專利名稱:用于mems應(yīng)用的低溫等離子體硅或硅鍺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明一般涉及到MEMS器件,更確切地說是涉及到用來從硅或硅鍺合金制作MEMS器件的低溫方法。
背景技術(shù):
微加工和其它微制造技術(shù)和工藝的進(jìn)展已經(jīng)使得能夠制造各種各樣的微電動機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)和器件。它們包括移動轉(zhuǎn)子、致動器、開關(guān)、加速度計、小型化傳感器、致動系統(tǒng)、以及其它的這種結(jié)構(gòu)。
微制造的一種重要的應(yīng)用是制造RF MEMS開關(guān)。這種器件具有一些超越其固態(tài)對手的優(yōu)點。例如,與固態(tài)開關(guān)相比,RF MEMS開關(guān)提供了更低的插入損耗、更高的隔離、更好的線性、以及更低的功率。RF MEMS器件在各種應(yīng)用中也是有用的。于是,它們能夠被用作可調(diào)諧的前置選擇器和頻率合成器,并可用作各種通信裝置和系統(tǒng)中的組成部分,包括信號路由裝置、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、以及可調(diào)增益放大器。
圖1和圖2(后者是圖1的側(cè)視圖)示出了常規(guī)的RF MEMS開關(guān)10。此開關(guān)包括懸臂20,此懸臂20通常包含絕緣材料并被錨定結(jié)構(gòu)14固定到襯底12。利用淀積建立或通過選擇性清除或腐蝕掉周圍的材料,錨定結(jié)構(gòu)可以被形成為襯底上的臺面。通常接地的底部電極16和信號線18也被形成在襯底上。底部電極和信號線通常包含諸如金之類的不容易被氧化的條形金屬。在信號線與底部電極之間存在間隙。
開關(guān)的致動部分包含上述的懸臂20。此懸臂構(gòu)成了一個懸掛的微梁,此微梁在一端被固定到錨定結(jié)構(gòu)的頂部,且延伸在排列于襯底上的底部電極和信號線上方。通常也包含諸如金之類的不容易被氧化的金屬的電接觸22,被形成在遠(yuǎn)離錨定結(jié)構(gòu)的懸臂端部上。此電接觸被置于懸臂的下側(cè),以便在信號線上方面對襯底的頂部。
通常包含諸如鋁或金之類的金屬的頂部電極24,被形成在懸臂的頂部。頂部電極在錨定結(jié)構(gòu)上開始,并沿懸臂頂部延伸到底部電極上方位置處的末端。懸臂和頂部電極在底部電極上方被加寬(本身被加寬),以便形成電容器結(jié)構(gòu)26。此電容器結(jié)構(gòu)配備有孔網(wǎng)格以降低其質(zhì)量。
在運行中,如圖2所示,此開關(guān)正常處于“關(guān)斷”位置。以開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài),由于電接觸與信號線之間的間隙,故信號線開路。借助于將電壓施加到頂部電極,此開關(guān)被驅(qū)動到“開通”位置。利用頂部電極上的電壓,靜電力將電容器結(jié)構(gòu)(以及懸臂)向底部電極吸引。箭頭11所示懸臂向底部電極的動作使電接觸向信號線運動,從而封閉間隙并使信號線處于開通狀態(tài)(亦即接通電路)。在圖1和2所示類型的器件中遇到的一個問題涉及到用于器件某些組成部分的材料之間熱膨脹系數(shù)(CTE)的失配。特別是在RF MEMS開關(guān)的情況下,熱失配典型地存在于頂部電極(如上所述典型地由諸如金的金屬組成)與懸臂(通常由諸如氮氧化硅(SiON)組成)之間。結(jié)果,在元件脫離束縛之后出現(xiàn)的熱循環(huán)過程中以及在封裝工藝過程中,開關(guān)的可運動部分就傾向于永久地被變形,于是導(dǎo)致開關(guān)工作特性發(fā)生改變,并在許多情況下導(dǎo)致開關(guān)失效。
