JP4081012B2 - Ｃｍｏｓ適合性基板上にマイクロ電気機械スイッチを作製する方法 - Google Patents
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Description
本発明は一般に、マイクロ電気機械スイッチ（ＭＥＭＳ）の作製に関し、特に、現況技術の半導体作製プロセスに統合することができるＭＥＭＳの製造に関する。
切換動作は、数多くの電気的、機械的および電気機械的な応用分野の基礎の１つである。ここ数年の間に、ＭＥＭスイッチが大きな関心を集めるようになり、ＭＥＭＳ技術を用いた製品が、生体医用システム、航空宇宙システムおよび通信システムで広く用いられている。
従来のＭＥＭＳでは、通常、例えばマクミラン（McMillan）他の米国特許第６１６０２３０号、フェング（Feng）他の米国特許第６１４３９９７号、カレー（Carley）他の米国特許第５９７０３１５号、タム（Tham）他の米国特許第５８８０９２１号などに記載されるように、カンチレバー・スイッチ、メンブレン・スイッチおよび同調可能コンデンサ構造を利用する。ＭＥＭＳデバイスは、マイクロ電気機械技術を用いて製造され、電気的信号、機械的信号または光学的信号の流れを制御するために使用される。しかし、このようなデバイスは、その構造および本質的な材料の特性により従来の半導体加工とは別のラインで製造しなければならないので、多くの問題がある。これは通常、異なる材料および処理が相互に適合性がなく、そのために標準的な半導体作製処理に統合できないことによる。
金など、ＭＥＭＳの製造で通常使用される材料を使用すると、デバイスを直接オンチップ・アプリケーションに統合する上で明らかな問題が生じる。文献に広く見られるポリシリコンを用いても、温度サイクル、ならびに実際の半導体デバイスを作製する前工程（ＦＥＯＬ）のツールと相互接続金属を加工する後工程（ＢＥＯＬ）との間によく見られる分離による問題が生じる。通常は、能動デバイスの金属汚染を防止するために、これら２つのセットが一方から他方へのプロセスのクロスオーバを有することはできない。したがって、後工程でポリシリコンの堆積が起こる可能性は低い。
ほとんどの既存のプロセスには、標準的な金属被覆を使用することによって、金属を保護するためのカプセル化が行われないという深刻な欠点がある。さらに、複数の基板を使用することが多く、それに伴う固有の欠点もある。
その他の既存の技術は、構造の上部において切換機能を提供するだけであるので、本発明で以下に述べるようにあらゆるレベルで統合を実現できる可能性が低い。
したがって、従来のＢＥＯＬまたは相互接続レベルと共に、またはその付加モジュールとしてデバイスを製造することができるように完全に統合できる処理と結びついた既成のＢＥＯＬ材料を使用して、ＭＥＭＳデバイスを提供することができるプロセスが必要とされている。
本発明がよりよく理解されるように、変形可能なはり１の両端が誘電体４内に固定されたＭＥＭスイッチの断面図である図１を参照して、従来のＭＥＭスイッチについて述べる。最下レベルは、導電性エレメント２、２ａおよび３を含む誘電体材料５からなり、これらのエレメントは、後にデバイスの様々な電気部分を接続または形成するために使用される。参照番号２および２ａで示す導体は、はりを変形させる動作電位を提供するために使用される。信号を伝える導体３は、動作中にはりに接続される。
図２は、図１と同じ従来技術のＭＥＭデバイスの平面図である。通常の実施態様では、変形可能なはり１は、例えばＳｉＯ２などの誘電体の上にポリシリコンを重ねて形成され、その周囲の材料をエッチングで除去して、隆起した構造、すなわち、その前に形成した、またはそれ自体はポリシリコン製である導体の上に架かるはりが残るようにする。その後、このデバイスに、ポリシリコンに付着して導電性エレメント１、２、２ａおよび３を形成する、通常は金の無電解めっきを施す。このスイッチは、はりと電極２および２ａとの間に電位差を発生させることにより動作する。この電圧により、はり１を引き寄せて電極３と接触させてスイッチを閉じる静電引力が生じる。
