CN100415635C - 用于制造微机电器件的方法和由该方法获得的微机电器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造微机电器件(10)的方法，在该方法中，在衬底(1)上依序地沉积其中形成第一电极(2A)的第一导电层(2)、由第一材料构成的第一电绝缘层(3)、由不同于第一材料的第二材料构成的第二电绝缘层(4)、以及其中形成与第一电极相对的第二电极(5A)的第二导电层(5)，第二电极(5A)与第一电极(2A)以及第一绝缘层(3)一起形成器件(10)，其中在沉积第二导电层(5)之后，借助于相对于第二导电层(5)的材料具有选择性的蚀刻剂除去第二绝缘层(4)。根据本发明，对于第一材料和第二材料，选择相对于彼此仅有有限的选择蚀刻性的材料；且在沉积第二绝缘层(4)之前，在第一绝缘层(3)的顶部上提供由另一材料构成的另一层(6)，该另一材料相对于第一材料可被选择蚀刻。这样，将氧化硅和氮化硅用于绝缘层(3、4)，且因此根据本发明的方法与当前的IC工艺非常兼容。优选地，通过蚀刻局部地除去第二绝缘层(4)，然后通过蚀刻完全除去另一层(6)，且最后通过蚀刻完全除去第二绝缘层(4)。
Description
技术领域
本发明涉及用于制造微机电器件的方法，具体地涉及制造例如可调电容器或电子开关等电子器件的方法，更具体地涉及用于射频(RF)应用的系统。
背景技术
在开篇段落里所限定类型的方法公知于H.A.C.Tilmans et al.的题目为“Wafer-level packaged RF MEMS switches fabricated in CMOS fab”的出版物中，该出版物公开于从2001年12月2日至5日在华盛顿D.C.ACMOS fab(＝互补金属氧化物半导体制造厂)中召开的IEDM(＝国际电子器件会议)的会议录中的pp.921-924，fab这里表示其中制作所谓的IC(＝集成电路)的工厂。在公知的方法中，衬底由金属层覆盖，子电极由该金属层形成，子电极由第一电介质覆盖，在这种情况下为氧化钽。在其上沉积以光致抗蚀剂形式的第二电介质。在这上面沉积形成上电极的第二金属层，其后借助于氧等离子体除去光致抗蚀剂同时不影响上部金属层也不影响第一电介质。
公知方法的缺点是光致抗蚀剂限制工艺的容许偏差，更特别地是有关于上部金属层的。例如，不能在高温下沉积该金属层，因为像光致抗蚀剂的聚合物层在超出200至300℃的温度下易于流动和/或脱气(degasing)。此外，这种光致抗蚀剂层在大多数常规的IC工艺中不形成标准的结构层。
发明内容
本发明的目的是提供一种在开篇段落中所限定类型的方法，该方法根本不或极小程度地具有上述缺点，且该方法不仅提供工艺容许偏差还很好地适合于当前的IC工艺。
为了该目的，本发明提供了一种制造微机电器件的方法，包括：在衬底上沉积其中形成第一电极的第一导电层，在所述第一导电层上沉积由第一材料构成的第一电绝缘层，沉积相对于所述第一材料可以被选择性蚀刻的另一材料的另一层，在所述另一层上沉积由不同于第一材料的第二材料构成的第二电绝缘层，以及在所述第二电绝缘层上沉积第二导电层，其中形成位于与第一电极相对的第二电极，所述第二导电层与第一电极和第一绝缘层一起形成器件，其中在沉积所述第二导电层之后，除去所述另一层，从而暴露所述第二绝缘层的一个底面区域，借助于相对于所述第二导电层的材料具有选择性的蚀刻剂来接着除去所述第二绝缘层，其中对于第一材料和第二材料，选择相对于彼此仅能被有限地选择性蚀刻的材料。本发明首先基于惊人的认可，该认可是：降低对第二绝缘层相对于第一绝缘层可被选择性蚀刻的需求，提供了选择两种无机材料用于绝缘层的可能性，更为具体地，为氮化硅和二氧化硅。这种材料在常规的IC工艺中无论在多高的温度下都不流动也不释放气体。而且，所述具体的材料在IC工艺中是非常普遍的。本发明还基于一种认可：像采用所述材料的情况那样，这些材料通常不允许相对于彼此来被选择地除去的缺点，可以通过在两层之间插入可以相对于第一绝缘层被选择性蚀刻的另一层来避免。
同样，优选地，选择第二绝缘层的材料以便于该层允许相对于另一层被选择蚀刻。这样，从上面可看出，能够连续将第二绝缘层和另一层都除去而不除去第一绝缘层。
在根据本发明的优选实施例中，首先将第二绝缘层局部并优选地相对于另一层选择地除去直至另一层，然后除去另一层，其后将第二绝缘层整体除去。通过在除去较大一部分第二绝缘层之前先除去另一层，取代第二绝缘层，另一层变得易受基本上在其整个表面上的蚀刻剂的影响，该蚀刻剂是用于除去该层的蚀刻剂。结果，该蚀刻剂不再需要相对于第一绝缘层具有选择性——或相当小程度的选择性。这是因为，现在更快地实现第二绝缘层的蚀刻。这是由于第一绝缘层较短地暴露于蚀刻剂并较少地被蚀刻剂腐蚀，即使在蚀刻剂相对于该第一绝缘层没有选择性或仅有有限的选择性的情况下。
