CN101657747B - 带有开槽金属的基板及相关方法 - Google Patents

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Abstract

提供了带有开槽金属的基板及其方法。依照一个方面，附加在基板的开槽金属可包括加工出槽图案的金属，所述槽小于或约等于2微米，其中所述槽使得线宽近似为未形成图案层中单个冶金颗粒的尺寸。

Description

带有开槽金属的基板及相关方法
相关申请
本发明所公开的主题请求享有美国临时专利申请序列号No.60/872,913的权利，申请日为2006年12月5日；所述申请的公开内容通过引用全文结合于此。
技术领域
本发明的主题大体上涉及一种附加于基板上的金属。更特别地，本发明的主题涉及的是附加于微机电系统(MEMS)基板的开槽金属及相关方法。
背景技术
MEMS设备具有广泛的应用，并在商业产品中变得更加普及。MEMS设备对无线设备是理想的，这是由于它们在射频(RF)范围内工作的情况下具有低能耗的同时具有高绝缘性和线性特征。特别地，MEMS设备特别适用于包括移动电话，无线网络，通讯系统和雷达系统的应用。在无线设备中，MEMS设备可以被当作天线开关，模式开关，传送/接收开关，可调谐滤波器，匹配网络及其他。
MEMS设备(微机械)根据制造技术大体被分成两组。一种被称作体微机械，所述体微机械是通过下述方式制造三维结构获得的，即，硅晶片或SOI(硅绝缘体)基板本身受到蚀刻或抛光处理。另一种被称为表面微机械，所述表面微机械是通过下述方式制造三维结构获得的，即，将薄膜堆叠在基板(如硅晶片)上，使得薄膜受到光刻印刷和蚀刻处理。
表面微机械式的MEMS设备可具有再现性和可靠性，这随着构造它们所用到的处理工艺而改变。一个问题是有化学蚀刻剂的使用有关，所述蚀刻剂会导致处理后的金属结构表面粗糙。这些金属结构表面的粗糙特征就是所说的凸丘(hillocks)。凸丘会由晶界滑移(grainboundary slippage)及压缩应力产生。所述凸丘的生成是通过处理过程中在升高的温度下受热的历程而致动的，在所述处理过程中由于金属结构扩展的比基板、绝缘体或其他结构更快，所述金属结构处于压缩状态，其中金属结构是附加或包埋在上述的基板、绝缘体或其他结构里的。升高的温度还会引起金属颗粒结合成更大的颗粒。由于金属处于压缩状态，如果发生颗粒滑移的话，向外位移会释放该压缩状态腾出空间。该位移大约相当于颗粒的尺寸并会形成凸丘。
在MEMS设备上存在有凸丘会妨碍设备的正常运转。例如，凸丘会增加泄漏和破坏可靠性，凸丘在MEMS设备的高压区就相当于场增强器。进一步地，凸丘会产生固有应力集中的点，这些点更容易随时间发生碎裂，这在MEMS设备中会产生破坏性的自由微粒。如果MEMS设备靠近凸丘，这会导致碎裂发生。如果凸丘是出现在MEMS设备两个元件之间的缝隙中，它也会限制MEMS设备的运动以至于它的功能。这对于电容式RF MEMS设备是特别重要的，在所述设备中为了最佳功能状态就需要存在非常小的缝隙。因此，特别希望能够减少或消除凸丘。相对应地，考虑到这些困难，就需要改进MEMS金属结构及其形成技术，以减少或消除凸丘的生成。
发明内容
本公开主题的一个目标是提供一种新颖的带开槽金属的基板及相关方法，用以减少MEMS设备中凸丘的生成。
本公开主题的一个目标已经在前面陈述过并且由全部或部分的本公开主题实现，而其他目标将会通过结合在下面最佳介绍的附图随着说明的进行而变得显而易见。
附图说明
在这里介绍的本发明主题现在将通过参见附图进行解释，其中：
图1是依照在此公开的本发明主题实施例，附加于MEMS设备基板上的固定的，开槽金属的顶部透视图；
图2是依照在此公开的本发明主题实施例，附加于基板上并在其上沉积有介质/绝缘层的开槽金属的顶部透视图；
图3是依照在此公开的本发明主题实施例，形成在MEMS设备基板上并在其上形成有介质/绝缘层及金属元件的开槽金属的顶部透视图；
图4是依照在此公开的本发明主题实施例，形成在MEMS设备基板上并在其上形成有介质/绝缘层及金属元件的开槽金属的顶部透视图；