各種其它的材料已經(jīng)被用于MEMS制造工藝,其中有些材料的CTE與SiON的CTE更緊密地匹配。但許多這些材料在RF MEMS開關(guān)頂部電極中的使用,已經(jīng)被伴隨常規(guī)制造方法的工藝考慮排除。于是,例如硅和硅/鍺合金已經(jīng)被用作采用LPCVD的MEMS工藝中的結(jié)構(gòu)元件,并具有許多可取的性質(zhì)。但典型RF MEMS開關(guān)的最高工藝溫度被限制在大約350℃(主要是由于存在典型地由聚酰亞胺或相似的熱敏感材料組成的犧牲層),此溫度比硅或硅鍺合金在LPCVD或外延工藝中所要求的大約550℃的淀積溫度低許多。
工藝溫度的考慮已經(jīng)同樣排除了在其它MEMS應(yīng)用中使用諸如硅和硅鍺之類的材料,盡管這些材料具有所希望的物理和電學(xué)性質(zhì)。這些應(yīng)用包括例如諸如傳感器和致動器之類的與CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)集成MEMS的制造。CMOS結(jié)構(gòu)由于其低功耗以及關(guān)斷狀態(tài)下電流的最小化而成為實現(xiàn)數(shù)字功能的非常有效的器件結(jié)構(gòu)。利用CMOS兼容的微加工,微結(jié)構(gòu)和支持電路能夠共存于同一個襯底上,從而能夠在集成工藝中被制造。
但為了確保恰當(dāng)?shù)丶傻紺MOS工藝中以及各代CMOS之間的良好可移植性,最好將MEMS制造集成到CMOS工藝的后端中。這要求在已經(jīng)淀積互連金屬之后形成MEMS結(jié)構(gòu)。但互連金屬在襯底上的存在要求襯底不被暴露于超過450℃的溫度;這些溫度仍然比硅或硅鍺合金在LPCVD或外延工藝中所要求的大約550℃的淀積溫度低許多。因而排除了這些材料在CMOS器件后端工藝中的使用。雖然在某些工藝流程中有可能借助于將MEMS制造集成到CMOS工藝的開始階段或中間階段中而防止這一問題,但其不可取之處在于限制了各代CMOS之間的工藝可移植性。
于是,在本技術(shù)領(lǐng)域中,對于用來由硅或硅鍺合金制作MEMS器件或其組成部分的低溫方法就存在著需求。在本技術(shù)領(lǐng)域中,對于能夠被集成到CMOS工藝后端以及能夠被用來制造傳感器和致動器的基于這些材料而制造MEMS結(jié)構(gòu)或組成部分的方法,也存在著需求。在本技術(shù)領(lǐng)域中,還對于頂部電極與懸臂的CTE緊密匹配的RFMEMS及其制作方法,存在著需求。利用此處公開的器件和方法,這些和其它的需求得到了滿足。
發(fā)明內(nèi)容
在一種情況下,此處提供了一種用來制作MEMS器件的方法。根據(jù)此方法,提供了襯底,并通過選自硅和硅鍺合金的材料的等離子體輔助化學(xué)氣相淀積(PACVD)而在襯底上產(chǎn)生了MEMS結(jié)構(gòu)或其組成部分。伴隨PACVD的低溫使得這些材料能夠被用于其使用先前可能已經(jīng)被加工考慮排除了的制造工藝,還使得這些材料能夠被原位摻雜。根據(jù)此方法,PACVD可以被用來在各種襯底上以及在各種應(yīng)用中制造MEMS結(jié)構(gòu)(或其組成部分)。于是,例如PACVD可以被用來在CMOS襯底上制造MEMS結(jié)構(gòu)(在此情況下,MEMS結(jié)構(gòu)可以是例如傳感器或致動器)。PACVD也可以被用來在RF MEMS制造工藝中制造MEMS結(jié)構(gòu)或組成部分(包括例如電極和結(jié)構(gòu)元件)。
