TWI417646B - 改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩與方法 - Google Patents

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Description

改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩與方法
本發明有關於一種微機電系統光罩，特別有關於一種改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩，也有關於一種改善微機電系統鎢沉積拓樸形貌之方法。
大部份的微機電系統中包含微機電元件與其他微電子電路，必須互相整合，構成整合晶片。因此，在微機電系統整合晶片中，晶片製程必須同時考慮微機電元件與微電子電路元件的整合。
第1圖示出先前技術之微機電系統光罩的一部份圖案100，該光罩係用以定義金屬鎢層，所顯示的是微機電元件的一部分圖案，至於微電子電路的圖案則未顯示。鎢是作為微電子電路金屬導線栓接的重要材料，可以利用鑲嵌製程(damascene process)來完成，鑲嵌製程的作法是先在氧化矽中蝕刻出所需要的圖案溝槽，接著例如以化學汽相沉積(chemical vapor deposition)方式，將金屬鎢沉積於溝槽中，然後以化學機械研磨(chemical mechanical polish)將表面磨平，以利後續金屬導線的沉積。在微電子電路區域沉積鎢的同時，於微機電元件的區域亦形成鎢層，此鎢層在微機電元件區域則需要構成機械結構，例如與其上或下方之金屬層構成微機電元件的一部分，如移動元件、固定元件、彈簧、或是固定柱(anchor)等等。
請對照第2,2A,2B圖，該微機電元件的三維結構例如如圖所示，在基板20上構成第2A圖所示之移動電極30與第2B圖所示之固定電極40，其中固定電極40由下方一或多層結構層12固定於基板20。當移動電極30如第2A圖中箭號所示方向移動時，其與固定電極40之間隙改變，造成電容亦隨之改變，由此可感測位移量的大小。在本例中，即需要以第1圖所示之光罩，來定義金屬鋁層10與金屬鎢層11的結構。
請回到第1圖，在定義鎢層的光罩圖案100上，經常發生兩線段或更多線段交會的情況，例如第1圖中之左方十字型圖案110，在虛線圓圈處發生線段交會。此時如利用第1圖中之十字型圖案110來定義並沉積金屬鎢，將可能形成如第3A圖之拓樸形貌，其AB切線之剖面示意圖則如第3B圖所示。由圖可見，會因交會處的中心點距離線段邊緣較遠，造成在金屬鎢沉積時無法填滿，而使金屬鎢在交會處中心點下陷，若其上沉積其他金屬，如鋁、銅等，也會跟著在交會處中心點下陷，形成一個較小的凹洞，並且因拓樸形貌不平坦，不同金屬間的應力也會相對增加，造成微機電元件中，例如移動電極與固定電極間，感應的誤差，而可能導致錯誤的操作。
上述先前技術中，鎢的鑲嵌製程會在微機電元件上，使鎢沉積拓樸形貌出現凹陷，因而影響微機電元件的功能，是其缺點。有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種能夠改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩與方法。
本發明之一目的在提供一種改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩。
本發明之另一目的在提供一種改善微機電系統鎢沉積拓樸形貌之方法。
為達上述之目的，就本發明的其中一個觀點而言，提供了一種改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩，包含：一交會圖案，其由至少兩不小於最小設計線寬之線段交會形成，且於該交會處的轉角，形成一由該轉角處向該交會處的中心點延伸，使該交會處寬度相對小的凹入圖案，其中，該光罩所定義之線段係用以製作溝槽，以供沉積填入鎢而構成微機電系統的一部份，且所填入的鎢表面最低高度不低於溝槽表面高度的80%。
上述改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩，其中該凹入圖案可為矩形或多邊形。
上述改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩，其中該交會圖案可具有一直角或一斜角。
上述改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩，其中該交會圖案可為十字形圖案、X形圖案、T字形圖案、Y形圖案、或λ形圖案。
就本發明的另一個觀點而言，提供了一種改善微機電系統鎢沉積拓樸形貌之方法，包含：提供一光罩，該光罩具有一交會圖案，其由至少兩不小於最小設計線寬之線段交會形成，且於該交會處的轉角，形成一由該轉角處向該交會處的中心點延伸，使該交會處寬度相對小的凹入圖案；利用該光罩，於一基板上進行微影製程，並應用蝕刻技術，形成具有一交會溝槽之拓樸形貌；將鎢沉積於該交會溝槽中，其中，所填入的鎢表面最低高度不低於溝槽表面高度的80%；以及以沉積鎢所構成的結構，構成微機電系統的一部份。
上述改善微機電系統鎢沉積拓樸形貌之方法，可更包含：以化學機械研磨技術將沉積的鎢磨平。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示製程步驟以及各層之間之上下次序關係，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。
本發明的主要概念為：利用微機電系統光罩上交會圖案之改變，形成一新的交會圖案，以改善鎢沉積拓樸形貌，使其表面相對平坦，進而避免影響該微機電元件的功能。
以下就上述概念，以實施例加以說明。參閱實施例之後，本技術領域之士當可類推應用至任何需要以鎢層構成機械結構的場合，以改善鎢沉積拓樸形貌。
請參照第4A圖，以十字型光罩圖案來說明本發明的第一實施例。在本實施例中，光罩包含一十字型圖案200，由兩直線線段垂直交會形成，但在交會處的四個轉角，各以一矩形之凹入圖案210向該交會處的中心點延伸，使該交會處寬度相對縮小。利用該光罩，於一基板上進行微影製程，並應用蝕刻技術，形成具有一交會溝槽之拓樸形貌，再將鎢沉積於該交會溝槽中，且以沉積鎢所構成的結構，構成微機電系統的一部份，所得結構如第4B圖之拓樸形貌上視示意圖，第4C圖則為第4B圖中A’B’切線之剖面示意圖，從第4B圖與第4C圖，可了解該十字型兩線段交會處中心點之下陷情形已不存在，金屬鎢層11與金屬鋁層10之拓樸形貌平坦；原本因鎢沉積拓樸形貌出現凹陷，而影響微機電元件功能的缺點可獲改善。根據本發明，所填入的鎢表面高度與凹入圖案的尺寸有關，較佳實施型態中，鎢表面最低高度宜不低於溝槽表面高度的80%。鎢沉積完畢後，視需要而定，可再以化學機械研磨技術將沉積的鎢磨平。
請參照第5圖至第8圖，分別說明本發明之第二、第三、第四、以及第五實施例。第5圖顯示一T型光罩交會圖案300，於交會處的兩個轉角，各以一矩形之凹入圖案310向該交會處的中心點延伸，使該交會處寬度相對縮小。第6圖顯示一X型光罩交會圖案，於交會處的四個轉角，各以一矩形之凹入圖案410向該交會處的中心點延伸，使該交會處寬度相對縮小。第7圖顯示一Y型光罩交會圖案500，於交會處的三個轉角，分別以一矩形之凹入圖案510及兩多邊形凹入圖案520向該交會處的中心點延伸，使該交會處寬度相對縮小。第8圖顯示一λ型光罩交會圖案600，於交會處的兩個轉角，分別以一多邊形之凹入圖案610,620向該交會處的中心點延伸，使該交會處寬度相對縮小。由以上實施例可知，構成交會圖案之線段可以彼此相接或互相穿越，且交會角度可以為直角或斜角。當然，交會的線段也不限於只有兩條。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。對於熟悉本技術者，當可在本發明精神內，立即思及各種等效變化。舉例而言，就製作光罩而言，凹入圖案以矩形或多邊形較易製作，但本發明並不限於此，而可為圓形或其他形狀；構成交會圖案的線段不限於為直線，可為曲線、漸窄、漸寬、或不規則線段等。故凡依本發明之概念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10．．．金屬鋁層
11．．．金屬鎢層
12．．．結構層
20．．．基板
30．．．移動電極
40．．．固定電極
100．．．光罩圖案
110．．．十字型光罩圖案
200．．．十字型光罩圖案
300．．．T型光罩交會圖案
400．．．X型光罩交會圖案
500．．．Y型光罩交會圖案
600．．．λ型光罩交會圖案
210,310,410,510,520,610,620．．．凹入圖案
第1圖示出先前技術微機電元件之一部份光罩圖案。
第2圖示出先前技術在基板上的部分微機電元件。
第2A圖示出第2圖之移動電極。
第2B圖示出第2圖之固定電極。
第3A圖示出先前技術在基板上所形成的拓樸形貌之上視示意圖。
第3B圖為第3A圖中AB切線之剖面示意圖。
第4A圖為本發明的光罩圖案第一實施例。
第4B圖為第4A圖在基板上所形成的拓樸形貌之上視示意圖。
第4C圖第4B圖中A’B’切線之剖面示意圖。
第5-8圖示出本發明的第二、第三、第四、以及第五實施例。
200．．．十字型光罩圖案
210．．．凹入圖案