图5是依照在此公开的本发明主题实施例，形成具有开槽金属、基板和介质/绝缘层的MEMS设备的示例性步骤的流程图；
图6是依照在此公开的本发明主题实施例，包括了可动结构和固定的开槽金属元件的MEMS设备的横截面侧视图；
图7是依照在此公开的本发明主题实施例，包括了可动结构和固定的开槽金属元件的MEMS设备的顶部透视图；
图8是依照在此公开的本发明主题实施例，包括了附加于可动结构上的可移动开槽金属的MEMS设备的顶部透视图；
图9是依照在此公开的本发明主题实施例，包括了附加于可动结构上的致动器板和电容板的MEMS可变电容器的横截面侧视图；
图10是依照在此公开的本发明主题实施例，包括了附加于可动结构上的致动器板和电容板的MEMS可变电容器的顶部透视图；
图11是依照在此公开的本发明主题实施例，MEMS可变电容器的可动结构的底部视图；
图12是具有依照在此公开的本发明主题的开槽金属元件的MEMS可变电容器系统的顶部视图；
图13是具有依照在此公开的本发明主题的开槽金属元件的MEMS可变电容器系统的顶部视图；
图14-17是依照在此公开的本发明主题，具有槽且线宽尺寸变化的MEMS设备金属元件的顶部透视图；
图18-21是依照在此公开的本发明主题，具有槽且线宽尺寸变化的MEMS设备金属元件的顶部透视图；
图22是表示出图18-21中所示的MEMS设备的金属元件凸丘高度的可变性图表；
图23-26是依照在此公开的本发明主题，具有槽且线宽尺寸变化的MEMS设备的金属元件的顶部透视图；
图27是依照在此公开的本发明主题实施例，具有槽且线宽尺寸变化的金属元件表面的顶部视图；
图28-31是依照在此公开的本发明主题，具有槽且线宽尺寸变化的MEMS设备的金属元件的顶部透视图；
图32-35是依照在此公开的本发明主题实施例，具有变化的线宽距离的开槽金属的顶部视图；
图36是依照在此公开的本发明主题，开槽金属表面的顶部视图，其中有未开槽金属作为比较；以及
图37-40是MEMS金属结构中形成有孔的部分的顶部视图。
具体实施方式
依照本公开，提供了附加于基板上的开槽金属及相关方法。在此介绍的开槽金属可特别地应用于MEMS设备、系统和方法中，用于各种不同的通讯用途。在此介绍的主题可用于减少或消除凸丘的形成。所述槽可以形成在金属中，从而形成具有预定线宽的金属线阵列。
对金属开槽可以在几个方面减少或消除凸丘的形成。一个方面，开槽可以限制颗粒的成长，进而限制任何凸丘的尺寸。进一步地，槽可以降低金属中的总压缩能，这是由于总压缩能仅随长度而不是面积增长。另外，开槽使得金属能够在一定程度上侧向扩展，进而释放应力。因此，通过限制颗粒的成长和减小金属应力，依照在此介绍的本发明主题的金属开槽可以减少或消除凸丘的形成。另外，如果开槽金属包埋在另一材料中，那么该材料直接地抑制颗粒滑移机制。MEMS电容器应用的好处包括最高电容量高，电容密度大，电容比高，且电容变化量(ΔC)大。
依照在此介绍的本发明主题的开槽金属可在基板上形成图案，或是适当地附加到基板上。开槽金属可包括形成有小于或约等于2微米槽的金属。槽可致使线宽近似为未形成图案层中的单个冶金颗粒的尺寸。槽可具有统一的宽度或可变宽度。线宽和间隔可具有顺应设计规则的最小尺寸。开槽金属的槽可以定向在施加到MEMS设备上的电流(DC、AC、RF，或它们的组合)的方向上，以使得槽的电效应最小。RF指的是在0Hz到约100GHz或更高之间的范围。
进一步地，MEMS设备可包括另一结构，相对于开槽金属可动或固定，其具有金属元件(开槽的或实心的)。金属元件可以相互电容耦合(capacitively coupled)。
在此进行介绍的目的应当理解为当元件，如层或基板被写成“放置在”，“附加到”或“形成于”另外的元件上时，那个元件可以是直接位于另一元件上，或可选地，也可在它们之间存在介入元件(例如，一个或多个缓冲或过渡层，夹层，电极或触点)。更进一步地，要理解到术语“放置在”，“附加到”和“形成于”是可以替换使用的，用来表述给定元件可以被如何相对于另一元件进行放置或定位。因此，应当理解到术语“放置在”，“附加到”和“形成于”并不带入任何对材料运输，沉积，或构造的特定方法的限制。