在另一情況下,提供了一種用來制作MEMS結(jié)構(gòu)的方法。根據(jù)此方法,提供了其上淀積有互連金屬的CMOS襯底。此互連金屬可以包含例如金或鋁。通過選自硅和硅鍺合金的材料的等離子體輔助化學(xué)氣相淀積而在襯底上產(chǎn)生了MEMS結(jié)構(gòu)或其組成部分。此等離子體輔助化學(xué)氣相淀積典型地發(fā)生在低于大約450℃的溫度下,優(yōu)選是低于大約400℃,更優(yōu)選是低于大約350℃,低于大約300℃甚至更優(yōu)選,且最優(yōu)選是低于大約250℃。若有需要,可以在其淀積時對材料進(jìn)行摻雜。
在另一情況下,此處提供了一種用來制造微電動機(jī)械傳感器和致動器的方法。根據(jù)此方法,提供了一種其上至少具有第一表面區(qū)和其上至少具有第二表面區(qū)的CMOS襯底,第一表面區(qū)包含選自硅、玻璃、以及砷化鎵的第一材料,第二表面區(qū)包含選自氧化硅和聚酰亞胺的第二材料。第三材料層被形成在延伸于至少部分第一和第二區(qū)上方的襯底上,其中,第三材料選自硅和硅鍺合金,且其中,第三材料層通過等離子體輔助化學(xué)氣相淀積工藝在低于大約450℃的溫度下被形成,更優(yōu)選是低于大約350℃,低于大約300℃甚至更優(yōu)選,且最優(yōu)選是低于大約250℃。至少部分第二材料被從第三材料層下方清除,以便形成包含第三材料的微機(jī)械偏轉(zhuǎn)元件。
在另一情況下,此處提供了一種用來制造RF MEMS開關(guān)的方法。根據(jù)此方法,提供了一種其上確定有信號線或其它電路的襯底來支持RF MEMS開關(guān)。犧牲層被涂敷到至少部分襯底。然后在犧牲層上形成RF MEMS開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件,并利用等離子體輔助化學(xué)氣相淀積工藝在結(jié)構(gòu)元件上形成頂部電極。頂部電極在典型地低于大約400℃的溫度下被形成,更優(yōu)選是低于大約350℃,低于大約300℃甚至更優(yōu)選,且最優(yōu)選是低于大約250℃。頂部電極包含選自硅和硅鍺合金的材料。然后,至少部分犧牲層被從結(jié)構(gòu)元件下方清除,以便此元件脫離束縛。
在另一情況下,提供了一種具有電極的RF MEMS開關(guān),此電極包含選自硅和硅鍺合金的材料。此開關(guān)優(yōu)選包含懸臂,且電極優(yōu)選被排列在懸臂的頂部上。第二電極優(yōu)選被排列在懸臂下方。
在另一情況下,公開了可以用上述方法制作的器件。
下面更詳細(xì)地描述了這些和其它的情況。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)RF MEMS的俯視圖;圖2是現(xiàn)有技術(shù)RF MEMS的側(cè)視圖;圖3是適用于實施此處所述方法的PACVD反應(yīng)器;圖4-15是根據(jù)此處所述用來制作RF MEMS的一種可能方法的剖面圖;圖16是二種不同功率設(shè)定下的硅PACVD的淀積速率與溫度的函數(shù)關(guān)系曲線;圖17是硅PACVD的淀積速率與壓力的函數(shù)關(guān)系曲線;而圖18是對于具有金和硅電極的MEMS的梁偏移與外加電壓的函數(shù)關(guān)系曲線。
具體實施例方式
化學(xué)氣相淀積(CVD)已經(jīng)被廣泛地用于本技術(shù)領(lǐng)域來從氣態(tài)前體產(chǎn)生膜、涂層、以及結(jié)構(gòu)。目前知道了一些不同類型的CVD,例如包括低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)。
