CN1522223A - 在微机电结构应用中形成间隙的牺牲层技术 - Google Patents
在微机电结构应用中形成间隙的牺牲层技术 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1522223A CN1522223A CNA028131916A CN02813191A CN1522223A CN 1522223 A CN1522223 A CN 1522223A CN A028131916 A CNA028131916 A CN A028131916A CN 02813191 A CN02813191 A CN 02813191A CN 1522223 A CN1522223 A CN 1522223A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- expendable material
- substrate
- expendable
- gap
- structural material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
- B81C1/00126—Static structures not provided for in groups B81C1/00031 - B81C1/00119
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/0072—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks of microelectro-mechanical resonators or networks
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
- B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
- B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
- B81C2201/0102—Surface micromachining
- B81C2201/0105—Sacrificial layer
- B81C2201/0109—Sacrificial layers not provided for in B81C2201/0107 - B81C2201/0108
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
一种方法,包括:在衬底的一定区域上形成多个三维第一结构;在形成第一结构之后,在所述衬底的区域上共形引入牺牲材料;在牺牲材料上引入第二结构材料;以及清除牺牲材料。一种装置,包括:处于衬底上的第一结构;以及处于衬底上被清除的薄膜的厚度所确定的未被填充的间隙与第一结构分隔的第二结构。
Description
发明背景
技术领域
本发明涉及到微机电结构(MEMS)。
背景技术
通信系统一般要求分隔电磁频谱。通信接收机装置因而必须具有高的频率选择性,亦即能够选择给定的频带而同时滤去所有其它的频带。诸如滤波器、振荡器、以及混频器之类的频率选择器件因而是接收机中最重要的一些元件,且这些器件的质量通常决定了给定接收机的总体结构。
在许多通信系统(例如无线和蜂窝电话)中,芯片外无源元件被用作选频器件的一部分。这种无源元件典型地以电路板等级被实现,因而阻碍了便携式收发机的最终小型化。
微加工技术已经被应用于选频器件的小型化和集成,以便使这些器件达到芯片等级。基于多晶硅的器件结构代表了一种具体的微加工技术。例如,通过一系列可与集成电路兼容的薄膜淀积和图形化,已经制作了用于带通滤波器和参考振荡器的高频(HF)和甚高频(VHF)振动微机械谐振器。例如,当制造振动谐振器时,可以采用传统的集成电路光刻和腐蚀工艺来形成小的间隙。这些工艺通常包括淀积和图形化多晶硅结构材料以及通过光刻方法确定各个器件结构之间的间隙的图形化。采用传统光刻和腐蚀图形化的潜在问题包括与光刻和腐蚀相关的极限引起的间隙宽度小型化。此外,某些设计指标为了平衡而要求接近完全对称的间隙。由于当接近光刻极限时,临界尺寸(CD)的变化大,故光刻和腐蚀工艺无法保证这种对称性。而且,对于高形状比间隙的腐蚀外形能够产生不均匀的间隙(例如垂直的间隙),这会引起不均匀的电荷分布。
所需要的是不受光刻和腐蚀极限限制的那些方法和结构。
附图的简要说明
从下列详细描述、所附权利要求、以及附图,本发明的特点、情况、以及优点将变得更为明显,在这些附图中:
图1示出了谐振器结构实施方案的俯视透视示意图。
图2示出了与制作微机电结构的方法的第一例子有关的其上形成有第一结构材料的部分衬底的示意剖面侧视图。
图3示出了在图形化第一结构材料之后的图2结构。
图4示出了在结构上共形引入牺牲层之后的图3结构。
图5示出了在图形化牺牲材料之后的图4结构。
图6示出了在衬底上引入第二结构材料之后的图5结构。
图7示出了在平整结构表面之后的图6结构。
图8示出了在清除牺牲层之后的图7结构。
图9示出了在根据第一例子第二实施方案引入宽间隙之后的图7结构。
图10示出了在清除牺牲层之后的图9结构。
图11示出了与制作微机电结构的第二例子有关的其上引入了牺牲层的部分衬底的示意剖面侧视图。
图12示出了在图形化牺牲材料之后的图11结构。
图13示出了在衬底上引入第一结构材料之后的图12结构。
图14示出了在图形化第一结构材料之后的图13结构。
图15示出了在衬底上引入第二牺牲材料之后的图14结构。
图16示出了在图形化第二牺牲材料之后的图15结构。
图17示出了在衬底上引入第二结构材料之后的图16结构。
图18示出了在平整结构表面之后的图17结构。
图19示出了在清除第一和第二牺牲材料之后的图18结构。
图20示出了在根据形成第二例子的结构的第二实施方案引入宽间隙之后的图18结构。
图21示出了在清除第一和第二牺牲材料之后的图20结构。
图22示出了根据制作微机电结构的第三例子的其上制作有第一结构材料的部分衬底的示意剖面侧视图。
图23示出了在图形化第一结构材料之后的图22结构。
图24示出了在结构上共形引入第一牺牲材料之后的图23结构。
图25示出了在图形化第一结构材料之后的图24结构。
图26示出了在结构上共形引入第二牺牲材料之后的图25结构。
图27示出了在图形化第二牺牲材料之后的图26结构。
图28示出了在结构上引入第二结构材料之后的图27结构。
图29示出了在平整结构表面之后的图28结构。
图30示出了在清除第一和第二牺牲材料之后的图29结构。
图31示出了在根据第三例子第二实施方案引入宽间隙之后的图28结构。
图32示出了在清除第一和第二牺牲材料之后的图31结构。
详细描述
本发明描述了一种方法。在一个实施方案中,此方法包括在衬底区域上制作多个三维第一结构。在制作第一结构之后,此方法还包括在衬底上共形引入牺牲材料。然后在牺牲材料上引入第二结构材料,随之以清除牺牲材料。牺牲材料的共形引入(例如淀积)和清除,可以被用来形成窄的间隙(例如约为引入的牺牲材料的厚度)。因此,此方法在这方面适合于制作微机电结构(MEMS)。而且,可以利用牺牲材料的淀积和清除来制作间隙而无需光刻步骤。因此,可以减轻与光刻形成的间隙相关的问题(例如持续的小型化、间隙对称性、CD变化、以及间隙均匀性)。
本发明还描述了一种装置。在一个实施方案中,此装置包括形成在衬底上的第一结构和第二结构。第二结构由被清除了的薄膜的厚度确定的未填充的间隙与第一结构分隔。在微机械或微机电结构方面,此装置描述了例如对选频器进一步小型化的努力。
图1示意地示出了用于例如带通微机械滤波器的谐振器。滤波器100是典型选频器的一个例子,就基于芯片的机械结构而言,希望其各个间隙非常小(窄)、均匀且一致。参照图1,滤波器100包括横梁微机械谐振器110。谐振器110在支座125A和125B处被连接,其它地方不固定。谐振器110平行于其上制作该谐振器的衬底振动。平行于衬底的这一振动被横向间隙电容性传感器诱发。借助于在输入电极140与谐振器110之间具有间隙145的情况下,将输入电极140设置在谐振器110附近,来形成电容性传感器。输出电极150被设置在谐振器110附近,使输出电极150与谐振器110之间具有间隙155。