触点、互连物、导电通路、电热元件及各种金属的电极可通过溅射、CVD、蒸镀(evaporation)或电镀形成。某些金属可能会需要适当的中间粘结层以防止剥落。常用的粘结材料的例子包括铬、钛、或合金如钛钨合金(TiW)或钛的氮化物(TiN)。某些金属组合物会需要扩散阻挡层(diffusion barrier)防止粘结层扩散通过金属，反之亦然。
依照在此介绍的主题所述的构造过程(如微机械加工)，会用到传统的平板印刷术。相应地，基本的平板印刷步骤如光阻的施加、曝光、和显影剂的使用不在此详细说明。
相似地，已知的蚀刻处理工艺可适合地用来选择性去除材料或材料区。成像后的光阻层一般会用作掩模板(masking template)。加工图案可被直接蚀刻进基板体中，或蚀刻进随后用作接下来蚀刻步骤的掩模的薄膜或层中。
在特定构造步骤中用到的蚀刻处理工艺类型(如湿式，干式，各向同性式，各向异性式，对各向异性取向依赖式)、蚀刻率、以及使用的蚀刻剂类型取决于要去除的材料组分、要用到的任何掩蔽或蚀刻阻止层组分、以及要形成的蚀刻区轮廓。
干式蚀刻术，如等离子体相蚀刻术(plasma-phase etching)和反应离子蚀刻术(RIE)也可用来去除硅及其氧化物和氮化物，以及各种金属。深层反应离子蚀刻术(DRIE)可用来各相异性地在体层中蚀刻出深的竖直沟渠。二氧化硅典型地用作DRIE的止蚀物，因此，含有包埋二氧化硅层的结构(如硅绝缘体(SOI)晶片)可用在依照本发明的方法中作为构造微结构的开始基板。
蚀刻术的另一备选形成图案工艺是剥离工艺(lift-off process)，这对本领域技术人员来说是公知的。在这种情况下，传统的光刻印刷术用于制作期望图案的负片图像。该处理工艺被典型地用来给金属加工出图案，当需要粘结层和扩散阻挡层时它们作为连续的薄膜或多层薄膜沉积。金属沉积在要形成图案的区域上并位于光阻掩模(负片图像)之上。光阻及其上的金属被去除，留下具有期望图案的金属。
如在此所用到的，术语“设备”要解释成与术语“元件”具有可替换的意思。如在此所用到的，术语“导电的”大体上当成包含导体和半导体材料。
基板上开槽金属的实施方式
依照在此介绍的发明主题，基板上开槽金属的实施方式现在将参照图1-13进行说明。
图1是依照在此公开的本发明主题实施例，附加于MEMS设备基板S上的固定的，开槽金属SM的顶部透视图。为了说明需要，仅画出了MEMS设备的开槽金属SM和基板S。MEMS设备可包括进行适当操作的一个或多个可动元件、适合的致动元件(如电压源、致动电极和迹线)、信号线路、电路迹线、RF信号线路、和/或用于适当操作的介质元件。示例性MEMS设备可包括可调谐电容器，可变电容器，和可切换电容器(switchable capacitor)。
参见图1，开槽金属SM可被加工出槽SL图案，以形成宽度近似为未形成图案层中单个冶金颗粒尺寸的线。槽SL成形为大致直线形。可选地，加工成图案的槽可被成形为非直线形的，如锯齿形或曲线形。进一步地，线宽可以在近似0.1微米到2微米之间。槽SL可减少或消除制造MEMS设备过程中凸丘在金属SM上的形成。槽宽可以取任意尺寸，但对给定的微构造设施通常选取尽可能小的取值以便使得功能电极的面积最大。
开槽金属SM可以是MEMS设备的任意适合的金属或半金属元件，如触点，互连物，电极，电容板，导电线路，及其它各种金属制成的各种导电部件，各种金属包括，例如铝，金，银，铜，铂，铑，铼，镍以及它们的组合。进一步地，MEMS设备可包括具有开槽金属的可动的或固定的结构。进一步地，开槽金属可被包埋在MEMS设备的结构内部或附加在MEMS设备的结构的表面。示例性的MEMS设备包括可调谐电容器、可变电容器、可切换电容器、和适合的MEMS设备的其中之一。
