CN105555704A - 在mems器件中形成平面的牺牲材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明总体上涉及一种制造MEMS器件的方法。在MEMS器件中，可移动板被布置在空腔内，使得可移动板能够在所述空腔内移动。为了形成空腔，可以沉积牺牲材料然后将所述可移动板的材料沉积于其上。所述牺牲材料被移除以释放可移动板在所述空腔内移动。牺牲材料一旦被沉积，就可能不是足够平面的，这是因为所述牺牲材料的最高点与最低点之间的高度差可能是相当大的。为了确保可移动板是足够平面的，牺牲材料的平面度应当被最大化。为了使牺牲材料的表面平面度最大化，牺牲材料可以被沉积然后被传导加热以允许牺牲材料回流并且由此被平面化。
Description
发明背景
技术领域
本发明的实施例总体上涉及在MEMS器件的空腔中形成平面的牺牲层的方法。
背景技术
MEMS器件通常包括可在多个位置之间、例如在与电极紧密接触的位置和与电极间隔开的位置之间移动的可移动板(即开关元件)。一些MEMS器件被用于数字可变电容器(DVC)中。
如图1中示意性示出的，一些DVC器件基于可移动MEMS元件，具有在可移动MEMS元件之上的控制电极(即上拉电极、拉离电极或PU电极)和在可移动MEMS元件之下的控制电极(即拉近电极、下拉电极或PD电极)。此外，可移动MEMS元件之下存在RF电极(即板、悬臂或可移动板电极)。在工作期间，电压被施加到PU或PD电极，这将MEMS元件上拉或下拉至接触以向RF电极提供稳定的最小或最大电容。这样，从可移动元件到RF电极(存在于可移动元件之下)的电容能够从当被拉到底部时(见图2)的高电容Cmax变化到当被拉到顶部时(见图3)的低电容Cmin。
由此，所述可移动板和所述RF电极之间的距离影响电容。如果可移动板具有不均一的形状，则每个MEMS器件的电容可能是唯一的，并且因此从器件到器件的可重复性可能是困难的。为了拥有可重复的、一致的电容，所述可移动板应当是基本平面的。
因此，本领域中需要在MEMS器件中形成平面的可移动板。
发明内容
本发明总体上涉及一种制造MEMS器件的方法。在MEMS器件中，可移动板被布置在空腔内，使得可移动板能够在所述空腔内移动。为了形成空腔，可以沉积牺牲材料然后将所述可移动板的材料沉积于其上。所述牺牲材料被移除以释放可移动板在所述空腔内移动。牺牲材料一旦被沉积，就可能不是足够平面的，这是因为所述牺牲材料的最高点与最低点之间的高度差可能是相当大的。为了确保可移动板是足够平面的，牺牲材料的平面度应当被最大化。为了使牺牲材料的表面平面度最大化，牺牲材料可以被沉积然后被传导加热以允许牺牲材料回流(reflow)并且由此被平面化。
在一个实施例中，一种形成MEMS器件的方法包括：在衬底之上沉积牺牲层；传导加热所述衬底和牺牲层以使所述牺牲层回流并且使所述牺牲层基本平面化；在牺牲层之上形成可移动板；限定包围所述牺牲层和所述可移动板的空腔；和从所述空腔移除所述牺牲层。
在另一个实施例中，一种形成MEMS器件的方法包括：在衬底之上沉积牺牲层；传导加热所述衬底和牺牲层以使所述牺牲层回流并且使所述牺牲层基本平面化，其中从面向所述衬底的第一表面到与所述第一表面相对的第二表面加热所述牺牲层，使得所述第一表面先于所述第二表面被暴露于所述传导加热；在所述牺牲层之上形成可移动板；限定包围所述牺牲层和所述可移动板的空腔；和从所述空腔移除所述牺牲层。
附图说明
因此以使得本发明的上述特征能够详细理解的方式，可以参照实施例获得以上概述的本发明的更详细描述，所述实施例中的一些在附图中被图示。然而，应注意的是，附图仅图示了本发明的典型实施例，因此不应被认为限制了本发明的范围，这是因为本发明可以承认其他等同有效的实施例。
图1是处于独立状态的MEMSDVC的示意性横截面图。
图2是处于Cmax状态的图1的MEMSDVC的示意性横截面图。
图3是处于Cmin状态的图1的MEMSDVC的示意性横截面图。
图4A至4F是处于不同的制造阶段的MEMSDVC的示意性横截面图。
为了便于理解，在可能的地方使用相同的附图标记表示附图所共有的相同的元素。应预期的是，在没有具体叙述的情况下在一个实施例中公开的元素可以有益地用于其它实施例。
具体实施方式
本发明总体上涉及一种制造MEMS器件的方法。在MEMS器件中，可移动板被布置在空腔内，使得可移动板能够在所述空腔内移动。为了形成空腔，可以沉积牺牲材料然后将所述可移动板的材料沉积于其上。所述牺牲材料被移除以释放可移动板在所述空腔内移动。牺牲材料一旦被沉积，就可能不是足够平面的，这是因为所述牺牲材料的最高点与最低点之间的高度差可能是相当大的。为了确保可移动板是足够平面的，牺牲材料的平面度应当被最大化。为了使牺牲材料的表面平面度最大化，牺牲材料可以被沉积然后被传导加热以允许牺牲材料回流并且由此被平面化。
图4A至4F示出了在不同的制造阶段的MEMS器件400。如图4A中所示，衬底402具有布置于其中的多个电极404A到404E。在一个实施例中，衬底402可以含有硅。应当理解，所述衬底402可以包括代替硅或者除硅以外的其他材料。例如，衬底402可以包括多层结构。电极404A到404E可以包括导电材料，例如氮化钛铝、铜、钛、钨、氮化钛及其合金。电极404A、404E耦接于地，而电极404B、404D耦接于电源以充当拉近电极。电极404C是RF电极。介电层406被沉积在电极404A至404E和衬底402之上。可以使用的合适的介电材料包括氮化硅和氧化硅。如果期望，可以在沉积介电层406之前在衬底402之上沉积助粘剂层。
