CN100555852C - μ型振板型纳米级/微米级机械装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种μ型振板型纳米级/微米级机械装置及其制造方法。该μ型振板纳米级/微米级机械装置具有下电极(1、1a、1b)、上电极层(2)、设置在下电极(1、1a、1b)与上层(2)之间的介电层(3)，从而该介电层(3)和所述上电极层(2)形成分层主体(4)，该分层主体(4)包括位于介电层(3)的一侧面部分中的水平凹部(5)，和在形成间隙(5a)的凹部(5)上方的厚度减小的悬突部(6)；从而悬突部(6)形成在间隙(5a)上方延伸的μ型振板(6a)。该装置是容性装置，其中，不必将其与一集成电路单片集成就可以在室温下测量机械运动，而该装置可以与互补金属氧化物半导体电路容易地集成。
Description
技术领域
本发明属于集成电路的技术领域，更具体地说，属于具有纳米级/微米级尺度的高频机械谐振器。
背景技术
在电子装置中，射频机械谐振器不久前已被认为是最小化尺寸、功率以及成本并且最大化功能性的合适方式。近年来，针对这种目的，已经开发出了基础本征频率在MHz和GHz范围中的微米级和纳米级装置。通过最小化这种装置的尺寸，大大减小了与弹簧常数相比的有效质量，这提高了谐振频率。
缩小达到希望频率所需的这种装置的尺寸的主要问题，是由于在nm到亚nm范围中的振幅而导致的对机械装置的运动进行测量的可能性。
为了克服这个问题，已经尝试通过磁动装置执行高效读出，在该磁动装置中，通过使振荡电流流过梁从而对梁施加一大洛仑兹力来激励谐振器。接着，通过测量该梁上的电动势来执行读出。然而，这涉及需要大磁场和小电流检测(两者都需要液氦温度(4.8K)的缺点。其示例公开在以下文献中：Y.T.Yang et al.，“Monocrystalline Silicon CarbideNanoelectromechanical Systems”，Appl.Physics Letter 78(2)，pp.162-164(2001)，和A.N.Cleland et al.，“Fabrication of High-Frequency NanometerScale Mechanical Resonators From Bulk Si Crystals”，Appl.Physics Letters69(28)，pp.2653-2655(1996)。
例如在以下文献中公开了利用电容读出方案来改进读出并且不利用低温的其它尝试：S.Pourkamali et al.，“SOI-Based HF And VHFSingle-Crystal Silicon Resonators with Sub-100 Nanometer VerticalCapacitative Gaps”，Proceeding of Transducers′03，pp-837-840(2003)，和Wang，Z.Ren et al.，“Self-Aligned 1.14GHz Vibrating Radial-Mode DiskResonators”，Proceeding of Transducers′03，pp.947-950(2003)。这些尝试都是基于通过测量谐振机械结构与锚固对电极之间的可变电容来测量机械运动的。同时，这允许避免低温操作的必要，迄今为止，仅测量非常低的电流信号，并且制造基于径向振动盘谐振器的这些装置是非常复杂的，从而难以将它们与集成电路集成到一起。
发明内容
本发明的一个目的是，通过提供一种具有微米级尺度和纳米级尺度的容性装置，来克服现有技术的上述缺点，该容性装置容易制造，并且可以具有GHz范围中的谐振频率，并且其中，增大了该装置所生成的电流。
本发明的另一目的是，提供一种容性装置，其中，不必将其与集成电路单片集成就可以在室温下测量机械运动，而且，该容性装置可以容易地与互补金属氧化物半导体(CMOS)电路集成。
本发明的又一目的是，提供制造具有上述特征的容性装置的工序。
根据下面的描述将清楚本发明的进一步的目的和优点。