开槽金属可由任意一种倾向于形成凸丘的适合的材料制成。例如，开槽金属可以全部或部分由金属形成。溅射法、化学气相沉积法(CVD)、或蒸镀术可用来形成开槽金属。电镀工艺可以完成将金属材料运输到基板的期望表面上的任务。在电镀各种金属时用到的化学溶液是本领域内公知的。某些金属，如金，可能会需要一种适当的中间粘结层来防止剥落。常用的粘结材料的示例包括铬，钛，或合金如钛钨合金(TiW)。一些金属组合会需要扩散阻挡层来防止铬粘结层扩散通过金。在金、铝、金、银、铜、铂、铑、铼、镍、铬以及它们的组合之间的扩散阻挡层的示例可包括铂或镍。
基板S的组成材料的非限定性示例包括硅(单晶，多晶或非结晶形式的)、硅氮氧化物、玻璃、石英、蓝宝石、氧化锌，氧化铝，硅土或III-V族各种二元、三元或四元形式(如，GaAs，InP，GaN，AIN，AIGaN，InGaAs等)的化合物之一以及它们的组合/层。如果基板S的成分选成导电的或半导电的材料，不导电的、介质层会沉积在基板S的顶部表面上，或至少沉积在顶部表面需要电接触或导电区的那部分上。
在另一个实施例中，介质层或其它适合的绝缘材料可沉积在开槽金属上。图2是依照在此公开的本发明主题实施例，附加于基板S上并在其上沉积有介质/绝缘层DL的开槽金属SM的顶部透视图。参见图2，介质/绝缘层DL沉积在开槽金属SM上。开槽金属SM的槽SL小于或约为2微米，使得金属线宽近似于未形成图案层中单个冶金颗粒的尺寸。进一步地，槽SL的取值分布在约0.5微米到2.0微米之间或任意其它适合的距离。线宽可在约0.1微米到2微米之间。
在另一个实施例中，第二金属可被附加至介质/绝缘层和开槽金属。第二金属可以是实心金属层或另一开槽金属。开槽金属和第二金属可以被介质/绝缘层、另一适合的层或气隙彼此隔开。图3和4是依照在此公开的本发明主题实施例，形成在MEMS设备的基板S上并在其上形成有介质/绝缘层DL及金属元件MC的开槽金属SM的顶部透视图。参见图3，金属元件MC具有小于或约等于2微米的槽。得到的线宽在约0.1微米到2微米之间。金属元件MC的槽布置成阵列，该阵列基本垂直于金属SM槽的布局。可选地，金属元件MC和金属SM的槽阵列可以是基本互相平行的，或是任意其它适合的相对彼此排布。进一步地，槽阵列位于基本互相平行的平面上，但是在备选方案中，槽阵列也可相对彼此以其它适当的方式排布。
开槽金属SM和金属元件MC电容耦合。在一个实施例中，MEMS设备可将金属元件维持在相对彼此相同的距离上以使得电容量恒定。可选地，MEMS设备可被致动，使金属元件相对彼此移动从而改变电容量。
参见图4，金属元件MC是实心金属层。开槽金属SM和金属元件MC电容耦合。进一步地，MEMS设备可控制电容元件分离的距离来维持恒定的电容量或可控变化的电容量。
对图3和4中所示实施例的一种备选应用中，介质/绝缘层DL可以是用于构造梁结构的牺牲层。例如，在构造过程中，开槽金属SL可在基板S上加工出图案。接着，介质/绝缘层DL可被沉积在开槽金属SL上及基板S的顶部表面上。介质/绝缘层DL可沉积以与金属SL及基板S的顶部表面一致。可选地，介质/绝缘层DL可沉积使得介质/绝缘层的底部表面以平坦方式附加到开槽金属SL的顶部表面上。接着，金属元件MC可沉积到介质/绝缘层DL的顶部表面上。其它适合的梁结构或可动结构可被附加到金属元件MC上，将在下面对它们作进一步的详细介绍。接着，正如本领域技术人员所公知的，介质/绝缘层DL被去除从而将结构层和金属元件MC从金属SL和基板S上解放出来。通过去除介质/绝缘层DL的牺牲层，包括金属元件MC的结构层能够相对基板S和开槽金属SM自由移动。
图1-4中所示主题的实施例可依照任何适合的MEMS构造工艺而形成。图5是依照在此公开的本发明主题实施例，形成具有开槽金属、基板和介质/绝缘层的MEMS设备的示例性步骤的流程图。特别地，图5示例性的表示出在图3中所示的基板S上形成开槽金属SM、介质/绝缘层DL、和金属元件MC的步骤。这些示例性步骤还可用来形成在此介绍过并在其它附图中示出过的类似元件。参见图3和5，开槽金属SM可被附加到基板S上(步骤500)。在步骤502中，介质/绝缘层DL可沉积于基板S上。在步骤504中，另一金属被附加到介质/绝缘层DL上。第二金属可以是如图3中所示的位于介质/绝缘层DL上的开槽金属元件MC。可选地，第二金属可以是如图4中所示的位于介质/绝缘层DL上的实心金属层元件MC。
