平面腔體微機電系統及相關結構、制造和設計結構的方法技術方案

本發明專利技術提供了平面腔體微機電系統（MEMS）結構、制造和設計結構的方法。該方法包括：采用反向鑲嵌工藝形成至少一個微機電系統（MEMS）腔體（60a，60b），該至少一個微機電系統腔體具有平面表面。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及半導體結構及制造方法，特別是涉及平面腔體微機電系統(MEMS)結構、制造和設計結構的方法。
技術介紹
集成電路中所采用的集成電路開關可以由固態結構(例如，晶體管)或者無源布線(MEMS)形成。因為MEMS開關的近乎理想的隔離以及其在IOGHz以及更高頻率上的低插入損耗(即阻抗)，所以通常采用MEMS開關，MEMS開關的近乎理想的隔離是將其用于功率放大器(PA)的模式轉換的無線通訊應用的關鍵需求。MEMS開關可用于多種應用，主要為模擬和混合信號應用。一個這樣的示例是移動電話芯片，其包含用于為每個廣播模式調諧的電路和功率放大器(PA)。芯片上的集成開關將PA連接到適當的電路，從而不需要每個模式具有 一個 PA。取決于特定的應用和工程標準，MEMS結構可具有許多不同的形式。例如，MEMS可以由懸臂梁結構的形式實現。在懸臂結構中，通過施加致動電壓(actuation voltage)將懸臂(一個端部固定的懸置電極)拉向固定電極。通過靜電力將懸置電極拉向固定電極所需的電壓稱為拉入電壓(pull-in voltage)，其取決于幾個參數，包括懸置電極的長度、懸置電極和固定電極之間的間隔或間隙以及懸置電極的彈簧常數，懸置電極的彈性常數是材料及其厚度的函數。可選擇地，MEMS梁可以為橋式結構，其中兩個端部被固定。MEMS可采用多種不同工具以多種方式制造。然而，一般而言，采用這些方法和工具來形成具有微米級尺寸的小結構，開關尺寸約為5微米厚、100微米寬及200微米長。此夕卜，用于制造MEMS的很多方法、即技術，是選自集成電路(IC)技術。例如，幾乎所有的MEMS都構建在晶片上，并且實現在晶片的頂部上通過光刻工藝圖案化的材料薄膜中。具體而言，MEMS的制造采用三個基本的構建階段(building block): (i )在襯底上沉積材料薄膜，(ii )通過光刻成像在上述膜的頂部上施加圖案化的掩模，以及(iii)相對于掩模，選擇性地蝕刻上述膜。例如，在MEMS懸臂式開關中，固定電極和懸置電極通常米用一系列傳統的光亥IJ、蝕刻和沉積工藝制造。在一個示例中，在形成懸置電極后，一層犧牲材料(例如，由Microchem, Inc.制造的旋涂聚合物PMGI)沉積在MEMS結構下方以形成腔體以及沉積在MEMS結構上方以形成腔體。MEMS上方的腔體用于支撐蓋(例如，SiN圓頂)的形成，以密封MEMS結構。然而，這造成幾個缺點。例如，已知使用諸如PMGI的旋涂聚合物形成的MEMS腔體是非平面的。然而，非平面的MEMS腔體帶來問題，包括例如光刻聚焦深度的可變性以及因電介質破裂引起的封裝可靠性。另外，使用旋涂聚合物形成的MEMS腔體需要在低溫下處理，以避免回流或者損壞聚合物；并且聚合物可能在排放后在腔體中留下有機(即含碳)殘留物。因此，現有技術中存在克服上述缺陷和限制的需要。
技術實現思路
在本專利技術的第一方面中，一種方法包括米用反向鑲嵌工藝形成至少一個微機電系統(MEMS)腔體，該至少一個微機電系統腔體具有平面表面。在本專利技術的另一方面中，一種形成平面MEMS結構的方法包括在襯底上形成布線圖案。該方法還包括在布線圖案上形成硅層。該方法還包括在硅層上形成氧化物層。該方法還包括執行反向鑲嵌工藝，使得氧化物層的邊緣與硅層交疊。該方法還包括平坦化氧化物層和硅層。該方法還包括在平坦 化的氧化物層和硅層上形成附加層，包括電極以及通過通孔而接觸硅層的第二硅層。該方法還包括在附加層之一中提供排放孔，以暴露第二硅層。該方法還包括蝕刻硅層和第二硅層，以至少形成下平面腔體。