DE112010003412T5

DE112010003412T5 - Schalter in integrierten Schaltkreisen, Entwicklungsstruktur und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE112010003412T5
Application number: DE112010003412T
Authority: DE
Inventors: Anthony K. Stamper; Felix P. Anderson; Thomas L. McDevitt
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-08-16
Also published as: WO2011028384A1; JP2013503446A; GB2485714A; GB201321363D0; US9284185B2; US20110049649A1; GB2506770A; DE112010006130B3; TW201121876A; CN102471048A; GB2506770B; GB2485714B8; TWI529120B; GB2485714A8; GB2506770A8; US20140017844A1; GB2485714B; JP5651178B2; GB201203306D0; US8569091B2

Abstract

Integrierte MEMS-Schalter, Entwicklungsstrukturen und Verfahren zum Herstellen solcher Schalter werden bereitgestellt. Zu dem Verfahren gehört das Bilden wenigstens eines Vorsprungs (32a) von Opfermaterial (36) auf einer Seite einer Schalteinheit (34), die von dem Opfermaterial umgeben ist. Das Verfahren enthält ferner das Entfernen des Opfermaterials durch wenigstens eine Öffnung (40), die auf delteinheit gebildet wird, und das Verschließen der wenigstens einen Öffnung mit einem Deckmaterial (42).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Schalter in integrierten Schaltkreisen, Herstellungsverfahren und insbesondere auf integrierte MEMS-Schalter, Entwicklungsstrukturen (design structures) und Herstellungsverfahren für solche Schalter.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schalter in integrierten Schaltkreisen, die in 3D- und anderen integrierten Schaltungen verwendet werden, können aus Halbleiterstrukturen (z. B. Transistoren) oder passiven Leitungen (Microelectromechanical Systems – MEMS) gebildet werden. MEMS-Schalter werden üblicherweise wegen ihrer beinahe vollkommenen Isolation eingesetzt, was eine entscheidende Voraussetzung für drahtlose Hochfrequenzanwendungen darstellt, wo sie beim Betriebsartenwechsel von Leistungsverstärkern (Power Amplifiers – PAs) verwendet werden, und wegen ihrer geringen Einfügungsdämpfung (Widerstand) bei Frequenzen von 10 GHz und mehr verwendet. MEMS-Schalter können in einer Vielfalt von Anwendungen eingesetzt werden, vornehmlich in analogen und gemischten Signalanwendungen. Ein solches Beispiel stellen Mobiltelefon-Chips dar, die einen Leistungsverstärker (PA) und Schaltungseinheiten enthalten, die für jede Übertragungsart ausgelegt sind. Integrierte Schalter auf dem Chip würden den PA mit den entsprechenden Schaltungseinheiten verbinden, sodass ein PA je Übertragungsart nicht benötigt wird.
Abhängig von der bestimmten Anwendung und den technischen Kriterien können MEMS-Strukturen in verschiedenen Formen umgesetzt werden. Beispielsweise können MEMS in der Form einer Struktur mit Auslegerbalken (cantilever structure) realisiert werden. In der Struktur mit Auslegerbalken wird ein Auslegerbalken (hervorragende Elektrode) durch eine elektrische Spannung an eine ortsfeste Elektrode gezogen. Die notwendige Spannung, um die hervorragende Elektrode durch eine elektrostatische Kraft an die ortsfeste Elektrode zu ziehen, wird als Einzieh-Spannung bezeichnet, die von mehreren Parametern abhängig ist, darunter die Länge der hervorragenden Elektrode, der Abstand zwischen der hervorragenden und der ortsfesten Elektrode und die Federkonstanten der hervorragenden Elektrode, die eine Funktion des Materials und seiner Dicke darstellt.
MEMS können auf verschiedene Weise unter Verwendung einer Anzahl unterschiedlicher Werkzeuge hergestellt werden. Allgemein jedoch werden die Verfahrensweisen und Werkzeuge zum Bilden kleiner Strukturen mit Abmessungen im Mikrometerbereich mit Schalterabmessungen von ungefähr 5 Mikron Dicke, 100 Mikron Breite und 200 Mikron Länge verwendet. Viele der Verfahrenstechniken, d. h. die zum Herstellen von MEMS verwendeten Technologien, wurden aus der Technik der integrierten Schaltkreise (IC) übernommen. Beispielsweise werden alle MEMS auf Wafern aufgebaut und als dünne Schichten aus Materialien realisiert, die mit fotolithografischen Prozessen auf der Oberseite des Wafer strukturiert werden. Insbesondere verwendet die Herstellung von MEMS drei grundlegende Etappen: (i) Abscheiden dünner Schichten von Material auf einem Substrat, (ii) Anwenden einer strukturierten Maske auf der Oberseite der Schichten durch fotolithografische Bildgebung, und (iii) selektives Ätzen der Dünnschichten gemäß der Maske.
In MEMS-Schaltern vom Auslegerbalkentyp werden die ortsfesten und hervorragenden Elektroden üblicherweise in einer Reihe aus herkömmlichen fotolithografischen, Ätz- und Abscheidungsprozessen hergestellt. In einem Beispiel wird nach dem Erzeugen der hervorragenden Elektrode eine Schicht aus Opfermaterial, z. B. ein aufgebrachtes Polymer PMGI, hergestellt von Microchem Inc., unter der MEMS-Struktur und über der MEMS-Struktur abgeschieden, um dort jeweils einen Hohlraum zu erzeugen. Der Hohlraum über dem MEM wird zum Unterstützen der Ausbildung einer Haube verwendet, z. B. einer SiN-Kuppel, um die MEMS-Struktur abzudichten. Um das Opfermaterial aus der SiN-Kuppel zu entfernen, werden Belüftungsöffnungen in die Oberseite der Kuppel direkt über der MEMS-Struktur gedruckt. Dies ist jedoch mit mehreren Nachteilen verbunden.
Beispielsweise stellt das Drucken der Belüftungsöffnungen in die Oberseite der Kuppel einen schwierigen Prozess dar, da der Fotoresist auf der gekrümmten Oberfläche veränderlich ist, was z. B. das Drucken in mehr als einer Brennebene erfordert. Nachdem die Belüftungsöffnungen gebildet wurden und das Material wie z. B. das PMGI in der Kuppel entfernt wurde (z. B. unter stromabwärtiger Verwendung eines Sauerstoffplasmas, vorzugsweise bei 125°C oder mehr, um die Abtragungsrate zu erhöhen; oder einem NMP-Tauchlösemittel, ausgeführt in einem Spray oder einem Tankmittel), muss die Kuppel abgedichtet werden. Zu dem Dichtprozess kann z. B. das Abscheiden einer weiteren Haube (SiN oder Siliziumdioxid) über der Kuppel und in den Belüftungsöffnungen gehören. Während dieses Dichtprozesses scheidet sich das SiN oder Siliziumdioxid jedoch auch auf der hervorragenden Elektrode und in manchen Fällen der ortsfesten Elektrode ab. Die Ursache dafür ist die Lage der Belüftungsöffnungen direkt über der MEMS-Struktur.
Das auf der hervorragenden Elektrode abgeschiedene SiN (oder ein anderes Material) erzeugt Schwankungen der Abmessung der hervorragenden Elektrode, die zu unerwünschten Belastungen und Schwankungen der Einziehspannung fuhrt. Letzteres beruht beispielsweise auf einer Veränderung der Federkonstanten der hervorragenden Elektrode. Andererseits führt das auf der ortsfesten Elektrode abgeschiedene SiN (oder ein anderes Material) zu einem höheren Kontaktwiderstand als unerwünschter Effekt der Abscheidung von SiN-Material durch die Belüftungsöffnungen hindurch. Die Abscheidung des dichtenden Dielektrikums durch die Belüftungsöffnungen auf die MEMS-Struktur kann auch vorkommen, wenn die Belüftungsöffnungen des Hohlraums mit einem aufgeschleuderten Dielektrikum oder Polymer gedichtet werden.
Des Weiteren ist bekannt, dass Schalter mit waagerechten Auslegerbalken oder vom Typ eines Brückenbalkens in vielen Anwendungen kleben, d. h., sie sind nicht in der Lage, den Schalter zu öffnen, da er wegen des relativ kleinen Kontakt- bzw. Betätigungsabstandes während des Betriebs im geschlossenen Zustand verharrt. Dies ist als Haftreibung bekannt. Dies kann z. B. auf den Nass-Ätzprozess zurückzuführen sein, der zum Entfernen des Opfermaterials unter der Haube verwendet wird.