又另一实施例中，MEMS设备可包括可动结构来与开槽金属一起操作。图6和7分别是依照在此公开的本发明主题实施例，包括了可动结构MS和固定的开槽金属元件SM1和SM2的MEMS设备600的横截面侧视图及顶部透视图。参见图6和7，开槽金属元件SM1和SM2被附加到基板S上。槽SL可具有距离D1的宽度，它小于或约为2微米，使得金属线宽近似于未形成图案层中单个冶金颗粒的尺寸。进一步地，距离D1的取值分布在约0.1微米到2.0微米之间或任意其它适合的距离。开槽金属元件SM1和SM2的金属线宽具有距离D2的宽度，所述距离D2的取值范围在约0.1微米到2.0微米之间或任意其它适合的距离。
可动结构MS可放置在开槽金属SM1和SM2上方，并可相对开槽金属移动。进一步地，可动结构MS包括附加在可动结构表面上的可动金属元件MMC1和MMC2。开槽金属SM1和SM2可以与金属元件MMC1和MMC2电容耦合。在一个实施例中，MEMS设备600可将金属元件维持在相对彼此相同的距离上以使得电容量恒定。可选地，MEMS设备600可被致动，在向上或向下的方向上(用相反方向的箭头A表示)移动可动结构MS，从而改变电容量。
可动结构MS可包含介质或其它任何合适的材料。例如，可动结构可由硅氧化物(SiO2，通过将之溅射、电镀、自旋(spun-on)、或沉积)制成。可动结构可以提供电绝缘和期望的力学性能，包括弹性性能。可选地，可动结构可包含(SixNy)、硅的氮氧化物、矾土(alumina)或铝氧化物(AlxOy)、聚合物、CVD金刚石、它们的合金，或其他本领域技术人员公知的适用材料。可动结构可被设计成有弹性的，从而在结构偏离或弯曲的情况下能够生成让结构返回其固有位置的恢复作用力。
图8是依照在此公开的本发明主题实施例的MEMS设备800的顶部透视图，其包括了附加于可动结构MS上的可动开槽金属SM3。参见图8，MEMS设备800与图6和7中所示的MEMS设备600相类似，除了开槽金属SM3替换了图6和7中所示的金属元件MMC2。金属SM3的槽可具有小于或约为2微米的宽度，使得金属线宽近似于未形成图案层中单个冶金颗粒的尺寸。可选地，槽宽度的取值分布在约0.1微米到2.0微米之间或任意其它适合的距离。开槽金属元件SM3的金属线宽可具有取值分布在约0.1微米到2.0微米之间或任意其它适合距离的宽度。
金属SM3的槽可以布置成阵列，该阵列基本垂直于金属SM1和SM2槽的布局。可选地，金属SM3的槽和金属SM1和SM2可以是基本互相平行的，或是相对彼此以任意其它适合的方式排布。进一步地，槽阵列位于基本互相平行的平面上，但是在备选方案中，槽阵列也可相对彼此以其它适当的方式排布。
图9和10分别是依照在此公开的本发明主题实施例的MEMS可变电容器900的横截面侧视图和顶部透视图，包括了附加于可动结构上的致动器板AP1和AP2和电容板CP1和CP2。参见图9和10，可动结构MS被放置在致动器板AP3和电容板CP3上，它们附加在基板S的顶部表面。MEMS可变电容器100显示处于未致动位置。可动结构MS可包括根式锚RA，所述根式锚相对于基板S固定地安装。相反端可相对基板S自由移动。空隙G能够将可动结构MS及其附加元件从基板S及其附加元件上分离开。元件CP2和CP3之间的距离可以与元件AP2和AP3之间的距离相同。可选地，元件CP2和CP3之间的距离可以与元件AP2和AP3之间的距离不同。
电压差可被施加穿过致动器板AP3以及致动器板AP1和AP2中的一个或两个以生成静电场，所述静电场在致动器板AP3和附加在可动结构MS上的其它致动器板AP1和AP2中的至少一个之间产生吸引作用力。致动器板AP1和AP2可以电连接在电压源的一个终端上(未画出)，而致动器板AP3可连接到电压源的另一终端上来施加电压差。可选地，致动器板AP1和AP2中仅有一个连接在终端上，而致动器板AP3连接到电压源的另一终端上。一旦施加了电压差，可动结构MS在朝向基板S的方向上弯曲，电压源可以施加可变电压差来控制可动结构MS和基板S之间的距离。可动结构相对于基板S运动的变化量引起电容板CP3和电容板CP1和CP2中的一个或它们两个之间的电容量。电容板可操作地连接到RF信号线路上(未画出)。