在有利的变形中，对于另外的材料和导电层材料选择相同的材料，且为了除去该另一层，第二导电层由掩模层覆盖，该掩模层将该另一层遮蔽于蚀刻剂。结果，能容易地将材料的数目限制为IC工艺中最通用的材料，例如，除前述的氧化硅和氮化硅之外，作为IC工艺中最常见的接触金属的铝。涂敷光致抗蚀剂作为掩模层，通过光刻能够使光致抗蚀剂容易地成为期望的图形。这种光致抗蚀剂的使用与用作结构层不同，且为了这里所提及的目的，其在IC工艺中是完全公知的。
如前所述，优选地，选择氮化硅用于第一材料，选择(二)氧化硅用于第二材料。优选地，使用实际上几乎不具有选择性的NH4F和HF的水溶液作为用于这些材料的蚀刻剂。铝优选用作用于导电层和另一层的材料，如同前述那样。通过基于磷酸、乙酸和硫酸的混合物的蚀刻剂，相对于氮化硅，可以容易地将该材料选择性地除去。
优选地，第一导电层和第二导电层都形成为两个中断部分，第二导电层的中断部分形成于第一导电层的中断部分之上。位于形成器件的上电极的第二导电层的那部分下方的第一导电层的那部分充当蚀刻停止层，用于在第一绝缘层中那一地方提供必要的开口。位于器件的下电极之上的第二导电层的其它部分充当下电极的容易受影响且低欧姆连接的区域。
在另一有利的变形中，借助于CVD或溅射来沉积所述的所有层。它们是普遍用于IC制造的技术，且特别是其末阶段中常用的技术，因为可以在相对较低的温度下执行这些技术。
本发明还涉及用于制造执行根据本发明的方法的电子器件的方法。
本发明还涉及通过执行根据本发明的方法而获得的微机电器件。该器件优选为可调电容器。借助于电压可以将上电极朝向下电极弯曲以至于由电极形成的电容连续地增加。由于第一绝缘层的存在，则可以避免短路。还能够容易地在低电容与高电容之间切换电容器，在低电容期间，上电极平行于下电极，而在高电容期间，借助于电压将上电极压向绝缘层。
本发明最后涉及包括通过执行根据本发明的方法而获得的微机电器件的电子器件。
本发明的方法与当前IC技术的良好兼容性，使采用根据本发明方法制造的期间能够与IC以非常简单的方式集成在一起。不必说，该器件还可以制作为分离的元件，或具有有限数量的其它(半导体)元件。
附图说明
现在参考几个实施例的示例和附图来进一步阐明本发明，其中：
图1至9示意性地并在垂直于厚度方向上的剖面图中示出了，借助于根据本发明方法的实施例制造的连续阶段中的微机电器件。
附图没有按比例绘制，且为了清晰的目的，不成比例地示出几个尺寸，诸如在厚度方向上的尺寸。在各个附图中，相同的区域或元部件尽可能具有相同的参考标记。
具体实施方式
图1至9示意性地并在垂直于厚度方向上的剖面图中示出了，借助于根据本发明方法的实施例制造的连续阶段中的微机电器件。假设高欧姆硅衬底1，例如具有至少5Ω的电阻率并具有IC技术中常见的尺寸(参见图1)。借助于热硅氧化，首先在该衬底顶部上形成0.5μm厚的二氧化硅层11。然后该层由0.5μm厚的铝层2覆盖。借助于光刻和蚀刻将该层2分割成两个部分2A、2B。随后，例如借助于溅射，沉积0.5mm厚的氮化硅层3。
然后(参见图2)，将0.5mm厚的铝层6溅射到氮化硅层3上，并借助于光刻和蚀刻将其成型为合适的图形。这通过例如借助于溅射而沉积的0.5mm厚的二氧化硅层4来覆盖。
然后，借助于光刻和蚀刻在绝缘层3、4中局部地制作开口(参见图3)。然后铝层2用作蚀刻停止层。然后，借助于溅射在器件10的整个表面上沉积5mm厚的铝层5。借助于光刻和蚀刻将层5(参见图4)分离成两个部分5A、5B，这些部分分别位于第一导电层2的部分2B和2A的顶部上。导电层5的部分5A与由氮化硅层3覆盖的导电层2的部分2A一起形成要构造的器件10。这里也是由铝制成的层6不接触部分5A、5B。
随后，在该实例中(参见图5)，将光致抗蚀剂的掩模层7沉积在第二导电层5上，并借助于光刻来将其成型为图形。然后(参见图6)，借助于蚀刻剂，在该情况下为NH4F和HF的水溶液，从掩模层7中的开口中局部地除去氧化硅层4，直至另一铝层6。
通过在30摄氏度下借助于含有磷酸、乙酸和硫酸的蚀刻剂，相对于第一绝缘层3选择性地——且这里还相对于第二绝缘层4选择性地——除去另一层6，来继续进行根据本发明的方法。这在器件10中提供了槽状开口，该槽暴露了第二绝缘层4下侧的大部分。然后通过采用NH4F和HF基的蚀刻剂来蚀刻，可以除去该层4。通过暴露绝缘层4，可以极快速地执行该蚀刻，且因此不会明显地腐蚀氮化硅的绝缘层3。这不考虑绝缘层3的材料(在该情况下为氮化硅)同样地确实被NH4F和HF基蚀刻剂腐蚀的事实。