滤波器100典型地以下列方式工作。输入电信号被施加在输入电极140,并在此情况下被机电传感器转换成输入力(例如电场产生的输入力)。此机电传感器诱发不固定谐振器110沿z方向的机械振动。此机械振动包含机械信号。若谐振器110的振动在通带内,则此机械信号被通过。若输入谐振器110的振动在滤波器的通带之外,则此机械信号被滤去。在谐振器110处通过的机械信号,在输出电极150处的输出传感器处被重新转换成电能,以便由例如后续各个收发机进行处理。
将电信号转换成机械信号(在输入电极140处)以及将机械信号转换成电信号(在输出电极150处)的电容性传感,分别由电极与谐振器110之间的间隙145和155部分地产生。谐振器110的运动正比于施加的输入电压。对于诸如谐振器110之类的芯片上谐振器,一个目的是减小输入电压。减小输入电压通常要求减小电极140与谐振器110之间的间隙145,因为对于给定的电压,引起谐振器110的机械运动(例如振动)所需的力F反比于间隙的尺寸:
F∝1/间隙尺寸。
形成MEMS型芯片上结构的垂直(z方向)间隙的典型技术是通过光刻图形化和腐蚀。这种技术一般被限制于形成约为0.1微米的间隙。即使在这一尺寸下,也可能存在高达25%的图形化间隙误差即变化,这会使器件的性能变坏。
图2-8示出了在衬底上各个结构之间形成垂直(z方向)和水平(y方向)间隙的例子的第一实施方案。参照图2,结构200表示其上引入了结构材料的部分衬底。例如,衬底210是诸如适合于作为MEMS应用的基底结构的硅衬底之类的半导体衬底。可以理解的是,诸如玻璃(包括绝缘体上硅)和陶瓷衬底之类的其它衬底也是适合的。衬底210可以具有接触点(焊盘、端子)设置在可能形成器件结构(例如电极、互连等)的表面215上。因此,衬底210也可以具有设置在其整个本体内的导电轨线,来连接衬底上的各个接触点,或连接到其它的衬底。衬底210还可以具有一个或多个器件层,包括形成在其上的一个或多个互连层,在它们上面形成下面要描述的结构。
叠置在衬底210上的是第一结构材料220。在本实施方案中,第一结构材料220是例如用化学气相淀积(CVD)方法淀积的多晶硅。在本实施方案中,结构材料220的适当厚度是对应于所需MEMS的垂直(z方向)尺寸的厚度。根据目前技术的第一结构材料的适当厚度的一个例子是约为0.5-2微米。
图3示出了在将第一结构材料图形化成多个分立的结构材料部分220A、220B、220C之后的图2结构。例如,可以通过光刻技术(例如掩蔽、腐蚀等)来完成这一图形化。
图4示出了在衬底表面上,包括在图形化的第一结构材料部分220A、220B、220C上共形引入牺牲材料230之后的图3结构。在一个实施方案中,牺牲材料230是诸如二氧化硅等氧化物。在牺牲层是二氧化硅,且衬底210和结构材料220是硅的情况下,可以用淀积(CVD)或热生长的方法来进行引入。无论在哪种情况下,在本例子中,牺牲材料的引入表示引入垂直(z方向)和水平(y方向)间隙尺寸所需的厚度。适当的厚度可以约为50-2000。
图5示出了将牺牲材料230图形化成牺牲材料部分230A、230B、230C之后的图4结构。在本例子中,各个牺牲材料部分具有垂直(z方向)和水平(y方向)组成部分,它们对应于第一结构材料部分220A、220B、220C的垂直和水平特征。如上所述,牺牲材料230将被用来形成例如在制造一个或多个MEMS的过程中所需的垂直和水平间隙。因此,牺牲材料230的图形化部分是根据衬底上需要安置这种间隙的位置为为基础的。
图6示出了在引入第二结构材料240之后的图5结构。在一个例子中,第二结构材料240相似于第一结构材料220(例如多晶硅)。第二结构材料被引入(例如淀积(CVD))到厚度足以覆盖包括牺牲材料部分230A和牺牲材料部分230B的各个水平设置组成部分的结构。
图7示出了在平整此结构之后的图6结构。在一个实施方案中,此平整清除了足够的材料,例如第二结构材料240、水平设置的牺牲材料230、以及第一结构材料220,以便确定一个或多个MEMS的垂直(z方向)尺寸。其中,第一结构材料220被引入到对应于所需器件结构厚度的厚度,结构210上材料层的平整进行到第一结构材料220(例如用作停止点的第一结构材料220的表面)。如图7所示,在本例子中,此平整清除了叠置在第一结构材料220上的牺牲材料230的水平(y方向)组成部分(见图6)。第二结构材料240在图7中被表示为第二结构材料部分240A、240B、240C。
图8示出了在清除牺牲材料230之后的图7结构。在牺牲材料是二氧化硅的情况下,清除牺牲材料230的方法是将结构200暴露于诸如氢氟酸(HF)之类的酸溶液。牺牲材料230的清除构成了第一结构材料220与第二结构材料240之间的各个垂直(z方向)间隙(例如,第一结构材料部分220A与第二结构材料部分240A之间的间隙250A;第二结构材料部分240A与第一结构材料部分220B之间的间隙250B;以及第二结构材料部分240B与第一结构材料部分220C之间的间隙250C)。牺牲材料230的清除还构成了结构材料与衬底210之间的各个水平(y方向)间隙(例如,第二结构材料部分240A与衬底210之间的间隙260A;第二结构材料部分240B与衬底210之间的间隙260B;以及第二结构材料部分240C与衬底210之间的间隙260C)。
参照图8,例如部分265是谐振器结构部分,由第二结构材料部分240A组成的谐振器横梁被垂直(z方向)间隙250A和250B与相邻的结构材料分隔,并被水平间隙260A与衬底210分隔。在此例子中,由于各个间隙由共形引入的牺牲层的厚度确定,故间隙250A和250B的垂直间隙宽度Wv等于水平间隙260A的高度Wh。可以理解的是,各个间隙的宽度等于牺牲材料230的厚度。结构220A和220B可以被连接到或形成在衬底210上的接触点上。例如,为了用作电极,可能希望例如借助于引入金属来形成基于硅的结构的硅化物,来进一步修正结构220A和220B,以便例如减小结构材料的电阻率。
可以理解的是,除了由牺牲材料230的厚度确定的水平和垂直间隙之外,可以在例如用常规光刻技术确定的结构中相似地形成额外的间隙。图9示出了根据此例子的变通实施方案的图7的结构,其中,用例如本领域熟知的光刻和腐蚀技术,间隙280被图形化在结构中。图11示出了在清除牺牲材料230之后的图10结构。得到的结构包括由牺牲材料230的厚度(垂直间隙的宽度,水平间隙的高度)确定的垂直间隙250A和250B以及水平间隙160A、260B、260C。图11还示出了用光刻方法形成的具有更宽的间隙280的结构。
上述各个实施方案提出了在衬底上制作结构器件的技术,该器件在一个例子中适合于作为MEMS应用中的结构器件,包括但不局限于选频器件(例如滤波器、振荡器等)。根据这种技术,牺牲层或薄膜被用来形成各个结构之间和/或结构与衬底之间的间隙。利用各个层或薄膜来确定间隙的尺寸,可以将各个结构之间和/或结构与衬底之间的间距减到最小,其间距由牺牲材料层或薄膜的厚度决定。而且,由于各个间隙由牺牲层或薄膜的清除来确定,故即使对于窄的(例如约为0.1微米或以下的)间隙,也可以得到更为均匀的间隙尺寸。
图11-18示出了在衬底上形成结构的第二例子的一个实施方案,此结构在一种情况下适合于MEMS应用。在本例子中,描述了用来形成垂直(z方向)和水平(y方向)间隙的技术,其中垂直间隙的宽度小于水平间隙的高度。
图11示出了包括例如半导体材料的衬底310的结构300。如上面图2和附文所述,衬底310可以具有设置在可制作器件结构的表面315上的接触点(焊盘、端子)以及设置在其整个本体内的导电轨线。衬底310还可以具有一个或多个器件层,包括形成在其上的互连层。