在介电层406之上形成第一牺牲层408。牺牲层408之后会被移除，并且因此用于限定最终会成为MEMS器件400的空腔的部位。可以通过旋压沉积法沉积第一牺牲层408。在一个实施例中，第一牺牲层408可以是有机材料并且含有碳、氢、氮和氧。如图4A中所示，第一牺牲层408可能不是足够平面的，这会不利于形成可移动板。如图4A中所示，第一牺牲层408在RF接触部之上具有厚度“A”并且因此在介电层406之上延伸第一距离。第一牺牲层408具有在SL接触部之上的厚度“B”、在PB接触部之上的厚度“C”和在电极404B、404D之上的厚度“D”。“A”、“B”、“C”和“D”是基本上相同的，然而，RF接触部、SL接触部、PB接触部和电极404B、404D都在衬底之上延伸不同的距离。因此，第一牺牲层408不是基本上平面的，并且因此如果被沉积则底部梁会具有不平整的底面。
器件的良好功能性需要梁在接触SL接触部之前先接触RF接触部，并且绝不接触在电极404B、404D之上的介电层。换言之，梁会接触与双区域“B”相对应的区域，但不会接触双箭头“D”的区域。这些区域与第一介电层408之间的距离以双箭头A、B和D表示。在存在差平面性的图4A中，距离A、B和D基本相同，导致差性能的MEMS。
应当考虑到，其它平面性问题也能够被修正。例如，不是在具有不平整表面的衬底之上具有差的平面性，而是在基本平面的衬底之上产生差的平面性。这样的非平面性可以以从中心到边缘变化的形式发生。应当考虑到，本文中描述的技术同样可适用于这些情况。
为了使第一牺牲层408平面化或者平滑，通过热传导加热来加热所述牺牲层。在一个实施例中，在其之上具有第一牺牲层408的衬底402可以在非氧化/非还原气体的气氛中被放置在保持在大约250摄氏度到大约450摄氏度的温度下的热板上。在该气体气氛中可以存在的合适的气体混合物包括在大约1托的室压下的氮气。在一个实施例中，加热可以在大约300摄氏度到大约450摄氏度的温度下进行。由于衬底402被布置在热板上，所以衬底首先被加热，然后第一牺牲层408通过衬底402被加热。由此，第一牺牲层408变软并且回流至更加平面的表面。此外，一旦第一牺牲层408达到与衬底402以及由此与热板的平衡温度，则第一牺牲层408就固化。所产生的第一牺牲层408如图4B中所示是基本平面的，使得“A”、“B”、“C”和“D”如图4B中所示不再是基本相同的。由此，牺牲层408在整个长度上都是基本平面的。这意味着距离A会小于距离B，并且距离D会大于距离B。这确保了良好的器件功能性。
如果第一牺牲层408在退火室或炉中被加热，则第一牺牲层408将不会如使用热板时那样好地回流和固化。在炉或者退火室中，第一牺牲层408的上表面将首先被加热，并且因此形成外皮或趋肤效应。在这样形成外皮中，第一牺牲层408在固化前没有充分回流，并且因此其表面不如利用热板被加热时那么具有平面性。外皮阻碍了第一牺牲层408体变松弛并且回流至更加平面的状态。在没有显著回流的情况下，所期望的平面性可能是无法达到的。
一旦第一牺牲层408已经被平面化，就可以形成穿过第一牺牲层408以及介电层406两者的开口，以便暴露地电极404A、404E。形成可移动板410的导电材料可以同时被沉积在孔中以及第一牺牲层408的平面的表面之上。虽然未示出，但是应当考虑到，可以在第一牺牲层408之上沉积介电层，然后可以使可移动板410形成于其之上。可移动板410可以包括导电材料，例如氮化钛铝、铜、钛、钨、氮化钛及其合金。可移动板410包括多个层，例如利用连接柱与底板间隔开以形成华夫(waffle)结构的顶板。如果可移动板410形成华夫结构，则另外的牺牲层可以存在于板之间，其中穿过板形成有柱。通过在传导材料的底层之上形成牺牲层、然后通过穿过牺牲层蚀刻通孔以暴露下面的底层，可以形成所述柱。传导材料然后被填充进通孔中。然后沉积可移动板410的顶层。在一个实施例中，通孔可以基本上被填充为使得柱是实心的。在另一个实施例中，通孔可以被加衬为使得柱是空心的。在任一实施例中，所述柱包括导电材料以将可移动板410的顶层电连接到其底层。此外，虽然未示出，但是可以在面向顶部电极的顶层上形成接触凸部，使得顶部介电层和可移动板410之间的接触区域被限制从而使粘着(sticking)最小化并且实现一致的Cmin。
如图4C中所示，一旦形成可移动板410，则可以将第二牺牲层412沉积于其上。第二牺牲层412可以被沉积并且具有如由箭头“E”和“F”所表示的不同厚度所示的不足够的平面性，使得第二牺牲层412的平面化长度是不足够的。这样的差的平面性导致第二牺牲层412与顶部介电层将会处于的位置之间间隔不同的距离。因此，在到器件顶部的距离方面，顶板中心的附近将会不同于顶板的边缘，这将会负面地影响器件性能。第二牺牲层412可以在如上关于第一牺牲层408所述的相同条件下回流并且固化，以确保第二牺牲层412基本上平面的。然而，必须理解，如果期望，由于已经形成可移动板410并且其如图4D所示是基本上平面的，因此可以以不同于第一牺牲层的方式加热第二牺牲层412。
