具有刻蚀终止层的微机电系统（ＭＥＭＳ）器件技术方案

本发明专利技术说明了一种由已形成电路的衬底支撑的ＭＥＭＳ器件。该ＭＥＭＳ器件包括至少一个和电路相连的电极和至少一个由电极控制的可动单元。该ＭＥＭＳ器件进一步包括一层电极和电路上方基于半导体材料的保形保护层。在一个优选实施例中，该ＭＥＭＳ器件为微镜，半导体材料为包括Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＮｉ和ＳｉＷ的一组材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于微机电系统(MEMS)技术的制造工艺和通过该制造工艺 改进的器件结构。具体而言，本专利技术涉及制备带有强保护层的MEMS器件的制造工 艺，该保护层能抵抗牺牲层释放过程中刻蚀剂对MEMS器件的腐蚀。本专利技术尤其适 用于传动器、传感器和微镜等电极暴露在外的器件。
技术介绍
尽管近年来在生产和装配机电传动器、传感器和用作空间光调制器的微镜器 件方面取得了显著的进展，但是在制备工艺方面还有技术局限和困难。因为很难 避免去除牺牲层时对其它结构造成损伤，因而在牺牲层去除工艺方面仍有困难。 特别是，当去除牺牲层的刻蚀剂为HF之类的强酸时，由于刻蚀剂能够穿透保护 层，结构经常受到损伤。由于在传感器、传动器和显示器件方面的应用，MEMS器件受到了广泛的关注。 MEMS器件通常具有如图l所示的结构，其中在衬底上会形成一个电路，该电路为 电极提供电压或电流，或从电极上感应电压或电流。MEMS结构通常形成于电极顶 端或靠近电极处，电极和MEMS结构之间有一个间隙。该间隙通常通过在牺牲层形成后使用释放刻蚀工艺来形成。图2举例说明了 该工艺。图2A显示在衬底上形成了电路。图2B显示了通过在金属淀积后使用金 属光刻和刻蚀工艺形成的电极的构造。然后将牺牲材料淀积在电极上。通常对牺牲层表面进行抛光以形成平坦的表面，在牺牲层上或其内部形成机械结构。之后， 牺牲层被去除以在电极和机械结构之间形成间隙。这个牺牲层的去除工艺通常被 称作"牺牲层释放工艺"。图3为一MEMS结构的例子。该例中，电极上形成了一根铰链和一个镜面。当对其中一个电极施加电压时，镜面受到库仑力的牵引，由于支撑镜面的铰链具 有弹性，镜面向电极偏转至一个偏转角。在牺牲层释放工艺过程中，使用刻蚀剂去除牺牲层而不腐蚀其它结构，认为 其它结构完好无损。然而，在去除牺牲层的同时，由于刻蚀剂也会腐蚀其它结构， 通常会对其它结构造成损伤。有很多避免这些损伤的方法。其中一种就是使用只去除牺牲层而不腐蚀其它结构的刻蚀剂。然而，通常很难找到这样的刻蚀剂。另 一种方法是使用刻蚀终止层，它为一层覆盖在保留的结构上不被刻蚀剂腐蚀的材 料。当保护层的表面平坦时，在材料和淀积方法上有很多选择。但是，当表面不 平坦，有很多地貌形状时，很难阻止保护层的裂隙，刻蚀剂穿透保护层的裂隙从 而破坏保护层下方的结构。图1A显示了 -个微镜的平面刻蚀终止层(104)的例子。该微镜具有制作在 衬底(111)上的CMOS晶体管(114)、用于电互连的金属层(105、 108、 109)、 为具有竖直铰链(103)的MEMS镜面(101)提供电压的电极(102) 。 106、 107和108所示为用作绝缘材料的层间介质(ILD) 。 ILD通常由Si02构成，被 HF这样的刻蚀剂腐蚀。104所示为一平面刻蚀终止层的例子。图l举例阐述了 这种微镜的MEMS结构，该微镜具有电连线(105、 108、 109)、 一个晶体管(114)、 电极(102)、 一根竖直铰链(103)和一个镜面单元(101)。它的制造工艺需要 用到牺牲层技术，该牺牲层将填充包括一个镜面、一根铰链、电极和一个背板(104 下方的所有结构)在内的最终结构。必须去掉牺牲层以形成MEMS结构。该去除工 艺通常被称作释放工艺。在释放工艺中，由于缺乏抵抗释放工艺刻蚀剂的有效保 护'，需要的结构通常受到损伤。当牺牲层为Si02这样的无机物时，它通常提供了坚硬、但易成形的材料，是 理想的牺牲层。它也很容易使用类似HF这样的酸性刻蚀剂来去除。然而，这样的 刻蚀剂通常会从保护层中渗漏，从而刻蚀和损伤CMOS的ILD (层间介质)或其它 类型电路，因为ILD材料本身通常就是Si02。通常很难找到能够抵抗刻蚀剂、同时具有电绝缘性以避免电极间漏电的适当 材料来作为保护层。即使保护层在平坦时能够抵抗刻蚀剂，当需要保护的表面不 平坦、具有地貌时，表面通常很容易被刻蚀剂腐蚀。有很多种材料都被测试用作 保护层，包括陶瓷、氧化物和氮化物。事实证明，当应用这些刻蚀终止层形成不 同的地貌形状时，这些无机材料容易被刻蚀剂腐蚀。因此，尤其是表面不平坦时，仍然需要为电子和光学元器件生产中应用的 MEMS技术提供一种方法和材料来形成有效的刻蚀终止层，这样上述困难和局限才 可以得到解决。