本发明通过一种μ型振板型纳米级/微米级机械装置来实现上述目的，该μ型振板型纳米级/微米级机械装置包括下电极、具有上层厚度的上电极层、设置在下电极与上层之间的具有介电层厚度的介电层，介电层和上电极层形成具有主体宽度、主体长度以及主体厚度的分层主体，其中，所述分层主体包括位于介电层的一侧面部分的水平凹部，和上电极层的在所述水平凹部上方的悬突部。所述水平凹部形成具有间隙厚度的间隙；所述悬突部形成在所述间隙上方延伸的μ型振板，该μ型振板具有μ型振板宽度、μ型振板长度以及μ型振板厚度；并且所述悬突部具有限定所述μ型振板长度的长度，其中，所述μ型振板宽度(fw)为0.1μm到1000μm，所述μ型振板厚度(ft)为0.01μm到100μm，所述μ型振板长度(fl)为0.01μm到100μm。
作为在此使用的术语“μ型振板型纳米级/微米级机械装置”是这样一种装置，即，该装置包括上述μ型振板，该μ型振板在被馈给电流时，充任机械谐振结构，并且其尺寸处于微米级甚或纳米级范围中。
在本发明的装置中，下电极可以是诸如由就CMOS-兼容性而言尤其合适的掺杂多晶硅制成的层的导电覆层，但是，下电极也可以由优选地涂敷在底基板上的诸如掺杂多晶金刚石(poly-diamond)、掺杂碳化硅(SiC)的材料制成，所述底基板可以由介电材料或其它材料制成，或者可以是从由掺杂硅制成的基板中选择的掺杂基板。一般来说，下电极还可以由诸如金属的任何导电材料制成。上电极层可以由诸如金属、掺杂多晶硅、掺杂体硅、掺杂多晶金刚石、掺杂碳化硅(SiC)等的任何导电材料制成。另一方面，夹在所述下电极与所述上电极层之间的介电层由诸如金属氧化物(举例来说，如铝氧化物或锗氧化物)、硅氧化物等的介电材料制成。一般来说，在本发明的装置中可以使用在CMOS-技术中使用的并且具有其它材料常数的材料。
根据本发明，主体厚度可以在0.01μm到100μm的范围中。当下电极是覆层时，它可以具有在0.001μm到1000μm的范围中的厚度。
在本发明的装置的一个实施例中，下电极是设置在底基板上的下电极层，从而所述间隙位于下电极层与分层主体的形成悬于该间隙上方的μ型振板的悬突部之间。这样，该间隙厚度对应于在形成μ型振板的悬突部与底基板上保持的下电极层之间的距离。由此，在这种情况下，μ型振板厚度是分层主体的主体厚度减去间隙厚度。
在本发明的其中下电极是设置在底基板上的下电极层的另选实施例中，从底基板在介电层下方的区域之外的所有区域中对下电极层进行了去除，以使所述间隙位于底基板与分层主体的形成悬于该间隙的μ型振板的所述悬突部之间。在这种情况下，间隙厚度是底基板与悬突部之间的距离。
在本发明的装置的又一实施例中，下电极是掺杂基板片，从而所述间隙位于分层主体的悬突部与掺杂基板片之间。在这种情况下，所述间隙厚度是掺杂基板片与分层主体的形成μ型振板的悬突部之间的距离。只要掺杂片的掺杂区在μ型振板下方延伸，该掺杂片就可以具有与上电极层的图案不同的图案。此外，还可以在硅基板的特定区域处对该硅基板进行掺杂。
分层主体可以包括μ型振板从其水平延伸的第一主体部分，和与第一主体部分邻接的第二主体部分，在这种情况下，第一主体部分具有等于μ型振板宽度的宽度。分层主体的第二主体部分可以具有小于μ型振板宽度的宽度，以使μ型振板横向伸出超过所述第二主体部分的一侧或两侧，使得包括μ型振板的分层主体在俯视图中大致为L形或T形。当下电极是诸如由掺杂多晶硅制成的层的下电极层时，该下电极层可以按在所述第一主体部分下方但基本上不在所述第二主体部分下方的方式设置在底基板上。
显然，在本发明的装置中，μ型振板是具有μ型振板宽度、μ型振板长度以及μ型振板厚度的谐振结构。考虑到针对单端固定梁的谐振频率的公式，
其中，t是μ型振板厚度，而l是μ型振板长度，进一步变得明显的是，谐振频率不依赖于振板的宽度而依赖于其长度、厚度以及材料常数。
更进一步，这种结构的弹簧常数线性地依赖于振板宽度，如以下公式所示：