新近已經(jīng)發(fā)展的很好的一種CVD是等離子體輔助化學(xué)氣相淀積(PACVD),也稱為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)。在PACVD中,在產(chǎn)生涂層材料的前體中誘發(fā)反應(yīng)的能量來自等離子體的離子和電子與前體的碰撞。等離子體本身通過使用微波或電場而被典型地產(chǎn)生。由于PACVD不依賴于前體中熱誘發(fā)的反應(yīng),故襯底在PACVD工藝中經(jīng)受的溫度常常低于襯底在諸如LPCVD或外延之類的其它常用的淀積工藝中所經(jīng)受的淀積溫度。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn),PACVD能夠被成功地由于硅或硅/鍺合金的MEMS制造工藝來顯著地降低襯底在此工藝中經(jīng)受的溫度。特別是與硅和硅/鍺材料在基于LPCVD或外延的MEMS制造工藝中所典型地要求的大約550℃相比,PACVD可以被用來在200-300℃的溫度下淀積硅和硅/鍺。這使得能夠得到基于硅和硅/鍺合金的由于溫度限制而與常規(guī)制造方法(例如LPCVD或外延工藝)不兼容的待要形成在各種襯底上的MEMS器件及其組成部分(包括錨定部分、微梁、懸臂、以及其它MEMS結(jié)構(gòu)和組成部分)。于是,例如PACVD可以被用來形成RF MEMS開關(guān)上的電極(包括頂部電極)。PACVD還可以被用來在CMOS襯底上形成加速度計、壓力傳感器、以及這些器件的組成部分,其中所提供的低溫允許其被用于集成工藝的后端。
圖3示出了適用于根據(jù)此處論述的MEMS結(jié)構(gòu)和組成部分的制造的PACVD反應(yīng)器。如所示,反應(yīng)器31由其中可以安裝襯底35的反應(yīng)工作室33組成。反應(yīng)工作室被泵37保持在接近真空的狀態(tài)。通過使用襯底加熱器39,襯底可以在反應(yīng)工作室內(nèi)被保持在適當(dāng)?shù)牡矸e溫度下。利用熱偶41來監(jiān)測襯底的溫度。在此處所述的應(yīng)用中,襯底典型地被保持在低于大約450℃的溫度下,更優(yōu)選是低于大約350℃,低于大約300℃甚至更優(yōu)選,且最優(yōu)選是低于大約250℃。
PACVD反應(yīng)器依賴于前體氣體的分解來得到材料在襯底上的淀積。例如,硅烷(SiH4)可以被用作硅淀積中的前體氣體。前體氣體被饋送到與反應(yīng)工作室連通的氣體容器43。用氣體管道45來調(diào)節(jié)加入到氣體容器的前體氣體的流量。隨著前體氣體流入到反應(yīng)工作室中,它們與RF電極47產(chǎn)生的等離子體發(fā)生反應(yīng)并經(jīng)歷分解反應(yīng),從而產(chǎn)生淀積到襯底表面上成為膜的硅和其它固體反應(yīng)副產(chǎn)品。
除了所提供的低的淀積溫度之外,在MEMS制造方面,PACVD提供的超越其它淀積方法的另一顯著優(yōu)點在于能夠進(jìn)行原位摻雜,亦即可以在淀積時對材料進(jìn)行摻雜。借助于將能夠在反應(yīng)工作室中經(jīng)歷分解反應(yīng)而產(chǎn)生適當(dāng)摻雜劑的適當(dāng)氣體組合到PACVD的供氣流中,可以實現(xiàn)這一點。于是,例如磷烷(PH3)可以被引入到希望n摻雜的供氣流中,而硼烷(B2H6)可以被引入到希望p摻雜的供氣流中。這些氣體經(jīng)歷分解以分別產(chǎn)生元素磷和硼,然后被組合到正在形成的層中。與此形成對照,常規(guī)的方法常常要求在已經(jīng)形成了層或結(jié)構(gòu)之后對層或結(jié)構(gòu)進(jìn)行摻雜。這種淀積后摻雜能夠損傷襯底,還可能導(dǎo)致不希望有的摻雜梯度。
一旦摻雜劑被組合到結(jié)構(gòu)材料中,就可以用各種方法對其進(jìn)行激活。PACVD工藝過程本身會發(fā)生某種程度的摻雜激活。但可以用各種其它的方法來獲得完全的激活。由于激光退火能夠無須將襯底暴露于高溫而得到摻雜劑完全的激活,故激光退火是一種特別可取的方法。