Allgemein sind nasse Löseprozesse einfach zu handhaben, da solche Prozesse eine hohe seitliche Ätzrate (höher als Trockenprozesse) aufweisen können. Bei nassen Löseprozessen kann die Oberflächenspannung jedoch beim Löseprozess zum Kleben der MEMS-Elemente aneinander führen, was zum Versagen des MEMS führt. Bei den trockenen Löseprozessen ist andererseits zum vollständigen Entfernen des Opfermaterials seitliches Ätzen, oft mehrere 10 Mikron, erforderlich. Dies stellt eine Herausforderung dar und kann je Wafer 0,1 bis 10 Stunden in Anspruch nehmen, was mit hohen Kosten verbunden ist. In trockenen Silicium-Verfahrenstechniken wird Silicium als Opfermaterial verwendet, wenn ein XeF₂- oder ein anderer seitlicher Silicium-Ätzprozess angewandt wird. XeF₂-Ätzen weist zwei Nachteile auf. Z. B. ist XeF₂ als Nebenprodukt einer Kernreaktion sehr teuer. Z. B. kann das Entfernen von 5 μm Silicium durch 1 μm breite Schlitze über eine Stunde je Wafer dauern und mehr als 100 $ je Wafer kosten. Des Weiteren kann das Abscheiden von Silicium bei Temperaturen, die auch bei der Herstellung der Leiterbahnen am Ende des Herstellungsprozesses (BEOL wiring) zulässig sind (d. h. < 400°C), nur mit PECVD oder PVD ausgeführt werden. Die Silicium-PECVD ist aber in der Ausführung ein problematischer Prozess, da das Entfernen des Siliciums von den Wänden der PECVD-Kammer schwierig und aufwändig ist. Des Weiteren ist PVD-Silicium zwar verfügbar, wegen der relativ geringen Abscheideraten (< 100 nm/min) aber kostspielig. Die Verwendung von trockenen Löseprozess-Verfahrenstechniken ist sehr schwierig, wenn das Seitenverhältnis viel größer als eins ist (was für die meisten Anwendungen gilt). Das Verwenden von trockenem Lösen des Dielektrikums auf SiO₂-Grundlage ist sehr schwierig, wenn das Seitenverhältnis viel größer als eins ist (was für die meisten Anwendungen gilt). Entsprechend besteht ein Bedarf in dem Gebiet, die hier beschriebenen Mängel und Einschränkungen zu überwinden.
ZUSAMMENFASSUNG
Unter einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Schalters das Bilden von wenigstens einem Vorsprung (tab) aus Opfermaterial an einer Seite einer Schalteinheit, die in das Opfermaterial eingebettet ist. Das Verfahren umfasst ferner das Entfernen des Opfermaterials durch wenigstens eine Öffnung, die auf dem wenigstens einen Vorsprung erzeugt wird, die sich auf der Seite der Schalteinheit befindet. Das Verfahren umfasst des Weiteren das Schließen der wenigstens einen Öffnung mit einem Deckmaterial.
Unter einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Schalters das Folgende: Erzeugen von MEMS-Strukturen, die vorübergehend in das Opfermaterial eingebettet wird; Bilden einer Deckschicht über den MEMS-Strukturen; Öffnen eines Belüftungslochs in der Deckschicht auf einer Seite der MEMS-Strukturen; Entfernen des Opfermaterials mit einem Trocken- oder Nass-Ätzmittel, um einen Hohlraum um die MEMS-Strukturen zu bilden; und Schließen des Belüftungslochs mit einem Deckmaterial.
Unter einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bilden einer Struktur das Ausführen eines Nass-Ätzprozesses zum Entfernen von Opfermaterial, das einen oberen und unteren Abschnitt einer in einer Kuppelstruktur gebildeten aktiven Einheit umgibt. Das Verfahren umfasst ferner das Ausführen eines Trockenätzprozesses zum Beseitigen einer Schicht einer dünnen Opferschicht, die auf einer unteren Metallschicht der aktiven Einheit abgeschieden wurde.
Unter einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst eine MEMS-Struktur: eine untere Betätigungselektrode und einen untere Kontaktelektrode, in einem bestimmten Abstand von der unteren Betätigungselektrode; einen Auslegerbalken, der über der unteren Betätigungselektrode und der unteren Kontaktelektrode angeordnet ist; und eine Deckschicht, die die untere Betätigungselektrode, die untere Kontaktelektrode und den Auslegerbalken luftdicht abschließt. Die Deckschicht weist einen abgedichteten Abschnitt auf, der sich auf einer Seite der unteren Kontaktelektrode, in einem bestimmten Abstand von der unteren Betätigungselektrode und einem Endabschnitt des Auslegerbalkens befindet.
Unter einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine in einem maschinenlesbaren Medium umgesetzte Entwicklungsstruktur bereitgestellt, um eine integrierte Schaltung zu entwickeln, herzustellen oder zu prüfen. Die Entwicklungsstruktur umfasst die Strukturen und/oder die Verfahren der vorliegenden Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die erwähnte Vielzahl von Zeichnungen durch Beispiele von typischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die nicht einschränkend ausgelegt werden dürfen, beschrieben.
1 bis 8 zeigen Zwischenstrukturen und zugehörige Verarbeitungsschritte gemäß Gesichtspunkten der Erfindung;
9 zeigt eine fertige MEMS-Struktur und zugehörige Verarbeitungsschritte gemäß Gesichtspunkten der Erfindung;
10 zeigt eine alternative fertige MEMS-Struktur und zugehörige Verarbeitungsschritte gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung;
11 zeigt eine alternative fertige MEMS-Struktur und zugehörige Verarbeitungsschritte gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung;
12 zeigt eine ebene Aufsicht, die jede der in den 9 bis 11 dargestellten Strukturen wiedergibt;
13 und 14 zeigen alternative Zwischenstrukturen und zugehörige Verarbeitungsschritte gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung;
15 zeigt eine alternative Endstruktur und zugehörige Verarbeitungsschritte in Einklang mit den Strukturen aus 12 und 13;
16 und 17 zeigen alternative Zwischenstrukturen und zugehörige Verarbeitungsschritte gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung;
18 zeigt eine alternative Endstruktur und zugehörige Verarbeitungsschritte gemäß den Strukturen aus 16 und 17; und
19 stellt einen Ablaufplan eines Entwicklungsprozesses dar, der in der Entwicklung, Herstellung und/oder Prüfung von Halbleitern verwendet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Schalter als integrierte Schaltungen und Herstellungsverfahren und insbesondere auf integrierte MEMS-Schalter, Entwicklungsstrukturen und Herstellungsverfahren solcher Schalter. Bei der Realisierung umfasst die Erfindung verschiedene Verfahren und Strukturen mehrerer neuartiger MEMS-Schalter. Die Verfahren zum Bilden der Strukturen weisen den Vorteil auf, dass sie die Gesamtbelastung der MEMS-Struktur, unterschiedliche Materialstärken sowie den Kontaktwiderstand des MEMS-Schalters verringern. Des Weiteren entsteht bei den verschiedenen Verfahren der vorliegenden Erfindung keine Haftreibung mehr, d. h. sie beseitigenden Mangel des Schalters, im Betrieb im geschlossenen Zustand zu verharren und nicht mehr öffnen zu können.
In Ausführungsformen werden die MEMS-Schalter mit einer Öffnung in einem bestimmten Abstand von der MEMS-Einheit hergestellt (verglichen mit einer herkömmlichen Struktur, bei der sich eine Öffnung direkt über der MEMS-Einheit befindet). Das bedeutet, dass sich die Öffnung (Belüftungsloch) der vorliegenden Erfindung nicht über irgendeinem Abschnitt der MEMS-Einheit befindet. In Ausführungsformen kann dies durch Abscheiden von Opfermaterial längs einer unteren Kante der MEMS-Kuppel erreicht werden, um einen oder mehrere Vorsprünge zu bilden. In optionalen Ausführungsformen wird das Opfermaterial abgeschieden, während in einem unteren Hohlraum, einem oberen Hohlraum oder in einem getrennten Abscheidungsprozess das Opfermaterial aufgetragen wird. Eine oder mehrere Öffnungen werden in der Kuppel über dem einen oder den mehreren Vorsprüngen gebildet, um das Opfermaterial in der Kuppel zu entfernen. Die Öffnung(en) kann (können) dann mit einem Deckmaterial geschlossen werden, um die MEMS-Einheit luftdicht abzuschließen. Da sich die Öffnung(en) in einem bestimmten Abstand von den MEMS-Strukturen befindet (befinden), wird das Deckmaterial nicht auf irgendwelchen MEMS-Strukturen, wie z. B. dem Auslegerbalken oder den Kontaktelektroden, abgeschieden, wodurch die Belastung, die Materialschwankungen und der Kontaktwiderstand der MEMS-Einheit verringert werden.
1 zeigt eine Anfangsstruktur, die eine Schicht aus einem Zwischenmetall-Dielektrikum 10 umfasst. Es wird für den Fachmann in dem Gebiet klar sein, dass es sich bei dem dielektrischen Material 10 um eine M + 1 Leiterbahnebene in einem integrierten Schaltkreis handeln kann. Obwohl nicht in
1 dargestellt, kann das dielektrische Material 10 auf einem Wafer in jeder bekannten Art, die zum Erzeugen integrierter Schaltkreise verwendet wird, bereitgestellt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Material für den Wafer um Silicium, SOI, SiGe, Quartz, Saphir, Glas oder Galliumarsenid, um nur wenige Beispiele zu nennen, handeln. In Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 10 aus SiO₂ bestehen; obwohl auch andere dielektrische Materialien für die Erfindung in Betracht kommen. Die dielektrische Schicht 10 könnte unter Verwendung jedes bekannten Verfahrens wie z. B. chemische Gasphasen-Abscheidung mit angereichertem Plasma (PECVD) abgeschieden werden.
Die Leiterbahnen 12 werden in der dielektrischen Schicht 10 mit bekannten Verfahren ausgebildet. Beispielsweise wird eine Vielzahl von Durchkontaktierungen unter Verwendung herkömmlicher lithografischer Prozesse erzeugt. Ein Fotoresist wird auf das dielektrische Material 10 aufgetragen und ausgewählte Abschnitte des Fotoresists zum Erzeugen von Öffnungen belichtet. In nachfolgenden Prozessen wird das Material 10 mit herkömmlichen Prozessen wie z. B. reaktivem Ionenätzen (RIE) zum Erzeugen von Durchkontaktierungen geätzt. Die Durchkontaktierungen werden mit bekannten Metallen oder Metalllegierungen zum Bilden der Leiterbahnen 12 gefüllt. Der Fotoresist kann abgetragen werden.
In Ausführungsformen können die Leiterbahnen 12 mit Einzel- oder Dual-Damascene-Kupfer oder mit subtraktiven Aluminiumleiter-Ätztechniken gebildet werden. Die Leiterbahnen 12 können auch unter Verwendung einer beliebigen Kombination aus Prozessen wie z. B. physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), chemische Gasphasenabscheidung (CVD), galvanische Abscheidung (ECP), metallorganische Gasphasen-Abscheidung (MOCVD) usw. metallisiert werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann es sich bei den Leiterbahnen um Wolfram-Stifte mit TiN-Ummantelung handeln. In einer anderen Ausführungsform werden die Verbindungsleitungen 12 aus Kupfer mit TaN/Ta-Ummantelung gebildet. In einer weiteren Ausführungsform werden die Leiterbahnen 12 durch einen AlCu- oder AlCuSi-Unterätz-Prozess unter Verwendung von Damascene-Wolfram- oder konischen AlCu-Durchkontaktierungen zwischen den Leiterbahn-Ebenen gebildet.
In 2 wird eine optionale SiN-Schicht 14 über der dielektrischen Schicht 10 abgeschieden, wobei ein herkömmliches Abscheidungsverfahren wie z. B. CVD verwendet wird. Eine zweite zwischenmetallische Dielektrikumschicht 16 wird auf der SiN-Schicht 14 auf ähnliche Weise, wie oben mit Bezug auf die Dielektrikumschicht 10 beschrieben, abgeschieden. In einem Einzel- oder Dual-Damascene-Prozess, der dem Fachmann bekannt ist, werden die Leiterbahnschichten 18 und 20 in der SiN-Schicht 14 und der Dielektrikumschicht 16 gebildet, sodass sie mit der darunter befindlichen Leiterbahnschicht 12 in Kontakt stehen. Bei der Metallisierung kann es sich z. B. um Kupferleitungen handeln.
Wie in 3 gezeigt ist, wird die Dielektrikumschicht 22 auf der Struktur von 2 abgeschieden. Die Dielektrikumschicht 22 kann etwa 0,5 Mikron hoch sein und mit herkömmlichen Techniken wie z. B. den oben beschriebenen abgeschieden werden. Danach werden die Leiterbahnebenen 24 und 28 mit herkömmlichen Prozessen erzeugt. Beispielsweise werden Durchkontaktierungen mit herkömmlichen Lithografie- und Ätzverfahren in der Dielektrikumschicht 22 erzeugt. Leitfähiges Material wird auf der gesamten Dielektrikumschicht 22 und auch in den Durchkontaktierungen abgeschieden. Bei dem leitfähigen Material kann es sich beispielsweise um Al, Cu, AlCu, TaN, Ta oder TiN handeln.
In Ausführungsformen kann eine dünne Schicht 30 aus einem beständigen Metall wie z. B. Gold auf dem leitfähigen Material, insbesondere einer unteren Kontaktelektrode 28a, abgeschieden und strukturiert werden. In Ausführungsformen ist die dünne Schicht aus Gold 30 etwa 100 nm dick, obwohl für die Erfindung auch andere Abmessungen denkbar wären. Jedes bekannte Verfahren wie z. B. physikalische Gasphasen-Abscheidung (PVD), metallorganische Gasphasen-Abscheidung (MOCVD), Verdampfung, Galvanisieren oder Ähnliches kann zum Beschichten mit Gold verwendet werden. Alternativ könnte es sich bei der dünnen Schicht des beständigen Metalls um die obersten dünne Schicht der Leiterbahnschicht 28 handeln.
Nach dem Abscheiden kann die Leiterbahnebene 28 mit herkömmlicher Lithografie und Ätzprozessen strukturiert werden, um z. B. die in 3 dargestellte Struktur zu erzeugen. Zu der Struktur gehören die Leiterbahnen 28a, die als untere Elektrode für den MEMS-Schalter und eine Betätigungselektrode 28b dienen, die auf den Schalter eine Kraft ausübt, um einen Kontakt mit der unteren Elektrode 28a herzustellen. Der Fachmann in dem Gebiet wird verstehen, dass für die Erfindung auch verschiedene Strukturen in Betracht kommen. In Ausführungsformen kann ein Gold-Nassätzen selektiv an dem darunter befindlichen Metall, z. B. TiN oder AlCu, verwendet werden, um die Leitungen 28 zu strukturieren. In alternativen Ausführungsformen können die Leitungen selektiv mit Gold beschichtet, dann mit RIE geätzt und gereinigt werden.
In 4 wird ein Opfermaterial auf der Struktur 3 abgeschieden, woraus später ein Hohlraum unter der MEMS-Struktur gebildet wird. Bei dem Opfermaterial 32 kann es sich um zerstäubtes Si oder ein organisches Polymer wie z. B.
Polymethylglutarimid (PMGI), Spin-on-Glas oder lichtempfindliches Polyimid (PSPI) handeln. PMGI ist mit den meisten g-Linien-, i-Linien- und Tief-UV-Fotoresists verträglich und weist hervorragende Haftung auf Si, SiN, NiFe, Cu, Au, GaAs und anderem III-V/III-VI-Material auf. PMGI weist auch eine hohe thermische Stabilität auf und kann auf jede herkömmliche Weise wie z. B. Schleuderbeschichtung aufgetragen werden. In Ausführungsformen kann das Opfermaterial 32 über die Verbindungsleitungen 28 (z. B. die Leitungen 28a, 28b und 28c) hinaus abgeschieden werden. Das Opfermaterial kann auch so abgeschieden und strukturiert werden, dass es eine oder mehrere Stufen (z. B. weit hervorstehende Abschnitte) 32a auf der Seite der Strukturenthält. In Ausführungsformen wird (werden) der (die) Vorsprung (Vorsprünge) 32 unter Verwendung eines Abscheidungsprozesses gebildet, der von dem Abscheidungsprozess der Opferschicht getrennt ist, die zum Unterstützen der Ausbildung des Auslegerbalkens der MEMS-Struktur verwendet wird. In diesem Fall stellt die Struktur eine Zentralknotenstruktur (hub structure) dar; obgleich der (die) Vorsprung (Vorsprünge) 32 in demselben Prozess wie das Opfermaterial gebildet werden kann, wie unten ausführlicher beschrieben ist, was zu einer Höhe etwa der Unterseite des Auslegerbalkens führt. In Ausführungsformen können sich der (die) Vorsprung (Vorsprünge) 32a an einer beliebigen Stelle, in einem bestimmten Abstand von der MEMS-Struktur befinden. In einem Beispiel können der (die) Vorsprung (Vorsprünge) 32a an mehreren Ecken oder längs einer oder mehrerer Seiten der Struktur angeordnet sein (siehe 12). In jedem Fall befinden sich der (die) Vorsprung (Vorsprünge) 32 auf einer Seite der MEMS-Struktur.
In Ausführungsformen kann das Opfermaterial etwa 50 Mikron breit und 200 Mikron lang sein, wobei der (die) Vorsprung (Vorsprünge) 32a etwa 0,2 Mikron Höhe und etwa 10 Mikron Länge aufweist (aufweisen). Der (die) Vorsprung (Vorsprünge) 32a wird (werden) in einem bestimmten Abstand von der MEMS-Struktur angeordnet, z. B. auf einer Seite der MEMS-Struktur, und sie weist vorzugsweise eine im Wesentlichen horizontale, ebene Oberfläche bezüglich der Strukturoberfläche auf.
Wie in 5 gezeigt, ist das Opfermaterial 32 mit einem vorzugsweise leitfähigen oder einer Kombination aus leitfähigem und isolierendem Material beschichtet, das mit dem freiliegenden Abschnitt der Verbindungsleitungen 28 in Kontakt steht, um einen Auslegerbalken 34 zu bilden, z. B. eine obere Elektrode des Schalters. Das Material in der oberen Elektrode des Schalters könnte z. B. durch Abscheiden, Strukturieren und Ätzen gebildet werden; oder durch Strukturieren, Abscheiden und Verwenden eines Lift-off-Verfahrens. In Ausführungsformen ist der Auslegerbalken 34 etwa 100 Mikron lang und etwa 0,5 bis 10 Mikron stark, um der Struktur eine bestimmte Steifheit zu verleihen; obgleich andere Abmessungen für die Erfindung ebenfalls in Betracht kommen. Obgleich die Schicht 34 als ein einzelnes monolithisches Material gezeigt ist, kann es sich um Mehrfachschichten aus Leiterbahnen und Isolatoren handeln, wobei einer oder mehrere Strukturierungsschritte (nicht gezeigt) einen Verbundbalken bilden, was unten bei den 16 bis 18 beschrieben wird.
Der Auslegerbalken 34 erstreckt sich eine vorgegebene Strecke auch über die Kontaktleiterbahnen 28a und die Betätigungselektrode 28c. In Ausführungsformen kann die vorgegebene Strecke zwischen der Betätigungselektrode 28c und einer unteren Oberfläche des Auslegerbalkens 34 etwa 0,1 Mikron bis 5 Mikron betragen, obgleich für die Erfindung auch andere Abmessungen denkbar wären. Die oben erwähnten Abmessungen stellen sicher, dass die Betätigungselektrode 28b den Auslegerarm 34 nach ziehen und einen Kontakt mit der unteren Elektrode 28a (gebildet von der strukturierten Leiterbahn 28) herstellen kann. Obgleich ein Auslegerbalken dargestellt ist, könnte ein beliebiger MEMS-Balken wie z. B. eine Brücke (an beiden Enden befestigt) verwendet werden.
In Ausführungsformen kann es sich bei dem leitfähigen Material für den Auslegerarm 34 um ein beliebiges leitfähiges Material wie z. B. Al, Ti, TiN, Cu, Au, AlCu, Gold oder eine beliebige Kombination daraus handeln; und bei dem Isolator kann es sich ggf. um eine Kombination aus Isolatoren, darunter Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid usw., handeln. In Ausführungsformen kann es sich bei dem Auslegerbalken 34 beispielsweise um elektrolytisch abgeschiedenes (ECP) Gold mit einer hochschmelzenden Beschichtung auf der Unterseite handeln. In noch weiteren Ausführungsformen kann es sich bei dem Auslegerbalken 34 um AlCu mit einer Goldbeschichtung auf einer Unterseite handeln, die mit herkömmlichen Prozessen wie z. B. PVD gebildet wird. In einer nochmals weiteren alternativen Ausführungsform kann es sich bei dem Auslegerbalken 34 um AlCu mit einer ECP-Goldbeschichtung handeln. In dieser letzteren Ausführungsform kann die ECP-Goldschicht auf einer Unterseite oder sowohl auf einer Unterseite und der Oberseite des Auslegerbalkens 34 gebildet werden.
In 6 wird ein Opfermaterial 36 auf der Struktur aus 5 abgeschieden, um daraus später einen oberen Hohlraum über dem Balken zu bilden. Bei dem Opfermaterial 36 kann es sich z. B. um Silicium, PSPI oder PMGI handeln. Bei dem Opfermaterial 36 kann es sich folglich um dasselbe Material, das für das Opfermaterial 32 verwendet wird, oder ein anderes Material handeln. In alternativen Ausführungsformen können der (die) Vorsprung (Vorsprünge) 32a in diesem Verarbeitungsschritt erzeugt werden.
In 7 wird eine Haube über der Struktur aus 6 gebildet. Genauer handelt es sich bei der Haube 38 um eine harte Kappe z. B. aus Siliciumdioxid, SiN oder einem mehrschichtigen Dielektrikummantel, der auf dem Opfermaterial 36, dem (den) Vorsprung (Vorsprünge) 32a und anderen Abschnitten der Struktur aufgebracht wird. Die über dem (den) Vorsprung (Vorsprünge) 32a gebildete Haube 38 wird vorzugsweise eben in einer einzelnen Brennebene ausgeformt. Die Abscheidung der Haube 38 kann mit beliebigen herkömmlichen Prozessen wie z. B. CVD oder PVD-Prozessen ausgeführt werden. In Ausführungsformen ist die Haube 38 etwa 3 Mikron stark.
8 zeigt einen Ätz- und Entfernungsprozess gemäß der Erfindung. Insbesondere wird die Öffnung 40 in 8 in der Haube 38 erzeugt und genauer auf dem (den) Vorsprung (Vorsprüngen) 32a in einem bestimmten Abstand von der MEMS-Struktur. Die Öffnung 40 kann unter Verwendung herkömmlicher Ätzprozesse wie z. B. reaktives Ionenätzen (RIE) gebildet werden. Die Öffnung 40 kann in Ausführungsformen genau ausgerichtet (direkt über) oder verschoben (teilweise ausgerichtet) bezüglich des (der) Vorsprungs (Vorsprünge) 32a angeordnet sein. In der Darstellung aus 8 ist die Öffnung 40 relativ zu dem (den) Vorsprung (Vorsprüngen) 32a verschoben, obgleich 8 gleichermaßen eine Ausrichtung der Öffnung 40 mit dem (den) Vorsprung (Vorsprüngen) 32a wiedergibt. Die Öffnung befindet sich in einem bestimmten Abstand von einem Ende des Auslegerbalkens 34.
Da die Öffnung 40 auf einer oder mehreren Kombinationen des (der) Vorsprung (Vorsprünge) 32a vorgesehen ist, wird sie in einer einzigen Brennebene in einem bestimmten Abstand von der MEMS-Struktur strukturiert. Die Öffnung 40 kann etwa 1 Mikron Breite und eine quadratische oder rechteckige Form aufweisen. Wenn rechteckige Formen verwendet werden, würden abhängig von den Abmessungen des (der) Vorsprungs (Vorsprünge) Rechtecke von etwa 1 Mikron Breite und etwa 10 Mikron Länge oder länger verwendet werden. Für den Fachmann in dem Gebiet ist offensichtlich, dass jedoch auch andere Abmessungen der Öffnung 40 in der Erfindung denkbar sind.
Wie weiter in 8 gezeigt ist, ergibt sich aus dem Entfernen des Opfermaterials in der Haube ein Hohlraum innerhalb der Haube 38. Beispielsweise kann das Opfermaterial unter Verwendung einer Trockenätz- oder Nassätzchemie durch die Öffnung 40 entfernt werden. Spezieller kann z. B. im Fall von PMGI das PMGI in Lösemitteln auf der Grundlage von N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) und/oder Dimethylsulfoxid (DMSO) entfernt werden. Da PMGI einen Tief-DV-Fotoresist darstellt, ist es auch empfindlich für Elektronen- und Röntgenstrahlen und weist eine hohe Ätzrate im Sauerstoffplasma auf, das in einem Downstream-Asher (Fotoresist-Verascher), einer RIE-Kammer mit hoher Plasmadichte oder einer Parallelplatten-RIE-Kammer verwendet wird. Obgleich jedes bekannte Verfahren des Entfernens (stripping) mit Sauerstoffplasma vorstellbar ist, wird die PMGI-Entfernungsrate erhöht, wenn die Wafer-Temperatur während des PMGI-Entfernens > 100°C (z. B. 150°C) beträgt. Wie bereits erwähnt könnte ein anderes Opfermaterial wie z. B. Silicium, das mit einem beliebigen bekannten Verfahren, z. B. PVD, CVD usw., abgeschieden wurde, verwendet werden. Wenn Silicium als Opfermaterial verwendet wird, wird es wieder unter Verwendung eines in dem Gebiet bekannten seitlichen Downstream-Silicium-Ätzmittel entfernt werden, z. B. ein Ätzmittel mit XeF₂-Gas. Wenn Silicium als Opfermaterial benutzt wird, müssen möglicherweise Leiterbahn- und Durchkontaktierungs-Oberflächen, die dem Silicium-Ätzgas ausgesetzt sind, vor dem Silicium-Ätzvorgang zusätzlich mit einem Dielektrikum oder einer Leiterbahn beschichtet werden, der von dem Silicium-Ätzmittel nicht angegriffen wird.
9 zeigt eine fertige Struktur und zugehörige Verarbeitungsschritte. Insbesondere 9 zeigt die Öffnung, die durch eine Abscheidung von SiN, Siliciumdioxid oder einem Mehrschichtmaterial 42 unter Verwendung eines herkömmlichen Beschichtungsprozesses verschlossen wurde. Das SiN-Material 42 kann z. B. etwa 2 Mikron stark sein. Auf diese Weise wird der MEMS-Schalter mit der Haube 38, 42 luftdicht abgeschlossen. Die Dichtung befindet sich in einem bestimmten Abstand von einem Ende des Auslegerbalkens 34.
Da sich die Öffnung in einem bestimmten Abstand von dem MEMS-Schalter befindet, wird das SiN-Material 42 nicht auf dem Auslegerbalken 34 oder der Kontaktelektrode 28a (oder anderen MEMS-Strukturen) abgeschieden. Stattdessen wird das SiN-Material 42 auf der Haube 32 und in der Öffnung 40 abgeschieden. Die Kuppel selbst ist luftdicht abgeschlossen, ohne auf irgendeine Weise die MEMS-Struktur zu beeinflussen. Das SiN-Material 42 wird also nicht auf dem Auslegerbalken 34 abgeschieden, wodurch jede mögliche Schwankung der Abmessung des Auslegerbalkens 34 verhindert wird, die zu unerwünschte Belastungen und einer Schwankung der Einziehspannung führen würde. Das SiN-Material 42 wird auch nicht auf der festen Elektrode (Kontaktelektrode 28a) abgeschieden, wodurch ein hoher Kontaktwiderstand verhindert wird, der auch einen unerwünschten Effekt der Abscheidung von SiN-Material darstellt, das durch die Belüftungslöcher eintritt.
10 zeigt eine alternative fertige MEMS-Struktur und zugehörige Verarbeitungsschritte gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung. Speziell wird die Öffnung 40 in der Haube 38 gebildet und genauer direkt über dem (den) Vorsprung (Vorsprüngen) 32a in einem bestimmten Abstand von der MEMS-Struktur ausgerichtet. Wie oben beschrieben kann die Öffnung 40 mit herkömmlichen Ätzprozessen wie z. B. RIE erzeugt werden. Nach dem Ausbilden der Öffnung wird das Opfermaterial entfernt, was zum Ausbilden eines Hohlraums in der Haube 38 führt. Die Öffnung 40 wird durch eine Abscheidung von SiN-Material 42 mit einem herkömmlichen Beschichtungsprozess geschlossen. Da die Öffnung 40 von dem MEMS-Schalter in einem bestimmten Abstand angeordnet ist, kann das SiN-Material 42 nicht auf dem Auslegerbalken 34 oder der Kontaktelektrode 28a abgeschieden werden, wodurch die oben erwähnten nachteiligen Auswirkungen vermieden werden.
11 zeigt eine alternative fertige MEMS-Struktur und zugehörige Verarbeitungsschritte gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung. In dieser Ausführungsform wird (werden) der (die) Vorsprung (Vorsprünge) 32a während (gleichzeitig mit) der Anordnung des Opfermaterials 32 erzeugt, das zum Unterstützen des Auslegerbalkens 34 genutzt wird (und die unteren Strukturen der MEMS-Einheit einhüllt). Die Bildung des (der) Vorsprungs (Vorsprünge) 32a gleichzeitig mit der Abscheidung des Opfermaterials verringert die Verarbeitungsschritte, da kein getrennter Abscheidungsvorgang z. B. zum Erzeugen der Vorsprünge nötig ist. In dieser Ausführungsform wird (werden) der (die) Vorsprung (Vorsprünge) 32a auf einer Höhe etwa der Unterseite des Auslegerbalkens 34 (siehe z. B. 4) gebildet.
In der in 11 gezeigten Ausführungsform wird die Öffnung 40 in der Haube 38 auf einer Seite des Vorsprungs ebenfalls in einem bestimmten Abstand von der MEMS-Struktur gebildet. Dem Fachmann in dem Gebiet ist klar, dass die Öffnung weiterhin auf der Oberseite der Haube gebildet werden kann, entweder ausgerichtet oder relativ zu dem Vorsprung versetzt. Wie oben beschrieben kann die Öffnung 40 mit herkömmlichen Ätzprozessen wie z. B. RIE erzeugt werden. Nach dem Erzeugen der Öffnung 40 wird das Opfermaterial entfernt, was zur Bildung eines Hohlraumes in der Haube 38 führt. Die Öffnung 40 wird durch eine Abscheidung von SiN-Material 42 in einem herkömmlichen Beschichtungsprozess geschlossen. Wieder wird das SiN-Material nicht auf dem Auslegerbalken 34 oder der Kontaktelektrode 28a abgeschieden, da sich die Öffnung 40 in einem bestimmten Abstand von dem MEMS-Schalter befindet, wodurch die oben erwähnten nachteiligen Auswirkungen unterdrückt werden.
12 zeigt eine ebene Aufsicht, die alle Strukturen der 9 bis 11 darstellt. Insbesondere zeigt 13 Vorsprünge 32a, die sich von den Seiten und/oder den Ecken der Struktur in einem bestimmten Abstand von dem aktiven Bereich (MEMS-Strukturen) erstrecken. Die Vorsprünge 32 werden in gestrichelten Linien dargestellt, wobei gezeigt wird, dass die Anordnung längs den Seiten und/oder den Ecken an mehreren Positionen, einer einzelnen Position oder einer Kombination daraus möglich ist.
Die 13 bis 15 zeigen eine alternative Struktur und Verarbeitungsschritte gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung. Insbesondere die 13 bis 15 zeigen einen Nass/trocken-Entfernungsprozess einer MEMS-Opferschicht in zwei Schritten, um Haftreibung zu vermeiden, die mit reinen Nassentfernungs-Techniken verbunden ist.
Genauer zeigt 13 eine Zwischenstruktur, die mit herkömmlichen Herstellungsprozessen gefertigt wird. Die Struktur aus 13 enthält. ein Substrat mit BEOL-Elementen, die allgemein mit der Bezugsnummer 42 dargestellt sind. Das Substrat enthält aktive, passive und Speichereinheiten, was für den Fachmann in dem Gebiet klar ist. Die aktiven, passiven und die Speichereinheiten können mit herkömmlichen Lithografie-, Ätz- und Abscheideprozessen gefertigt werden, die idem dem Fachmann geläufig sind. Zu den BEOL-Elementen gehören Leiterbahnen, Durchkontaktierungen und passive Elemente, die auch auf eine herkömmliche Weise hergestellt werden. Auf der BEOL-Schicht wird eine Leiterbahnschicht 28 abgeschieden. Die Leiterbahnschicht 28 kann eine Betätigungselektrode und eine Kontaktelektrode wie oben beschrieben darstellen.
Eine Opferschicht 44 wird auf der Leiterbahnschicht 28 (an einem unteren Abschnitt des Hohlraums) mit herkömmlichen Beschichtungsverfahren abgeschieden. Bei der Opferschicht 44 kann es sich um eine Silicium-Opferschicht handeln, die z. B. mit PVD abgeschieden wird. Alternativ kann es sich bei der Opferschicht 44 um ein beliebiges Material wie z. B. Dow Chemical SiLK^TM handeln, das einen Poly-(Arylen-Ether) darstellt, diamantartigen Kohlenstoff oder ein beliebiges Material, das nicht durch den Löseprozess entfernt wird, der für die nachfolgenden Opferschichten 32/36 verwendet wird. Die Opferschicht 44 stellt eine dünne Schicht mit einer Dicke von 10 nm bis 1 Mikron dar, wobei ein veranschaulichendes Beispiel 50 nm aufweist. Die Opferschicht 44 verhindert Haftreibung, die bei Nassätzprozessen auftreten kann.
Die Struktur aus 13 enthält auch einen Auslegerbalken 34. Der Auslegerbalken 34 und die Leiterschicht 28 sind in einem Opfermaterial 32/36 eingebettet, bei dem es sich um PMGI oder ein anderes Material handelt, das wie oben beschrieben nass entfernt wird. Wie in 13 gezeigt wird die Opferschicht 44 zwischen dem Auslegerbalken 34 und der Leiterbahnschicht 28 bereitgestellt. Eine Haube 38 wird über der Struktur zum Bilden einer Kuppelstruktur gebildet. Die Haube 38 kann z. B. aus SiN bestehen. Eine Vielzahl von Öffnungen 40 wird in der Haube 38 mit herkömmlichen Druckverfahren erzeugt.
14 zeigt einen Entfernungsprozess durch Belüftung der Schicht 32/36 (layer vent stripping process) mit nassen Ätzmitteln. Für den Entfernungsprozess können verschiedene Ätzmittel abhängig von dem Opfermaterial 32/36 eingesetzt werden, das zum Erzeugen der MEMS-Strukturen verwendet wird. Beispielsweise zeigt Tabelle 1 die Verwendung verschiedener Ätzmittel, die für die Erfindung in Betracht gezogen werden. Tabelle 1

OPFERMATERIAL NASS-ÄTZMITTEL

PMGI (Polymer) NMP

Cu Schwefelsäure-Peroxid

PVD Si KOH

THCVD SiO₂ oder SOG BHF
15 zeigt einen Trockenätz-Entfernungsprozess und einen Dichtprozess gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung. Genauer gesagt, die Opferschicht 44 wird in einem Trockenätzprozess entfernt, nachdem der Nassätzprazess abgeschlossen ist. Z. B. kann stromabwärtig ein XeF₂-Ätzmittel zum Ablösen des Opfermaterials eingesetzt werden. Alternativ können ein magnetisch gestütztes N₂/H₂- oder O₂- reaktives Ionenätz(MERIE), Plasmaätzen, ein stromabwärtiges O₂- oder O₂/O₃-Ätzverfahren zum Lösen von Poly-(Arylen-)Ether verwendet werden. In jedem Fall legt das Trockenätzmittel den Auslegerbalken frei, wodurch die mit Haftreibung verbundenen Probleme vermieden werden. Eine Haube 42 wird dann auf der Struktur abgeschieden, um die Öffnungen zu schließen (Belüftungslöcher). Die Haube kann z. B. aus SiN-Material bestehen.
16 und 17 zeigen alternative Zwischenstrukturen und zugehörige Verarbeitungsschritte gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung, wobei die Hohlräume mit einer Damascene-Verarbeitung gebildet werden. 18 zeigt eine alternative Endstruktur und zugehörige Verarbeitungsschritte gemäß den Strukturen aus 16 und 17. Insbesondere die Strukturen aus 16 bis 18 zeigen ein MEMS mit ebener Oberfläche oder eine andere aktive Struktur.
Genauer zeigt 16 eine Zwischenstruktur mit einem Opfermaterial 48, die in einem unteren Hohlraum 50a, einem oberen Hohlraum 50b gebildet wird und sich in einer Durchkontaktierung 50c erstreckt, welche die unteren und oberen Hohlräume 50a und 50b verbindet. Die Hohlräume 50a und 50b und die Durchkontaktierung 50c werden mit herkömmlichen lithografischen und Strukturierungsprozessen erzeugt, was dem Fachmann in dem Gebiet klar ist. Bei dem Opfermaterial 48 kann es sich z. B. um Silicium handeln. Die Struktur aus 16 zeigt ferner mehrere Metallisierungsschichten 52, die mit herkömmlichen Lithografie-, Strukturierungs- und Abscheideprozessen gebildet werden. Die Leiterbahnschichten 52 können jedes bekannte Metall oder jede Metalllegierung umfassen und z. B. mit einem Oxid beschichtet sein. In Ausführungsformen werden die unteren und oberen Hohlräume 50a, 50b in ein Oxid oder ein anderes dielektrisches Material 54 eingebettet. Die oberseitige Oberfläche des Oxids oder des anderen dielektrischen Materials 54 wird geebnet, um eine ebene Oberfläche zu erzeugen. Eine Durchkontaktierung 56 wird in der Struktur gebildet, die sich zu dem unteren Hohlraum 50a erstreckt. In Ausführungsformen wird die Durchkontaktierung 56 in einem bestimmten Abstand von dem oberen Hohlraum 50b gebildet.
17 zeigt einen Prozess des Entfernens gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung. Genauer gesagt, das Opfermaterial 48 wird mit einem Ätzmittel entfernt, um einen Hohlraum oder eine Aussparung oder Hohlraum 58 in der Durchkontaktierung 50c und den oberen und unteren Hohlräumen 50a und 50b zu bilden. Das Opfermaterial 48 mit einem Silicium-Ätzmittel wie z. B. XeF₂-Trockenätzen, KOH oder NaOH-Nassätzen entfernt werden.
In 18 wird die Durchkontaktierung 56 mit einem Dielektrikum 56, wie z. B. Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid, z. B. dem Material 60, wie oben beschrieben verschlossen. Das Oxidmaterial 60 kann in der Durchkontaktierung mit CVD, Aufschleudern oder einem anderen Prozess wie oben beschrieben abgeschieden werden. In einem Beispiel beträgt die Nitriddicke 0,8 Mikron, was die Belüftungslöcher von 1 Mikron Durchmesser schließt. Die Oxidbeschichtung wird fern von dem MEMS oder der anderen aktiven Struktur ausgeführt. Ein Nitridmaterial 62 wird z. B. auf dem Oxidmaterial 60 abgeschieden. Das Nitridmaterial 62 kann z. B. mit einem CMP-Prozess geebnet werden. In einer Ausführungsform gehört zu der Nitridabscheidung ein Nitrid-Abscheideprozess von 3 mm bei 400°C.
ENTWICKLUNGSSTRUKTUR
19 zeigt mehrere solcher Entwicklungsstrukturen, darunter eine Eingabe-Entwicklungsstruktur 920, die vorzugsweise von einem Entwicklungsprozess 910 verarbeitet wird. Bei der Entwicklungsstruktur 920 kann es sich auch um eine logische Simulations-Entwicklungsstruktur handeln, die von dem Entwicklungsprozess 910 erzeugt und verarbeitet wird, um eine logisch gleichwertige funktionale Darstellung einer Hardware-Einheit zu erzeugen. Die Entwicklungsstruktur 920 kann auch oder alternativ Daten und/oder Programmanweisungen umfassen, die beim Verarbeiten durch den Entwicklungsprozess 910 eine funktionale Wiedergabe der physischen Struktur einer Hardware-Einheit erzeugen. Zum Darstellen funktionaler und/oder struktureller Ausführungseigenschaften kann die Entwicklungsstruktur 920 unter Verwendung von elektronischer computergestützter Entwicklung (ECAD), realisiert z. B. durch einen Hauptentwickler/Konstrukteur (core developer/designer), erzeugt werden. Wenn die Entwicklungsstruktur 920 auf einer maschinenlesbaren Datenübertragung, einer Gatteranordnung oder einem Speichermedium codiert ist, kann auf die Entwicklungsstruktur 920 durch eines oder mehrere Hardware- und/oder Software-Module zugegriffen werden, und sie kann von diesen in dem Entwicklungsprozess 910 verarbeitet werden, um eine elektronische Komponente, eine Schaltung, ein elektronisches oder logisches Modul, eine Vorrichtung, eine Einheit oder ein wie in den 1 bis 18 gezeigtes System zu simulieren oder anderweitig funktional darzustellen. Die Entwicklungsstruktur 920 kann Dateien oder Datenstrukturen umfassen, die menschlichen und/oder maschinenlesbaren Quellcode, kompilierte Strukturen und/oder computerausführbare Codestrukturen enthalten, die, wenn sie von einem Entwicklungs- oder Simulations-Datenverarbeitungssystem verarbeitet werden, Schaltungen oder andere Ebenen von Hardware-Logikgestaltung funktional simulieren oder anderweitig wiedergeben. Zu solchen Datenstrukturen können Entwicklungseinheiten für Hardware-Beschreibungssprache (HDL) oder andere Datenstrukturen gehören, die mit nachrangigen HDL-Entwicklungssprachen wie z. B. Verilog und VHDL und/oder übergeordneten Entwicklungssprachen wie z. B. C oder C++ verträglich sind oder diesen entsprechen.
Der Entwicklungsprozess 910 verwendet vorzugsweise Hardware und/oder Softwaremodule zum Zusammensetzen, Übersetzen und anderweitigen Verarbeiten eines funktionalen Entwicklungs-/Simulations-Äquivalents der Komponenten, Schaltungen, Einheiten oder Logikstrukturen, wie in 1 bis 18 gezeigt, um eine Netzliste 980 zu erzeugen, die Entwicklungsstrukturen wie z. B. die Entwicklungsstruktur 920 enthalten kann. Die Netzliste 980 kann z. B. kompilierte oder anderweitig verarbeitete Datenstrukturen umfassen, die eine Liste von Leitungen, diskrete Komponenten, Logikgattern, Steuerschaltungen, E/A-Einheiten, Modellen, usw. wiedergeben, die die Verbindungen mit anderen Elementen und Schaltungen in einem integrierten Schaltungsentwicklung beschreiben. Die Netzliste 980 kann unter Verwendung eines iterativen Prozesses zusammengesetzt werden (synthesized), worin die Netzliste 980 abhängig von den Entwicklungsvorgaben und -Parametern für die Einheit einmal oder mehrmals neu zusammengesetzt wird. Wie bei anderen hier beschriebenen Arten von Entwicklungsstrukturen kann die Netzliste 980 auf einem maschinenlesbaren Datenspeichermedium aufgezeichnet oder in eine programmierbare Gatteranordnung programmiert werden. Bei dem Medium kann es sich um ein nichtflüchtiges Speichermedium wie z. B. eine magnetisches oder optisches Plattenlaufwerk, eine programmierbare Gatteranordnung, ein Kompakt-Flash oder einen anderen Flash-Speicher handeln. Des Weiteren oder alternativ kann es sich bei dem Medium um ein System oder einen Cache-Speicher, um Pufferspeicher oder elektrisch oder optisch leitfähige Einheiten und Materialien handeln, auf denen Datenpakete über das Internet oder andere für ein Netzwerk geeignete Mittel übertragen und zwischengespeichert werden.
Der Entwicklungsprozess 910 kann Hardware- und Softwaremodule zum Verarbeiten einer Vielzahl von Arten von Eingabe-Datenstrukturen einschließlich der Netzliste 980 enthalten.
Solche Datenstrukturtypen können z. B. in den Bibliothekselementen 930 vorhanden sein und eine Menge von gemeinsam genutzten Elementen, Schaltungen und Einheiten einschließlich Modellen, Layouts und symbolischen Darstellungen für eine gegebene-Herstellungstechnik (z. B. verschiedene Technologieknoten, 32 nm, 45 nm, 90 nm, usw.) enthalten. Die Datenstrukturarten können ferner Entwicklungsvorgaben 940, Eigenschaftsdaten 950, Überprüfungsdaten 960, Entwicklungsvorschriften 970 und Prüfdaten-Dateien 985 enthalten, zu denen Eingabe-Prüfmuster, Ausgabe-Prüfergebnisse und andere Prüfdaten gehören können. Der Entwicklungsprozess 910 kann ferner z. B. mechanische Standard-Entwicklungsprozesse wie z. B. Belastungsanalyse, Wärmeanalyse, mechanische Vorgangsanalyse, Prozesssimulation für Operationen wie Gießen, Spritzguss, Pressformen usw. umfassen. Jeder Fachmann in dem Gebiet der mechanischen Entwicklung wird den Umfang der möglichen mechanischen Entwicklungswerkzeuge und Anwendungen erkennen, die in dem Entwicklungsprozess 910 verwendet werden, ohne den Umfang und Gedanken der Erfindung zu verlassen. Der Entwicklungsprozess 910 kann auch Module zum Ausführen von Standardprozessen der Schaltungsentwicklung wie z. B. Zeitanalyse, Prüfen, Entwicklungsvorschriften-Prüfung, Platzierungs- und Leitoperationen usw. umfassen.
Der Entwicklungsprozess 910 verwendet und nimmt logische und physische Entwicklungswerkzeuge auf, wie z. B. HDL-Compiler und Simulationswerkzeuge zur Modellbildung, um die Entwicklungsstruktur 920 zusammen mit einigen oder allen der dargestellten unterstützenden Datenstrukturen ggf. mit beliebigen weiteren mechanischen Konstruktionen oder Daten zu verarbeiten, um eine zweite Entwicklungsstruktur 990 zu erzeugen. Die Entwicklungsstruktur 990 befindet sich auf einem Speichermedium oder einer programmierbaren Gatteranordnung in einem Datenformat, das für den Datenaustausch von mechanischen Einheiten und Strukturen verwendet wird (z. B. Daten, die in IGES, DXF, Parasolid XT, JT, DRG oder einem anderen zum Speichern oder Wiedergeben solcher mechanischer Entwicklungsstrukturen geeigneten Format gespeichert sind). Ähnlich wie die Entwicklungsstruktur 920 umfasst die Entwicklungsstruktur 990 vorzugsweise eine oder mehrere Dateien, Datenstrukturen oder andere computerverschlüsselte Daten oder Befehle, die sich in Datenübertragungs- oder Datenspeichermedien befinden und, wenn sie von einem ECAD-System verarbeitet werden, eine logisch oder anderweitig funktional gleichwertige Form einer oder mehrerer Ausführungsformen der in den 1 bis 18 gezeigten Erfindung erzeugen. In einer Ausführungsform kann die Entwicklungsstruktur 990 ein übersetztes ausführbares HDL-Simulationsmodell umfassen, das die in den 1 bis 18 gezeigten Ausführungsformen funktional simuliert.
Die Entwicklungsstruktur 990 kann auch ein Datenformat, das zum Austausch von Layout-Daten der integrierten Schaltungen genutzt wird, und/oder ein symbolisches Datenformat verwenden (z. B. Daten, die in GDSII (GDS2), GL1, OASIS, Abbildungsdateien oder jedem anderen zum Speichern solcher Entwicklungs-Datenstrukturen geeigneten Format gespeichert sind). Die Entwicklungsstruktur 990 kann Daten wie z. B. symbolische Daten, Abbildungsdateien, Prüfdaten-Dateien, Entwicklungsinhalts-Dateien, Herstellungsdaten, Layout-Parameter, Leitungs-, Metallisierungsebenen-, Durchkontaktierungs-, Formdaten, Daten zum Durchlaufen der Fertigungsstraße und alle anderen Daten, die von einem Hersteller oder anderen Konstrukteure/Entwickler zum Fertigen einer oben beschriebenen und in den 1 bis 18 gezeigten Einheit oder Struktur benötigt werden. Die Entwicklungsstruktur 990 kann dann weiter zu einer Station 995 fortschreiten, wo die Entwicklungsstruktur 990 z. B.: an die Fertigung abgegeben, zur Herstellung freigegeben, an eine Maskierungs-Einrichtung gebracht, einen anderen Entwicklungseinrichtung oder zurück an den Kunden geschickt wird, usw.
Die oben beschriebenen Verfahren werden in der Herstellung integrierter Schaltungs-Chips verwendet. Die daraus entstehenden integrierten Schaltungs-Chips können von dem Hersteller in einer Rohwafer-Form (dabei handelt es sich um einen einzelnen Wafer, der mehrere Chips ohne Gehäuse (unpackaged chips) enthält), als ein bloßer Chip (Die) oder in mit Gehäuse versehener Form vertrieben werden. In dem letzten Fall ist der Chip in einem Einzelchip-Gehäuse (wie z. B. ein Plastikträger mit Leitungen, die mit einer Hauptplatine (motherboard) oder einem anderen Träger auf höherer Ebene verbunden sind) oder in einem Multichip-Gehäuse (wie z. B. einem keramischen Träger, der Oberflächen- bzw. verborgene Verbindungen aufweist) untergebracht. In jedem Fall wird der Chip dann mit anderen Chips, diskreten Schaltungselementen und/oder anderen Signalverarbeitungseinheiten als Teil eines (a) Zwischenprodukts wie z. B. einer Hauptplatine oder (b) einem Endprodukt verknüpft. Bei dem Endprodukt kann es sich um jedes Produkt handeln, das integrierte Schaltungs-Chips enthält.
