平面腔体微机电系统及相关结构、制造和设计结构的方法技术方案

本发明专利技术提供了平面腔体微机电系统（MEMS）结构、制造和设计结构的方法。该方法包括：采用反向镶嵌工艺形成至少一个微机电系统（MEMS）腔体（60a，60b），该至少一个微机电系统腔体具有平面表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体结构及制造方法，特别是涉及平面腔体微机电系统(MEMS)结构、制造和设计结构的方法。
技术介绍
集成电路中所采用的集成电路开关可以由固态结构(例如，晶体管)或者无源布线(MEMS)形成。因为MEMS开关的近乎理想的隔离以及其在IOGHz以及更高频率上的低插入损耗(即阻抗)，所以通常采用MEMS开关，MEMS开关的近乎理想的隔离是将其用于功率放大器(PA)的模式转换的无线通讯应用的关键需求。MEMS开关可用于多种应用，主要为模拟和混合信号应用。一个这样的示例是移动电话芯片，其包含用于为每个广播模式调谐的电路和功率放大器(PA)。芯片上的集成开关将PA连接到适当的电路，从而不需要每个模式具有 一个 PA。取决于特定的应用和工程标准，MEMS结构可具有许多不同的形式。例如，MEMS可以由悬臂梁结构的形式实现。在悬臂结构中，通过施加致动电压(actuation voltage)将悬臂(一个端部固定的悬置电极)拉向固定电极。通过静电力将悬置电极拉向固定电极所需的电压称为拉入电压(pull-in voltage)，其取决于几个参数，包括悬置电极的长度、悬置电极和固定电极之间的间隔或间隙以及悬置电极的弹簧常数，悬置电极的弹性常数是材料及其厚度的函数。可选择地，MEMS梁可以为桥式结构，其中两个端部被固定。MEMS可采用多种不同工具以多种方式制造。然而，一般而言，采用这些方法和工具来形成具有微米级尺寸的小结构，开关尺寸约为5微米厚、100微米宽及200微米长。此夕卜，用于制造MEMS的很多方法、即技术，是选自集成电路(IC)技术。例如，几乎所有的MEMS都构建在晶片上，并且实现在晶片的顶部上通过光刻工艺图案化的材料薄膜中。具体而言，MEMS的制造采用三个基本的构建阶段(building block): (i )在衬底上沉积材料薄膜，(ii )通过光刻成像在上述膜的顶部上施加图案化的掩模，以及(iii)相对于掩模，选择性地蚀刻上述膜。例如，在MEMS悬臂式开关中，固定电极和悬置电极通常米用一系列传统的光亥IJ、蚀刻和沉积工艺制造。在一个示例中，在形成悬置电极后，一层牺牲材料(例如，由Microchem, Inc.制造的旋涂聚合物PMGI)沉积在MEMS结构下方以形成腔体以及沉积在MEMS结构上方以形成腔体。MEMS上方的腔体用于支撑盖(例如，SiN圆顶)的形成，以密封MEMS结构。然而，这造成几个缺点。例如，已知使用诸如PMGI的旋涂聚合物形成的MEMS腔体是非平面的。然而，非平面的MEMS腔体带来问题，包括例如光刻聚焦深度的可变性以及因电介质破裂引起的封装可靠性。另外，使用旋涂聚合物形成的MEMS腔体需要在低温下处理，以避免回流或者损坏聚合物；并且聚合物可能在排放后在腔体中留下有机(即含碳)残留物。因此，现有技术中存在克服上述缺陷和限制的需要。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面中，一种方法包括米用反向镶嵌工艺形成至少一个微机电系统(MEMS)腔体，该至少一个微机电系统腔体具有平面表面。在本专利技术的另一方面中，一种形成平面MEMS结构的方法包括在衬底上形成布线图案。该方法还包括在布线图案上形成硅层。该方法还包括在硅层上形成氧化物层。该方法还包括执行反向镶嵌工艺，使得氧化物层的边缘与硅层交叠。该方法还包括平坦化氧化物层和硅层。该方法还包括在平坦 化的氧化物层和硅层上形成附加层，包括电极以及通过通孔而接触硅层的第二硅层。该方法还包括在附加层之一中提供排放孔，以暴露第二硅层。该方法还包括蚀刻硅层和第二硅层，以至少形成下平面腔体。