然后(参考图9)，在除去掩模层7之后，到达这一阶段，其中器件10准备好进行例如借助于锯的单独化和最终的安装和/或包封。然后导电层5的部分5A、5B可以用作电连接区域，或在与器件一起使用时这样起作用。在该实例中制造的器件10可以显著地用作可调电容器(分离的或不分离的)。同样，可以在高电容状态与低电容状态之间容易地切换器件10，而不会由该操作引起短路。如果需要，器件10可以于IC集成在一起。这还由于根据本发明的方法与IC领域中的常规制造工艺的卓越兼容性。在该实例中制造的电容器10的整个尺寸为500μm ×500μm。
本发明不受所述实施例的实例的限制，因为，在本发明的范围内，对于本领域技术人员能够做大量的改变和修改。例如，可以制造具有不同几何形状和/或不同尺寸的器件。取代Si硅底，还能使用玻璃、陶瓷或塑料衬底。同样金属衬底也是可能的。而且，在此观察到器件还进一步以IC或非IC的方式包括有源和无源半导体元件或诸如二极管和/或晶体管的以及电阻器和/或电容器的电子部件。显而易见地，然后有效地修改制造。
Claims (13)
1. 一种制造微机电器件(10)的方法，包括：
在衬底(1)上沉积其中形成第一电极(2A)的第一导电层(2)，
在所述第一导电层(2)上沉积由第一材料构成的第一电绝缘层(3)，
沉积相对于所述第一材料可以被选择性蚀刻的另一材料的另一层(6)，
在所述另一层(6)上沉积由不同于第一材料的第二材料构成的第二电绝缘层(4)，以及
在所述第二电绝缘层(4)上沉积第二导电层(5)，其中形成位于与第一电极相对的第二电极(5A)，所述第二导电层(5)与第一电极(2A)和第一绝缘层(3)一起形成器件(10)，
其中在沉积所述第二导电层(5)之后，除去所述另一层(6)，从而暴露所述第二绝缘层(4)的一个底面区域，借助于相对于所述第二导电层(5)的材料具有选择性的蚀刻剂来接着除去所述第二绝缘层(4)，
其中对于第一材料和第二材料，选择相对于彼此仅能被有限地选择性蚀刻的材料。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：选择另一层(6)的材料，以便于可以相对于另一层(6)选择地除去第二绝缘层(4)。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：首先局部地并优选地相对于另一层(6)选择性地除去第二绝缘层(4)直至该另一层(6)，然后，相对于第一绝缘层(3)选择性地除去该另一层(6)，其后全部除去第二绝缘层(4)。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：对于该另一层(6)的另一材料和导电层(2、5)的材料选择相同的材料，而对于除去该另一层(6)，使用对于该另一层(6)的蚀刻剂的掩模层(7)来覆盖第二导电层(5)。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：选择氮化硅用于第一材料，并选择氧化硅用于第二材料。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于：选择氟化铵和氟化氢的水溶液作为用于除去第二绝缘层(4)的蚀刻剂。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：导电层(2、5)和该另一层(6)由铝制成。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于：选择磷酸、乙酸和硫酸的混合物作为用于该另一层(6)的蚀刻剂。
9. 如权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于：第一导电层(2)和第二导电层(5)都形成为两个中断部分((2A、2B)、(5A、5B))，第二导电层(5)的中断部分(5A、5B)形成在第一导电层(2)的中断部分(2B、2A)的顶部上。
10. 如权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于：借助于CVD或溅射沉积所有层(2、3、4、5、6、11)。
11. 一种通过执行如前述权利要求1至10中的任意一项中所述的方法而获得的微机电器件(10)。
12. 如权利要求11中所述的微机电器件(10)，并包括可调电容器。
13. 一种电子器件，包括如权利要求11或12所述的微机电器件(10)。
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