これらは全て、通常は、従来の半導体デバイスと比較して大きなトポグラフィを有する隆起構造であることに留意されたい。これにより、これらのデバイスは、半導体チップ作製プロセスに統合することが実質的に不可能となる。これらのデバイスは、通常は、表面微細加工技術を用いて作製される。表面微細加工技術は、フォトレジストの上またはシリコンなどの基板の上にデバイスを構築し、その後デバイスの下の基板の一部分を基板の裏側から除去することを含むので、やはり標準的な半導体処理と統合することができなくなる。
図３は、はり１の一端のみが誘電層４内に固定された、別のタイプの従来のＭＥＭスイッチを示す断面図である。その他全ての部分は図１で述べたのと同様に動作する。図３に示す対応するデバイスの上面図である図４についても同じことが言える。この後者の場合、スイッチは、はり１と制御電極２の間に電圧を印加することによって動作する。これにより、はりは下方に引かれて信号電極３と接触する。電圧が降下すると、はり１は元の位置に戻る。
通常は、はりと制御電極の間の隙間によって、はりを引き下げるのに必要な電圧は実質的に決定される。ほとんどの文献には、１マイクロメートルから数マイクロメートルの範囲の隙間を有するデバイスが記載されている。これらの隙間は大きく、したがって、必要な電圧も大部分の民生用アプリケーションで望ましい電圧より高くなる。報告されている活動化電圧は、約３０ボルトから７５ボルトの範囲である。これは、通常３から５ボルトで動作する携帯電話などのアプリケーションにとっては高すぎる。本発明の構造は、２００オングストロームから数千オングストロームの範囲の隙間で動作し、活動化電圧が５ボルト以下のスイッチをもたらす。
前述の例示的なスイッチ構成は、当技術分野で既知の多くの可能な構造の一部に過ぎない。ＭＥＭスイッチは、複数のはりを様々な組合せで配線した形で構成することもできることに留意されたい。
スティクションは、ＭＥＭＳデバイスにおける主要な関心事である。スティクションは、接触している２つ以上の表面が離れる際に何らかの損傷をデバイスに与えることとして定義される。衝突がこの現象の主原因である。本発明では、少なくとも１実施形態で、図２０を参照して詳細に述べるように、スイッチが閉じたときに空気ギャップ２００を形成することによってこの問題に対処する。表面張力も、もう１つのスティクションの主な原因と考えられている。これが、本発明で、可動部分の解放およびその後の処理にドライ・エッチングおよびドライ処理を利用する理由である。
米国特許第６１６０２３０号
米国特許第６１４３９９７号
米国特許第５９７０３１５号
米国特許第５８８０９２１号
ジョシ（A.Joshi）およびニマガッダ（R.Nimmagadda）、「酸素プラズマ中のダイヤモンド膜とグラファイトのエロージョン（Erosionof diamond films and graphite in oxygen plasma）」、材料研究学会（Materials ResearchSociety）、ジャーナル・オブ・マテリアルズ・リサーチ（Journal of Materials Research）、Ｖｏｌ．６、Ｎｏ．７、１４８４ページ、１９９６年
したがって、本発明の目的は、ＣＭＯＳウェハ、バイポーラ・ウェハまたはＢｉＣＭＯＳウェハ内に完全に一体化されるＭＥＭスイッチおよびその他の同様の構造を構築することである。
別の目的は、改変したダマシン・プロセスを用いてＭＥＭスイッチおよびその他の同様の構造を製造することである。
別の目的は、保護用のバリヤ材料内にカプセル化した銅を利用するＭＥＭスイッチおよびその他の同様の構造を構築することである。
別の目的は、カプセル化をＢＥＯＬの銅と、このプロセスに適した温度で確実に統合できるようにすることである。
本発明では、適合性のあるプロセスおよび材料を用いて従来の半導体相互接続レベルと一体化されたＭＥＭＳスイッチを作製する方法を提供することによって、上記その他の目的に対処する。
本明細書に記載の本発明は、接点切換に使用される様々な構成または金属／誘電体／金属スイッチあるいはその両方を製造するのに適した容量性スイッチを作製する方法を提供する。