在本专利技术的另一方面中，一种平面MEMS结构包括下腔体，具有平面上表面；上腔体，具有平面上表面；通孔，将上腔体连接至下腔体；电极，形成在上腔体和下腔体中，电极用作MEMS结构的梁；布线，形成在下腔体中；以及盖层，覆盖排放孔，该排放孔用以形成上腔体和下腔体。在本专利技术的另一方面中，一种减少硅层中的凹坑的方法，该硅层用于MEMS结构，该方法包括确定形成在硅层上的布线之间的间隔。该方法还包括蚀刻氧化物层达到预定量，以最小化硅层的可变性。在本专利技术的另一方面中，提供一种设计结构，可确实地实施在机器可读存储介质中，用于设计、制造或测试集成电路。该设计结构包括本专利技术的结构。在进一步的实施例中，一种编码在机器可读数据存储介质上的硬件描述语言(HDL)设计结构包括在计算机辅助设计系统中处理时产生MEMS的机器可执行表示的元件，其包括本专利技术的结构。在进一步的实施例中，提供一种计算机辅助设计系统中的方法，用于产生MEMS的功能设计模型。该方法包括产生MEMS的结构元件的功能表示。附图说明在以下详细说明中，通过本专利技术示例性实施例的非限定示例，参考所附的多个附图描述本专利技术。图I至图23和图26至图33示出了根据本专利技术实施例的各种结构和相关处理步骤；图24a至图24f示出了采用根据本专利技术实施例所示的工艺制造的MEMS装置的顶部结构图；图25示出了几个形貌图(即原子力显微镜数据)，示出了硅凹坑(divot)深度与氧化物抛光的数据；图34是半导体设计、制造和/或试验中所采用的设计过程的流程图；以及图35a示出了根据本专利技术实施例的减小或消除沉积硅中的氧化物接缝(由于引入形貌)的结构和工艺(与示出氧化物接缝的图35b相比)。具体实施例方式本专利技术涉及半导体结构和制造方法，特别是涉及平面腔体(例如，平坦或平面的表面)微机电系统(MEMS)结构、制造和设计结构的方法。有利地，形成结构的方法减少MEMS结构上的总应力，并且减少MEMS装置的材料可变性。在实施例中，形成平面(例如，平坦或平面的表面)MEMS装置的结构和方法采用牺牲层来形成与MEMS梁相邻的腔体。在进一步实施例中，采用反向镶嵌工艺形成两级MEMS腔体，以形成平面(例如，平坦或平面的表面)结构。除其它装置之外，本专利技术的MEMS结构例如可用作单线或双线梁接触开关、双线梁电容器开关或者单双线梁气隙电感器。图I示出了根据本专利技术实施例的起始结构和相关处理步骤。在接下来的几组段落中公开的结构是MEMS电容器开关，虽然所述方法和结构也可以应用于其它MEMS开关，例如不采用MEMS电容器电介质的欧姆接触开关;MEMS加速计；等等。该结构例如包括衬底10。在实施例中，衬底10可以是装置的任一层。在实施例中，衬底10是硅晶片，该硅晶片涂有二氧化硅或者本领域的技术人员已知的其它绝缘材料。在衬底10内提供互连12。互连12例如可以是在传统形成的通孔(via)中形成的钨或铜间柱(stud)。例如，可以采用本领域的技术人员已知的用于形成间柱的任何传统光刻、蚀刻和沉积工艺(例如镶嵌)来形成互连12。互连12可以接触其它布线级、CMOS晶体管或者其它有源器件、无源器件等，如现有技术已知的。在图2中，采用传统的沉积和图案化工艺，在衬底10上形成布线层，以形成多个布线14。例如，在衬底上可以沉积布线层以达到约O. 05至4微米的深度；然而本专利技术也涵盖其它尺寸。在实施例中，沉积布线层14以达到O. 25微米的深度。然后，图案化布线层以形成布线(下电极)14，布线14之间具有布线间隔(间隙)14a。在实施例中，布线间隔高宽比(aspect ratio)是由布线14的高度与布线间隔14a的比率决定，布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：D丹格，T多安，GA邓巴，何忠祥，RT赫林，CV扬斯，JC马林，WJ墨菲，AK斯坦珀，JG通布利，EJ怀特，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：
国别省市：