技术实现思路
本专利技术的第一方面是提供一个强保护层，它可以经受使用HF这样的气态刻 蚀剂的牺牲层释放刻蚀。当使用液态刻蚀剂、在液体中刻蚀牺牲层时，间隙中同 时存在液态刻蚀剂和空气，MEMS结构通常因毛细作用力而遭到破坏。由于这种毁 灭性的毛细作用力，通常使用气相刻蚀剂，以避免牺牲释放刻蚀工艺中产生这种 毁灭性的毛细作用力的条件。然而，气相刻蚀剂通常比液态刻蚀剂更容易穿透保护层，破坏保护层下方的 结构。当保护层形成于地貌结构上时，顶部或底部边角通常有允许气态刻蚀剂穿 透的微裂缝。增加保护层厚度并不一定能消除边角处的裂缝从而解决微裂缝渗漏 的问题。另一方面，当保护层的附着力不足以使更厚的保护层安全地附着在表面 上时，增加保护层的厚度有可能导致保护层剥落。刻蚀终止层或保护层必须为绝缘体或具有很高的电阻，以避免电极之间的漏 电。因此，金属不适合用作保护层。介质材料或具有足够高电阻的未掺杂半导体木专利技术的第二方面是提供一个平坦的保护层，其中形成通孔来实现保护层上 下部件间的电互连。这种结构在即使边角具有地貌特征时也能阻止刻蚀剂穿透保 护层渗漏到MEMS结构中。本专利技术的另一个方面是使用半导体材料形成MEMS结构，并将未经掺杂或注 入的相同半导体材料作为好的保护层和绝缘层。在这种特别的构造中，选作释放 牺牲的刻蚀剂不会腐蚀保护层，因为选择的刻蚀剂不腐蚀MEMS结构。附图说明图1A为用于阐述去除牺牲层的制造工艺和该工艺中可能对MEMS结构造成的潜在损伤的剖面图。图1B显示了作为本专利技术典型实施例的保形刻蚀终止层(115)。 图2为阐述本专利技术典型实施例中生成平面刻蚀终止层的剖面图。 图3、图4、图5、图6和图7为阐述如何使用本专利技术保形刻蚀终止层来构造微镜的剖面图。图8和图9显示了本专利技术用保形和平面层作为刻蚀终止层的另一实施例。 图10和图11为显示本专利技术另两个实施例的剖面图。图12显示了本专利技术的另一个实施例。其中在刻蚀终止层的上方由同一层材 料形成的一个镜面和一根竖直铰链。图13为显示本专利技术另一个实施例的剖面图。图14为显示本专利技术另一个可替代实施例的剖面图。其中，在铰链顶平面和 镜面之间的互连材料上形成了一个镜面。图15为显示本专利技术另一个实施例的剖面图。其中，在铰链顶平面残余的牺牲层内的孔的上方形成了一个镜面。图16为显示本专利技术另一个实施例的剖面图。其中，在铰链顶平面残余的牺牲层内的墙的上方形成了 一个镜面。图17至22为显示如图13所示实施例的详细结构的剖面图。 具体实施例方式本专利技术的目的是为MEMS器件提供新的和改进的结构以通过有效地保护MEMS 结构不受释放工艺中所用刻蚀剂的腐蚀，来保证方便和稳定的制造工艺。通过这 种新的和改进的器件结构以及保护材料，MEMS结构的破坏得以避免。图2A至2D为阐述提供平面刻蚀终止层的本专利技术典型实施例的剖面图。在衬 底(120)上淀积了层间介质(ILD) 、 (121)。图2B中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＭＥＭＳ器件，包括：　一个衬底；　上述衬底上的一个电路；　至少一个与上述电路相连的电极；　至少一个由上述电极控制的机械可动单元；　一层上述电极和上述电路之间的平面保护层；　其中上述保护层至少有一个穿通 －孔，其中充满实现上述电极和上述电路电互连的通孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：石井房雄，
申请(专利权)人：石井房雄，
类型：发明
国别省市：US[美国]