致动器板AP1，AP2，和AP3和电容板CP1，CP2和CP3可以是实心金属元件及开槽金属元件的任意组合。可选地，所有致动器板和电容板可以整体或部分地开槽。图11是依照在此公开的本发明主题实施例，MEMS可变电容器900可动结构MS的底部视图。现在参见图11，电容板CP2被形成锯齿形图案来控制凸丘。进一步地，致动器板AP2的一部分可被形成锯齿形图案来控制凸丘。致动器板AP2的其他部分可以是实心的。在该例中，锯齿形图案形成基本沿着可动结构MS的长度延伸的槽。可选地，锯齿形图案可以基本上垂直于可动结构MS的长度延伸。提供给板的电流可以在与具有相似几何形状的实心金属中流通的方向上流通。因此，当提供锯齿小图案结构时，结构的槽可被排布成在预定电流流动方向上延伸。换句话说，槽基本上可以与具有相似几何形状的实心金属中流通的电流平均方向对齐。
在此介绍的基板上的开槽金属可被用在MEMS可变电容器系统中。例如，在此介绍的开槽金属可被当作MEMS可变电容器系统的致动电极和/或电容板，所述系统在美国专利申请号No.11/715,676，发明名称为“微机电系统(MEMS)可变电容器和致动元件及其方法”(″Micro-Electro-Mechanical System(MEMS)Variable Capacitors andActuation Components and Related Methods″)中有所介绍，所述专利申请的内容全文通过引用结合于此。开槽金属元件可适当地附加于系统的任何固定的合/或可动元件上。
图12和13分别是依照在此公开的本发明主题，具有开槽金属元件的MEMS可变电容器系统1200和1300的顶部视图。参见图12和13，系统1200和1300可包括悬臂型可变电容器VC。每个可变电容器VC可包括具有致动电极AE和电容板CP的可动结构MS。电容板CP可被放置在输入线路FL上，所述线路与对应的电容板电容耦合。电容板CP、致动电极AE和输入线路FL中的一些或它们全部都可以部分地或全体依照在此公开的本发明主题开槽，从而减少或消除凸丘的形成。
实验结果
实验结果是通过构造依照本发明在此介绍的主题的具有开槽金属的MEMS元件而获得的。实验结果现在将参见图14-40进行介绍。
图14-17是依照在此公开的本发明主题，具有槽且线宽尺寸变化的MEMS设备金属元件的顶部透视图。参见图14-17，MEMS设备金属元件已经依照本发明在此公开的主题开过槽了。图14-17中所示的MEMS设备是依照相同的技术和相似的设计构造的。
为了表示出对凸丘形成的影响，图14-17中所示的MEMS设备在设计上的区别仅在于所示的顶部金属元件槽的尺寸和线宽。在图14中，金属元件MC1具有尺寸约为0.5微米的槽，并具有约为5.0微米的线宽。进一步地，在图14中，金属元件MC2具有尺寸约为0.5微米的槽，并具有约为2.5微米的线宽。在图15中，金属元件MC1具有尺寸约为0.8微米的槽，并具有约为8.0微米的线宽。进一步地，在图15中，金属元件MC2具有尺寸约为0.8微米的槽，并具有约为4.0微米的线宽。在图16中，金属元件MC1具有尺寸约为1.0微米的槽，并具有约为5.0微米的线宽。进一步地，在图16中，金属元件MC2具有尺寸约为0.5微米的槽，并具有约为10.0微米的线宽。在图17中，金属元件MC1具有尺寸约为1.0微米的槽，并具有约为20.0微米的线宽。进一步地，在图17中，金属元件MC2具有尺寸约为1.0微米的槽，并具有约为10.0微米的线宽。这些结构表示了使用小于约2.5微米线宽在减少凸丘尺寸和/或消除凸丘形成的有益效果。