Die hier verwendete Fachsprache dient nur dem Zweck der Beschreibung der jeweiligen Ausführungsformen und darf nicht als einschränkend für die Erfindung ausgelegt werden. Die hier verwendeten Einzahlformen „ein” und „das” sollen auch die Mehrzahlformen einschließen, wenn nicht der Zusammenhang eindeutig Anderes festlegt. Es ist ferner selbstverständlich, dass die Begriffe „umfasst” und/oder „umfassend”, wie sie in dieser Beschreibung vorkommen, die Anwesenheit bestimmter Eigenschaften, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angibt, aber nicht die Anwesenheit oder das Hinzufügen einer oder mehrerer anderen Eigenschaften, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen daraus ausschließt.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Vorgänge und Gleichwertiges aller Mittel oder ggf. aller Schritt-plus-Funktions-Elemente in den folgenden Ansprüchen sollen alle Strukturen, Materialien oder einen Vorgang zum Durchführen der Funktion in Verknüpfung mit anderen beanspruchten Elementen in der bestimmten beanspruchten Form einschließen. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgestellt, darf aber nicht als erschöpfend oder für die Erfindung einschränkend auf die beschriebene Form ausgelegt werden. Viele Modifikationen und Veränderungen wird der Fachmann in dem Gebiet erkennen, ohne vom Umfang und Gedanken der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundgedanken der Erfindung und der praktischen Anwendung am besten zu erklären und anderen Fachleuten das Verstehen der Erfindung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen, die für die besondere vorgesehene Verwendung geeignet sind, zu ermöglichen.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Struktur, das Folgendes umfasst: Bilden wenigstens eines Vorsprungs aus Opfermaterial auf einer Seite einer Schalteinheit, die von dem Opfermaterial umgeben ist; Abscheiden einer Deckschicht über der Schalteinheit und des wenigstens einen Vorsprungs; Entfernen der Opfermaterials durch wenigstens eine Öffnung, die in der Deckschicht auf dem wenigstens einen Vorsprung gebildet wird, die sich an der Seite der Schalteinheit befindet; und Verschließen der wenigstens einen Öffnung mit weiterem Material.
Verfahren aus Anspruch 1, wobei das Opfermaterial der wenigstens einen Vorsprung auf eine Höhe etwa der unterseitigen Oberfläche eines Auslegerbalkens, der eine obere Struktur auf der Schalteinheit bildet, abgeschieden wird.
Verfahren aus Anspruch 1, wobei das Opfermaterial, das die wenigstens einen Vorsprung bildet, auf eine geringere Höhe als eine unterseitige Oberfläche eines Auslegerbalkens abgeschieden wird, der eine obere Struktur auf der Schalteinheit bildet.
Verfahren aus Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Öffnung genau über dem wenigstens einen Vorsprung ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Öffnung relativ zu dem wenigstens einen Vorsprung verschoben angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Öffnung auf einer Seite des wenigstens einen Vorsprungs gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Opfermaterial um Silicium handelt und das Entfernen mit XeF₂-Gas ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Opfermaterial um PMGI handelt und das Entfernen mit Lösern auf der Grundlage von N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) und/oder Dimethylsulfoxid (DMSO) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Opfermaterial, das den wenigstens einen Vorsprung bildet, gleichzeitig mit dem Abscheiden des Opfermaterials, das einen unteren Abschnitt der Schalteinheit umgibt, abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Opfermaterial, das den wenigstens einen Vorsprung bildet, gleichzeitig mit dem Abscheiden des Opfermaterials, das einen oberen Abschnitt der Schalteinheit umgibt, abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verschließen der wenigstens einen Öffnung mit zusätzlichem Material die Materialschwankungen des Auslegerbalkens, der einen Abschnitt der Schalteinheit bildet, beseitigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Deckschicht und die Zusatzschicht aus dielektrischem Material bestehen.
Herstellungsverfahren für einen MEMS-schalte, das Folgendes umfasst: Bilden von MEMS-Strukturen in einem oberen und einem unteren Hohlraum, die über eine Durchkontaktierung verbunden und vorübergehend mit einem Opfermaterial ausgefüllt sind. Erzeugen einer dielektrischen Schicht, die Abschnitte des unteren und oberen Hohlraums und über den MEMS-Strukturen umgeben; Öffnen eines Belüftungslochs in der dielektrischen Schicht auf einer Seite der MEMS-Strukturen über dem unteren Hohlraum; Entfernen des Opfermaterials mit einem Trocken- oder Nassätzmittel, um einen Hohlraum um die MEMS-Strukturen zu bilden; und Verschließen des Belüftungslochs mit einem Deckmaterial.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner Folgendes umfasst: Bilden wenigstens eines Vorsprungs auf einer Seite der MEMS-Strukturen, wobei die wenigstens eine Stufe aus dem Opfermaterial gebildet wird; Erzeugen einer Deckschicht über dem wenigstens einen Vorsprung, wobei sich das Belüftungsloch in der Deckschicht auf dem wenigstens einen Vorsprung befindet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine untere Schicht des Opfermaterials eine Kontaktelektrode und eine Betätigungselektrode der MEMS-Strukturen umgibt und zugleich den wenigstens einen Vorsprung bildet.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die untere Schicht des Opfermaterials, die die Kontaktelektrode und die Betätigungselektrode umgibt, nicht gleichzeitig mit dem wenigstens einen Vorsprung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Belüftungsloch entweder genau über dem wenigstens einen Vorsprung ausgerichtet oder relativ zu dem wenigstens einen Vorsprung verschoben ist und auf einer Seite des wenigstens einen Vorsprungs gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Eines von Folgendem gilt: bei dem Opfermaterial handelt es sich um Silicium, und das Entfernen wird mit XeF₂-Gas ausgeführt; und bei dem Opfermaterial handelt es sich um PMGI und das Entfernen wird mit Lösern auf der Grundlage von N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) und/oder Dimethylsulfoxid (DMSO) durchgeführt.
Verfahren zum Erzeugen einer Struktur, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausführen eines Nass-Ätzprozesses zum Entfernen von Opfermaterial, das einen unteren und einen oberen Abschnitt einer aktiven Einheit umgibt, die in einer Kuppelstruktur ausgebildet ist; und Ausführen eines Trocken-Ätzprozesses zum Entfernen einer Lage einer dünnen Opferschicht, die auf einer unteren Metallschicht der aktiven Einheit abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei es sich bei der Opferschicht, die auf der unteren Metallschicht abgeschieden wird, um eine Silicium-Opferschicht oder Poly-Arylenether handelt.
MEMS-Struktur, die Folgendes umfasst: eine untere Betätigungselektrode und eine untere Kontaktelektrode in einem bestimmten Abstand von der unteren Betätigungselektrode; einen Auslegerbalken, der über der unteren Betätigungselektrode und der unteren Kontaktelektrode angeordnet ist; und eine Deckschicht, die die untere Betätigungselektrode, die untere Kontaktelektrode und den Auslegerbalken luftdicht abschließt, wobei die Deckschicht einen abgedichteten Bereich auf einer Seite der unteren Kontaktelektrode in einem bestimmten Abstand von der unteren Betätigungselektrode und einem Endabschnitt des Auslegerbalkens aufweist.
Struktur nach Anspruch 21, wobei der Auslegerbalken keinen Belastungen durch Schwankungen des Dichtmaterials ausgesetzt ist, das zum Verschließen der Deckschicht verwendet wird.
Entwicklungsstruktur, enthalten auf einem maschinenlesbaren Medium zum Entwickeln, Herstellen oder Prüfen einer integrierten Schaltung, wobei die Entwicklungsstruktur das Folgende umfasst: Bilden des wenigstens einen Vorsprungs aus Opfermaterial auf einer Seite einer Schalteinheit, die von dem Opfermaterial umgeben ist; Entfernen des Opfermaterials durch wenigstens eine Öffnung, die auf dem wenigstens einen Vorsprung an der Seite der Schalteinheit gebildet wird; und Verschließen der wenigstens einen Öffnung mit einem Deckmaterial;
Entwicklungsstruktur nach Anspruch 23, wobei die Entwicklungsstruktur eine Netzliste umfasst und sich in einer programmierbaren Gatteranordnung befindet.
Entwicklungsstruktur aus Anspruch 22, wobei sich die Entwicklungsstruktur auf einem Speichermedium als ein Datenformat befindet, das für den Austausch von Layout-Daten integrierter Schaltungen genutzt wird.