好ましい実施形態では、このプロセスは、誘電体内に埋め込まれた金属導体で構成された銅ダマシン（copper damascene）相互接続層から始まる。銅相互接続の全体または一部分を、スイッチが閉じたときに容量性空気ギャップが形成され、さらに望ましい場合にはＴａ／ＴａＮ製の保護層のための空間が確保される程度に凹ませる。スイッチによって特定される領域内に画定される金属構造は、アクチュエータ電極として機能し、可動導電性はりを引き下げ、切換信号が流れる１つまたは複数の経路を提供する。このような空気ギャップの利点は、誘電体（空気）が、信頼性および電圧ドリフトの問題を引き起こす電荷の蓄積または捕捉を行わないことである。
本発明は、二酸化ケイ素や窒化ケイ素など、任意数の誘電体材料を用いて実施することができ、これらの材料は全て、下側電極と容量性スイッチの変形可能なはりとの間に配置することができるので有利である。
ギャップを形成するために電極を凹ませる代わりに、電極の周囲または電極の上、あるいはその両方に誘電体を付加するだけでもよい。その後、第２の誘電層を、下側電極と可動はりの間に形成するギャップの所望の厚さまで堆積させる。第２の誘電層を貫通するようにバイアを形成し、前述の金属相互接続層と、可動はりを含む次の金属層との間の接続をもたらす。次いで、バイアを含む層をパターン形成およびエッチングして、下側活動化電極および信号経路を含む空洞領域を形成する。次いで、この空洞を犠牲リリース材料（release material）で埋め戻す。この犠牲リリース材料は、好ましくはＳｉＬＫであり、γ−ブチロラクトン、Ｂステージ高分子、およびメシチレンからなる高分子樹脂の形態の半導体誘電体である。次いで、このリリース材料を、誘電体の上部と面一になるように好ましくは化学機械研磨（ＣＭＰ）でほぼ平坦にする。空洞領域を画定するために使用したのと同じマスクを反対極性のフォトレジストを用いて再度イメージングし、その後上面からリリース材料をエッチングで除去して、空洞が形成された誘電体とほぼ面一にすることによって、リリース材料を平坦化することもできる。これにより、はり層をその上に構築できる平坦な表面が形成される。
可動はりを含む層は、標準的なＣＭＯＳデバイスの作製に通常使用されるその他の相互接続層と同様である。はり構造は、それより先に画定された空洞領域を部分的にまたは完全に横切って延び、スイッチの動作中に所望の電気接続を提供するようになっていることが好ましい。可動はりに孔を形成することができることにも留意されたい。これらの孔は、最初は、はりを含む層を形成するのと同じ誘電体で充填されている。その後、はりの中に存在するこれらの誘電体領域をエッチングで除去し、はりの下にある犠牲材料へのより大きなアクセスを提供して、リリース・プロセスの助けとなるようにする。次に、空洞領域のパターンまたはこのパターンの一部を画定し、はりの孔を通る領域も含めてはりの周囲の誘電体材料を除去し、その下にあるリリース材料へのアクセスを提供する。この時点で、リリース材料を除去することができる。これで、空洞領域の上に架かるスイッチは、完全に機能できる状態となる。
本発明の前述その他の目的、態様および利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の詳細な説明を添付の図面を参照して読めば、よりよく理解できるであろう。
この主要な実施形態は、ＣＭＯＳ、バイポーラ、ＢｉＣＭＯＳまたはその他の一般的な半導体チップの標準的なプロセスに完全に組み込むことができる方法でＭＥＭＳデバイスを構築することを教示するものである。
図５は、最初の構造、すなわち銅ダマシン相互接続層を示す図である。この層の下で、ＦＥＴやＮＰＮトランジスタ、ＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ）、抵抗器などのデバイスを、シリコン基板、あるいは好ましくはＳｉＯ２製の低損失基板上に配置することができる。これは、ＳｉＯ２製であることが好ましい誘電層２０に埋め込んだ銅線３０、４０および５０からなる。参照番号３０で示す領域は、誘電層１００に埋め込んだバイア１１０の受け金属（landing metal）である。参照番号４０で示す金属はアクチュエータまたは制御電極となり、金属５０は信号電極である。この金属の厚さは、通常は３０００から５０００オングストローム程度であるが、この範囲に限定されるわけではない。誘電層１５０内に形成されるはり１６０は、両端を固定した状態で示してある。はりの中心は、空洞１２０の上で垂直方向に動くようになっている（図２０参照）。
