CN1331727C - 微振荡器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微振荡器的制造方法，该微振荡器具有在第一和第二电极之间间隙，在该制造方中，在衬底上形成第一电极，并接着在其表面上形成停止膜。其次，形成第二绝缘膜，以覆盖停止膜。第二绝缘膜的厚度比第一电极和停止膜的总厚度大。接着，抛光第二绝缘膜。通过抛光，停止膜暴露于外边，并被平面化。在停止膜中形成开口之后，在开口中埋入牺牲膜。平面化牺牲膜和第二绝缘膜的表面，并在第二绝缘膜上形成第二电极，以横过牺牲膜。通过除去牺牲膜在第一和第二电极之间形成间隙。

Description

微振荡器的制造方法
技术领域
本发明涉及一种微振荡器的制造方法，尤其涉及一种具有频率滤波器功能并能够集成到半导体器件中的微振荡器及其制造方法。
背景技术
使用半导体加工技术制造的微振荡器具有确保每个元件占有的区域尺寸小、可得到高品质因数(Q因数)和可以与其它半导体器件集成的特征。例如包括米歇根州大学在内的研究组织已经提出使用微振荡器作为无线电通信器件例如中频滤波器和射频滤波器。例如，参见非专利文献1。
现在参照图1说明用于无线电通信的高频滤波器的传统技术。如图1中所示，微振荡器101具有如下所述的结构。横过间隙121在设置在衬底111上的输出电极112上设置振荡器电极113。输入电极114连接在振荡器电极113上。
其次，下面说明微振荡器101的运行。当将一特定的频率电压施加到输入电极114上时，横过间隙121设置在输出电极112正上方的振荡器电极113的横梁(beam)(震荡部分)113A以自然振荡频率振荡。通过间隙121在输出电极112和横梁(震荡部分)113A之间形成的电容器的电容量依据横梁113A的振荡而改变，并作为电压从输出电极112输出(例如，参见非专利文献1)。与利用表面声波(下文中称作SAW)或薄膜体共鸣器(下文中称作FBAR)的高频滤波器相比，包含具有上述结构的微振荡器101的高频滤波器能够获得高Q因数。
参照图2A至2E举例说明制造上述微振荡器的方法。
如图2A中所示，在硅衬底211上顺序地形成氧化硅膜212、氮化硅膜213和氧化硅膜214。其次，利用常规的光刻和蚀刻技术，在氧化硅膜214中形成将形成输出电极的沟槽215。
其次，如图2B中所示，在氧化硅膜214上形成用作输出电极的多晶硅膜216，以填满沟槽215。此后，利用化学机械平面化法(CMP)将氧化硅膜214上的多晶硅膜216抛光成输出电极217，该输出电极是利用仅留在沟槽215中的多晶硅膜216所获得的，如图2C中所示。
其次，如图2D中所示，在氧化硅膜214上形成覆盖输出电极217的氮化硅膜218。接着，利用光刻和蚀刻技术，在输出电极217上的氮化硅膜218中形成开口219。另外，形成由氧化硅膜构成的牺牲薄膜220，以填充开口219。同时，使用抛光或相似方法将牺牲薄膜220平面化，使得牺牲薄膜220可以具有与氮化硅膜218的表面相同的表面。其后，形成振荡器电极221，以横过牺牲薄膜220。
其次，如图2E中所示，通过蚀刻选择性地除去牺牲薄膜220(参阅上述图2D)，以形成位于振荡器电极221与输出电极217之间的空间222。其后，形成将被连接到振荡器电极221的输入电极(未示出)。以这种方式制造微振荡器201。
非专利文献1
C.T.-C.Nguyen，“Micromechanical components for miniaturizedlow-power communications(invited plenary)，”proceedings，1999 IEEE MTT-SInternational Microwave Symposium RF MEMS
Workshop，June，18，1999，P.48-77.
