微机电系统（MEMS）元件的用于改善可靠性的介电包覆技术方案

本申请涉及微机电系统(MEMS)元件的用于改善可靠性的介电包覆。在所描述的示例中，一种形成微机电器件的方法包括：在衬底上形成(102)包括导电层的第一金属层；在第一金属层上形成(104)第一介电层，其中第一介电层包括一个或多个单独的介电层；在第一介电层上形成(106)牺牲层；在牺牲层上形成(108)第二介电层；在第二介电层上形成(110)第二金属层；以及移除(112)牺牲层以便在第二介电层与第一介电层之间形成间隔。移除牺牲层使得第二介电层能够在至少一个方向上相对于第一介电层移动。

Dielectric coating for MEMS (MEMS) components for improving reliability

This application relates to the dielectric coating of microelectromechanical system (MEMS) components for improving reliability. In the described example, a method of forming a microelectromechanical device includes forming (102) a first metal layer including a conductive layer on a substrate; forming (104) the first dielectric layer on the first metal layer, in which the first dielectric layer includes one or more separate dielectric layers; a (106) sacrificial layer is formed on the first dielectric layer; at the expense of sacrifice, the first dielectric layer is sacrificed at the sacrifice. The (108) second dielectric layer is formed on the layer; the (110) second metal layer is formed on the second dielectric layer; and the (112) sacrificial layer is removed so as to form the interval between the second dielectric layer and the first dielectric layer. The sacrificial layer is removed so that the second dielectric layer can move in at least one direction relative to the first dielectric layer.

