CN100402411C - 微机械和制造其的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微机械，用于高频滤波器，其具有高Q值且适用于高频段。微机械(1)包括：输出电极(7)，形成于衬底(5)上；层间绝缘膜(9)，其覆盖衬底(5)且包括开口(9a)，开口的底部是输出电极(7)；和带状谐振器电极(11)，形成于层间绝缘膜(9)以在上面横跨开口(9a)中的空间(A)，而谐振器电极(11)沿开口(9a)的侧壁向开口(9a)凹入。
Description
技术领域
本发明涉及一种微机械和制造其的方法。更具体地，本发明涉及一种微机械和制造其的方法，该微机械包括谐振器电极，谐振器电极在上面横跨输出电极，并在它们之间设置有一空间。
背景技术
随着衬底上微制造技术的最新进展，目前很多的关注集中于微机械技术以在衬底(诸如硅衬底和玻璃衬底)上形成微结构和它们的控制元件(诸如电极和半导体集成电路)。
在非专利文件1(C.T.-C.Nguyen，“Micromechanical Components forMiniaturized Low-power Communications”(invited Plenary Proceedings)，1999IEEE MTT-S International Microwave Symposium RF MEMS Workshop，June，18，1999，pp.48-77)公开了一种这样技术。
该文献的作者提出利用微谐振器作为无线通讯的高频滤波器。图14显示了这样的微谐振器100，其由衬底101、输出电极102a和谐振器电极103组成，在电极之间设置空间A。谐振器电极103具有与输入电极102b连接的一端，输入电极102b由与输出电极102a相同的导电层制成。当对输入电极102b施加特定频率的电压时，谐振器电极103(其设置于输出电极102a上方，在电极之间有空间A)的梁(振动部分)103a以固有频率振动。该振动改变由输出电极102a和梁(振动部分)103a之间的空间A构建的电容器的电容。通过输出电极102a将该改变输出。依据上述微谐振器100的高频滤波器实现了比那些依据SAW(表面声波，surface acoustic wave)或FBAR(膜体声谐振器，film bulk acoustic resonator)的更高的Q值。
上述的微谐振器以下面的方式制造。首先，参考图15A，制备用绝缘膜涂布的衬底101。在该衬底101上，由多晶硅形成输出电极102a、输入电极102b和支持电极102c。第一者102a夹持于第二和第三者102b和102c之间。衬底101与电极102a至102c完全用氧化硅的牺牲层105覆盖。
其次，参考图15B，在牺牲层105中制作接触孔105b和105c，接触孔105b和105c到达输入电极102b和支持电极102c。然后，在牺牲层105上和在接触孔105b和105c中形成多晶硅层106。
再接下来，参考图15C，多晶硅层106经受构图蚀刻，从而形成带状谐振器电极103，在上面经过输出电极102a。以这样一种方法执行构图蚀刻使得接触孔105b和105c保持完全被覆盖以保护输入电极102b和支持电极102c免受蚀刻影响。
最后，选择性地去除牺牲层105来形成输出电极102a和谐振器电极103之间的空间A。因此，获得如图14所示的微谐振器100。
如上所述构建的微谐振器100具有固有频率，该固有频率取决于其梁长度L(梁103a的长度)，如图16所示。由图16可以看到，依据以下公式(1)的理论固有频率正比于1/L2。这意味需要减小梁的长度L来获得高的固有频率。
其中，h：膜厚
E：杨式模量
K：磁耦合比率
ρ：膜密度
上述的微谐振器100的缺点是梁长度L不能制作得小于输出电极102a的宽度，因为空间A和谐振器电极103形成于输出电极102a的上方。