然而，在上述传统的生产方法中，当形成输出电极时，在多晶硅膜已被埋在沟槽中之后，使用抛光将氧化硅膜上的多晶硅膜除去。在该过程中，理想地实现表面平面化，以允许形成平坦的输出电极。然而，事实上，由于出现大的凹陷，所以不能获得需要形状的输出电极。更具体地讲，如图3中所示，产生使多晶硅膜216表面被大幅度削刮的凹陷。上述凹陷还使围绕沟槽215的氧化硅膜214被削刮。当出现上述凹陷时，很难根据设计参数形成准备在输出电极与振荡器电极之间形成的间隙，结果，不能获得需要的频率特性。具体地讲，当形成具有几微米或更大宽度的输出电极时，不容许保留多晶硅膜216，就如同处在沟槽215被多晶硅膜216完全填满的状态那样。尤其随宽输出电极的增加，上述凹陷问题更进一步地发展。
作为选择，为了抑制多晶硅膜的凹陷，可以使用不同的制造方法。其中，在将要形成输出电极的沟槽形成之前或之后，在氧化硅膜上形成由氮化硅膜构成的抛光停止膜(polishing stopper film)，并在沟槽中埋入用作输出电极的多晶硅膜。然而，如图4中所示，即使在氧化硅膜214上形成由氮化硅膜构成的抛光停止膜231，在抛光多晶硅膜216时也会产生凹陷。
存在抛光停止膜231的情况下的多晶硅膜的凹陷程度比如图3所示无抛光停止膜231的情况下的多晶硅膜的凹陷程度低。然而，上述的抛光停止膜不能充分的抑制凹陷，因而，很难根据设计参数形成在输出电极与振荡器电极之间形成的间隙，结果，不能获得需要的频率特性。
即使没有应用过抛光完全地除去氧化硅膜上的多晶硅膜，根据填充特性(characteristics of a pad)或用于多晶硅抛光中的抛光液，很难抑制凹陷。
发明内容
本发明用于解决上述问题并打算提供一种微振荡器的制造方法。
根据本发明的微振荡器的制造方法包括以下步骤：在衬底上形成在其表面上具有停止膜的第一电极；在衬底上形成绝缘膜，达到比包括停止膜的第一电极的厚度大的一厚度，以覆盖第一电极；抛光绝缘膜，以将停止膜暴露于外边并平面化被抛光的表面；在第一电极上的停止膜中形成开口，接着，在开口中埋入牺牲膜并用与被平面化的绝缘膜表面相同的方法平面化牺牲膜的表面；在绝缘膜上形成第二电极，以横跨在牺牲膜上方；和除去牺牲膜，以形成第一电极和第二电极之间空隙。
在上述的微振荡器的制造方法中，在形成其表面上具有停止膜的第一电极之后，形成，达到比包括停止膜的第一电极的厚度大的一厚度，以覆盖第一电极，并抛光绝缘膜，以将停止膜暴露于外边，也平面化被抛光的表面，从而不允许第一电极遭受由抛光引起的凹陷。另外，在形成在第一电极上的停止膜中的开口形成之后，在开口中埋入牺牲膜，形成第二电极以横跨在牺牲膜上，并且接着除去牺牲膜，以形成第一电极和第二电极之间的空隙，从而由停止膜的厚度确定第一电极和第二电极之间的空隙，以确保高精确地获得空间电极-电极空隙。
此外，用高密度等离子体(下文称为HDP)氧化硅膜形成绝缘膜，由此允许形成各项异性淀积布置的绝缘膜。更具体地讲，彼此不影响地在第一电极上淀积绝缘膜，在衬底上淀积绝缘膜。因而，由于绝缘膜被淀积在衬底上达到近似等于包括停止膜的第一电极的厚度的一厚度，所以绝缘膜以梯形截面的形状被淀积在第一电极上。使用高密度等离子化学气相淀积(下文称作HDP-CVD)工艺形成的氧化硅膜规定为上述HDP氧化硅膜。