在此部分重叠衬底310的是牺牲材料320。在一个例子中,牺牲材料320是诸如二氧化硅(SiO2)之类的氧化物。在衬底310是硅的情况下,可以用淀积(例如CVD)或热生长方法来引入SiO2的牺牲材料320。在本例子中,牺牲材料320用来确定形成在衬底上的结构的水平(y方向)间隙部分(小于整个部分)。因此,依赖于所需水平间隙的最终厚度以及对归因于牺牲材料320的间隙的贡献,牺牲材料320被引入到约为1到几微米或以上。
图12示出了将牺牲材料320图形化成衬底310上的320A、320B、320C之后的图11结构。在本例子中,牺牲材料部分320A、320B、320C的尺寸使结构材料能够引入到衬底(例如形成谐振器的支座)。如本技术所知,可以通过光刻技术(掩蔽和腐蚀)来完成牺牲材料320的图形化。
图13示出了在衬底上引入第一结构材料330之后的图12结构。第一结构材料330被共形引入成为衬底310表面上包括牺牲材料部分320A、320B、320C上的覆盖层。在一个实施方案中,第一结构材料330是淀积(例如CVD)到至少结构材料垂直高度所需的厚度的多晶半导体材料(例如多晶硅)。
图14示出了在将第一结构材料330图形化成第一结构材料部分330A、330B、330C之后的图13结构。可以用本技术所知的光刻技术(掩蔽和腐蚀)来完成这一图形化,以确定在衬底310上的第一结构。
图15示出了在衬底上引入第二牺牲材料340之后的图14结构。在本例子中,第二牺牲材料340被共形引入在结构表面上,包括第一结构材料部分330A、330B、330C上以及第一牺牲材料部分320A、320B、320C上。其中二氧化硅被选择为第二牺牲材料340,牺牲材料的引入可以用淀积(CVD)或热生长方法(其中,第一结构材料部分330A、330B、330C是硅,且第一牺牲材料部分320A、320B、320C也是二氧化硅)。在一个例子中,第二牺牲材料340的厚度由各个最终结构之间所需的垂直间隙尺寸(宽度)决定。对于MEMS应用,第二牺牲材料340的厚度约为1或几个二氧化硅单层。
图16示出了将牺牲材料340图形化成第二牺牲材料部分340A、340B、340C之后的图15结构。可以用光刻技术(掩蔽和腐蚀)来完成这一图形化。
图17示出了在引入第二结构材料350之后的图16结构。在本例子中,第二结构材料350被共形淀积并覆盖在结构表面上,包括第二牺牲材料部分340A、340B、340C上以及第一结构材料部分330A、330B、330C上。第二结构材料350可以相似于第一结构材料330,例如是多晶硅。
图18示出了在平整结构表面之后的图17结构。可以用化学机械抛光(CMP)方法来完成此平整,且足以清除足够的第二结构材料350,以便清除第二牺牲材料340的水平部分,从而在衬底上确定结构的垂直尺寸(例如第一结构材料部分330A、330B、330C以及第二结构材料部分350A、350B、350C的垂直尺寸)。如图19所示,在平整之后,第二牺牲材料340被暴露于结构300的表面。
图19示出了在清除第二牺牲材料340和第一牺牲材料320之后的图18结构。在第一牺牲材料320和第二牺牲材料340是二氧化硅的例子中,诸如氢氟酸之类的酸可以被用来选择性地清除牺牲材料。一旦牺牲材料被清除,各种器件结构就保留在衬底310上,并按需要被各个垂直(z方向)间隙彼此分隔开。于是,由第一结构材料部分330A确定的结构就被垂直间隙355A分隔于由第二结构材料部分350A确定的结构;由第二结构材料部分350A确定的结构就被垂直间隙355B分隔于由第一结构材料部分330B确定的结构;且由第二结构材料部分350B确定的结构就被间隙355C分隔于由第一结构材料部分330C确定的结构。同样,按需要,各种器件结构被各个水平(y方向)间隙分隔于衬底310。于是,由第二结构材料部分350A确定的结构被间隙360A分隔于衬底310;且由第二结构材料部分350B确定的结构被间隙360B分隔于衬底310。
借助于以连续方式引入牺牲材料层或薄膜(例如第一牺牲材料320和第二牺牲材料340),可以由不同的尺寸组成垂直间隙宽度Wv和水平间隙高度Wh,但其各由引入的(淀积的)牺牲层或薄膜的厚度确定。换言之,在本例子中,形成在衬底310上的水平(y方向)尺寸间隙由二个牺牲材料层确定,而垂直(z方向)间隙由单个牺牲层的厚度确定。因此,如图19所示,垂直间隙宽度Wv比水平间隙高度Wh小一个等于第一牺牲材料层或薄膜厚度的量。
除了由一个或多个牺牲材料层或薄膜的层厚度或膜厚度分别形成结构与衬底之间的垂直(z方向)间隙和水平(y方向)间隙之外,还可以用光刻技术形成其它的间隙。根据第二例子的第二实施方案,图20示出了图18的结构,其中光刻形成的间隙或开口380被形成在结构中。可以用光刻掩蔽和腐蚀技术来形成这种间隙。图21示出了如上面参照图19和附文所述那样在清除第一牺牲材料320和第二牺牲材料340之后的图20结构。
图22-30示出了在衬底上形成结构的第三例子的一个实施方案,此结构在一种情况下适合于MEMS应用。在本例子中,描述了形成垂直(z方向)和水平(y方向)间隙的技术,其中垂直间隙宽度大于水平间隙高度。
图22示出了结构400,它包括例如半导体材料的衬底410。如上面参照图2和附文所述,衬底410可以具有设置在可制作器件结构的表面415上的接触点(焊盘、端子)以及设置在其整个本体内的导电轨线。衬底410还可以具有一个或多个器件层,包括形成在其上的互连层。
叠置在此部分的衬底410上的是第一结构材料420。在一个例子中,第一结构材料420是用CVD方法引入的多晶硅。
图23示出了在将第一结构材料420图形化成第一结构部分420A、420B、420C之后的图22的结构。可以用光刻掩蔽和腐蚀来完成这一图形化。
图24示出了在共形引入第一牺牲材料430之后的图23结构。在一个例子中,第一牺牲材料430是诸如二氧化硅(SiO2)之类的氧化物。在衬底410和第一结构材料部分420A、420B、420C各为硅的情况下,可以用淀积(例如CVD)或热生长方法来引入SiO2的第一牺牲材料430。在本例子中,第一牺牲材料430确定了形成在衬底上的结构的垂直(z方向)间隙部分(小于整个部分)。因此,依赖于所需垂直间隙的最终厚度以及对归因于第一牺牲材料430的那些间隙的贡献,第一牺牲材料430被引入到约为一个到几个或更多单层。
图25示出了将第一牺牲材料430图形化成衬底310上的第一牺牲材料部分430A、430B、430C、430D、430E之后的图24结构。在本例子中,各个第一牺牲材料部分分别与第一结构材料部分420A、420B、420C的侧壁共形。可以用各向异性腐蚀方法,用例如有利于清除多晶硅上的SiO2的腐蚀剂来完成第一牺牲材料430的图形化。
图26示出了在引入第二牺牲材料440之后的图25结构。第二牺牲材料440被共形引入在结构材料440上,包括在第一结构材料部分420A、420B、420C上(例如共形在水平和垂直组成部分上)。在一个例子中,第二牺牲材料440相似于第一牺牲材料430。在SiO2的情况下,可以用淀积或热生长方法来引入第二牺牲材料440(其中衬底410和第一结构材料420A、420B、420C是硅)。
图27示出了在将第二牺牲材料440图形化成第二牺牲材料部分440A和440B之后的图26结构。可以用光刻技术(掩蔽和腐蚀)来完成这一图形化。
图28示出了引入第二结构材料450之后的图27结构。在本例子中,第二结构材料450被共形引入并覆盖在结构400上,包括第二牺牲材料部分440A和440B上;第一结构材料部分420A、420B、420C上;以及第一牺牲材料部分430C和430E上。第二结构材料450可以相似于第一结构材料420是多晶硅等。
图29示出了在平整结构表面之后的图28结构。可以用化学机械抛光(CMP)来完成此平整,且足以清除足够的第二结构材料450,从而清除第二牺牲材料部分440A和440B的水平部分,并在衬底上确定结构的垂直尺寸(例如第一结构材料部分420A、420B、420C的垂直尺寸)。如图29所示,在平整之后,第二牺牲材料部分440A和440B的垂直组成部分被暴露在结构400的表面,如同第一牺牲材料部分430A、430B、430C、430D、430E那样。此平整还确定了第二结构材料部分450A、450B、450C。