在本專利技術的另一方面中，一種平面MEMS結構包括下腔體，具有平面上表面；上腔體，具有平面上表面；通孔，將上腔體連接至下腔體；電極，形成在上腔體和下腔體中，電極用作MEMS結構的梁；布線，形成在下腔體中；以及蓋層，覆蓋排放孔，該排放孔用以形成上腔體和下腔體。在本專利技術的另一方面中，一種減少硅層中的凹坑的方法，該硅層用于MEMS結構，該方法包括確定形成在硅層上的布線之間的間隔。該方法還包括蝕刻氧化物層達到預定量，以最小化硅層的可變性。在本專利技術的另一方面中，提供一種設計結構，可確實地實施在機器可讀存儲介質中，用于設計、制造或測試集成電路。該設計結構包括本專利技術的結構。在進一步的實施例中，一種編碼在機器可讀數據存儲介質上的硬件描述語言(HDL)設計結構包括在計算機輔助設計系統中處理時產生MEMS的機器可執行表示的元件，其包括本專利技術的結構。在進一步的實施例中，提供一種計算機輔助設計系統中的方法，用于產生MEMS的功能設計模型。該方法包括產生MEMS的結構元件的功能表示。附圖說明在以下詳細說明中，通過本專利技術示例性實施例的非限定示例，參考所附的多個附圖描述本專利技術。圖I至圖23和圖26至圖33示出了根據本專利技術實施例的各種結構和相關處理步驟；圖24a至圖24f示出了采用根據本專利技術實施例所示的工藝制造的MEMS裝置的頂部結構圖；圖25示出了幾個形貌圖(即原子力顯微鏡數據)，示出了硅凹坑(divot)深度與氧化物拋光的數據；圖34是半導體設計、制造和/或試驗中所采用的設計過程的流程圖；以及圖35a示出了根據本專利技術實施例的減小或消除沉積硅中的氧化物接縫(由于引入形貌)的結構和工藝(與示出氧化物接縫的圖35b相比)。具體實施例方式本專利技術涉及半導體結構和制造方法，特別是涉及平面腔體(例如，平坦或平面的表面)微機電系統(MEMS)結構、制造和設計結構的方法。有利地，形成結構的方法減少MEMS結構上的總應力，并且減少MEMS裝置的材料可變性。在實施例中，形成平面(例如，平坦或平面的表面)MEMS裝置的結構和方法采用犧牲層來形成與MEMS梁相鄰的腔體。在進一步實施例中，采用反向鑲嵌工藝形成兩級MEMS腔體，以形成平面(例如，平坦或平面的表面)結構。除其它裝置之外，本專利技術的MEMS結構例如可用作單線或雙線梁接觸開關、雙線梁電容器開關或者單雙線梁氣隙電感器。圖I示出了根據本專利技術實施例的起始結構和相關處理步驟。在接下來的幾組段落中公開的結構是MEMS電容器開關，雖然所述方法和結構也可以應用于其它MEMS開關，例如不采用MEMS電容器電介質的歐姆接觸開關;MEMS加速計；等等。該結構例如包括襯底10。在實施例中，襯底10可以是裝置的任一層。在實施例中，襯底10是硅晶片，該硅晶片涂有二氧化硅或者本領域的技術人員已知的其它絕緣材料。在襯底10內提供互連12。互連12例如可以是在傳統形成的通孔(via)中形成的鎢或銅間柱(stud)。例如，可以采用本領域的技術人員已知的用于形成間柱的任何傳統光刻、蝕刻和沉積工藝(例如鑲嵌)來形成互連12。互連12可以接觸其它布線級、CMOS晶體管或者其它有源器件、無源器件等，如現有技術已知的。在圖2中，采用傳統的沉積和圖案化工藝，在襯底10上形成布線層，以形成多個布線14。例如，在襯底上可以沉積布線層以達到約O. 05至4微米的深度；然而本專利技術也涵蓋其它尺寸。在實施例中，沉積布線層14以達到O. 25微米的深度。然后，圖案化布線層以形成布線(下電極)14，布線14之間具有布線間隔(間隙)14a。在實施例中，布線間隔高寬比(aspect ratio)是由布線14的高度與布線間隔14a的比率決定，布本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：D丹格，T多安，GA鄧巴，何忠祥，RT赫林，CV揚斯，JC馬林，WJ墨菲，AK斯坦珀，JG通布利，EJ懷特，
申請(專利權)人：國際商業機器公司，
類型：
國別省市：