圖4-15示出了借以能夠制作根據(jù)此處所述的RF MEMS的一種可能的制造順序。雖然用此工藝制作的結(jié)構(gòu)在設(shè)計方面不同于圖1和2所示的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu),但可以理解的是,同一種一般的方法也可以被用來生產(chǎn)相似與圖1和2所示的結(jié)構(gòu),但其中的頂部金屬電極被硅電極代替了。
如圖4所示,提供了襯底51,它可以包含諸如高阻硅、氧化硅、或砷化鎵之類的材料。用例如熱氧化方法,典型地約為0.8微米的二氧化硅層53被淀積在襯底上。然后,如圖5所示,借助于在二氧化硅層上形成第一光掩模(未示出),隨之以蒸發(fā)和剝離,用來支持RFMEMS開關(guān)的金屬化(例如為了信號輸入/輸出和/或接地的目的)被確定在二氧化硅層上。然后如圖6所示,形成聚酰亞胺隔距墊57。
接著,用PACVD方法,在聚酰亞胺層上形成第一SiON腐蝕掩模59,隨之以形成用來確定結(jié)構(gòu)中的凹陷的第二光掩模(未示出)。然后,接觸凹陷61和接觸端口63被部分地腐蝕穿過犧牲材料進(jìn)入到結(jié)構(gòu)中,隨之以清除凹陷掩模,從而產(chǎn)生圖7所示的結(jié)構(gòu)。
如圖8所示,用PACVD方法,第二SiON腐蝕掩模65被形成在第一SiON腐蝕掩模上。第三光掩模(未示出)被形成在結(jié)構(gòu)上,且借助于完全腐蝕穿過層57,適當(dāng)?shù)母g技術(shù)被用來在結(jié)構(gòu)中確定錨定通道凹陷67。然后,如圖9所示,從結(jié)構(gòu)清除第一和第二SiON掩模。
如圖10所示,通過形成第四光掩模(未示出)隨之以蒸發(fā)和剝離,止動桿69和短路桿71被形成在先前確定在結(jié)構(gòu)中的接觸凹陷和接觸端口凹陷中。然后,如圖11所示,用PACVD方法,由低應(yīng)力的SiON形成導(dǎo)致器件懸臂部分73的部分或?qū)印H缓?,如圖12所示,借助于形成第五光掩模(未示出),隨之以蒸發(fā)和剝離,而在懸臂上形成可以包含例如硅或硅/鍺合金的圖形化的頂部電極75。此處用PACVD來形成頂部電極是有優(yōu)點的,這不僅由于其提供的低溫,而且由于硅或硅/鍺合金可以被有利地原位摻雜。
如圖13所示,通過使用第六光掩模(未示出)或選擇性腐蝕,隨之以腐蝕,一些腐蝕孔77被形成在SiON層中。窗口79以相似的方式被確定在錨定通道凹陷中,從而暴露下方的金屬化。
如圖14所示,借助于形成第七光掩模(未示出),隨之以蒸發(fā)和剝離,錨定襯墊81被形成在錨定通道凹陷中。得到的錨定襯墊形成了頂部電極75與鍵合焊點55之間的電連接。如圖15所示,利用聚酰亞胺層57的化學(xué)清除,最終結(jié)構(gòu)83脫離了束縛。
根據(jù)此處所述用來產(chǎn)生硅或硅/鍺膜的PACVD工藝的參數(shù)可以被控制,以便修正得到的膜的結(jié)晶性。例如,脈沖氣體技術(shù)可以被用來產(chǎn)生用于RF MEMS和各種其它MEMS器件的納米結(jié)晶的PACVD硅膜。這種納米結(jié)晶膜在原位摻雜以產(chǎn)生電阻率較低的膜的某些工藝中可以是特別有優(yōu)點的。
參照下列非限制性實施例,可以進(jìn)一步理解此處所述的器件和方法。
實施例1-42這些實施例示出了用PACVD來得到硅在襯底上的低溫淀積。
一系列硅晶片襯底被置于Novellus Concept One等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)(可在市場上從加州San Jose的Novellus Systems公司得到)的反應(yīng)工作室中。此系統(tǒng)配備有用來提供作為前體的硅烷和作為載氣的氦氣的穩(wěn)定氣流的真空泵和氣體入口。此系統(tǒng)還配備有溫度控制機(jī)構(gòu)來保持反應(yīng)工作室中的穩(wěn)定溫度以及功率輸出可調(diào)節(jié)的微波源。表1示出了各個實驗的前體和載氣的流速、微波源的功率、以及反應(yīng)工作室的溫度和壓力。
表1等離子體硅淀積數(shù)據(jù)
表1(續(xù))等離子體硅淀積數(shù)據(jù)
表1(續(xù))等離子體硅淀積數(shù)據(jù)
如從表1所示數(shù)據(jù)可見,有可能在不超過350℃的溫度范圍(RFMEMS開關(guān)的最大溫度范圍)內(nèi)改變淀積工藝的參數(shù)來得到從大約每分鐘160埃變化到大約每分鐘1000埃的淀積速率。淀積的硅的層厚度從大約700埃變化到大于大約3500埃,且形成的各個層具有低的殘留應(yīng)力。對于商業(yè)性MEMS的制造工藝,這些淀積速率和層厚度是足夠的。
就溫度、壓力、以及RF功率對淀積速率的影響而言,在表1的數(shù)據(jù)中還可看到一些傾向。為了更好地說明這些傾向,在圖16-17中圖示了從表1選擇的一些數(shù)據(jù)點。于是,圖16示出了淀積速率與溫度的函數(shù)關(guān)系(在2乇的壓力下),且包括RF功率為200W和400W下的數(shù)據(jù)點。如圖16所示,可見RF功率對淀積速率有顯著的影響,在給定的溫度下,較高的功率導(dǎo)致較高的淀積速率。對于給定的RF功率,可見溫度對淀積速率有明顯的影響,但影響稍小。
圖17是在350℃的溫度下淀積速率與反應(yīng)工作室中壓力的函數(shù)關(guān)系曲線。如在此曲線中可見,在測試范圍內(nèi),淀積速率隨壓力線性地變化。
再次參照表1的數(shù)據(jù),淀積層中Si-H鍵的有效容積暗示,PACVD之用于采用硅烷作為前體的硅淀積,導(dǎo)致了非晶氫化硅的形成。由于純非晶硅的缺陷密度比非晶氫化硅的高,且這些缺陷具有的作用在于使捕獲的電荷載流子能夠容易地復(fù)合,故非晶氫化硅的材料性質(zhì)明顯地好于純非晶硅的材料性質(zhì)。因此,在MEMS制造中使用PACVD看來具有超越來自工藝提供的低溫的好處。
這些結(jié)果表明,PACVD能夠被用來在MEMS制造工藝中以商業(yè)上可行的速率和層厚度而淀積硅。而且,襯底在此工藝中經(jīng)受的溫度低得足以使其能夠在包括后端階段的常規(guī)CMOS工藝的任何階段被用于RF MEMS開關(guān)的制造或MEMS結(jié)構(gòu)的制造。而且,就其電學(xué)性質(zhì)而言,用PACVD工藝淀積的硅的物理性質(zhì)優(yōu)越于用一些其它方法產(chǎn)生的硅層。
比較實施例1
此實施例示出了用固體金頂部電極制作的開關(guān)的熱學(xué)性質(zhì)。
除了頂部電極是固體金且厚度為0.2微米之外,制造了根據(jù)圖4-15所示一般方法制作的圖15所述類型的開關(guān)。測定了金電極的模量和熱膨脹系數(shù)(在60-80℃的溫度范圍內(nèi)),結(jié)果示于表2中。
實施例43-45下列實施例示出了用PACVD方法制作的RF MEMS的熱穩(wěn)定性。
在實施例43中,除了用厚度為0.3微米的不摻雜硅電極代替金電極之外,如比較實施例1那樣制作了開關(guān)。再次測定了電極的模量和熱膨脹系數(shù),結(jié)果示于表2中。
在實施例44中,除了用硼摻雜的厚度為0.3微米的硅電極代替金電極之外,如比較實施例1那樣制作了開關(guān)。再次測定了電極的模量和熱膨脹系數(shù),結(jié)果示于表2中。
在實施例45中,除了用磷摻雜的厚度為0.3微米的硅電極代替金電極之外,如比較實施例1那樣制作了開關(guān)。再次測定了電極的模量和熱膨脹系數(shù),結(jié)果示于表2中。
表2開關(guān)的頂部電極的物理性質(zhì)
如表2數(shù)據(jù)所示,實施例43-45的開關(guān)上的上電極的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金電極的熱膨脹系數(shù),從而與比較實施例1的開關(guān)相比,實施例43-45的開關(guān)顯現(xiàn)出改進(jìn)了的熱穩(wěn)定性。實施例43-45的開關(guān)上的上電極還具有更高的模量,因而與比較實施例1的開關(guān)的電極相比,還具有稍許更低的靈敏度。但對于大多數(shù)應(yīng)用來說,這些參數(shù)(模量和靈敏度)是在可接受的范圍內(nèi),沒有試圖去優(yōu)化這些結(jié)果。
圖18示出了當(dāng)硅取代圖12所示類型的開關(guān)中的金時對致動電壓的影響。對比較實施例1和實施例43的開關(guān)的梁偏移與外加電壓的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行了測量。如其中所示,比較實施例1的開關(guān)的致動電壓(亦即信號線與相鄰電接觸彼此發(fā)生電接觸所要求的電壓)約為46-48V,從而與實施例43的開關(guān)的50-55V相比顯現(xiàn)出能夠基于硅而制作具有可接受的致動電壓的開關(guān)。激勵電壓的少許增大至少可部分歸咎于實施例43的硅電極與比較實施例1的金基電極相比,具有較高的硅模量和較大的厚度。
此處,與能夠被集成到CMOS工藝后端中且能夠被用來制造傳感器和致動器的制造基于硅或硅/鍺合金的MEMS結(jié)構(gòu)的方法一起,提供了一種從這些材料制作MEMS器件的低溫方法。已經(jīng)提供了一種RF MEMS器件及其制作方法,其中,頂部電極和懸臂的CTE緊密匹配,致使此器件顯現(xiàn)出比現(xiàn)有技術(shù)器件明顯改進(jìn)了的熱穩(wěn)定性。
本發(fā)明的上述描述是說明性而非限制性的??梢岳斫獾氖牵梢詫ι鲜龈鱾€實施方案進(jìn)行各種增減和修正而不偏離本發(fā)明的范圍。因此,應(yīng)該參照所附權(quán)利要求來解釋本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用來制作MEMS結(jié)構(gòu)的方法,它包含下列步驟提供其上淀積有互連金屬的CMOS襯底;以及通過選自硅和硅鍺合金的材料的等離子體輔助化學(xué)氣相淀積而在襯底上產(chǎn)生MEMS結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1的方法,其中,所述MEMS結(jié)構(gòu)是傳感器。
3.權(quán)利要求1的方法,其中,所述MEMS結(jié)構(gòu)是致動器。
4.權(quán)利要求1的方法,其中,所述互連金屬包含金。
5.權(quán)利要求1的方法,其中,所述材料在淀積時被摻雜。
6.權(quán)利要求1的方法,其中,所述材料在低于大約450℃的溫度下被淀積。
7.權(quán)利要求1的方法,其中,所述材料在低于大約350℃的溫度下被淀積。
8.權(quán)利要求1的方法,其中,所述材料在低于大約300℃的溫度下被淀積。
9.權(quán)利要求1的方法,其中,所述材料在低于大約250℃的溫度下被淀積。
10.權(quán)利要求1的方法,其中,所述材料包含非晶氫化硅。
11.一種用來制造微電動機(jī)械偏轉(zhuǎn)元件的方法,它包含下列步驟提供其上至少具有第一表面區(qū)和其上至少具有第二表面區(qū)的CMOS襯底,第一表面區(qū)包含選自硅、氧化硅、以及砷化鎵的第一材料,第二表面區(qū)包含選自氧化硅和聚酰亞胺的第二材料;形成延伸于至少部分第一和第二區(qū)上方的第三材料層,其中,第三材料選自硅和硅鍺合金,并且其中,第三材料層通過等離子體輔助化學(xué)氣相淀積工藝在低于大約450℃的溫度下被形成;以及從第三材料層下方清除至少部分第二材料,以便形成包含第三材料的微機(jī)械偏轉(zhuǎn)元件。
12.權(quán)利要求11的方法,其中,所述第三材料層在低于大約400℃的溫度下被形成。
13.權(quán)利要求11的方法,其中,所述第三材料層在低于大約350℃的溫度下被形成。
14.權(quán)利要求11的方法,其中,所述第三材料層在低于大約300℃的溫度下被形成。
15.權(quán)利要求11的方法,其中,所述第三材料層在低于大約250℃的溫度下被形成。
16.權(quán)利要求11的方法,其中,所述第三材料包含硅。
17.權(quán)利要求11的方法,其中,所述第三材料包含鍺。
18.權(quán)利要求11的方法,其中,所述第三材料在形成時被摻雜。
19.權(quán)利要求18的方法,其中,用來對第三層進(jìn)行摻雜的摻雜劑是硼或磷。
20.權(quán)利要求11的方法,其中,所述微機(jī)械偏轉(zhuǎn)元件是傳感器的組成部分。
21.權(quán)利要求11的方法,其中,所述微機(jī)械偏轉(zhuǎn)元件是致動器的組成部分。
22.權(quán)利要求11的方法,其中,所述第三材料包含非晶氫化硅。
23.一種用來制造RF MEMS開關(guān)的方法,它包含下列步驟提供襯底,此襯底上確定有用來支持RF MEMS開關(guān)的電路;將犧牲層涂敷到至少部分襯底;形成延伸在至少部分犧牲層上方的RF MEMS開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件;利用等離子體輔助化學(xué)氣相淀積工藝,在結(jié)構(gòu)元件表面上形成電極,此電極包含選自硅和硅鍺合金的材料;以及從結(jié)構(gòu)元件下方清除至少部分犧牲層,以便結(jié)構(gòu)元件脫離束縛。
24.權(quán)利要求23的方法,其中,借助于在犧牲層上淀積和圖形化SiON層而形成結(jié)構(gòu)元件。
25.權(quán)利要求23的方法,其中,所述犧牲層包含聚酰亞胺。
26.權(quán)利要求23的方法,其中,所述電路包含金。
27.權(quán)利要求23的方法,其中,所述結(jié)構(gòu)元件在低于大約350℃的溫度下被形成。
28.權(quán)利要求23的方法,其中,所述結(jié)構(gòu)元件在低于大約300℃的溫度下被形成。
29.權(quán)利要求23的方法,其中,所述結(jié)構(gòu)元件在低于大約250℃的溫度下被形成。
30.權(quán)利要求23的方法,其中,所述材料包含非晶氫化硅。
全文摘要
提供了一種用來制作MEMS結(jié)構(gòu)(69)的方法。根據(jù)此方法,提供了其上淀積有互連金屬(53)的CMOS襯底(51)。通過選自硅和硅鍺合金的材料的等離子體輔助化學(xué)氣相淀積(PACVD),在襯底上產(chǎn)生了MEMS結(jié)構(gòu)。伴隨PACVD使用的低的淀積溫度使得這些材料能夠在集成CMOS工藝的后端被用于制造MEMS。
文檔編號H01H49/00GK1675126SQ03818563
公開日2005年9月28日 申請日期2003年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月1日
發(fā)明者朱爾根·A.·弗斯特納, 斯蒂文·M.·史密斯, 雷蒙德·M.·魯普 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司