其中，t是μ型振板厚度，l是μ型振板长度，而w是μ型振板宽度。通过增大宽度，增大了μ型振板与底基板之间的静态电容，而谐振频率不受此影响。由于还增大了弹簧常数，因此，根据以下文献中的教导空气中的Q-因子也增大了：S.Pourkamali et al.：“SOI-Based HF And VHFSingle-Crystal Silicon Resonators With Sub-100 Nanometer VerticalCapacitative Gaps”，Proceeding of Transducers′03，pp-837-840(2003)，和Wang，Z.Ren et al.：“Self-Aligned 1.14 GHz Vibrating Radial-Mode DiskResonators”，Proceeding of Transducers′03，pp.947-950(2003)。应当进一步注意到，即使弹簧常数随着宽度增加而增大，鉴于静电力还线性地依赖于μ型振板宽度，所以没有增大使μ型振板振动所需的操作电压。
对此，应当注意到，由于本发明的装置的振动是垂直的而非横向的，所以该装置的侧壁的结构不是关键的，这与常规的径向和横向谐振器相反。
鉴于前述事实，在本发明的装置中，特别是在间隙厚度小于100nm的情况下，高频谐振器与静态电极之间的静态电容增大了。由此，电容微扰足以在不需要最小化系统电容的情况下得到测量。而且，该装置的简单性使得可以容易地与CMOS电路集成而不需要附加层，并且仅通过极少处理步骤就可获得。从而，本发明的装置特别适于完全与CMOS集成的高Q-因子机械谐振器，由此，设计平台还可以用于将其它微机电系统(MEMS)与CMOS集成，由此获得用于电子装置的更快、更便宜并且更多功能的电组件和机械组件。
前述μ型振板纳米级/微米级机械装置可以通过简单的方法来制造，该方法包括以下步骤：第一步骤，其将介电层材料设置到下电极材料的至少一局部区域上；第二步骤，其将上电极层材料淀积到所述介电层材料上；以及第三步骤，其至少将上电极层材料和介电层材料构图成希望的图案。根据本发明的方法，所述第三步骤包括以下步骤：将上电极材料构图成上电极的最终形状；将介电层材料形成为大致与上电极层的最终形状相对应的中间形状；以及从介电层材料的位于下电极材料的所述局部区域上方的至少一个侧面部分去除氧化物材料，以在介电层材料的所述至少一个侧面部分中设置水平凹部，由此形成所述分层主体。由此，该分层主体被制成为包括：上电极层的在凹部上方伸出的悬突部，和在悬突部与下电极材料的其中去除了氧化物材料的所述局部区域之间的间隙。由此，下电极材料的所述局部区域至少成为下电极的位于所述间隙下方的所述部分，并且所述悬突部形成μ型振板。
在本发明的与CMOS技术兼容的一个实施例中，下电极优选为由掺杂多晶硅或掺杂硅制成的诸如膜的层，或者优选为由掺杂硅制成的片，介电层优选地由硅氧化物或锗氧化物制成，而上电极优选为由掺杂多晶硅制成的另一层。
当下电极是下电极层时，所述层设置在底基板上，该底基板可以由诸如硅氧化物或硅基板的介电材料制成。这种下电极层可以由掺杂多晶硅制成，在这种情况下，首先，例如通过LPCVD(低压力化学汽相淀积)将多晶硅淀积在底基板上，接着利用本质上常规技术对该多晶硅进行掺杂以确保导电率。下电极层也可以是由掺杂硅制成的层。可以在所述底基板由硅制成时，例如通过对底基板的顶部部分进行掺杂，来获得由掺杂硅制成的这种层，以确保导电性。在要实现多晶硅下电极的特定形状时，可以使多晶硅下电极经受诸如与CMOS技术中共同的标准UV光刻技术和刻蚀技术。
在介电层例如由硅氧化物制成时，可以通过本质上常规技术来淀积或者生长该介电层。例如可以利用热氧化技术执行介电层材料的淀积。这种技术具有这样的优点，即，可以按非常精确的方式控制介电层的厚度。
上电极层也可以由通过常规技术常规地淀积的掺杂多晶硅制成，接着利用本质上常规技术来掺杂，以确保导电性。接着，可以例如通过使多晶硅上电极层材料经受诸如与CMOS技术中共同的标准UV光刻技术和干法各向异性硅刻蚀，来实现对所述多晶硅上电极层材料的构图。各向异性刻蚀具有这样的优点，即，它不影响介电层材料的硅氧化物。