图30示出了在清除第二牺牲材料440和第一牺牲材料430之后的图29结构。在一个第一牺牲材料430和第二牺牲材料440是二氧化硅的例子中,诸如氢氟酸(HF)之类的酸可以被用来选择性地清除牺牲材料。一旦牺牲材料被清除,各种器件结构就保留在衬底410上,并被各个垂直(z方向)间隙彼此分隔开。于是,由第一结构材料部分420A确定的结构就被垂直间隙455A分隔于由第二结构材料部分450A确定的结构;由第二结构材料部分450A确定的结构就被垂直间隙455B分隔于由第一结构材料部分420B确定的结构;且由第二结构材料部分450B确定的结构就被垂直间隙455C分隔于由第一结构材料部分420C确定的结构。同样,按需要,各种器件结构被各个水平(y方向)间隙分隔于衬底410。于是,由第二结构材料部分450A确定的结构被间隙460A分隔于衬底410;且由第二结构材料部分450B确定的结构被间隙460B分隔于衬底410。
借助于以连续方式引入牺牲材料层或薄膜(例如第一牺牲材料430和第二牺牲材料440),可以由不同的尺寸组成垂直间隙宽度Wv和水平间隙高度Wh,但其各由引入的(淀积的)牺牲层或薄膜的厚度确定。换言之,在本例子中,形成在衬底410上的水平(y方向)间隙由单个牺牲材料层确定,而垂直(z方向)间隙由二个牺牲材料层的厚度确定。因此,如图30所示,垂直间隙宽度Wv比水平间隙高度Wh大一个等于第一牺牲材料层或薄膜厚度的量。
除了由一个或多个牺牲材料层或薄膜的层厚度或膜厚度分别形成结构与衬底之间的水平垂直(z方向)间隙和水平(y方向)间隙之外,还可以用常规光刻技术形成其它的间隙。根据第三例子的第二实施方案,图31示出了图29的结构,其中光刻形成的间隙或窗口480被形成在结构中。可以用本领域所知的常规光刻掩蔽和腐蚀技术来形成这种间隙。图32示出了如上面参照图30和附文所述那样在清除第一牺牲材料430和第二牺牲材料440之后的图31结构。
在上述的详细描述中,参照其具体的实施方案描述了本发明。但显然,可以对其进行各种修正和改变而不偏离权利要求所述的本发明的构思和范围。因此,本说明书和附图被认为是示例性的而不是限制性的。
Claims (17)
1.一种方法,包括:
在衬底的一定区域上形成多个三维第一结构;
在形成第一结构之后,在所述衬底的区域上共形引入牺牲材料;
在所述牺牲材料上引入第二结构材料;以及
清除牺牲材料。
2.如权利要求1所述的方法,在清除牺牲材料之前,还包括暴露一部分牺牲材料。
3.如权利要求2所述的方法,其中,暴露一部分牺牲材料包括清除一部分第二结构材料。
4.如权利要求1所述的方法,在引入第二结构材料之前,还包含对牺牲材料进行图形化。
5.如权利要求1所述的方法,其中,第一结构材料包括硅,而牺牲材料包括二氧化硅,且引入牺牲材料包括生长。
6.如权利要求1所述的方法,其中,清除牺牲材料包括使第二结构材料悬挂成为连接到第一结构的第二结构。
7.如权利要求1所述的方法,其中,对第一结构的图形化确定了被第一结构占据的多个衬底部分第一区域以及至少一个没有第一结构的衬底部分第二区域,且引入牺牲材料包括至少在第二区域上引入牺牲材料。
8.一种方法,包括:
在衬底表面的一定区域上,光刻图形化多个第一结构,所述多个第一结构具有有关衬底表面的第一尺寸和不同的第二尺寸;
在形成第一结构之后,在所述衬底的区域上共形引入牺牲材料层;
在所述牺牲材料上形成第二结构;以及
清除牺牲材料。
9.如权利要求8所述的方法,在形成第二结构之前,还包括对牺牲材料进行图形化。
10.如权利要求8所述的方法,在清除牺牲材料之前,还包括暴露一部分牺牲材料。
11.如权利要求9所述的方法,其中,暴露部分牺牲材料包括清除一部分第二结构材料。
12.如权利要求8所述的方法,其中,牺牲材料包括二氧化硅,且引入牺牲材料包括生长。
13.如权利要求8所述的方法,其中,清除牺牲材料包括使第二结构被第一结构悬挂。
14.一种装置,包括:
处于衬底上的第一结构;以及
处于衬底上被清除的薄膜的厚度所确定的未被填充的间隙与第一结构分隔的第二结构。
15.如权利要求14所述的装置,还包括多个第三结构,其中,第二结构被悬挂在多个第三结构之间。
16.如权利要求15所述的装置,其中,第二结构被由清除的薄膜的厚度确定的未被填充的间隙悬挂在衬底上方。
17.如权利要求15所述的装置,还包括耦合到多个第三结构之一的电源。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/894,334 | 2001-06-27 | ||
US09/894,334 US7005314B2 (en) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | Sacrificial layer technique to make gaps in MEMS applications |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1522223A true CN1522223A (zh) | 2004-08-18 |
CN1304272C CN1304272C (zh) | 2007-03-14 |
Family
ID=25402933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB028131916A Expired - Fee Related CN1304272C (zh) | 2001-06-27 | 2002-06-27 | 在微机电结构应用中形成间隙的牺牲层技术 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US7005314B2 (zh) |
CN (1) | CN1304272C (zh) |
TW (1) | TWI224077B (zh) |
WO (1) | WO2003002450A2 (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101462691B (zh) * | 2007-12-19 | 2011-08-24 | 清华大学 | 刻蚀牺牲层形成间隙的方法 |
WO2012088820A1 (zh) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | 上海丽恒光微电子科技有限公司 | Mems器件的制作方法 |
Families Citing this family (63)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7550794B2 (en) * | 2002-09-20 | 2009-06-23 | Idc, Llc | Micromechanical systems device comprising a displaceable electrode and a charge-trapping layer |
US7297471B1 (en) * | 2003-04-15 | 2007-11-20 | Idc, Llc | Method for manufacturing an array of interferometric modulators |
US7208021B1 (en) * | 2001-09-02 | 2007-04-24 | Borealis Technical Limited | Fabrication of close-spaced MEMS devices by method of precise adhesion regulation |
US6794119B2 (en) * | 2002-02-12 | 2004-09-21 | Iridigm Display Corporation | Method for fabricating a structure for a microelectromechanical systems (MEMS) device |