一旦第二牺牲层412已经被平面化，则可以形成介电层414和上拉电极416。还可以将覆盖层418沉积在上拉电极之上以及牺牲层408、412周围。所述覆盖层418限定待形成的空腔的范围。如图4E中所示，穿过覆盖层418形成开口420。通过开口420引入蚀刻剂以蚀刻掉第一牺牲层408和第二牺牲层412两者，使得可移动板410在空腔424内自由移动。
通过用热板加热牺牲层并且从底面(即面向衬底的表面)到顶面(即面向可移动板的表面)热传导加热牺牲层，该牺牲层将会在固化前回流至基本平面的顶面，并且因此该牺牲层将会具有基本包围所述牺牲层的整个长度的平面化长度。传导加热将会导致具有基本均匀形貌的基本平面的表面。因此，可以在其上形成基本平面的可移动板并且能够可靠地形成具有一致电容的MEMS器件。
虽然前述内容针对本发明的实施例，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下可以设想本发明的其他和另外的实施例，并且本发明的范围由所附权利要求确定。
Claims (23)
1.一种形成MEMS器件的方法，包括:
在衬底之上沉积牺牲层；
传导加热所述衬底和所述牺牲层以使所述牺牲层回流并且使所述牺牲层基本平面化；
在所述牺牲层之上形成可移动板；
限定包围所述牺牲层和所述可移动板的空腔；和
从所述空腔移除所述牺牲层。
2.如权利要求1所述的方法，其中通过旋压法沉积所述牺牲层。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述传导加热包括在保持在大约250摄氏度到大约450摄氏度的温度下的热板上加热所述衬底。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述传导加热在包括非氧化和非还原气体混合物的气氛中进行。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述气体混合物包括氮气。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述温度为大约300摄氏度到大约450摄氏度。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述传导加热通过使用热板加热所述衬底而进行。
8.如权利要求7所述的方法，还包括在所述衬底之上形成助粘剂层，然后在所述助粘剂层之上形成所述牺牲层。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述牺牲层含有碳、氢、氮和氧。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述传导加热在大约1托的压强下进行。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述传导加热在大约1托的压强下进行。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述可移动板包括底层、顶层和将所述底层耦接到所述顶层的多个柱。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述柱是空心的。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述可移动板在其上具有面向所述空腔的顶部的一个或更多个凸部。
15.一种形成MEMS器件的方法，包括：
在衬底之上沉积牺牲层；
传导加热所述衬底和所述牺牲层以使所述牺牲层回流并且使所述牺牲层基本平面化，其中从面向所述衬底的第一表面到与所述第一表面相对的第二表面加热所述牺牲层，使得所述第一表面先于所述第二表面被暴露于所述传导加热，其中所述加热在大约250摄氏度到大约450摄氏度的温度下进行；
在所述牺牲层之上形成可移动板；
限定包围所述牺牲层和所述可移动板的空腔；和
从所述空腔移除所述牺牲层。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述传导加热在包括非氧化和非还原气体混合物的气氛中进行。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述气体混合物包括氮气。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述温度为大约300摄氏度到大约450摄氏度。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述传导加热通过使用热板加热所述衬底而进行。
20.如权利要求19所述的方法，还包括在所述衬底之上形成助粘剂层，然后在所述助粘剂层之上形成所述牺牲层。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述牺牲层含有碳、氢、氮和氧。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述传导加热在大约1托的压强下进行。
23.如权利要求15所述的方法，其中所述传导加热在大约1托的压强下进行。
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