さらに図５を参照すると、図示の導線３０、４０および５０の上面６０は、スティクションができるだけ小さくなるように凹部になっている。これはウェット・エッチングで行うことが好ましいが、その他の手段でもよい。凹みの程度は所望の最終的な構造によって決まる。好ましい実施形態では、酢酸および過酸化水素の希釈溶液からなるウェット・エッチング液を一般に使用する。銅は、約８００オングストロームの深さまでエッチングすることが好ましい。
図６は、図５に示すＭＥＭＳデバイスの上面図である。空洞１２０の上に掛けられたはり１６０は、複数の孔１７５を有するものとして示してある。これらの孔については、プロセスの説明（図９〜１９）の際により詳細に述べる。これらの孔は、空洞１２０を構築するときに犠牲材料の除去を容易にするのに役立つ。
図７は、スイッチの一端のみが固定された、別のタイプのＭＥＭＳデバイスの断面図である。図５の場合と同様に、導線３０、４０および５０は誘電層２０内に形成されるが、バイア１１０は誘電層１００内に形成される。はり１６０は一端が浮いた状態なので、空洞１２０の上で垂直方向に自由に動くことができる。
図８は、図７に示すＭＥＭＳデバイスに対応する上面図である。この場合も、可動はり１６０には孔１７５が形成されている。
次に、図５〜６および図７〜８に示すＭＥＭＳスイッチの構築に使用されるプロセスについて詳細に述べる。
図９を参照すると、誘電層２０内に形成された導線３０、４０および５０が示してある。配線の上面は、誘電層２０の上面とほぼ面一である。
次に図１０を参照すると、配線の上面６０は誘電層２０の上面より凹んでいる。金属を凹ませる１つの方法は、所望の深さを実現するのに必要な時間だけ当該金属に対して有効なウェット・エッチングを用いるものである。例えば、好ましい実施形態では、水、酢酸および過酸化水素（それぞれ３リットル、１５ｍｌ、９ｍｌ）からなる溶液を２．５分間用いて、６００から８００オングストロームの深さを実現する。
次に図１１を参照すると、バリヤ材料７０の層を堆積させて、銅をその後の処理から保護するためにカプセル化してある。好ましい実施形態では、厚さ１００オングストロームのＴａ層を堆積させ、その後、厚さ４００オングストロームのＴａＮを堆積させる。別法として、バリヤ層は、誘電体で構成する、または任意数のその他の適当な金属バリヤで構成することもできる。
図１２は、誘電層２０の最上面８０からバリヤ７０を除去した結果を示している。これを実施するには、化学機械研磨（ＣＭＰ）が最適である。これで、バリヤ材料７５は凹部領域のみに残る。ＣＭＰプロセスは誘電層２０の一部も腐食させることがあるので、スイッチが閉じたときに適当な隙間２００を維持したい場合には、誘電体の腐食を最小限に抑えるように注意しなければならない。ＣＭＰプロセスが完了すると、誘電層２０の上面８ ０からバリヤ７５までの深さは約２００オングストロームとなる。これは、容量性スイッチの最終的な隙間を形成するためにカスタマイズすることができる。
導体をカプセル化する別の方法は、導体を画定したのと同じマスクを用いて、ただし反対の極性のフォトレジストを用いてブランケット・バリヤ７０にパターン形成し、バリヤ層を最上面からエッチングすることである。
図５から図８のいずれかを参照して、この好ましい実施形態の変形形態では、凹部または堆積部あるいはその両方を改変して、平坦なまたは隆起した金属接点を実現し、金属／金属接点スイッチまたは金属／絶縁体／金属スイッチを作製することもできる。金属接点スイッチの場合には、１つまたは複数の下側電極、特に下側電極５０を、誘電層２０とほぼ面一になるレベル、または誘電層２０の表面より若干隆起したレベルまでカプセル化することができる。この構成では、スイッチが閉じたときに、信号電極５０とはり１６０の間に直接的な金属／金属接触が形成される。同様に、誘電率の高いものであることが好ましい誘電体材料で下側電極をカプセル化して、金属／絶縁体／金属スイッチを構築することができる。これにより、接触領域の減少という利点のない好ましい空気ギャップ・スイッチと同様の容量性スイッチが得られる。
