0032] 現(xiàn)在討論制造鎢MEMS結(jié)構(gòu)的一些考慮。
[0033] 首先，鎢層需要本質(zhì)上具有非常低的應(yīng)力并因此需要是精細(xì)顆?；亩倚枰?持精細(xì)顆?；员闾峁┓€(wěn)定結(jié)構(gòu)幾何形狀，而且尤其是對(duì)于所謂的"MEMS最后"制造處理 (例如，在制造了電子電路之后制造 MEMS結(jié)構(gòu)時(shí)），鎢的沉積需要是一個(gè)低溫處理以使得下 面的電子電路不被熱量破壞。雖然鎢的退火可產(chǎn)生低應(yīng)力層，但是對(duì)鎢退火所需的溫度超 過電子系統(tǒng)的熔點(diǎn)。
[0034] 其次，需要堅(jiān)固地并且穩(wěn)定地將鎢層錨定至下面的襯底的手段，否則將失去強(qiáng)脆 性材料的優(yōu)勢(shì)。該接合也應(yīng)該具有低的溫度電接觸電阻。
[0035] 第三，需要非常精確地從鎢的均勻沉積刻蝕出結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的手段。非常精確的慣性 儀器通常通過差分測量技術(shù)獲取它們的穩(wěn)定性。為了保持嚴(yán)格的差分測量，結(jié)構(gòu)的相對(duì)部 分必須精確地具有相同尺寸和形狀。
[0036] 第四，需要用于去除移動(dòng)鎢層下面的犧牲層而不破壞鎢或允許其被表面拉力向下 拉和吸取的手段。
[0037] 在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，在低溫下沉積基于鎢的材料而不使得襯底材料 的溫度上升至大約450C(這總體上大約是現(xiàn)代電子電路可以達(dá)到而不受到損害的最高溫 度，其中諸如晶體管之類的更小部分通常更容易被破壞），具有地通過在低于500C的溫度 下（例如，介于大約400C和500C之間）進(jìn)行濺射，濺射期間精心地控制氧水平。此外，這 些處理溫度應(yīng)該使得下面的電子電路能夠承受鎢沉積處理。如上所述，鎢可被沉積，以使得 平均殘留應(yīng)力是可伸展的而且小于IOOMPa由此產(chǎn)生可用的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。然而，在正常濺射期 間，多晶硅鎢的一些晶粒通常有利地隨著層增厚而生長，導(dǎo)致柱形結(jié)構(gòu)，其中一側(cè)比另一側(cè) 具有更粗糙的晶粒結(jié)構(gòu)。這引起通過膜的應(yīng)力梯度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)從其犧牲下層釋放時(shí)的曲度。 而且，很需要非常精細(xì)的晶粒材料，以便保持對(duì)抗加工硬化的長期穩(wěn)定性以及有利于在給 定各個(gè)微晶的各向異性時(shí)的楊氏模量的精確定義。
[0038] 在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，這可通過通過精心地并入小比例的不溶于鎢的 另一材料來實(shí)現(xiàn)，該另一材料在晶粒邊緣聚集，"阻塞"它們并防止晶粒生長。采用鉀的類 似技術(shù)被用于白熾燈的燈絲中以防止下垂而且還用于制造鎢工具。然而，燈絲中采用的鉀 的添加與基于半導(dǎo)體的電子制造不兼容，因?yàn)楦邷毓に嚤挥糜诩庸?。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，硼 和鑭可被用作晶粒生長抑制劑，而且還推測其它材料也可抑制晶粒生長（例如，鋯、鉿、釷、 釔、鈰、稀土的氧化物，以及金屬銅、鎳、鐵和鈷），雖然這些材料作為半導(dǎo)體雜質(zhì)呈現(xiàn)不同程 度的問題。例如，釷的放射性可能呈現(xiàn)存儲(chǔ)器組件的可靠性問題。鑭和其它稀土金屬的有 效性源自處理期間的其氧化物的不溶微粒的形成。氧氣可出現(xiàn)在濺射對(duì)象中或者引入濺射 氣體中。