在该过程中，形成绝缘膜，达到比包括停止膜的第一电极的厚度大的一厚度，将绝缘膜的厚度大出部分的厚度调整为50nm或更小，由此可以在连续的抛光中选择性的除去第一电极上的绝缘膜。另外，在将第一电极上的绝缘膜除去，达到与衬底上的第二绝缘膜相同的高度之后，停止抛光液的供应。例如，此后进行仅需供应水的抛光，即，进行水抛光，由此，在抛光保持在第一电极上的绝缘膜中时，在不在第一电极周围的绝缘膜上引起凹陷的情况下，将绝缘膜的整个表面抛光成平面。顺便指出，当绝缘膜的厚度大出部分的厚度超过50nm时，结果是在抛光以梯形截面形状形成在第一电极上的绝缘膜之后，保留在第一电极上的绝缘膜的厚度增加。因而，通过水抛光很难将形成在第一电极上的停止膜暴露于外边。在这点上，当进行过抛光时，使用抛光液的抛光导致形成在衬底上的绝缘膜的凹陷。因此，需要将绝缘膜的厚度大出部分的厚度调整为50nm或更小。另一方面，当形成在衬底上的绝缘膜的厚度比包括停止膜的第一电极的厚度小时，自然很难平面化包含停止膜表面的绝缘膜表面。
另外，将使用二氧化铈抛光液的化学机械平面化应用于对绝缘膜的抛光，由此，可以对以梯形截面形状形成在第一电极上的绝缘膜抛光，而不会在形成在衬底上的绝缘膜上引起凹陷。因而，第一电极和停止膜的厚度的变化被唯一地限制在膜淀积时产生的厚度变化的限度内。结果，可以以所希望的形状获得第一电极和第一电极上的第二电极之间的间隙，当将微振荡器用作高频滤波器时，允许获得根据设计值的导电特性。
如上所述，根据本发明的微振荡器的制造方法，在形成在其表面上具有停止膜的第一电极之后，形成绝缘膜(第二绝缘膜)，并且对第二绝缘膜进行抛光，以平面化第二绝缘膜并将停止膜暴露于外边，使得没有在第一电极和停止膜上引起凹陷。在第一电极上的停止膜中形成开口，在开口中埋入牺牲膜，在牺牲膜上形成第二电极并接着除去牺牲膜，以形成间隙，使得可以高精度地获得第一电极和第二电极之间的空间空隙，以确保高精度地获得由该间隙和其间设置有该间隙的第一、第二电极形成的电容器。因而，当将微振荡器被用作高频滤波器时，可以提高由于施加于其上的电压而震荡的第二电极的固有频率从第一电极输出的精确度，以确保获得所希望的极好的电特性。
用HDP氧化硅膜形成绝缘膜，并使用二氧化铈抛光液对绝缘膜进行抛光，使得可以将包含停止膜的绝缘膜的表面抛光成平面，而不仅在第一电极上，而且在绝缘膜上也不引起凹陷。具体地讲，当形成绝缘膜，达到比包括停止膜的第一电极的厚度大的一厚度时，将绝缘膜的厚度大出部分的厚度调整为50nm或更小。上述绝缘膜厚度的调整有利于对停止膜上的绝缘膜进行抛光，还使得容易将除衬底上的停止膜上的绝缘膜之外的绝缘膜抛光成平面。此外，在使用二氧化铈抛光液的化学机械平面化之后，采用仅需要供应水的化学机械平面化能够更高精度地抛光成平面。
附图说明
下面结合附图说明本发明的优选示意性实施例使本发明的特征和优点变得更加明显，其中：
图1是显示传统高频滤波器的示意性结构的截面图；
图2A是显示传统高频滤波器制造过程的截面图；
图2B是显示传统高频滤波器制造过程的截面图；
图2C是显示传统高频滤波器制造过程的截面图；
图2D是显示传统高频滤波器制造过程的截面图；
图2E是显示传统高频滤波器制造过程的截面图；
图3是显示传统高频滤波器的制造方法中的问题的结构截面图；
图4是显示不同的传统高频滤波器的制造方法中的问题的结构截面图；
图5A是显示根据本发明的微振荡器的制造方法的一个实施例的制造过程的截面图；