通过常规各向同性湿法化学刻蚀可以完成介电层材料中的水平凹部。由于湿法刻蚀的各向同性特性，它不会影响下电极层和上电极层的多晶硅，从而以下刻蚀上电极层的非常简单和精确的方式，释放了上电极的形成μ型振板的悬突部。μ型振板的长度由氧化物的刻蚀量来确定，由此可以按纳米精度非常精确地进行控制。
如上所述，μ型振板装置及其制造工序的这个实施例与CMOS兼容，并且它是可以容易地获得高生产率的批次工序。
附图说明
为有助于理解本发明，在此附加了多幅附图，它们构成本说明书的一部分。在这些附图中：
图1是示意性地示出根据第一实施例的本发明的装置的横向立体图；
图2是图1中示出的装置的沿A-A′线的横截面图；
图3是示意性地示出根据第二实施例的本发明的装置的横向立体图；
图4是图3中示出的装置的沿B-B′线的横截面图；
图5是示意性地示出根据第三实施例的本发明的装置的横向立体图；
图6是图5中示出的装置的沿C-C′线的横截面图；
图7是示意性地示出根据第四实施例的本发明的装置的横向立体图；
图8是图7中示出的装置的沿D-D′线的横截面图；
图9a、9b、9c、9d示意性地示出了从分层结构开始怎样根据本发明的制造方法来构图图3中示出的装置；
图10示意性地示出了本发明的装置的第五实施例；
图11a、11b、11c、11d示意性地示出了从分层结构开始怎样根据本发明的制造方法来构图图10中示出的装置；
图12是示出具有可变宽度而没有寄生电容的μ型振板的输出电流与AC驱动频率之间关系的曲线图；
图13是示出具有可变宽度并具有1pF寄生电容的μ型振板的输出电流与AC驱动频率之间关系的曲线图。
在这些图中，出现的标号和字母具有下列含义：
1 下电极
1a、1b 下电极层
1b′ 掺杂下电极层覆层
2 上电极层
2′ 上电极层材料
3 介电层
3′ 介电层材料
4 分层主体
4a 第一主体部分
4b 第二主体部分
5 水平凹部
5a 间隙
6 悬突部
6a μ型振板
7 底基板
8 硅基板
A 分层结构
B 分层结构
C 分层结构
bl 主体长度
bl′ 第二主体部分的长度
bl″ 第一主体部分的长度
bt 主体厚度
bw 主体宽度
fl μ型振板长度
ft μ型振板厚度
fw μ型振板宽度
gt 间隙厚度
lt 下电极厚度
ot 介电层厚度
ut 上层厚度
具体实施方式
图1和2示意性地示出了根据本发明的装置的第一实施例。显然，在这个实施例中，该装置包括夹在具有厚度lt的下电极1与具有厚度ut的上电极层2之间的介电层3。在这个实施例中，下电极1是由掺杂体硅制成的基板片1。除了在这个图中示出的该片的具体形状之外，该掺杂片可以具有任何形状，只要它在μ型振板6a下方延伸即可。
介电层3和上电极层2形成分层主体4，该分层主体4具有主体长度bl、主体厚度bt以及主体宽度bw。
分层主体4包括位于介电层3的一侧面部分处的水平凹部5，和上电极层2的在具有间隙厚度gt的间隙5a上方的悬突部6。所述悬突部6形成在间隙5a上方延伸的μ型振板6a。分层主体4包括μ型振板6a水平地从其延伸的具有主体长度bl″的第一主体部分4a，并且具有等于μ型振板宽度fw的宽度。与所述第一主体部分4a邻接的是具有长度bl′的第二主体部分4b，该第二主体部分4b具有小于μ型振板宽度fw的宽度bw，使得第一主体部分4a和μ型振板6a横向伸出超过所述第二主体部分4b的两侧。
μ型振板6a具有μ型振板宽度fw、μ型振板长度fl以及μ型振板厚度ft。间隙厚度gt是所述掺杂基板片1与上电极2的形成μ型振板6a的所述悬突部6之间的距离。因此，振板厚度ft是分层主体4的厚度bt减去间隙厚度gt。
考虑到上面引用的公式，由μ型振板6a形成的谐振结构的谐振频率不依赖于振板的宽度fw，而依赖于其长度fl、厚度ft以及材料常数，而这种结构的弹簧常数线性地依赖于振板宽度fw。因此，通过增大宽度，增大了μ型振板与底基板之间的静态电容，而谐振频率不受此影响，并且还随着弹簧常数的增大，降低了声阻尼。这导致高频谐振器与静态电极之间的静态电容增大，以使电容微扰足以测量，而不需要最小化系统中的电容。