图18-21是依照在此公开的本发明主题，具有尺寸变化的孔的MEMS设备金属元件的顶部透视图。参见图18-21，MEMS设备金属元件具有从顶部表面延伸到底部表面的孔。图18-21中所示的MEMS设备是依照相同的技术和相似的设计构造的。这些结果表明孔的各种不同图案不会对凸丘产生影响，而依照本发明在此介绍的主题的开槽的确体现出了改进效果。
为了表示出对凸丘形成的影响，图18-21中所示的MEMS设备在设计上的区别仅在于所示的顶部金属元件孔的大小和线宽。在图18中，金属元件MC1具有大小约为1.0微米的孔，并具有约为10.0微米的线宽。进一步地，在图18中，金属元件MC2具有大小约为1.0微米的孔，并具有约为5.0微米的线宽。在图19中，金属元件MC1具有大小约为1.0微米的孔，并具有约为20.0微米的线宽。进一步地，在图19中，金属元件MC2具有大小约为1.0微米的孔，并具有约为20.0微米的线宽。在图20中，金属元件MC1具有大小约为0.8微米的孔，并具有约为8.0微米的线宽。进一步地，在图20中，金属元件MC2具有大小约为0.8微米的孔，并具有约为8.0微米的线宽。在图21中，金属元件MC1具有大小约为0.8微米的孔，并具有约为8.0微米的线宽。进一步地，在图21中，金属元件MC2具有大小约为0.8微米的孔，并具有约为8.0微米的线宽。图17-21中的插图表示的是对应金属元件表面的放大视图。图17-21包括金属元件，它们被加工成具有上述尺寸的孔阵列的图案。孔的图案在消除或限制凸丘成长方面不起作用，凸丘成长通过线宽表现出来。
图22表示出图18-21中所示的MEMS设备的金属元件凸丘高度的可变性图表。图表表示的是与图18-21中所示的每个MEMS设备的金属元件相对应的图形，并且它们之间基本没有区别。
图23-26是依照在此公开的本发明主题，具有孔的MEMS设备的金属元件的顶部透视图。参见图23-26，MEMS设备的金属元件具有在顶部和底部表面之间延伸的孔。图23-26中所示的MEMS设备是依照相同的技术和相似的设计构造的。在图23中，金属元件未加工图案。在图24种，金属元件具有尺寸为0.8，1，1或1微米的孔，以及8，5，10，或20微米的线宽。在图25种，金属元件是未开槽的。在图26中，金属元件具有孔尺寸(0.5或0.8微米)和线宽(2.5，5，10，或4微米)。这些孔图案在消除或限制凸丘形成方面不起作用。
图27是依照在此公开的本发明主题实施例，具有槽且线宽尺寸变化的金属元件表面的顶部视图。图27表示的是一组七(7)条线路，它们都间隔5微米。所述线路具有2.5微米、5微米、10微米、和20微米的线宽。进一步地，图27表示的是第二组两(2)条线路，它们都间隔5微米并具有20微米和50微米的线宽。
图28-31是通过干涉仪观察的依照在此公开的本发明主题，具有槽且线宽尺寸变化的MEMS设备的金属元件的顶部透视图。参见图28-31，MEMS设备的金属元件已经依照本发明在此公开的主题开过槽了。图28-31中所示的MEMS设备是依照相同的技术和相似的设计构造的。在图28中，金属元件具有尺寸为5微米的槽。在图28中，金属元件具有2.5微米、5微米、10微米、和20微米的线宽。在图29中，金属元件具有尺寸为5微米的槽。在图29中，金属元件具有2.5微米、5微米、10微米、和20微米的线宽。在图30中，金属元件具有尺寸为5微米的槽以及20微米和50微米的线宽。在图31中，金属元件具有尺寸为5微米的槽以及20微米和50微米的线宽。图28-31中所示的MEMS设备金属元件的检测结果表示出具有5微米线路及更窄的结构表面基本不存在凸丘。
图32-35是依照在此公开的本发明主题实施例，具有变化的线宽距离的开槽金属的顶部视图。线宽的变化能力是微米级的。10微米的线路显示出一些凸丘的发生。5微米线路显示出没有凸丘发生。这些图像表示出从2.5微米、5微米、10微米、和20微米范围的线宽。10微米和20微米线路典型的显示出存在各种尺寸和高度的凸丘。5微米和2.5微米线宽显示出凸丘的出现量特别少。
图36是依照在此公开的本发明主题，开槽和未开槽金属的表面的顶部视图以便比较。与未开槽金属从相同晶片比较看来，凸丘表现出没有直接形成在开槽金属表面上。在附加于开槽金属区的未开槽金属区上确实形成了一些凸丘，但在开槽金属区本身没有形成凸丘。