图5B是显示根据本发明的微振荡器的制造方法的一个实施例的制造过程的截面图；
图5C是显示根据本发明的微振荡器的制造方法的一个实施例的制造过程的截面图；
图5D是显示根据本发明的微振荡器的制造方法的一个实施例的制造过程的截面图；
图5E是显示根据本发明的微振荡器的制造方法的一个实施例的制造过程的截面图；
图5F是显示根据本发明的微振荡器的制造方法的一个实施例的制造过程的截面图；
图5G是显示根据本发明的微振荡器的制造方法的一个实施例的制造过程的截面图；
图5H是图5G的顶视图；
图5I是显示通过蚀刻选择性地除去牺牲膜18在第二电极20和第一电极15之间形成间隙21的情况下的截面图；
图5J是图5I的顶视图。
具体实施方式
现在分别参照显示制造过程的图5A至5J说明根据本发明微振荡器的制造方法的一个实施例。图5A至5G和5I分别是显示示意性结构的截面图，图5H和5J是平面布局图。
如图5A中所示，在硅衬底11上形成第一绝缘膜12。例如，通过按照从底端的顺序分层地放置氧化硅膜121和氮化硅膜122得到第一绝缘膜12。以这种方式，制造在其一个表面上具有绝缘膜的衬底10。其次，在第一绝缘膜12上形成将形成第一电极的导电膜13。例如，导电膜13由多晶硅膜形成。可以利用淀积膜时包含的导电材料或利用淀积膜后掺杂的导电材料获得多晶硅膜。此外，在导电膜13上形成停止膜14。停止膜14是形成一定厚度的薄膜，该厚度有助于确定用上述导电膜形成的第一电极与随后形成的第二电极之间的间隙。换句话说，停止膜14在随后进行的平面化抛光时起抛光停止层的作用。例如停止膜14是用氮化硅膜形成的。
其次，如图5B中所示，使用常规的光刻和蚀刻技术(例如，包括反应离子蚀刻技术)构图停止膜14和导电膜13，以形成第一电极15。第一电极15用作输出电极。
其次，如图5C中所示，在衬底10(第一绝缘膜12)上形成绝缘膜(第二绝缘膜)16，以覆盖包含停止膜14的第一电极15。使用HDP-CVD工艺用氧化硅膜优选地形成第二绝缘膜16。在HDP-CVD工艺中，在互不影响的情况下，在第一电极15上淀积第二绝缘膜16和在衬底10上淀积第二绝缘膜16。因而，由于第二绝缘膜16被淀积在衬底10上，达到近似等于包含停止膜14的第一电极15的厚度的一厚度，第二绝缘膜16以梯形截面的形状淀积在第一电极15上。在此工艺中，形成第二绝缘膜16，达到比包括停止膜的第一电极的厚度大的一厚度，调整第二绝缘膜厚度大出部分的厚度T为50nm或更少。
其次，如图5D中所示，使用化学机械平面化法抛光处在包含停止膜14的第一电极15上的第二绝缘膜16，直到停止膜14暴露于外面。上述抛光的要求包括使用二氧化铈溶液作为抛光液。作为二氧化铈溶液，允许使用商业产品。另外，使用由发泡聚氨酯形成的垫作为抛光垫。作为对上述抛光的其它要求，将抛光的压力规定为300hPa，将用于固定曝光物体的抛光转盘的转速规定为100rpm，将用于固定抛光垫的抛光头的转速规定为107rmp，将抛光液的流速规定为200cm-3/min，并将抛光气体温度规定为25至30度。此外，在抛光中进行30秒的过抛光。在过抛光中，停止抛光液的供应，仅用水对剩余的第二绝缘膜16进行抛光，即，用停止膜14的表面作为抛光停止表面进行水抛光。结果，停止膜14上的第二绝缘膜16被完全的除去，以便获得对包含停止膜14表面的第二绝缘膜16的表面平面化。