图3和4示出了其中分层主体4和μ型振板6a的结构和尺寸与图1和2中示出的第一实施例中的相同的实施例，但是其中，下电极1是覆盖在仅在μ型振板6a下方的底基板7上的下电极层1a，该下电极层1a从μ型振板6a起延伸至基板片7的外缘。下电极层1a可以是由掺杂多晶硅制成的膜。
在该第二实施例中，间隙厚度gt是下电极层1a与悬突部6之间的距离，即，主体厚度bt减去下电极层厚度lt减去μ型振板厚度ft。
图5和6中示出的本发明的装置的第三实施例，除了下电极是通过对由硅制成的基板片7的顶部部分进行掺杂而获得的下电极层1b之外，其余的与图1和2中的相同。下电极层1b在底基板7的掺杂硅下电极层的整个上表面上延伸。分层主体4的尺寸和结构以及间隙厚度gt与图1和2中示出的装置的相同。此外，代替这个图中示出的掺杂片的具体形状，掺杂片可以具有任何形状，只要该掺杂片在μ型振板6a下方延伸即可。
图7和8例示了第四实施例，其中，基本结构和尺寸与图1和2中示出的装置的基本结构和尺寸相同，不同之处在于，分层主体4的第一主体部分4a由此μ型振板6a仅伸出超过第二主体部分4b的一个侧面部分，从而该装置是L形，而非如图1和2所示装置的T形。
图9a-9d示出了有关怎样根据分层结构A获得与图3和4中示出的实施例相对应的装置的示例，该分层结构A示出在图9a中，并且包括淀积在底基板7上的掺杂下电极层1a′(举例来说，是掺杂多晶硅)、介电层材料3′(举例来说，是硅氧化物)以及上层材料2′(举例来说，是掺杂多晶硅)。通过第一方法步骤和第二方法步骤制备了分层结构A，在第一方法步骤中，通过LPCVD将掺杂下电极层1a′淀积在底基板7上，对淀积的下电极层1a′进行掺杂并通过标准UV-光刻法对其进行构图，并且通过热氧化法在基板7和掺杂下电极层1a′上淀积介电层材料3′，而在第二方法步骤中，在介电层材料3′上涂敷了上电极层材料2′并对其进行掺杂。
在通过UV-光刻法和干法各向异性硅刻蚀将上层材料2′构图成图3和4的装置中的上电极层2的最终T形之后，获得了图9b中示出的分层结构B。此后，通过标准湿法化学各向同性刻蚀将介电层材料3′构图成与上电极层2相同的T形，从而获得了图9c中示出的分层结构C。
在图9c中示出的分层结构C中，接着，通过进一步的湿法化学各向同性刻蚀对介电层材料3′的侧面部分进行去除，以在介电层3′的侧面部分中设置水平凹部5，由此来形成悬突部5，从而形成μ型振板6a。由此，如图9d所示，在所述凹部5上方，形成有悬突部6，并且下电极层1a脱离氧化物材料，从而在此形成了间隙5a，即，释放开由上电极层2构成的μ型振板6a。
图10示出了本发明的μ型振板型装置的第五实施例，第五实施例包括淀积在底基板7的一区域上的由热氧化物制成的介电层3和淀积在基板7的一相邻区域上的由掺杂多晶硅制成的下电极1b。底基板7设置在下硅基板8上。
由掺杂多晶硅制成的上电极层2在介电层3上和下电极层1b的邻接部分上延伸。邻近下电极层1b的所述邻接部分，存在上电极层2的一部分，所述一部分从上电极层2的上表面露出来，并且包括构成μ型振板6a的悬突部6，该μ型振板6a在下电极层1b的一区域上方水平地伸出，从而在μ型振板与下电极层1b之间出现了间隙5a。
图9a到9d示意性地例示了制造图10中的装置的步骤。这些步骤基本如下：
首先，在硅基板8上淀积介电硅介电层7。接着，在介电层7的表面上淀积多晶硅层，掺杂该多晶硅层以确保导电性，并且通过UV-光刻法将掺杂后的多晶硅层构图成下电极层1b的最终形状。在图11a中示出了所得的分层结构。其次，在图11a中示出的分层结构上淀积介电层材料3′，以覆盖其整个上表面。在图11b中示出了下电极层1b也被介电层材料3′覆盖的所得结构。
第三，在图11b中示出的结构的整个上表面上淀积多晶硅上层，掺杂该多晶硅上层以确保导电性，并且通过UV-光刻法将该多晶硅上层构图成上电极2的最终形状，由此，获得图11c中示出的结构。如上所述，通过UV光刻法构图不影响热氧化物。从图11c可见，介电层材料3′覆盖了下电极1b和底基板7的上表面。