【技术实现步骤摘要】
微机电系统(MEMS)元件的用于改善可靠性的介电包覆
本专利技术总体涉及微机电系统(MEMS)。
技术介绍
MEMS器件的特征可能在于其小尺寸，因为大多数MEMS器件的尺寸在1mm以下，并且MEMS器件可用于打印机头、微型热交换器、高清投影仪、压力传感器和红外应用。例如，在测试和操作期间，MEMS器件和射频(RF)MEMS器件可表现出多种故障机制，包括介电充电、静摩擦或粘附，以及磨损和碎片形成。出于可靠性考虑，此类故障可能妨碍和/或延迟RFMEMS器件的释放(release)，因为故障机理可能在可靠性测试期间致使各种操作参数偏离规格。
技术实现思路
在所描述的示例中，一种形成微机电器件的方法包括：在衬底上形成包括导电层的第一金属层；在第一金属层上形成第一介电层，其中第一介电层包括一个或多个单独的介电层；在第一介电层上形成牺牲层；在牺牲层上形成第二介电层；在第二介电层上形成第二金属层；以及移除牺牲层以便在第二介电层与第一介电层之间形成间隔。移除牺牲层使得第二介电层能够在至少一个方向上相对于第一介电层移动。在另一个示例中，该方法还包括：经由原子层沉积(ALD)或等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)来形成第一介电层，以及经由原子层沉积(ALD)或等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)来形成第二介电层；以及在第一介电层上使用光致抗蚀剂来形成牺牲层。第一介电层包括第一层亚化学计量的氮化硅SiNx。另外，第一介电层包括在第一层亚化学计量的氮化硅SiNx上形成的第二层Al2O3。第二介电层包括Al2O3并且具有从1埃至500埃的厚度。在至少一个示例中，该方法还包括：在第一介电层上使用光致抗蚀剂来形成牺牲层，以及通过使用含氟等离子体的蚀刻来移除光致抗蚀剂。第二金属层包括铝钛合金。第一金属层还包括至少一个阻挡层，该至少一个阻挡层设置在导电层的第一侧上、导电层的第二侧上或导电层内。在一些示例中，在没有阻挡层的情况下形成第一金属层。在另一个示例中，一种形成微机电器件的替代性方法包括：在衬底上形成包括导电层的金属层；在第一金属层上形成第一介电层，其中第一介电层包括第一多个通孔；在第一介电层上形成牺牲层；形成第二金属层；移除牺牲层；以及在多个表面上形成第二介电层。多个表面包括第一介电层、第二金属层的第一侧和第二金属层的第二侧。在至少一个示例中，形成第二金属层包括在第二金属层中形成第二多个通孔，并且第二金属层通过第二多个通孔与第一金属层接触。另外，该方法包括：经由原子层沉积(ALD)或等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)来形成第一介电层，以及经由原子层沉积(ALD)或等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)来形成第二介电层；以及在第二介电层上使用光致抗蚀剂来形成牺牲层，以及经由通过含氟等离子体的蚀刻来移除牺牲层。第一介电层包括亚化学计量的氮化硅SiNx膜，第二介电层包括Al2O3并且具有从1埃至500埃的厚度，并且第二金属层包括铝钛合金。在又一个示例中，一种微机电器件包括：在衬底上形成的包括导电层的第一金属层；在第一金属层上形成的第一介电层；通过空隙与第一介电层隔开的第二介电层，使得第二介电层的至少一部分不与第一介电层的一部分接触；以及在第二介电层上形成的第二金属层。空隙被配置成使得第二介电层和第二金属层能够在至少一个方向上相对于第一介电层移动。第一介电层包括亚化学计量的氮化硅SiNx和Al2O3，第二金属层包括铝钛合金，并且第二介电层包括Al2O3并且具有从1埃至500埃的厚度。附图说明图1A是根据示例实施例的制造MEMS器件的方法的流程图。图1B是根据替代性实施例的制造MEMS器件的方法的流程图。图2A是根据示例实施例的包括介电包覆的MEMS器件的示意性局部截面图。图2B是根据替代性实施例的包括介电包覆的MEMS器件的示意性局部截面图。具体实施方式在本说明书中，术语“约”可以指示在指定值的+/-10％内的值或值范围。在测试和使用期间，微机电系统(MEMS)器件可能经历故障模式，所述故障模式可能(至少部分地)由器件中和其周围的水(诸如大气湿度)引起。为了解决该问题，示例实施例在接触区域(诸如铰链)中施加介电包覆(cladding)。可以在使用牺牲层之前或之后施加介电包覆，使得它形成具有金属层的可移动元件。介电包覆可以与另一个介电层接触并且可以至少使MEMS器件的使用寿命加倍。为了修改MEMS器件表面，努力可能集中于通过有机材料来修改自然氧化物表面，所述有机材料可以直接与金属氧化物或金属表面结合或相互作用。然而，这些努力可能不足以防止在器件表面处发生某些劣化反应。如本文所述，在MEMS器件中采用绝缘电介质可以有助于电绝缘，并且由此从具有不同电荷密度和/或电势的接触表面之间形成的电化学电池中移除电极。以此方式，由于腐蚀而引起的劣化可以通过破坏腐蚀电路来显著地减缓。可以使用诸如铝(Al)-铜(Cu)(Al-Cu)基底的金属基底或其他合金系统来制造MEMS器件。可以通过包括溅射的沉积或其他方法来形成各种层，在该过程期间可以使用牺牲层，并且可以通过湿法蚀刻或干法蚀刻来移除该层的一部分。牺牲层被称为“牺牲”是因为尽管其形成和图案化可能涉及所述层的部分移除，但在MEMS器件准备就绪之前可完全移除所述层。如果在最终器件中需要移动结构，则牺牲层可以是有用的。另外，为了使一个层与另一个层隔开，可以使用牺牲层(连同包括柱和通孔的其他特征件)来形成该结构。如本文所用，“通孔”是指在多层结构中将两个或更多个层互连的特征件。例如，通孔可以是电互连到层的导电结构。可以以各种截面形状形成通孔。在形成牺牲层时、和/或在形成其他层时(如形成每个层)、和/或在形成后续层之前可以形成通孔。在替代性实施例中，可以同时在多于一个层中形成通孔，诸如在两个或更多个层同时被整体或部分图案化时。本文描述了各种蚀刻方法。例如，干法蚀刻是通过将材料暴露于离子轰击(诸如在反应气体的等离子体中)来移除材料(例如，牺牲层的材料)的工艺。湿法蚀刻是采用湿化学蚀刻剂来移除部分牺牲材料的工艺。示例实施例包括制造和使用介电膜的方法，所述介电膜通过原子层沉积(ALD)或其他合适的低温沉积技术(例如，等离子体增强型化学气相沉积(PECVD))来形成，以便在可移动金属MEMS元件的至少一部分表面上提供包覆。在一些实施例中，介电膜可以具有1-250埃的厚度。如本文所述，MEMS器件可以包括多个MEMS元件。可采用包覆以便防止电化学降解的开始，否则在没有包覆的情况下可能发生所述电化学降解包覆。MEMS器件可以包括复杂的几何形状，所述几何形状包括可以作为包括多个MEMS器件的较大器件中的部件中以及部件之间的配合特征件或接触特征件的拐角(corners)和铰链。如本文所述，本文描述的包覆可以被施加到包括铰链区域的目标区域，或者可以被施加到其他区域或整个MEMS器件。所描述的包覆可以减少或消除由于充电、颗粒增长和静摩擦而引起的故障。否则，在测试过程期间以及客户的正常使用期间可能发生此类故障。减少或消除此类故障可以改善客户体验。在一个实施例中，可以在MEMS器件的表面上形成薄(例如，的介电膜。沉积的介电膜可以有助于改善MEMS器件以及包括此类MEMS器件的阵列的器件的可靠性。在制造过程中，介电包覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成微机电器件的方法，所述方法包括：在衬底上形成包括导电层的第一金属层；在所述第一金属层上形成第一介电层，其中所述第一介电层包括一个或多个单独的介电层；在所述第一介电层上形成牺牲层；在所述牺牲层上形成第二介电层；在所述第二介电层上形成第二金属层；以及移除所述牺牲层以便在所述第二介电层与所述第一介电层之间形成间隔，其中移除所述牺牲层使得所述第二介电层能够在至少一个方向上相对于所述第一介电层移动。