JP2006506236A (ja) * | 2002-05-07 | 2006-02-23 | カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー | 微小機械エネルギー、力及び質量の真空ベースセンサに使用する装置と方法 |
US6933808B2 (en) * | 2002-07-17 | 2005-08-23 | Qing Ma | Microelectromechanical apparatus and methods for surface acoustic wave switching |
WO2004027796A2 (en) * | 2002-08-07 | 2004-04-01 | Georgia Tech Research Corporation | Capacitive resonators and methods of fabrication |
US7781850B2 (en) | 2002-09-20 | 2010-08-24 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Controlling electromechanical behavior of structures within a microelectromechanical systems device |
US6987432B2 (en) * | 2003-04-16 | 2006-01-17 | Robert Bosch Gmbh | Temperature compensation for silicon MEMS resonator |
TW594360B (en) * | 2003-04-21 | 2004-06-21 | Prime View Int Corp Ltd | A method for fabricating an interference display cell |
TW570896B (en) | 2003-05-26 | 2004-01-11 | Prime View Int Co Ltd | A method for fabricating an interference display cell |
TWI231865B (en) * | 2003-08-26 | 2005-05-01 | Prime View Int Co Ltd | An interference display cell and fabrication method thereof |
TWI232333B (en) * | 2003-09-03 | 2005-05-11 | Prime View Int Co Ltd | Display unit using interferometric modulation and manufacturing method thereof |
US7068125B2 (en) * | 2004-03-04 | 2006-06-27 | Robert Bosch Gmbh | Temperature controlled MEMS resonator and method for controlling resonator frequency |
EP1855142A3 (en) * | 2004-07-29 | 2008-07-30 | Idc, Llc | System and method for micro-electromechanical operating of an interferometric modulator |
US20060065622A1 (en) * | 2004-09-27 | 2006-03-30 | Floyd Philip D | Method and system for xenon fluoride etching with enhanced efficiency |
US7553684B2 (en) * | 2004-09-27 | 2009-06-30 | Idc, Llc | Method of fabricating interferometric devices using lift-off processing techniques |
US7373026B2 (en) * | 2004-09-27 | 2008-05-13 | Idc, Llc | MEMS device fabricated on a pre-patterned substrate |
US7492502B2 (en) * | 2004-09-27 | 2009-02-17 | Idc, Llc | Method of fabricating a free-standing microstructure |
US7420728B2 (en) * | 2004-09-27 | 2008-09-02 | Idc, Llc | Methods of fabricating interferometric modulators by selectively removing a material |
US7349136B2 (en) * | 2004-09-27 | 2008-03-25 | Idc, Llc | Method and device for a display having transparent components integrated therein |
US7684104B2 (en) * | 2004-09-27 | 2010-03-23 | Idc, Llc | MEMS using filler material and method |
US7369296B2 (en) * | 2004-09-27 | 2008-05-06 | Idc, Llc | Device and method for modifying actuation voltage thresholds of a deformable membrane in an interferometric modulator |
US7417783B2 (en) * | 2004-09-27 | 2008-08-26 | Idc, Llc | Mirror and mirror layer for optical modulator and method |
US20060067650A1 (en) * | 2004-09-27 | 2006-03-30 | Clarence Chui | Method of making a reflective display device using thin film transistor production techniques |
US20060065366A1 (en) * | 2004-09-27 | 2006-03-30 | Cummings William J | Portable etch chamber |
US7405861B2 (en) * | 2004-09-27 | 2008-07-29 | Idc, Llc | Method and device for protecting interferometric modulators from electrostatic discharge |
US20060066932A1 (en) * | 2004-09-27 | 2006-03-30 | Clarence Chui | Method of selective etching using etch stop layer |
TW200628877A (en) * | 2005-02-04 | 2006-08-16 | Prime View Int Co Ltd | Method of manufacturing optical interference type color display |