其次，如图5E中所示，使用常规的光刻和蚀刻技术，在第一电极15上的停止膜14中形成开口17。
其次，如图5F中所示，形成牺牲膜18，以便填充开口17。相对于停止膜14，牺牲膜18是易受选择性蚀刻的薄膜。例如，在该过程中，提供用氮化硅膜形成的停止膜14，以便用氧化硅膜形成牺牲膜18。例如，可以应用CVD工艺形成牺牲膜。形成牺牲膜18，以填充开口17，并且使用CVD工艺也淀积在除开口17之外的区域上(在停止膜14和第二绝缘膜16上)。此后，使用抛光或相似的方法对牺牲膜18进行平面化，使得牺牲膜18与停止膜14处于同一表面。例如，可以应用化学机械平面化法抛光牺牲膜，并优选利用能有效抑制牺牲膜18的凹陷的抛光方法对牺牲膜进行抛光。例如，可采用确保可借助于使用上述二氧化铈溶液抛光实现抑制凹陷的抛光。
其次，如图5G横截面图和图5H平面布置图中所示，在牺牲膜18、停止膜14和第二绝缘膜16上形成用作第二电极的导电膜19。例如，用多晶硅膜形成导电膜19。可以用在淀积膜时所包含的导电材料或淀积膜之后所掺杂的导电材料获得多晶硅膜。其次，使用常规的光刻和蚀刻技术(例如，包含反应离子蚀刻技术)构图多晶硅膜，以横跨牺牲膜18，从而形成第二电极20。在此过程中，处在第二电极20的相对侧的牺牲膜18处于暴露状态。第二电极20充当振荡器电极。
其后，如图5I和5J的平面布置图中所示，通过蚀刻(各向同性蚀刻)选择性地除去牺牲膜18(参照上述的图5G)，例如在第二电极20和第一电极15之间形成间隙21。其后，形成将要连接到第二电极20一端的输入电极(未示出)。以这种方式，制造微振荡器1。
其次，简要地说明通过上述制造方法制造的微振荡器1的操作。当将特定频率的电压施加到输入电极时，规定为振荡器电极的第二电极20在固有振荡频率下震荡，以允许第二电极20和第一电极15之间的空隙在固有振动频率下变化，第一电极15规定为经间隙21面向第二电极20的输出电极。随着上述空隙的变化，由规定为振荡器电极的第二电极20和规定为输出电极的第一电极15之间的间隙21形成的电容器的电容量发生变化。电容器电容量的变化导致以电压形式从第一电极15输出。与利用SAW或FBAR的高频率滤波器相比，包括具有上述结构的微振荡器的高频率滤波器能够获得较高的Q因数。
在上述微振荡器1的制造方法中，在形成其表面上具有停止膜14的第一电极15之后，形成覆盖第一电极15的第二绝缘膜16，达到比包括停止膜的第一电极的厚度大的一厚度，接着对第二绝缘膜16进行抛光，以平面化抛光表面并还将停止膜14暴露于外面。上述过程不让第一电极15遭受由抛光引起的凹陷。另外，在形成在第一电极15上的停止膜14中的开口17形成之后，牺牲膜18被埋入开口17中，形成第二电极20，以横跨在牺牲膜18之上，接着进行牺牲膜18的除去，以在第一电极15和第二电极20之间形成间隙21。上述过程允许由停止膜14的厚度确定第一电极15和第二电极20之间的空隙，以确保精确地获得一对电极之间的空隙。
此外，用HDP氧化硅膜形成第二绝缘膜16，由此允许以各项异性淀积分布的方式形成第二绝缘膜16。更具体地说，彼此不相互影响地进行第一电极15上的第二绝缘膜16的淀积和衬底10上的第二绝缘膜16的淀积。因而，由于在衬底10上淀积第二绝缘膜16，达到近似等于包含停止膜14的第一电极15的厚度的一厚度，第二绝缘膜16以梯形截面的形状被淀积在第一电极15上。