次に図１３を参照すると、もう１つの誘電層１００を付加した状態が示してあり、この誘電層１００内に、標準的な加工技術を用いてバイアが作製されている。誘電層１００の厚さは、下側電極と後に形成する上部はりとの間の必要な間隔によって決まる。好ましい実施形態では、誘電層１００の厚さは約１０００オングストロームである。バイア１１０は、標準的なダマシン加工によってパターン形成し、エッチングし、充填し、平坦化したものである。
図１４は、誘電層１００にエッチングで形成した空洞１２０を示す。この空洞は、従来のフォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて作製する。下側電極９０の元の構造が確実に保存されるように、すなわち、下側誘電層の表面８０と凹部金属７５の間の関係が変わらないように注意しなければならない。金属／金属または金属／絶縁体／金属タイプのＭＥＭＳデバイスを構築するときには、この関係は重要ではない。
図１５は、ＳｉＬＫやＤＬＣなどの犠牲材料１３０（リリース材料１００Ａ）を付加した後の構造を示す図である。（SiLKは、DowChemical社製の半導体誘電体である。）この材料は、Porous
SiLKの名称で知られる製品の様々な調合物を含む。これは、γ−ブチロラクトン、Ｂステージ高分子、およびメシチレンからなる高分子樹脂である。優先的に用いられる別の材料は、前述のＤＬＣやダイヤモンド状炭素である。ダイヤモンド状炭素は、コーティングを含む炭素原子の一部がダイヤモンドと同様の結合をし、多くの点でダイヤモンドに似ている無定形炭素である。同様の方法で揮発させることができるその他の有機材料について述べる。ダイヤモンド状炭素は、エネルギー・ボンバードメント状態で炭素を堆積させると生成される。高温と高圧が瞬間的に局在することにより、炭素原子の一部がダイヤモンドのように結合することになる。これらの条件は、プラズマ化学蒸着（ＰＡＣＶＤ）で得られる。堆積は、アセチレンなどの炭素含有ガスを導入して高エネルギー炭素イオンを生じることによって行う。これらの材料は、曝露される酸化性材料がない場合には、酸素プラズマ曝露によって除去することができる。有機材料の除去中に曝露される酸化性材料がある場合には、Ｈ２／ＣＯ２／ＣＯ／Ｎ２型プラズマ除去を使用する。これらのガス混合物は、反応性イオンエッチング処理の当業者には分かるであろう。最後に、誘電層１００の上面とほぼ一致する程度までこの構造を平坦化する。
SiLKの名称で知られる製品の様々な調合物を含む。これは、γ−ブチロラクトン、Ｂステージ高分子、およびメシチレンからなる高分子樹脂である。優先的に用いられる別の材料は、前述のＤＬＣやダイヤモンド状炭素である。ダイヤモンド状炭素は、コーティングを含む炭素原子の一部がダイヤモンドと同様の結合をし、多くの点でダイヤモンドに似ている無定形炭素である。同様の方法で揮発させることができるその他の有機材料について述べる。ダイヤモンド状炭素は、エネルギー・ボンバードメント状態で炭素を堆積させると生成される。高温と高圧が瞬間的に局在することにより、炭素原子の一部がダイヤモンドのように結合することになる。これらの条件は、プラズマ化学蒸着（ＰＡＣＶＤ）で得られる。堆積は、アセチレンなどの炭素含有ガスを導入して高エネルギー炭素イオンを生じることによって行う。これらの材料は、曝露される酸化性材料がない場合には、酸素プラズマ曝露によって除去することができる。有機材料の除去中に曝露される酸化性材料がある場合には、Ｈ２／ＣＯ２／ＣＯ／Ｎ２型プラズマ除去を使用する。これらのガス混合物は、反応性イオンエッチング処理の当業者には分かるであろう。最後に、誘電層１００の上面とほぼ一致する程度までこの構造を平坦化する。
図１６に示す本発明の別の実施形態では、誘電層１００全体を、ＳｉＬＫなどのリリース材料１００Ａで構成する。これにより、図２７および図２８に示すように排気する領域を後から画定することができるので、底部空洞１２０（図５参照）を形成するステップをなくすことができる。空洞の縁部は、リリース材料を横方向に除去することによって画定される。この材料は、その材料を分解する酸素プラズマまたは水素プラズマに曝露することによってリリースされる。さらなる詳細は、材料研究学会（Materials
Research Society）のジャーナル・オブ・マテリアルズ・リサーチ（Journal ofMaterials
Research）Ｖｏｌ．６、Ｎｏ．７、１４８４ページ、１９９６年、に発表された、ジョシ（A.Joshi）およびニマガッダ（R.Nimmagadda）による「酸素プラズマ中のダイヤモンド膜とグラファイトのエロージョン（Erosionof diamond films and graphite in oxygen plasma）」と題する論文に見ることができる。
Research Society）のジャーナル・オブ・マテリアルズ・リサーチ（Journal ofMaterials
Research）Ｖｏｌ．６、Ｎｏ．７、１４８４ページ、１９９６年、に発表された、ジョシ（A.Joshi）およびニマガッダ（R.Nimmagadda）による「酸素プラズマ中のダイヤモンド膜とグラファイトのエロージョン（Erosionof diamond films and graphite in oxygen plasma）」と題する論文に見ることができる。
図１７は、はり１６０のためのレベルの形成を示す図である。この目的のために、この構造をよりよく理解するために、図５から図８を再度参照すると役立つことがある。はりの高さで、誘電材料の層１５０を再度堆積させる。金属はり１６０は、誘電層１５０の中に作製することが好ましい。このはりは、図５〜図６に示すように両端を固定することも、図７〜図８に示すように一端を固定することもできる。前述のように、このはりには、犠牲材料の除去を実質的に容易にするのに役立つ孔１７５が開けられている。図１１〜図１２に参照番号７５で示し前述したように、このはりも銅を保護するためにカプセル化することができる。
図１８は、はりの周囲の誘電層、およびはりを貫通し空洞の上にある誘電層をエッチングで除去する、フォトリソグラフィ・ステップおよびＲＩＥステップを示す図である。これにより、はり１６０の可動部分が上側誘電体１５０から解放され、また、リリース材料１００Ａへのアクセスが提供される。
図１９は、リリース材料１００Ａを除去した後の構造１３０を示す図である。これは、酸素プラズマを用いて存在する有機材料を分解し、それらを排出することによって行うことが好ましい。このステップの後で、従来の方法を用いて、あるいは図２３〜図２６を参照して本明細書の以下で述べるように誘電体カバーのリリース孔（release holes）を埋めることによって、デバイス全体のカプセル化を行うことができる。
図２０は、完成したデバイスの閉じた状態を示す図である。両端が固定されたはり１６０の中心を下向きに屈曲させて示してある。図面は一定の比率で描いたものではない。したがって、最終的なデバイスがよりよくイメージされ、その働きがよりよく理解されるように、このデバイスの様々な部分の真の縮尺について述べる。例えば、可動はりの厚さが１００００オングストロームであるのに対して、はりが動く距離を規定する空洞はわずか２００から１０００オングストロームにすることができる。したがって、はりの変形はそれほど大きくない。
図２１から図２４は、図１７以降に挿入できる、ＭＥＭＳデバイスをカプセル化する方法を述べるのに有用な代替方法を示す図である。図２１を参照すると、さらに別の誘電層２１０が追加され、はり１６０の上にもう１つの空洞を形成している（図２２参照）。上側空洞２２０をエッチングするときに、はりを通る空洞領域およびはりの周囲の空洞領域から誘電体を除去する。
次に、図２３において、エッチングした領域を、前述のようにリリース材料２３０で、好ましくはＳｉＬＫまたはＤＬＣで充填し、これを平坦化する。ここでも、その下に配置したものと同じ犠牲層を使用し、このリリース・プロセスで全ての層のリリース材料が除去されるようにする。
図２４は、さらに別の誘電層２４０を追加し、その中にバイア２５０をパターン形成してエッチングした状態を示す図である。これらのバイアにより、除去すべきリリース材料へのアクセスが提供される。
図２５は、前述のようにバイア２５０を介してリリース材料を除去したデバイスを示す図である。
図２６は、小さなバイア２５０を埋める別の誘電体２６０を堆積させる最終的なカプセル化ステップを示す図である。
図２７および図２８は、図１６で参照したように、空洞／バイア誘電層をリリース材料１００Ａのみから形成する代替方法を示す図である。図２７は、図２２を参照して前述したように、はりが既に形成され、上側空洞領域２２０がパターン形成およびエッチングされた状態を示す。
次に、プラズマ・プロセスを用いたリリース・プロセスを図２８に示す。このリリース・プロセスは等方性であり、したがって横方向の除去速度を有する。横方向速度は、使用するリリース材料およびその材料を除去するプロセスによって決まる。リリース材料は、開いた領域の真下だけでなく、各境界から距離２５０だけ横方向に離れた位置でも除去される。
好ましい実施形態に関して本発明について述べたが、前述の説明に照らせば、多くの代替形態、修正形態および変形形態が当業者には明らかであることを理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内となるこのような全ての代替形態、修正形態および変形形態を含むものとする。本明細書に記載した、または添付の図面に図示した全ての事項は、例示的かつ非限定的なものとして解釈されたい。
通信分野、特に携帯電話などに使用される。
Claims (14)
- マイクロ電気機械（ＭＥＭ）スイッチを作製する方法であって、
ａ）複数の導電性相互接続線がその中に形成された第１の誘電層を基板上に堆積させるステップと、
ｂ）前記複数の導電性相互接続線の少なくとも１本と接触する導電性バイアを貫通して形成する第２の誘電層を堆積させるステップと、
ｃ）前記第２の誘電層に彫り込まれた第１の空洞を形成するステップと、
ｄ）前記第１の空洞を犠牲材料で充填し、前記犠牲材料を平坦化するステップと、
ｅ）前記犠牲材料上に第３の誘電層を堆積させ、前記導電性バイアと接触させた状態で導電性はりを形成するステップであって、前記ステップｅ）は、更に、
ｅ１）前記導電性はりの周りから前記第１の空洞に整合する複数の孔を有するように前記第３の誘電層を選択的に除去するステップと、
ｅ２）前記孔を通して前記第２の誘電層内の前記犠牲材料をドライ・エッチングにより除去するステップとを含む、前記ステップと、
ｋ１）前記第３の誘電層の孔を閉じて前記第１の空洞を密閉するために、第４の誘電層を付加するステップと、を含むことを特徴とする方法。 - マイクロ電気機械（ＭＥＭ）スイッチを作製する方法であって、
ａ）複数の導電性相互接続線がその中に形成された第１の誘電層を基板上に堆積させるステップと、
ｂ）前記複数の導電性相互接続線の少なくとも１本と接触する導電性バイアを貫通して形成する第２の誘電層を堆積させるステップと、
ｃ）前記第２の誘電層に彫り込まれた第１の空洞を形成するステップと、
ｄ）前記第１の空洞を犠牲材料で充填し、前記犠牲材料を平坦化するステップと、
ｅ）前記犠牲材料上に第３の誘電層を堆積させ、前記導電性バイアと接触させた状態で導電性はりを形成するステップと、
ｆ）前記第３の誘電層及び前記導電性はり上に第４の誘電層を堆積させ、前記第１の空洞を含むように前記第４の誘電体層に彫り込まれた第２の空洞をパターン形成するステップと、
ｇ）前記第２の空洞を犠牲材料で充填し、前記犠牲材料を平坦化するステップと、
ｈ）前記第２の空洞の犠牲材料を覆う第５の誘電層を堆積させるステップと、
ｉ）前記第２の空洞の犠牲材料上に複数の孔をパターン形成されるように前記第５の誘電層をエッチングするステップと、
ｊ）前記導電性はりの少なくとも一端が固定され、前記導電性はりの残りの部分が空気で取り囲まれるように、前記記第５の誘電層の孔を通して前記第１及び第２の空洞の犠牲材料を選択的にドライ・エッチングにより除去するステップと、