如果减少梁长度L来增加固有频率，那么需要减小输出电极102a的宽度。这会造成输出电极102a和谐振器电极103之间电容的减小，其又减小输出。这就是为什么不可能通过减小梁长度L增加固有频率的原因。
本发明的一个目标是提供微机械和制造其的方法，该微机械具有谐振器电极，该谐振器电极使得可以通过减小梁长度来增加固有频率。
发明内容
本发明的上述的目标通过一种微机械实现，其具有形成于衬底上的输出电极和形成于衬底上的层间绝缘膜，该层间绝缘膜具有开口，该开口的底部为输出电极。在层间绝缘膜上形成带状谐振器电极以在上面横跨开口中的空间。依据本发明的第一微机械的特征在于，谐振器电极沿开口的侧壁凹入开口。
在如上述构建的第一微机械中，横跨开口的谐振器电极作为谐振器电极的梁(或振动部分)。因此，振动部分(或梁长度)的长度通过开口的尺寸决定，而与输出电极的宽度无关。因此，谐振器电极可以具有短于输出电极的宽度的振动部分。另外，通过层间绝缘层的上表面支持谐振器电极的下表面，且通过开口的侧壁支持振动部分的侧面。因此，通过层间绝缘膜牢固地支持谐振器电极，且这导致仅振动部分贡献于振动。另外，振动部分还缩短沿开口的侧壁设置的谐振器电极的厚度，因此振动部分的基本长度短于开口的孔径尺寸。
依据本发明的第二微机械的特征在于，谐振器电极设置于开口的两侧，谐振器电极的两端夹持于层间绝缘膜和形成于其上的绝缘膜之间。
如上述构建的第二微机械产生犹如第一微机械的效应。即，在开口上方横跨的部分谐振器电极作用为谐振器电极的振动部分。因此，谐振器电极可以具有比输出电极的宽度更短的振动部分。另外，形成该谐振器电极使得振动部件的两端(其处于开口的两侧)夹持于层间绝缘膜和形成于其上的绝缘膜之间。因此，通过层间绝缘膜和绝缘膜牢固地支持谐振器电极，且仅使振动部分贡献于振动。
本发明还涉及一种制造如上所述构建的第一和第二微机械的方法。
附图说明
图1A和1B分别是本发明的第一实施例的微机械的截面图和平面图。
图2A至2D是本发明的第一实施例的制造方法(第一部分)的截面图。
图3A至3C是本发明的第一实施例的制造方法(第二部分)的截面图。
图4是显示预测梁长度(L)如何影响固有频率的模拟结果的曲线图。
图5A和5B分别是本发明的第二实施例的微机械的截面图和平面图。
图6是本发明的第三实施例的微机械的截面图。
图7A至7D是本发明的第三实施例的制造方法(第一部分)的截面图。
图8A至8C是本发明的第三实施例的制造方法(第二部分)的截面图。
图9A和9B分别是本发明的第四实施例的微机械的截面图和平面图。
图10A至10D是本发明的第四实施例的制造方法的截面图。
图11是本发明的第五实施例的微机械的截面图。
图12A和12B是本发明的第五实施例的制造方法的截面图。
图13是本发明的第六实施例的微机械的截面图。
图14是显示现有技术的微机械(微谐振器)的示意图。
图15A至15C是显示现有技术的制造方法的截面图。
图16是示出现有技术的微机械的问题的曲线图。
具体实施方式
在以下，将参考附图更加详细地描述本发明的实施例。每个实施例涉及微机械的结构和制造方法，该微机械是适用于作为高频滤波器使用的微谐振器。
第一实施例
图1A是显示第一实施例的微机械结构的截面图，图1B是显示第一实施例的微机械结构的平面图。沿图1B的线X-X’截取图1A中的横截面。
在这些图中所示的微机械1形成于衬底5上，衬底5由半导体衬底3和覆盖其表面的绝缘膜4组成。在衬底5上形成输出电极7的图案。输出电极7具有沿衬底5从微机械1突出的引线。
在衬底5上是覆盖输出电极7的层间绝缘膜9。该层间绝缘膜9应当优选地以埋覆输出电极7的方式平坦地形成，但是这并不是限制性的。它可以覆盖输出电极7，而其表面构造与输出电极7的设置一致。
层间绝缘膜9具有到达输出电极7的开口9a。该开口9a仅设置于输出电极7的上方而不从输出电极7凸出。开口9a的长度L是决定微机械1的频率的因素之一。因此，开口9a应具有相应于微机械1所构建的高频滤波器所需频率的长度L。