在此过程中，形成第二绝缘膜16，达到比包括停止膜的第一电极的厚度大的一厚度，将第二绝缘膜厚度大出部分的厚度调整为50nm或更少，由此，在连续的抛光中可以选择性地进行第一电极15上的第二绝缘膜16的除去。另外，在除去第一电极15上的第二绝缘膜16，达到其高度等于衬底10上的第一电极15的高度之后，停止抛光液的供应，并进行仅需供应水的抛光，即，例如进行水抛光，由此在抛光剩余在第一电极15上的第二绝缘膜16中，将第二绝缘膜16的整个表面抛光成平面，而不会在围绕第一电极15的第二绝缘膜16上引起凹陷。顺便指出，当第二绝缘膜16的厚度大出部分的厚度超过50nm时，结果是在抛光以梯形截面形状形成在第一电极15上的第二绝缘膜16之后，保留在第一电极15上的第二绝缘膜16的厚度增加，使得很难通过水抛光将形成在第一电极15上的停止膜14暴露于外边。在该过程中，当进行过抛光时，采用利用抛光液的抛光导致形成在衬底10上的第二绝缘膜16的凹陷。因此，需要将第二绝缘膜16的厚度大出部分的厚度调整为50nm或更小。另一方面，当形成在衬底10上的第二绝缘膜16的厚度比包含停止膜14的第一电极15的厚度小时，包含停止膜14的表面的第二绝缘膜16表面当然很难平面化。
另外，应用使用二氧化铈抛光液的化学机械平面化法抛光第二绝缘膜16，使得在不引起形成在衬底10上的第二绝缘膜16上的凹陷的情况下，可以对以梯形截面形状形成在第一电极15上的第二绝缘膜16抛光。因而，第一电极15和停止膜14的厚度的变化只限制在膜淀积的时产生的厚度变化的范围内。结果，可以以所希望的形状获得第一电极15和第一电极15上的第二电极20之间的空隙21，并且当将微振荡器1用作高频滤波器时，允许获得根据设计值的导电特性。

Claims (7)

1、一种微振荡器的制造方法，包括以下步骤：
在一衬底上形成在一表面上具有一停止膜的一第一电极；
在所述衬底上形成一绝缘膜，达到比包含所述停止膜的所述第一电极的厚度大的一厚度，以覆盖所述第一电极；
抛光所述绝缘膜，以将所述停止膜暴露于外边并平面化一抛光表面；在所述第一电极上的所述停止膜中形成一开口，接着，在所述开口中埋入一牺牲膜并用与平面化所述绝缘膜的表面相同的方法平面化所述牺牲膜的一表面；
在所述绝缘膜上形成一第二电极，以横跨在所述牺牲膜上；和
除去所述牺牲膜，以形成所述第一电极和所述第二电极之间的一间隙。
2、如权利要求1所述的微振荡器的制造方法，其中，
用一高密度等离子体氧化硅膜形成所述绝缘膜。
3、如权利要求1所述的微振荡器的制造方法，其中，
形成所述绝缘膜，使其具有大出包含所述停止膜的所述第一电极的厚度的一厚度，并且所述厚度等于或小于50nm。
4、如权利要求1所述的微振荡器的制造方法，其中，
通过使用二氧化铈抛光液的化学机械平面化法对所述绝缘膜进行抛光。
5、如权利要求4所述的微振荡器的制造方法，其中，
在使用二氧化铈抛光液的化学机械抛光之后，在仅供应水的情况下，通过应用化学机械抛光对所述绝缘膜进行抛光。
6、如权利要求1所述的微振荡器的制造方法，其中，所述第一电极比所述开口宽。
7、如权利要求1所述的微振荡器的制造方法，其中，所述微振荡器是高频滤波器。
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