接着，使图11c中示出的结构经受湿法化学刻蚀，由此从底基板7的上表面并从下电极层1b的上表面去除介电层材料3′。进一步，下刻蚀热硅氧化物层材料3′在上电极层2和下电极层1b下方的侧面部分，从而形成了电极层1b、2之间的间隙5a，并释放出悬在间隙5a上方的μ型振板6a。如上所述，对介电层3的化学各向同性刻蚀不影响多晶硅层。在图11d中例示了与图10中示出的第五实施例相对应的所得结构。
根据该第五实施例，下电极层1b和底基板7又可以构成如图10中或图1、3、5以及7中的任一图中所示的随后连接的μ型振板型装置(图10中未示出)的部件。由此，在这种随后连接的μ型振板型装置中，图10中示出的由介电氧化物材料制成的底基板7可以用作介电层，而下电极层1b可以用作上电极层。这意味着本发明的μ型振板型装置可以容易地与采用CMOS技术的其它这种装置互连。
为了确定具有图3和4中所示结构的装置的性能，计算了针对各种不同尺寸的装置特性，并且利用如在以下文献中描述的等效集总模型模拟了电特性：Abadal，G.et al.：“Electromechanical Model of a ResonatingNano-Cantilever-Based Sensor for High-Resolution And High-SensitivityMass Detcetion”，Nanotechnology 12，pp.100-104(2001)。在表1中，针对宽度从1微米变化到100微米的μ型振板，计算了刚度、谐振频率以及咬接(snap-in)电压。该咬接电压是把μ型振板折成并行电极所需的电压，并且是对电压操作范围的指示。在这些计算中，使用了20nm的间隙距离。这个值是与CMOS工艺中的CMOS氧化物厚度类似的值。
表1：
μ型振板宽度 μ型振板厚度 μ型振板长度 咬接电压
K(N/m) f(Hz)
fw ft(m) fl(m) (V)
1.00E-06 3.80E-07 1.006E-06 2194.88 5.09E+08 41.78
1.00E-05 3.80E-07 1.006E-06 2.19E+04 5.09E+08 41.78
5.00E-05 3.80E-07 1.006E-06 1.10E+05 5.09E+08 41.78
1.00E-04 3.80E-07 1.006E-06 2.19E+05 5.09E+08 41.78
根据表1易知，即使刚度增大几个量级，咬接电压也是恒定的。
图12中示出了输出电流与AC驱动频率之间关系的SPICE模拟。利用Q-因子100来确定结果，根据Davis，Z.J.et.al：“Fabrication AndCharacterization of Nano-Resonating Devices for Mass Detection”，J Vac.Technol.B，18(2)，pp 612-616(2000)，Q-因子100是多晶硅谐振器在空气中分别在1V的AC电压和10V的DC电压下的典型值。图12示出了装置的输出电流从宽度为1μm时的大约5μA增大到宽度为100μm时的几百μA。
在与图12相对应的仿真中，不包括寄生电容，尽管在真实系统中，系统中的寄生电容非常大，即，大约为1pF。因此，在存在1pF寄生电容的情况下模拟了该装置，并且在图13中示出了其结果。图13表明，对于μ型振板宽度为1μm的装置来说，寄生电流几乎完全淹没了信号，而对于具有宽度更大的μ型振板的装置来说，信号大于寄生信号。
Claims (23)
1、一种μ型振板型纳米级/微米级机械装置，该μ型振板型纳米级/微米级机械装置包括：
由第一导电材料制成的下电极(1)，
由第二导电材料制成的上电极层(2)，该上电极层(2)具有上层厚度(ut)，
由介电材料制成的介电层(3)，该介电层(3)具有介电层厚度(ot)，设置在所述上电极层(2)之下并与所述上电极层(2)接触，
所述介电层(3)和所述上电极层(2)形成分层主体(4)，该分层主体(4)具有主体宽度(bw)、主体长度(b1)以及主体厚度(bt)，
其中，