在层间绝缘膜9上是带状谐振器电极11，其横跨开口9a中的空间A的上面部分。与空间A(或开口9a)对应的那部分谐振器电极11作为振动部分(梁)11a。换言之，开口9a的长度L是微机械1的振动部分(梁)11a的梁长度L。形成谐振器电极11使得振动部分11a沿开口9a的侧壁凹入。谐振器电极11的凹入部分(或振动部分11a的中部)处于从层间绝缘膜9的上表面以下的一特定距离(d)。例如，d的值可以是0.2μm。
在层间绝缘膜9上是与谐振器电极11连接的引线15。附带地，引线15可以由与谐振器电极11相同的层形成。
通过以下参考图2A至2D和图3A至3C(它们是截面图)描述的方法制造上述第一实施例的微机械。
首先，制备衬底5，衬底5由半导体衬底3(单晶硅)和覆盖它的绝缘膜4组成，如图2A所示。绝缘膜4应优选地用一顶层涂覆，该顶层由对随后在牺牲层(例如，氧化硅)上执行的蚀刻有抵抗力的材料制成。因此，由氧化硅膜4a和氮化硅膜4b形成绝缘膜4，在氧化硅膜4a的顶部层叠氮化硅膜4b。氧化硅膜4a缓解了上层和半导体衬底3之间的应力。氮化硅膜4b对蚀刻有抵抗力。这两层膜可以通过例如低压CVD形成。
之后，通过构图第一导电层在衬底5上形成输出电极7，如图2B所示。例如，形成输出电极7的第一导电层应为包含磷(P)的多晶硅的硅层。应通过由光刻形成的抗蚀剂图案(作为掩模)执行对第一电极层和其它部分(以后所述)的构图。
衬底5和输出电极7用层间绝缘膜9覆盖，如图2C所示。层间绝缘膜9应足够厚来完全覆盖输出电极7。随后应当优选地平坦化层间绝缘膜9的表面。层间绝缘膜9应由对随后在牺牲层上执行的蚀刻有抵抗力的材料制成。在牺牲层由氧化硅形成的情况中，层间绝缘膜9应由氮化硅形成。附带地，层间绝缘膜9不需要具有覆盖输出电极7的平坦表面。它可以具有与输出电极7的形状一致的表面。例如，可以通过低压CVD形成氮化硅的层间绝缘膜9。
在层间绝缘膜9中制作开口9a(到达输出电极7)。该开口9a应具有处于输出电极7的轮廓以内的形状。因此，输出电极7构成开口9a的底部
开口9a的底部所暴露的输出电极7部分用牺牲层10覆盖，如图2D所示。牺牲层10应由氧化硅等制成，其可以通过随后的蚀刻选择性地去除，而对层间绝缘膜9和输出电极7没有影响。实际中，通过氧化多晶硅的输出电极7所暴露的表面来形成氧化硅的牺牲层10，以氮化硅的层间绝缘膜9作为掩模。重要的是，牺牲层10应以这样一种方式形成使得牺牲层10的表面足够低于层间绝缘膜9的表面，或即使在形成牺牲层10之后开口9a仍保持凹入。
以这样一种方式在层间绝缘膜9上形成第二导电层12使得第二导电层12覆盖开口9a的内壁，而开口9a的底部已经用牺牲层10覆盖，如图3A所示。第二导电层12应由对随后在牺牲层10上执行的蚀刻有抵抗力的材料制成。因此，在牺牲层10由氧化硅制成的情况中，第二导电层12应由多晶硅形成。第二导电层12应具有一厚度，确定该厚度使得凹入开口9a的表面低于层间绝缘膜9的表面。
构图第二导电层12，使得在牺牲层10和层间绝缘膜9的上方形成谐振器电极11，如图3B所示。谐振器电极11应形成为带状图案，其横跨牺牲层10且允许开口9a和牺牲层10(形成于开口9a中)被部分暴露。可以在谐振器电极11的两侧暴露开口9a，如图1B所示。可替换地，可以在谐振器电极11的W(宽度)方向(垂直于梁长度L)上的一侧暴露开口9a和牺牲层10。
在层间绝缘膜9上形成与谐振器电极11连接的引线15，如图3C所示。该步骤可以用以下的方式进行。首先，在衬底5的全部表面上形成金(Au)的籽层。之后，除了待形成引线的部分之外，形成覆盖籽层的抗蚀剂图案(未显示)。通过在籽层上抗蚀剂图案的开口部分之内镀覆，形成引线15。去除蚀刻图案，且在全部表面上执行蚀刻来去除籽层。附带地，在引线15和谐振器电极11由同一层形成的情况中，该步骤并不是必须的。
通过利用缓冲的氢氟酸选择性湿法蚀刻去除氧化硅的牺牲层10(在谐振器电极11之下)，完整地留下引线15、谐振器电极11、层间绝缘膜9和输出电极7。
前述的步骤形成谐振器电极11下的空间A且导致输出电极7暴露于开口9a的底部，如图1A和1B所示。以该方法，获得微机械1，其具有带状谐振器电极11，带状谐振器电极11在上面横跨层间绝缘膜9以及在开口9a中的空间A。
依据第一实施例的上述的微机械1具有谐振器电极11，其在上面横跨层间绝缘膜9中形成的开口9a中的空间A。在施加特定频率的电压时，谐振器11(其在上面横跨开口9a)的梁(振动部分)11a振动。因此，通过开口9a的尺寸决定了振动部分(或梁)11a的长度(梁长度L)。
依据第一实施例的微机械1如图1A和1B所示构建，其优点在于谐振器电极11的梁长度L可以被减小至开口9a的可获得的最小尺寸，而与输出电极7的宽度无关。但是，该优点通过现有技术的微机械无法获得，在现有技术微机械中，在输出电极102a的上方设置空间A和谐振器电极103，参考图14如以上说明。所得到的微机械由于其显著减小的梁长度L，因此可适用于更高的频率。
依据第一实施例的微机械，与图14中所示的现有技术的微机械不同之处在于谐振器电极11和输出电极7之间产生的电容。前者对于相同的梁长度L具有较大的电容，因为谐振器11和输出电极7具有大的相对面积。这意味着，即使当对于高频而减小梁长度L时，它仍保持高的输出。
依据第一实施例的微机械如下构建。谐振器11的两端(或支持振动部分11a的锚定部分)完全固定于层间绝缘膜9，且通过开口9a的侧壁支持振动部分11a的侧面。这意味通过层间绝缘膜9牢固地支持谐振器电极11，且仅振动部分11a有效地贡献于振动。结果，施加于微机械1的特定频率的电压导致振动仅在谐振器电极11的梁(振动部分)11a中发生。因此，固有频率接近满足以上所给的公式(1)的理论值(该值反比于振动部分的长度L的平方)。这使得微机械1容易地适用于高频。
微机械1的另一优点是谐振器电极11的振动部分11a由于其厚度沿开口9a的侧壁设置而变得更短。这意味着实际振动的振动部分的长度短于开口9a的宽度。这使得微机械1容易地适用于高频。
图4显示预测固有频率如何依据微机械中梁长度L变化的模拟结果。注意，在依据第一实施例的微机械的情况中，梁长度与固有频率的关系接近于满足以上给出的公式(1)的理论值。该结果指出可以使微机械1通过微型化容易地适用高频。
前述不适于图14所示的现有技术的微机械，因为其结构受其制造工艺限制。即，支持梁(振动部分)103a的锚定部分具有凸出部分B，该凸出部分B没有与下面的层紧密接触，且该凸出部分B影响梁(振动部分)103a的振动。从这一事实清楚的是，随着梁长度L减小，固有频率从满足以上给出的公式(1)的理论值减小。这意味着通过减小梁长度L并不能使微机械适合高频。
从前述可以得出依据第一实施例构建的微机械1可以用作具有高Q值的高频滤波器。
平坦化层间绝缘膜9(其中埋覆有输出电极7)的优点是最小化了谐振器电极11和输出电极7之间发生的寄生电容(不贡献于振动的那部分电容)，而在它们之间设置层间绝缘膜9。因此，作为高频滤波器的微机械1可以具有改善的频率选择性(传输性能)。
附带地，以上假设谐振器电极11的宽度W相同，如图1B所示，对第一实施例进行了说明。但是，可以更改谐振器电极11使得其在层间绝缘膜9上两端宽于其中心部分。该结构保证了对梁(振动部分)11a的支持。
第二实施例
图5A是依据第二实施例的微机械结构的截面图，图5B是显示依据第二实施例的微机械结构的平面图。沿图5B中的线X-X’截取图5A中的横截面。
依据第二实施例的微机械20相似于依据第一实施例的微机械(在上文已经参考图1A和1B对其进行了说明)，除了谐振器电极11的结构之外。
图5A和5B所示的微机械20的谐振器电极11形成于开口9a中，并且具有足够大的宽度W来覆盖制作于层间绝缘膜9中的开口9a中的空间A。它也具有到达空间A的开口11b。在空间A以上且与开口9a一致的那部分谐振器电极作为振动部分11a’，如同依据第一实施例的微机械的情况那样。
谐振器电极11可以仅具有一开口11b(未示出)或两个或更多开口。应适当调节开口11b的面积对开口9a的面积的比例和开口11b的设置和数量，使得用作高频滤波器的依据第二实施例的微机械20对于特定的频率范围给出令人满意的输出。
如第一实施例相同的方法，谐振器电极11的振动部分11a’应沿开口9a的侧壁向开口9a凹入，且凹入部分的上表面(或振动部分11a’的中心部分)应低于层间绝缘膜9的顶表面，而该差值是由d指示的任意值。
具有如上述构建的谐振器电极11的微机械20可以用与第一实施例相似的方法制造。在形成谐振器电极的步骤中，如图3B所示，形成谐振器电极以覆盖开口9a且使其具有到达开口9a中的牺牲层10的开口，且通过该开口由蚀刻来选择性地去除牺牲层10。
参考图5A和5B如上述构建的依据第二实施例的微机械的特征在于，在开口9a中有空间A且在其上设置谐振器电极11，谐振器电极11具有与空间A相通的开口11b。因此，当施加特定频率的电压时，谐振器电极11(闭合开口9a)作为振动部分11a’振动。由开口9a的尺寸决定了振动部分11a’的梁长度L。如依据第一实施例的微机械的情况，可以依据开口9a的尺寸确定梁长度L，而与输出电极7的宽度无关。因此，可以通过减小梁长度L使该微机械适用于高频，同时保持令人满意的输出水平。
依据第二实施例的另一特征是谐振器电极11闭合开口9a，使得通过在全部周边上的层间绝缘膜9牢固地支持梁(振动部分)11a’。另外，谐振器电极11的两端(或支持梁(振动部分)11a’的锚定部分)固定于在它们整个表面上的层间绝缘膜9，且通过开口9a的侧壁支持振动部分11a’的侧面。该结构更牢固地支持谐振器电极11，且因此比依据第一实施例的微机械的结构适于更高的频率。
第三实施例
图6是本发明的第三实施例的微机械结构的截面图。依据第三实施例的微机械30相似于依据第一实施例的微机械(在上文已经参考图1A和1B对其进行了说明)，除了层间绝缘膜31的结构之外。
微机械30中，层间绝缘膜31由第一层32和第二层33组成，它以这样方式形成于衬底5从而部分覆盖输出电极7。
第一层32应具有足够的厚度来埋覆输出电极7。第一层32应优选地具有平滑的表面，但是这不是限制性的。它可以具有与输出电极的设置一致的不规则的形状。它具有达到输出电极7的开口32a。期望开口32应不从输出电极7凸出，而限于输出电极7的区域内，但这不是限制性的。
第二层33比第一层32要薄得多。它形成于第一层32上使得它紧密地覆盖第一层32的开口32a的内壁。第二层33应当足够厚来保护第一层32，且其厚度应等于或略微大于设置于谐振器电极11下的空间A的高度。第二层33具有到达输出电极7的开口33a。开口33a形成于第一层32的开口32a的内部。开口33a设置在输出电极7上，而不从输出电极7凸出，且它形成得不暴露第一层32。用具有特定宽度(长度)的第二层33来覆盖输出电极7。
谐振器电极11(形成于由第一层32和第二层33组成的层间绝缘膜31上)沿第一层32中的开口32a的侧壁向开口32a凹入。另外，谐振器电极11横跨在第二层33的开口33a中的空间A。空间A上方(或与开口33a对应)的那部分谐振器电极11作为振动部分(梁)11a。
谐振器电极11可以沿第二层33的开口33a的侧壁向开口33a(或空间A)凹入。该情况中，谐振器电极11可以逐级地向输出电极7凹入，且振动部分11a的侧面被逐级地支持。附带地，如在第一实施例中，应优选地形成振动部分11a使其中心部分的表面低于层间绝缘膜31(第二层33)的表面一任意值(d)。
上述依据第三实施例的微机械是通过参考图7A至7D和图8A至8C(它们是截面图)所述的方法制造的。
首先，通过用绝缘膜4涂布半导体衬底3制备衬底5，如图7A所示。在衬底5上形成输出电极7。直到该阶段的步骤与以上参考图2A和2B所述的那些相同。
其次，形成氧化硅的第一层32，其覆盖输出电极7和衬底5，如图7B所示。第一层32应足够厚以完全覆盖输出电极7，且随后它应被平坦化。在第一层32中制作开口32a，其到达输出电极7。
第二层33比第一层32足够薄，以这样形成第二层33来覆盖第一层32的开口32a的内壁，如图7C所示。第二层33应由绝缘材料形成，该绝缘材料对随后将在牺牲层上执行的蚀刻有抵抗力。如果氧化硅用于牺牲层，那么第二层33的材料可以是氮化硅。
在第二层33中形成到达输出电极7的开口33a。应制作该开口33a使得它不从输出电极7凸出，因此输出电极7形成了开口33a的底部。
然后，形成牺牲层10，其覆盖输出电极7暴露于开口33a的底部的表面，如图7D所示。牺牲层10的材料例如是氧化硅，其可以从第二层33和输出电极7被选择性地去除。牺牲层10应以参考图2D的第一实施例中说明的相同的方法形成。重要的是应形成牺牲层10使得其表面仅仅或略微低于第二层33的表面。
假设通过对于引线15、谐振器电极11、第二层33和输出电极7的选择性蚀刻来实现牺牲层10的去除，则图8A至8C所示的随后的步骤以与参考图3A至3C的第一实施例中说明的步骤相同的方法执行。
以上步骤产生如图6所示的微机械30，微机械30具有在谐振器电极11下面的空间A(其在去除牺牲层之后留下)，且微机械30具有暴露于空间A的输出电极7(处于开口33a的底部)。微机械30还具有带状谐振器电极11，谐振器电极11在开口33a中的空间A上方横跨开口33a。
依据第三实施例的上述的微机械30具有谐振器电极11，谐振器电极11在上面横跨开口33a中的空间A，且通过开口32a和33a的侧壁支持谐振器电极11的梁(振动部分)11a的侧面。因此，它具有高Q值，如依据第一实施例的微机械的情况。它可以用在用于更高频段的高频滤波器。
第四实施例
图9A是显示依据第四实施例的微机械结构的截面图，图9B是显示依据第四实施例的微机械结构的平面图。沿图9B中的线X-X’截取图9A中的横截面。
依据第四实施例的微机械40相似于依据第一实施例的微机械(在上文已经参考图1A和1B对其进行了说明)，除了输出电极7形成于沟槽中之外。
图9A和9B所示的微机械40具有输出电极7，其形成于层间绝缘膜9的开口9a’中，使得输出电极7的上表面完全从层间绝缘膜9暴露。因此，形成在层间绝缘膜9中的开口9a’也使得从输出电极7延伸的引线暴露。
上述依据第四实施例的微机械通过下面参考图10A至10D(它们是横截面图)所述的方法制造。
图10A中所示的第一步骤中，以与以上参考图2A说明的第一实施例相同的方法，通过用绝缘膜4涂布半导体衬底3来制备衬底5。
图10B中所示的下一步骤中，层间绝缘膜9形成于衬底5上，且然后开口9a’(到达衬底5或绝缘膜4)形成于层间绝缘膜9中。
图10C中所示的下一步骤中，输出电极7形成于开口9a’中。实际中，多晶硅的第一导电层形成于层间绝缘膜9上以填充开口9a’，然后通过CMP工艺去除层间绝缘膜9上的第一导电层。开口9a’中的第一导电层进行了回蚀，使得第一导电层的输出电极7与层间绝缘膜9相比被制作得充分地薄。
图10D中所示的下一步骤中，通过与以上参考图2D提到的第一实施例中相同的方法，将牺牲层10选择性地形成于输出电极7暴露的表面上。随后的步骤与以上参考图3A和3C提到的第一实施例中的步骤相同。以该方法，获得了以上参考图9A和9B提到的微机械40。
依据第四实施例的上述的微机械40具有谐振器电极11，谐振器电极11在开口9a’中的空间A上方横跨，且通过开口9a’的侧壁支持谐振器电极11的梁(振动部分)11a的侧面。因此，它具有高Q值，如依据第一实施例的微机械的情况那样。它可以用在用于更高频段的高频滤波器。
第五实施例
图11是显示依据本发明的第五实施例的微机械的结构的截面图。依据第五实施例的微机械50相似于依据第一实施例的微机械(在上文已经参考图1A和1B对其进行了说明)，除了额外在层间绝缘膜9上形成以覆盖谐振器电极11的绝缘膜51之外。
微机械50具有支持在层间绝缘膜9上的谐振器电极11。换言之，谐振器电极11的振动部分11a的两端夹持于层间绝缘膜9和设置于其上的绝缘膜51之间。引线15也夹持于层间绝缘膜9和绝缘膜51之间。
层间绝缘膜9具有被称为第一开口9a的开口。设置于层间绝缘膜9上的绝缘膜51具有被称为第二开口51a的开口。第一开口9a大致与第二开口5a相一致(就形状和位置而言)。第二开口51a应足够大来允许振动部分11a的振动。
上述依据第五实施例的微机械通过下面参考图12A和12B(它们是截面图)所述的方法制造。
首先，以与以上参考图2A至2D和图3A至3C说明的第一实施例中相同的方法，将谐振器电极11和引线15形成于层间绝缘膜9上。
图12A中所示的下一步骤中，绝缘膜51形成于层间绝缘膜9上来使得它覆盖谐振器电极11和引线15。绝缘膜51的材料应是绝缘材料，诸如氮化硅，其对随后将在牺牲层10上执行的蚀刻有抵抗力。
图12B中所示的下一步骤中，第二开口51a形成于绝缘膜51中。(第二开口51a与层间绝缘膜9中的第一开口9a重叠。)用缓冲的氢氟酸在谐振器电极11、层间绝缘膜9、输出电极7和绝缘膜51上通过选择性的湿法蚀刻来去除在谐振器电极11下的氧化硅的牺牲层10。
选择性的蚀刻形成了在谐振器电极11下通过去除牺牲层所制备的空间A，并且导致输出电极7暴露于第一开口9a的底部，如图11所示。因此，获得微机械50，其具有带状谐振器电极11，谐振器电极11处于层间绝缘膜9上且横跨第一开口9a中的空间A。
如上述构建的依据第五实施例的微机械50具有谐振器电极11，谐振器电极11以闭合在开口9a中的空间以使得通过开口9a的侧壁支持谐振器电极11的梁(振动部分)11a的侧面。另外，谐振器电极11的振动部分11a的两端夹持于层间绝缘膜9和在其上形成的绝缘膜51。该结构比第一实施例中的结构更加牢固地支持谐振器电极11。因此，依据第五实施例的微机械比依据第一实施例的微机械的情况更肯定地具有高Q值。它可以用在用于更高频段的高频滤波器。
第六实施例
图13是显示依据第六实施例的微机械结构的截面图。依据第六实施例的微机械60是依据第五实施例的变体，第五实施例参考图11已在以上提到。依据第六实施例的微机械60与依据第五实施例的微机械相似，除了谐振器电极61的结构之外。
微机械60的特征在于，谐振器电极61不具有任何向输出电极7凹入的部分，且其包括振动部分61a的形状是平的，并且在于谐振器电极61的振动部分61a的两端夹持于层间绝缘膜9和其上的绝缘膜51之间，且引线15也夹持于层间绝缘膜9和绝缘膜51之间。
具有如上述构建的谐振器电极61的微机械60可以以相似于第一实施例的方法制造。在形成牺牲层10的步骤中(其已参考图2D说明)，牺牲层10形成得如同开口9a一样高，且以与第五实施例相同的方法执行随后的步骤。
参考图13如上述构建的依据第六实施例的微机械60具有谐振器电极61，谐振器电极61在上面横跨开口9a中的空间A，因此，如第一实施例的情况，当通过施加特定频率的电压导致谐振器电极11振动时，横跨开口9a上方的振动部分61振动且该部分作为谐振器电极61的振动部分61a。因此，其遵循开口9a的尺寸决定了振动部分61a的长度(梁长度L)。
因此，如以上对于第一实施例所说明得，通过减小梁长度L，微机械60适用于更高的频率，同时保持令人满意的输出水平。
依据第六实施例的微机械60以与依据第五实施例的微机械相同的方法构建。即，谐振器电极61的两端(或支持振动部分61a的锚定部分)夹持于层间绝缘膜9和其上的绝缘膜51之间。这意味通过层间绝缘膜9和绝缘膜51牢固地支持谐振器电极61。因此，仅使振动部分贡献于振动。结果，当通过施加特定频率的电压导致谐振器电极61振动时，仅梁(振动部分)61a振动。因此，固有频率变得接近于满足以上给出的公式(1)的理论值(反比于振动部分的长度L的平方)。这容易通过微型化使该微机械适用于高频。
这里，图4显示了预测固有频率如何根据第六实施例的微机械60中梁长度L变化的模拟结果。注意，在依据第六实施例的微机械60的情况中，梁长度与固有频率的关系接近于满足以上给出的公式(1)的理论值。该结果表明可以使得微机械60通过微型化容易地适用高频。
附带地，在第六实施例中，谐振器电极61可以具有宽的端部，其保证梁(振动部分)61a的支持，使得固有频率进一步增加。
另外，第三至第六实施例可以与第二实施例组合，使得通过谐振器电极闭合开口。这通过牢固地支持谐振器电极提高了第三至第六实施例的效果且增加了固有频率。
如上述，与微机械和其制造方法相关的本发明所提供的优点在于谐振器电极的梁长度或振动部分的长度可以制作得短于输出电极的宽度，而输出电极和谐振器电极之间的电容可以相对于振动部分的长度制作得较大，且可以通过层间绝缘膜牢固地支持谐振器电极。这允许梁长度减小且导致固有频率接近理论值。因此，所得到的微机械具有高Q值且适用于高频段。
Claims (10)
1.一种微机械，包括：
输出电极，被构图于衬底上；
层间绝缘层，覆盖所述衬底且包括开口，所述开口的底部是所述输出电极；和
带状谐振器电极，这样形成于所述层间绝缘膜上以使在上面横跨所述开口中的空间，
其中所述谐振器电极沿所述开口的侧壁向所述开口凹入。
2.如权利要求1所述的微机械，其中所述谐振器电极形成的方式为向所述开口凹入的部分的表面低于所述层间绝缘膜的表面。
3.如权利要求1所述的微机械，其中所述谐振器电极的两端处于所述开口的两侧，所述谐振器电极的两端支持于所述层间绝缘膜和形成于所述层间绝缘膜上的绝缘膜之间。
4.如权利要求1所述的微机械，其中所述谐振器电极被设置为闭合所述开口，且具有与所述开口中的所述空间相联的孔。
5.如权利要求1所述的微机械，其中所述输出电极部分地埋于所述层间绝缘膜中。
6.一种微机械，包括：
输出电极，被构图于衬底上；
层间绝缘层，覆盖所述衬底且包括开口，所述开口的底部是所述输出电极；和
带状谐振器电极，这样形成于所述层间绝缘膜上以使在上面横跨所述开口中的空间，
其中所述谐振器电极的两端处于所述开口的两侧，所述谐振器电极的两端支持于所述层间绝缘膜和形成于所述层间绝缘膜上的绝缘膜之间。
7.如权利要求6所述的微机械，其中所述谐振器电极被设置为闭合所述开口，且具有与所述开口中的所述空间相联的孔。
8.如权利要求6所述的微机械，其中所述输出电极部分地埋于所述层间绝缘膜中。
9.一种生产微机械的方法，包括：
第一步骤，在衬底上构图输出电极；和在所述衬底上形成层间绝缘膜，所述层间绝缘膜包括开口，所述开口的底部是所述输出电极；
第二步骤，在所述开口的底部形成牺牲层，所述牺牲层的表面低于所述层间绝缘膜的表面以通过所述牺牲层在所述开口的底部覆盖所述输出电极的表面；
第三步骤，在所述牺牲层和所述层间绝缘膜上以这样一种方式构图带状谐振器电极使得所述带状谐振器电极沿所述开口的内壁向所述开口凹入，所述带状谐振器电极在上面横跨所述牺牲层且允许暴露其一部分；和
第四步骤，选择性地去除所述开口中的所述牺牲层，由此在所述输出电极和所述谐振器电极之间形成空间。
10.一种生产微机械的方法，包括：
第一步骤，在衬底上构图输出电极；和在所述衬底上形成层间绝缘膜，所述层间绝缘膜包括第一开口，所述第一开口的底部是所述输出电极；
第二步骤，用牺牲层覆盖作为所述第一开口的底部的所述输出电极的表面；
第三步骤，在所述牺牲层和所述层间绝缘膜上构图带状谐振器电极，所述带状谐振器电极在上面横跨所述牺牲层且允许暴露其一部分；
第四步骤，在所述层间绝缘膜上以这样一种方式形成绝缘膜使得所述绝缘膜覆盖所述谐振器电极，且在所述绝缘膜中形成第二开口以使暴露所述谐振器电极和所述牺牲层；和
第五步骤，通过所述第二开口选择性地去除所述第一开口中的所述牺牲层，由此在所述输出电极和所述谐振器电极之间形成空间。
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