[0039] 0. 01至1原子百分率的硼的添加是有效的，尤其是高于0. 2%，其中晶粒邊界被硼 化鎢粒子阻塞。NASA技術(shù)備忘表D-2649,其整體在此通過引用并入本文，討論了硼作為用 于宏觀模具和工件環(huán)境下的鎢的可能的晶粒生長抑制劑。硼是特別有吸引力的，因?yàn)樗?般與半導(dǎo)體制造處理兼容。
[0040] 在一些示例性實(shí)施例中，晶粒生長抑制劑（例如，硼或鑭）可被提供作為濺射目標(biāo) 中的攙雜物，即，晶粒生長抑制劑可以是隨后被濺射有鎢的目標(biāo)的一部分。
[0041] 在一些其它示例性實(shí)施例中，晶粒生長抑制劑在濺射期間周期性地被引入以防止 晶粒在垂直方向生長（例如，沉積薄鎢層，引入晶粒生長抑制劑以阻塞晶粒邊界，沉積另一 薄鎢層，引入晶粒生長抑制劑以阻塞晶粒邊界等）。例如，可通過周期性地將一些乙硼烷引 入濺射腔來形成中斷晶粒生長的一個(gè)或多個(gè)層來使用硼。
[0042] 第三，低溫濺射還可實(shí)現(xiàn)MEMS結(jié)構(gòu)下的金屬電結(jié)構(gòu)（例如，平板或屏蔽結(jié)構(gòu)和電 互連）。這些與硅結(jié)構(gòu)不兼容，不僅因?yàn)楣璩练e溫度太高而且因?yàn)榇嬖趯?duì)電子制造的污染風(fēng) 險(xiǎn)。與硅結(jié)構(gòu)一起使用的多晶硅制成的互連是對(duì)傳感器噪聲的顯著貢獻(xiàn)源，因?yàn)樗鼈兙哂?比金屬遠(yuǎn)遠(yuǎn)更大的電阻（若干KOhm的數(shù)量級(jí)，不同于金屬的若干Ohm)。鈦-鎢是用于互連 和屏蔽層的優(yōu)選材料，因?yàn)槠鋵?shí)現(xiàn)了強(qiáng)錨的制造而且與多晶硅相比降低了將近一個(gè)數(shù)量級(jí) 的噪聲貢獻(xiàn)，雖然其它材料可被用于互連和屏蔽層。
[0043] 第四，可獲得精確的強(qiáng)各向異性刻蝕的手段類似于Larmer等人在美國專利 5501893(其整體在此通過引用并入本文）中針對(duì)硅指教的那樣，其中蝕刻劑基本上是從六 氟化硫氣產(chǎn)生的氟以及聚四氟乙烯類聚合物的鈍化層由三氟甲烷產(chǎn)生。處理可被施加至熱 敏感集成電路上的鎢層，因?yàn)楸M管其具有高分子量，六氟化鎢是易揮發(fā)的，在大氣壓下在大 約20C下沸騰由此其快速地從氣相中的反應(yīng)位置開始擴(kuò)散而無需加熱襯底。殘留保護(hù)性聚 合物，在刻蝕后，是良好的電絕緣體而且可通過與之前描述的二氧化硅類似地俘獲表面電 荷而導(dǎo)致儀器誤差。因此，利用另一個(gè)簡單的各項(xiàng)同性刻蝕將它從刻蝕的晶圓去除。一個(gè) 這種示例是氧等離子體，如美國專利8486198 (其整體在此通過引用并入本文）中針對(duì)腔體 清洗指教的那樣。
[0044] 示例性制造處理
[0045] 現(xiàn)在參考圖1-12來描述基本上代替了基于硅的MEMS結(jié)構(gòu)和電互連的基于鎢的 MEMS結(jié)構(gòu)和電互連的示例性制造處理，其通過截面圖描繪了各種制造處理步驟。
[0046] 參見圖1，頂部金屬結(jié)構(gòu)102和104(例如，由鈦-鎢或其它適當(dāng)導(dǎo)電材料形成） 被形成在下面的氧化物層上而且隨后被上面的氧化物層106覆蓋。在該具體示例性實(shí)施例 中，氧化層由高密度等離子體（HDP)氧化物形成，雖然替換實(shí)施例可使用另一氧化物沉積 制造處理。
[0047] 參見圖2,上面的氧化物層106被減薄，例如通過研磨/拋光。
[0048] 參見圖3,鈍化層108被形成在氧化層106上。在該具體示例性實(shí)施例中，鈍化層 108是氮化物鈍化層，雖然替換實(shí)施例可使用另一鈍化材料。