图37-40是MEMS金属结构中形成有孔的部分的顶部视图。在图37中，金属元件具有约为0.5微米且间隔约10微米的孔。在图38中，金属元件具有大小约为1微米且间隔约5微米的孔。在图39中，金属元件具有大小约为1微米且间隔约10微米的孔。在图40中，金属元件具有大小约为1微米且间隔约20微米的孔。0.5微米的孔在图39中不可见。形成了0.8和1微米的孔。凸丘是可见的。这里没有槽。这些图表示出小孔不能改进金属的凸丘表现，因此表明了开槽所具有的比较价值。这些结果可以与图27种所示的设备A-H的孔图案相比。当图37-40与图36相比时，这体现出相同冲模和相同加工工艺的孔图案不能像用相同的冲模生产的窄线图案一样有效地消除凸丘。
应当理解到本公开主题的各种细节可在不脱离本公开主题范围的情况下进行改变。更进一步地，前述的说明书仅是为了进行解释说明，并没有限定作用。

Claims (24)

1.一种带有开槽金属的基板，开槽金属包含形成有构造为限制金属中颗粒的成长的槽图案的金属，每个所述槽的宽度小于或等于2微米，其中，所述槽使得金属线宽近似为未形成图案层中单个冶金颗粒的大小；
其中开槽金属包含选自于由致动器板和电容板所组成的组中的元件。
2.如权利要求1所述的基板，其中开槽金属是微机电系统设备的元件。
3.如权利要求2所述的基板，其中开槽金属是微机电系统设备的可动结构和固定结构的其中之一的元件。
4.如权利要求2所述的基板，其中微机电系统设备是选自于由可调谐电容器、可变电容器、和可切换电容器所组成的组中的设备。
5.如权利要求1所述的基板，其中所述槽的宽度是在0.1微米到2微米之间。
6.如权利要求1所述的基板，其中所述金属线宽是在0.1微米到2微米之间。
7.如权利要求1所述的基板，其中槽包含选自于由基本线性形状和非线性形状所组成的组中的形状。
8.如权利要求7所述的基板，其中槽包括选自于由锯齿形状和曲线形状所组成的组中的非线性形状。
9.如权利要求1所述的基板，其中介质/绝缘层被沉积在金属上。
10.如权利要求9所述的基板，其中第二金属沉积在介质/绝缘层上。
11.如权利要求10所述的基板，其中第二金属是实心的。
12.如权利要求10所述的基板，其中第二金属是开槽的。
13.如权利要求12所述的基板，其中第二金属的槽是基本平行或基本垂直于开槽金属的槽这两种情况中的一种。
14.如权利要求1所述的基板，其中所述开槽金属与微机电系统设备的可动结构间隔开，并且可动结构被附加到第二金属上。
15.如权利要求14所述的基板，其中第二金属包含选自于由实心金属和第二开槽金属组成的组中的金属。
16.如权利要求14所述的基板，其中开槽金属和第二金属电容耦合。
17.如权利要求1所述的基板，其中所述开槽金属是第一开槽金属，并且第一开槽金属与第二开槽金属间隔开。
18.如权利要求17所述的基板，其中第一和第二金属的槽是基本相互平行或基本相互垂直这两种情况中的一种。
19.如权利要求1所述的基板，其中所述槽沿着电流流动的预定方向基本对齐。
20.如权利要求19所述的基板，其中施加的电流是DC、AC、和RF中的一种。
21.一种形成带有开槽金属的基板的方法，方法包含：
提供基板；
将开槽金属附加到基板上，所述开槽金属包含选自于由致动器板和电容板所组成的组中的元件，开槽金属包含形成有构造为限制金属中颗粒的成长的槽图案的金属，每个所述槽的宽度小于或等于2微米，其中所述槽使得金属线宽近似为未形成图案层中单个冶金颗粒的大小。
22.如权利要求21所述的方法，其中开槽金属是微机电系统设备的元件。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述槽是在0.1微米到2微米之间。
24.如权利要求21所述的方法，其中所述金属线宽是在0.1微米到2微米之间。
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