US20070015357A1 (en) * | 2005-07-15 | 2007-01-18 | Government Of The Usa, As Represented By Secretary Of U.S. Army | Process of adhesive bonding with patternable polymers for producing microstructure devices on a wafer assembly |
EP2495212A3 (en) * | 2005-07-22 | 2012-10-31 | QUALCOMM MEMS Technologies, Inc. | Mems devices having support structures and methods of fabricating the same |
EP1910216A1 (en) * | 2005-07-22 | 2008-04-16 | QUALCOMM Incorporated | Support structure for mems device and methods therefor |
EP1907316A1 (en) * | 2005-07-22 | 2008-04-09 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Support structure for mems device and methods therefor |
US7630114B2 (en) * | 2005-10-28 | 2009-12-08 | Idc, Llc | Diffusion barrier layer for MEMS devices |
US7795061B2 (en) * | 2005-12-29 | 2010-09-14 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Method of creating MEMS device cavities by a non-etching process |
US7382515B2 (en) * | 2006-01-18 | 2008-06-03 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Silicon-rich silicon nitrides as etch stops in MEMS manufacture |
US8846149B2 (en) * | 2006-02-21 | 2014-09-30 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Delamination resistant semiconductor film and method for forming the same |
US7547568B2 (en) * | 2006-02-22 | 2009-06-16 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Electrical conditioning of MEMS device and insulating layer thereof |
US7450295B2 (en) * | 2006-03-02 | 2008-11-11 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Methods for producing MEMS with protective coatings using multi-component sacrificial layers |
WO2008024528A2 (en) * | 2006-03-06 | 2008-02-28 | Analog Devices, Inc. | Method of forming a micromachined device using an assisted release |
US7417784B2 (en) * | 2006-04-19 | 2008-08-26 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Microelectromechanical device and method utilizing a porous surface |
US20070249078A1 (en) * | 2006-04-19 | 2007-10-25 | Ming-Hau Tung | Non-planar surface structures and process for microelectromechanical systems |
US7623287B2 (en) * | 2006-04-19 | 2009-11-24 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Non-planar surface structures and process for microelectromechanical systems |
US7527996B2 (en) * | 2006-04-19 | 2009-05-05 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Non-planar surface structures and process for microelectromechanical systems |
US7711239B2 (en) | 2006-04-19 | 2010-05-04 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Microelectromechanical device and method utilizing nanoparticles |
US7369292B2 (en) * | 2006-05-03 | 2008-05-06 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Electrode and interconnect materials for MEMS devices |
US7578189B1 (en) | 2006-05-10 | 2009-08-25 | Qualtre, Inc. | Three-axis accelerometers |
US7321457B2 (en) | 2006-06-01 | 2008-01-22 | Qualcomm Incorporated | Process and structure for fabrication of MEMS device having isolated edge posts |
US7405863B2 (en) * | 2006-06-01 | 2008-07-29 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Patterning of mechanical layer in MEMS to reduce stresses at supports |
JP4327183B2 (ja) * | 2006-07-31 | 2009-09-09 | 株式会社日立製作所 | 内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置 |