所述分层主体(4)包括：位于所述介电层(3)的侧面部分中的水平凹部(5)，和所述上电极层(3)的位于所述水平凹部(5)上方的悬突部(6)，
所述下电极(1)的至少一部分位于所述悬突部的至少一横向部分下方，使得所述水平凹部(5)在所述悬突部(6)与所述下电极(1)的所述部分之间形成一间隙(5a)，所述间隙(5a)具有间隙厚度(gt)；
在所述间隙(5a)上方，所述悬突部(6)的所述横向部分形成谐振μ型振板(6a)，该谐振μ型振板(6a)具有μ型振板宽度(fw)、μ型振板厚度(ft)以及μ型振板长度(fl)，
其中，所述μ型振板宽度(fw)为0.1μm到1000μm，所述μ型振板厚度(ft)为0.01μm到100μm，所述μ型振板长度(fl)为0.01μm到100μm。
2、根据权利要求1所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，
所述下电极(1)是具有下电极厚度(1t)的下电极层(1a、1b)；
所述下电极层(1a、1b)设置在底基板(7)上；
所述间隙(5a)位于所述下电极层(1a、1b)与所述分层主体(4)的所述谐振μ型振板(6a)之间；并且
所述间隙厚度(gt)对应于形成所述谐振μ型振板(6a)的所述悬突部(6)与所述下电极层(1a、1b)之间的距离。
3、根据权利要求2所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述下电极层(1a)在所述底基板的整个表面上延伸。
4、根据权利要求1所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，
所述下电极(1)是掺杂基板片(1)；
所述间隙(5a)位于所述谐振μ型振板(6a)与所述掺杂基板片(1)之间；并且
所述间隙厚度(gt)是所述掺杂基板片(1)与所述分层主体(4)的所述谐振μ型振板(6a)之间的距离。
5、根据权利要求1-4中的任一权利要求所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述分层主体(4)包括第一主体部分(4a)和邻接于所述第一主体部分(4a)的第二主体部分(4b)，所述谐振μ型振板(6a)从所述第一主体部分(4a)水平延伸，所述第一主体部分(4a)具有等于所述μ型振板宽度(fw)的宽度。
6、根据权利要求2所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述分层主体(4)包括第一主体部分(4a)和邻接于所述第一主体部分(4a)的第二主体部分(4b)，所述谐振μ型振板(6a)从所述第一主体部分(4a)水平延伸，所述第一主体部分(4a)具有等于所述μ型振板宽度(fw)的宽度，并且其中，所述下电极层(1a)以在所述第一主体部分(4a)下方但基本上不在所述第二主体部分(4b)下方的方式设置在所述底基板(7)上。
7、根据权利要求2所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，所述下电极层(1a)未出现在所述介电层(3)下方。
8、根据权利要求5所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述分层主体(4)的所述第二主体部分(4b)具有小于所述μ型振板宽度(fw)的宽度(bw)。
9、根据权利要求7所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述μ型振板宽度(fw)使得所述第一主体部分(4a)和所述谐振μ型振板(6a)横向伸出超过所述第二主体部分(4b)的两侧。
10、根据权利要求6所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述分层主体(4)的所述第二主体部分(4b)具有小于所述μ型振板宽度(fw)的宽度(bw)。
11、根据权利要求1所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述间隙厚度(gt)为0.001μm到10μm。