Claims (11)

  1. 一種改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩，包含：一交會圖案，其由至少兩不小於最小設計線寬之線段交會形成，且於該交會處的轉角，形成一由該轉角處向該交會處的中心點延伸，使該交會處寬度相對小的凹入圖案，其中，該光罩所定義之線段係用以製作溝槽，以供沉積填入鎢而構成微機電系統的一部份。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩，其中該凹入圖案為矩形或多邊形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩，其中該交會圖案具有一直角或一斜角。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩，其中該交會圖案為十字形圖案、X形圖案、T字形圖案、Y形圖案、或λ形圖案。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之改善鎢沉積拓樸形貌之微機電系統光罩，其中所填入的鎢表面最低高度不低於溝槽表面高度的80%。
  6. 一種改善微機電系統鎢沉積拓樸形貌之方法，包含：提供一光罩，該光罩具有一交會圖案，其由至少兩不小於最小設計線寬之線段交會形成，且於該交會處的轉角，形成一由該轉角處向該交會處的中心點延伸，使該交會處寬度相對小的凹入圖案；利用該光罩，於一基板上進行微影製程，並應用蝕刻技術，形成具有一交會溝槽之拓樸形貌；將鎢沉積於該交會溝槽中；以及以沉積鎢所構成的結構，構成微機電系統的一部份。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之改善微機電系統鎢沉積拓樸形貌之方法，更包含：以化學機械研磨技術將沉積之鎢磨平。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之改善微機電系統鎢沉積拓樸形貌之方法，其中該凹入圖案為矩形或多邊形。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之改善微機電系統鎢沉積拓樸形貌之方法，其中交叉圖案具有一直角或一斜角。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之改善微機電系統鎢沉積拓樸形貌之方法，其中該交會圖案為十字形圖案、X形圖案、T字形圖案、Y形圖案、或λ形圖案。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之改善微機電系統鎢沉積拓樸形貌之方法，其中，所填入的鎢表面最低高度不低於溝槽表面高度的80%。
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