US7763546B2 (en) | 2006-08-02 | 2010-07-27 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Methods for reducing surface charges during the manufacture of microelectromechanical systems devices |
US7566664B2 (en) * | 2006-08-02 | 2009-07-28 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Selective etching of MEMS using gaseous halides and reactive co-etchants |
US7733552B2 (en) * | 2007-03-21 | 2010-06-08 | Qualcomm Mems Technologies, Inc | MEMS cavity-coating layers and methods |
US7719752B2 (en) * | 2007-05-11 | 2010-05-18 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | MEMS structures, methods of fabricating MEMS components on separate substrates and assembly of same |
US7569488B2 (en) * | 2007-06-22 | 2009-08-04 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Methods of making a MEMS device by monitoring a process parameter |
US7851239B2 (en) * | 2008-06-05 | 2010-12-14 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Low temperature amorphous silicon sacrificial layer for controlled adhesion in MEMS devices |
US7864403B2 (en) * | 2009-03-27 | 2011-01-04 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Post-release adjustment of interferometric modulator reflectivity |
WO2011026100A1 (en) | 2009-08-31 | 2011-03-03 | Georgia Tech Research Corporation | Bulk acoustic wave gyroscope with spoked structure |
US8659816B2 (en) | 2011-04-25 | 2014-02-25 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Mechanical layer and methods of making the same |
US10497776B2 (en) * | 2013-06-19 | 2019-12-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Narrow gap device with parallel releasing structure |
CN108883927B (zh) | 2016-02-29 | 2023-06-13 | 密歇根大学董事会 | 制造三维微结构器件的方法 |
CN109411604B (zh) * | 2017-08-15 | 2021-01-08 | 京东方科技集团股份有限公司 | 传感器及其制备方法、阵列基板、显示面板、显示装置 |
EP3653567B1 (en) | 2018-11-19 | 2024-01-10 | Sciosense B.V. | Method for manufacturing an integrated mems transducer device and integrated mems transducer device |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4918032A (en) * | 1988-04-13 | 1990-04-17 | General Motors Corporation | Method for fabricating three-dimensional microstructures and a high-sensitivity integrated vibration sensor using such microstructures |
US5399415A (en) * | 1993-02-05 | 1995-03-21 | Cornell Research Foundation, Inc. | Isolated tungsten microelectromechanical structures |
DE19547642A1 (de) * | 1994-12-20 | 1996-06-27 | Zexel Corp | Beschleunigungssensor und Verfahren zu dessen Herstellung |
US5963788A (en) | 1995-09-06 | 1999-10-05 | Sandia Corporation | Method for integrating microelectromechanical devices with electronic circuitry |
US6012336A (en) | 1995-09-06 | 2000-01-11 | Sandia Corporation | Capacitance pressure sensor |
US5982608A (en) | 1998-01-13 | 1999-11-09 | Stmicroelectronics, Inc. | Semiconductor variable capacitor |
US6167761B1 (en) | 1998-03-31 | 2001-01-02 | Hitachi, Ltd. And Hitachi Car Engineering Co., Ltd. | Capacitance type pressure sensor with capacitive elements actuated by a diaphragm |
EP0951068A1 (en) * | 1998-04-17 | 1999-10-20 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw | Method of fabrication of a microstructure having an inside cavity |
US6159385A (en) * | 1998-05-08 | 2000-12-12 | Rockwell Technologies, Llc | Process for manufacture of micro electromechanical devices having high electrical isolation |
DE19852878B4 (de) * | 1998-11-16 | 2009-11-12 | Infineon Technologies Ag | Mikromechanisches Bauelement und Herstellungsverfahren hierfür |