[0049] 參見圖4,通孔組110和112被形成為通過鈍化層和氧化層分別到達(dá)頂部金屬結(jié) 構(gòu)102和104。例如，通過使得鈍化層108圖案化并刻蝕透過鈍化層108和氧化層106,來 形成通孔。
[0050] 參見圖5,通孔組110和112分別被填充有基于鎢的塞子114和116。在具體示例 性實(shí)施例中，基于鎢的塞子可以基本上是純鎢，雖然替換實(shí)施例可使用另一基于鎢的材料 (例如，鈦-鎢）或另一導(dǎo)電材料。
[0051] 參見圖6,基于鎢的平板結(jié)構(gòu)118、120和122被形成，例如，通過沉積基于鎢的材料 層123(例如，優(yōu)選地鈦-鎢材料）并隨后圖案化基于鎢的材料層123。在該具體示例性實(shí) 施例中，平板結(jié)構(gòu)118通過通孔114電連接至頂部金屬結(jié)構(gòu)102,同時(shí)平板結(jié)構(gòu)120和122 通過通孔116電連接至頂部金屬結(jié)構(gòu)104(由于附圖的截面圖特性，平板結(jié)構(gòu)120的電連接 性未被明確示出）。
[0052] 參見圖7,犧牲（間隔物）氧化物層124被形成在平板結(jié)構(gòu)上方。此外，該氧化物 層124被用來支撐后續(xù)處理步驟中形成的各種可釋放的鎢MEMS結(jié)構(gòu)。
[0053] 參見圖8,氧化層124被圖案化以形成圖案化的氧化物層126,由此暴露平板結(jié)構(gòu) 的一些部分。
[0054] 參見圖9,厚的（即，大于或等于大約2微米厚）基于鎢的材料層128被形成在濺 射的氧化物層126上以及平板結(jié)構(gòu)的暴露部分上。重要的是，在低于大約500C的低溫下沉 積基于鎢的材料而無需致密化下面的氧化物層124/126。由于沉積基于硅的材料通常所處 的高溫的原因，基于硅的材料的沉積通常要求下面的氧化物的致密化。因此，該示例性制造 處理取消了使得下面的氧化物層致密化的步驟，這節(jié)省了制造時(shí)間（由此降低了成本）并 且還避免了可能破壞電子電路的高溫處理。隨后，鍵合焊盤130在平板結(jié)構(gòu)118上方的部 分上形成在基于鎢的材料層128上。在該具體示例性實(shí)施例中，鍵合焊盤130由AlCu材料 形成，雖然替換實(shí)施例可使用另一導(dǎo)電材料。
[0055] 參見圖10,基于鎢的材料層128被圖案化以形成（多個(gè)）可釋放的鎢MEMS結(jié)構(gòu) 134(例如，陀螺儀諧振器或加速計(jì)防護(hù)物）以及導(dǎo)電的鎢鍵合焊盤基底132。如上所述，在 具體示例性實(shí)施例中，可按照類似于Larmer等人在美國專利5501893(其整體在此通過引 用并入本文）中針對(duì)硅指教的方式那樣獲取精確的強(qiáng)各向異性刻蝕，其中蝕刻劑基本上是 從六氟化硫氣體（SF6)產(chǎn)生的氟以及聚四氟乙烯類聚合物的鈍化層由三氟甲烷產(chǎn)生。在該 具體示例性實(shí)施例中，在刻蝕后，通過另一個(gè)簡單的各項(xiàng)同性刻蝕利用氧等離子體從刻蝕 的晶圓去除殘留保護(hù)性聚合物，基本上如美國專利8486198(其整體在此通過引用并入本 文）中針對(duì)腔體清洗所指教的那樣。
[0056] 繼續(xù)參考圖10,導(dǎo)電的鎢鍵合焊盤基底132和鍵合焊盤130提供了用于金屬性蓋 的鍵合點(diǎn)。導(dǎo)電的鶴鍵合焊盤基底132和鍵合焊盤130可能（而且通常會(huì)）完全圍繞（多 個(gè)）可釋放的鎢MEMS結(jié)構(gòu)134和出于簡介的原因而未示出的其它相關(guān)MEMS結(jié)構(gòu)（例如， 各種驅(qū)動(dòng)和感測電極）。簡潔起見，用于覆蓋的僅僅一個(gè)鍵合點(diǎn)