【技术特征摘要】
2016.12.30 US 15/395,0291.一种形成微机电器件的方法，所述方法包括：在衬底上形成包括导电层的第一金属层；在所述第一金属层上形成第一介电层，其中所述第一介电层包括一个或多个单独的介电层；在所述第一介电层上形成牺牲层；在所述牺牲层上形成第二介电层；在所述第二介电层上形成第二金属层；以及移除所述牺牲层以便在所述第二介电层与所述第一介电层之间形成间隔，其中移除所述牺牲层使得所述第二介电层能够在至少一个方向上相对于所述第一介电层移动。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括经由原子层沉积即ALD或等离子体增强型化学气相沉积即PECVD来形成所述第一介电层，以及经由原子层沉积即ALD或等离子体增强型化学气相沉积即PECVD来形成所述第二介电层。3.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述第一介电层上使用光致抗蚀剂来形成所述牺牲层。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一介电层包括第一层亚化学计量的氮化硅SiNx。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一介电层还包括在所述第一层亚化学计量的氮化硅SiNx上形成的第二层Al2O3。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二介电层包括Al2O3并且具有从1埃至500埃的厚度。7.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述第一介电层上使用光致抗蚀剂来形成所述牺牲层，以及经由使用含氟等离子体的蚀刻来移除所述光致抗蚀剂。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二金属层包括铝钛合金。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属层还包括至少一个阻挡层，所述至少一个阻挡层设置在所述导电层的第一侧上、所述导电层的第二侧上或所述导电层内。10.根据权利要求1所述的方法，其中在没有阻挡层的情况下形成所述第一金属层。11.一种形成微机电器件的方法，所述方法包括：在衬底上形成包括导电层的金属层；在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·J·雅各布斯，M·N·斯樱，K·J·泰勒，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US