WO2000042231A2 (en) * | 1999-01-15 | 2000-07-20 | The Regents Of The University Of California | Polycrystalline silicon germanium films for forming micro-electromechanical systems |
US6127812A (en) * | 1999-02-16 | 2000-10-03 | General Electric Company | Integrated environmental energy extractor |
US6329738B1 (en) * | 1999-03-30 | 2001-12-11 | Massachusetts Institute Of Technology | Precision electrostatic actuation and positioning |
US6230566B1 (en) * | 1999-10-01 | 2001-05-15 | The Regents Of The University Of California | Micromachined low frequency rocking accelerometer with capacitive pickoff |
WO2001043153A1 (en) * | 1999-12-10 | 2001-06-14 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Electronic devices including micromechanical switches |
US6229684B1 (en) * | 1999-12-15 | 2001-05-08 | Jds Uniphase Inc. | Variable capacitor and associated fabrication method |
US6739190B2 (en) * | 2000-08-24 | 2004-05-25 | The Regents Of The University Of Michigan | Micromechanical resonator device |
-
2001
- 2001-06-27 US US09/894,334 patent/US7005314B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-06-03 TW TW091111864A patent/TWI224077B/zh not_active IP Right Cessation
- 2002-06-27 CN CNB028131916A patent/CN1304272C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2002-06-27 WO PCT/US2002/020764 patent/WO2003002450A2/en not_active Application Discontinuation
-
2005
- 2005-09-30 US US11/241,024 patent/US7358580B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101462691B (zh) * | 2007-12-19 | 2011-08-24 | 清华大学 | 刻蚀牺牲层形成间隙的方法 |
WO2012088820A1 (zh) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | 上海丽恒光微电子科技有限公司 | Mems器件的制作方法 |
US8877537B2 (en) | 2010-12-27 | 2014-11-04 | Lexvu Opto Microelectronics Technology (Shanghai) Ltd | Method for manufacturing MEMS device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US7005314B2 (en) | 2006-02-28 |
US7358580B2 (en) | 2008-04-15 |
CN1304272C (zh) | 2007-03-14 |
US20060027891A1 (en) | 2006-02-09 |
TWI224077B (en) | 2004-11-21 |
WO2003002450A2 (en) | 2003-01-09 |
US20030006468A1 (en) | 2003-01-09 |
WO2003002450A3 (en) | 2003-12-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1304272C (zh) | 在微机电结构应用中形成间隙的牺牲层技术 | |
CN1894849A (zh) | 制造压电薄膜器件的方法和压电薄膜器件 | |
CN1705226A (zh) | 薄膜体音响谐振器及薄膜体音响谐振器的制造方法 | |
CN1638270A (zh) | 薄膜体声谐振器及其制造方法 | |
CN1836371A (zh) | 微机电系统型振荡器及其制造方法,以及滤波器和通信设备 | |
CN1305751C (zh) | 微型谐振器和制造这种微型谐振器的方法 | |
CN1447453A (zh) | 可调电容器及其制造方法 | |
CN1884038A (zh) | 半导体复合装置及其制造方法 | |
CN1815646A (zh) | 可变电容器及制造可变电容器的方法 | |
US8704316B2 (en) | Etchant-free methods of producing a gap between two layers, and devices produced thereby | |
CN1757158A (zh) | 薄膜压电谐振器的制造方法、薄膜压电谐振器的制造装置、薄膜压电谐振器以及电子部件 | |
CN1677705A (zh) | 电子元件、电子元件模块以及制造电子元件的方法 | |
CN1613180A (zh) | 用于超高频微机电谐振器的中心质量减小的微桥梁结构 | |
CN1705138A (zh) | 用于制造微型机电系统的方法 | |
CN1661902A (zh) | 微机械静电致动器 | |
US20160071796A1 (en) | Dielectric region in a bulk silicon substrate providing a high-q passive resonator | |
CN1635637A (zh) | 立体集成电感及其制造方法 | |
US8847708B2 (en) | MEMS vibrator and oscillator | |
CN115296644A (zh) | 体声波滤波器 | |
TW573375B (en) | Film bulk acoustic resonator structure and method of making | |
CN101077766A (zh) | 电子机械元件、电子电路装置及它们的制造方法 | |
CN1507650A (zh) | 电子器件的制造方法 | |
CN1268538C (zh) | 微型机械及其制造方法 | |
CN101064970A (zh) | 用以制备电容式硅微麦克风的晶片的无切割制造方法 | |
CN105621346B (zh) | Mems器件及其形成方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070314 Termination date: 20130627 |