ｋ）前記第５の誘電層の孔を閉じて前記第１及び第２の空洞を密閉するために、第６の誘電層を付加するステップと、を含むことを特徴とする方法。 - 前記複数の導電性相互接続線の上に保護層を堆積させ、前記保護層がＴａまたはＴａＮで構成される、請求項１または２に記載の方法。
- 前記導電性相互接続線が銅製であり、誘電体内に埋め込まれた、請求項１または２に記載の方法。
- 前記導電性相互接続線の全体または一部を、前記マイクロ電気機械（ＭＥＭ）スイッチが閉じた状態にあるときに容量性空気ギャップが形成される程度まで凹ませた、請求項４に記載の方法。
- スティクション効果を最小限に抑えるために、前記第１の誘電層の上面よりも前記導電性相互接続線を凹ませた、請求項１に記載の方法。
- 前記凹ませた導電性相互接続線をカプセル化するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
- 前記導電性はりがその端部の１つまたは２つで固定される、請求項２に記載の方法。
- 前記マイクロ電気機械（ＭＥＭ）スイッチが、金属／誘電体／金属スイッチと結合される、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の空洞の露出領域内に形成された前記導電性相互接続線が、前記導電性はりを引き下げるアクチュエータ電極として作用し、前記導電性はりが前記導電性相互接続線との間で容量性空気ギャップを形成することにより１つまたは複数の電気信号経路を提供する、請求項１に記載の方法。
- 前記マイクロ電気機械（ＭＥＭ）スイッチが閉じたときの容量性空気ギャップの下側電極として作用する前記複数の導電性相互接続線と前記導電性はりとの間に形成される隙間のサイズによって決まる厚さまで、前記第２の誘電層を堆積させる、請求項１に記載の方法。
- 基板上に堆積させた第１の誘電層に埋め込まれ、前記第１の誘電層の上面より凹んだ上面を有する複数の導電性線と、
前記導電性線を包含するように、前記第１の誘電体層上に堆積された第２の誘電層に彫り込まれ、当初は犠牲材料により充填されている第１の空洞と、
前記第１の空洞の上に位置し、その少なくとも一端が前記第２の誘電層及び前記犠牲材料の上に堆積された第３の誘電層によって固定された導電性はりと、
前記第１の空洞上において、前記導電性はりにパターン形成された複数の孔と、備え、
前記孔は、前記第１の空洞が前記孔を通してドライ・エッチングにより前記犠牲材料が除去されて形成された後に、別の誘電体により充填されることを特徴とする、
マイクロ電気機械（ＭＥＭ）スイッチ。 - 基板上に堆積させた第１の誘電層に埋め込まれ、前記第１の誘電層の上面より凹んだ上面を有する複数の導電性線と、
前記導電性線を包含するように、前記第１の誘電体層上に堆積された第２の誘電層に彫り込まれ、当初は犠牲材料により充填されている第１の空洞と、
前記第１の空洞の上に位置し、その少なくとも一端が前記第２の誘電層及び前記犠牲材料上に堆積された第３の誘電層によって固定された導電性はりと、
前記第１の空洞上において、前記導電性はりにパターン形成された複数の第１の孔と、
前記第３の誘電層及び前記導電性はりの上に堆積された第４の誘電層に彫り込まれ、前記第１の空洞の外周と一致し、当初は犠牲材料により充填されている第２の空洞と、
前記導電性はりを保護するために前記第４の誘電層及び前記犠牲材料の上に堆積された第５の誘電層と、
前記第２の空洞上において、前記第５の誘電層にパターン形成された複数の第２の孔とを備え、
前記第２の孔は、前記第１及び第２の空洞が前記第２の孔を通してドライ・エッチングにより前記犠牲材料が除去されて形成された後に、別の誘電体により充填されることを特徴とする、
マイクロ電気機械（ＭＥＭ）スイッチ。 - 前記導電性はりが、その端部の１つまたは２つで固定された、請求項１３に記載のマイクロ電気機械（ＭＥＭ）スイッチ。
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