12、根据权利要求1所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述主体厚度(bt)为0.01μm到100μm。
13、根据权利要求2或3所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述下电极厚度(lt)为0.001μm到1000μm。
14、根据权利要求1-3和6中的任一权利要求所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述下电极(1)是由掺杂多晶硅制成的。
15、根据权利要求1或4中的任一权利要求所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述下电极(1)是由掺杂体硅制成的。
16、根据权利要求1和4中的任一权利要求所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述下电极(1)是从由金属及其合金组成的组中选择的。
17、根据权利要求1所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述介电层(3)是由从金属氧化物中选择的介电材料制成的。
18、根据权利要求17所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述介电层(3)是铝氧化物和锗氧化物中的一种。
19、根据权利要求1所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述介电层(3)是由硅氧化物制成的。
20、根据权利要求1所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述上电极层(2)是由掺杂体硅、掺杂硅、掺杂碳化硅、掺杂多晶金刚石以及掺杂多晶硅中的一种制成的。
21、根据权利要求1所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置，其中，所述上电极层(2)是由金属制成的。
22、一种制造根据权利要求1-20中的任一权利要求所述的μ型振板型纳米级/微米级机械装置的方法，该方法包括以下步骤：
第一步骤，其将介电层材料(3′)设置到下电极材料(1′、1b′)的至少一局部区域上，
第二步骤，其将上电极层材料(2′)设置到所述介电层材料(3′)上，
第三步骤，其至少将所述上电极层材料(2′)和所述介电层材料(3′)构图成希望的图案，
其中，所述第三步骤还包括以下步骤：
将所述上电极材料(2′)构图成所述上电极(2)的最终形状；
将所述介电层材料(3′)形成为与所述上电极层(2)的所述最终形状相对应的中间形状；
从所述介电层材料(3′)的位于所述下电极材料(1′、1b′)的所述局部区域上方的至少一个侧面部分去除氧化物材料，以在所述介电层材料(3′)的所述至少一个侧面部分中设置所述水平凹部(5)，由此形成所述分层主体(4)，
所述分层主体(4)包括：所述上电极层(2)的在所述水平凹部(5)上方伸出的所述悬突部(6)，和在所述悬突部(6)与所述下电极材料(1′、1b′)的其中已去除了所述氧化物材料的所述局部区域之间的所述间隙(5a)；
所述下电极材料(1′、1b′)的所述局部区域至少成为所述下电极(1)的位于所述间隙(5a)下方的所述部分，并且所述悬突部(6)形成所述谐振μ型振板(6a)。
23、根据权利要求22所述的方法，其中，通过光刻法和干法刻蚀对所述上电极层材料(2′)进行构图，而通过湿法刻蚀对所述介电层(3′)材料进行构图。
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091028 Termination date: 20180406 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |