專利名稱：在cmos匹配襯底上制造微電子機械開關(guān)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及微電子機械開關(guān)(micro-electromechanical switches，MEMS)的制造，尤其涉及能夠與現(xiàn)有半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)的當前水平結(jié)合的MEMS制造。
背景技術(shù)：
開關(guān)操作是許多電子、機械和電子機械應(yīng)用的基礎(chǔ)部分。在過去幾年MEM開關(guān)吸引了相當大的關(guān)注。使用MEMS技術(shù)的產(chǎn)品在生物醫(yī)學(xué)、航空和通信系統(tǒng)中是普遍的。
傳統(tǒng)MEMS一般利用懸臂開關(guān)、薄膜開關(guān)和可調(diào)電容結(jié)構(gòu)，如在McMillan等人的美國專利No.6,160,230、Feng等人的美國專利No.6,143,997、Carley等人的美國專利No.5,970,315和Tham等人的美國專利No.5,880,921中介紹的。MEMS器件使用微電子機械技術(shù)制造，并用于控制電子、機械或光信號流。但是這些器件存在許多問題，因為它們的結(jié)構(gòu)和內(nèi)在材料性質(zhì)要求它們在與常規(guī)半導(dǎo)體工藝分離的線中制造。這通常是因為不同的材料和不匹配的工藝，因此，其不能與標準半導(dǎo)體制造工藝結(jié)合。
使用一般用于MEMS制造中的材料例如金產(chǎn)生了將器件直接結(jié)合到芯片上(on-chip)應(yīng)用中的明顯結(jié)合問題。即使使用在文獻中廣為采用的多晶硅也出現(xiàn)了問題，因為溫度循環(huán)以及制造實際半導(dǎo)體器件的線前端(frone-endof the line，F(xiàn)EOL)和加工互連金屬的線后端(back-end of the line，BEOL)的通常分離。一般為了防止有源器件的金屬污染，兩種設(shè)置不允許使工藝彼此交叉。因此不可能在線后端中看到多晶硅淀積。
多數(shù)現(xiàn)存的工藝由于使用標準金屬化而具有嚴重的缺陷，沒有提供封裝來保護金屬。而且，使用了多于一個的襯底，通常接合到一起，具有相應(yīng)固有的缺陷。
其它現(xiàn)存技術(shù)僅在結(jié)構(gòu)的頂部提供了開關(guān)能力，使得不可能在所有級實現(xiàn)結(jié)合，在本發(fā)明的下文中將詳細介紹。
因此，需要一種工藝，其能夠提供采用現(xiàn)有BEOL材料的耦合以便加工從而可以充分結(jié)合的MEMS器件，使得這些器件可以與傳統(tǒng)BEOL或互連級同時制造或作為附加模塊。
為了獲得對本發(fā)明更好地理解，現(xiàn)在將參照圖1介紹傳統(tǒng)MEM開關(guān)，圖1示出具有錨固在介質(zhì)4中的可變形梁1的兩端的MEM開關(guān)。由包含導(dǎo)電元件2、2a和3的介質(zhì)材料5構(gòu)成最下級，隨后將使用導(dǎo)電元件2、2a和3以連接或形成器件的各個電氣部分。使用由標記2和2a標示的導(dǎo)體以提供引起梁形變的工作電壓。相應(yīng)地，傳導(dǎo)信號的導(dǎo)體3當它工作時與梁連接。
圖2示出圖1的相同現(xiàn)有技術(shù)MEM器件的平面圖。在一般實施中，由在介質(zhì)4例如SiO2上的多晶硅形成可變形梁1，蝕刻掉周圍材料，保留突起結(jié)構(gòu)，即在導(dǎo)體上懸伸的梁，導(dǎo)體為先前形成的或其自身由多晶硅制成。接著器件經(jīng)受非電解電鍍，通常為金，與形成導(dǎo)電元件1、2、2a和3的多晶硅粘結(jié)。通過在梁和電極2和2a之間提供電勢差來使開關(guān)工作。該電壓產(chǎn)生牽引梁1與電極3接觸的靜電引力，由此關(guān)閉開關(guān)。
應(yīng)注意到當與常規(guī)半導(dǎo)體器件比較時，這些通常是具有很大形貌的突起結(jié)構(gòu)。其自身使得它們實質(zhì)上不可能與半導(dǎo)體芯片制造工藝相結(jié)合。一般使用表面微機械技術(shù)制造這些器件，其包括在光致抗蝕劑上建構(gòu)或在襯底如硅上建構(gòu)，接著從襯底的背面去除器件下的一部分襯底，再次排除與標準半導(dǎo)體工藝的結(jié)合。
圖3說明傳統(tǒng)MEM開關(guān)的另一樣式的剖面圖，其中僅梁1的一端錨固在介質(zhì)4內(nèi)。如圖1所介紹的那樣實施所有其它部件。同樣應(yīng)用于圖4，其說明圖3所示的對應(yīng)器件的俯視圖。在后者中，通過在梁1和控制電極2之間提供電壓使開關(guān)工作。這引起梁下拉與信號電極3接觸。當電壓下降時，梁1返回到它的原始位置。
通常地，梁和控制電極之間的間隙基本上決定了下拉梁所需的電壓。許多文獻介紹了具有從1到幾微米范圍的間隙的器件。這些間隙很大，因此所需的電壓比多數(shù)消費應(yīng)用所期望的電壓高。已報道的致動電壓在30到75伏左右的范圍。這對于像移動電話(一般在3到5伏工作)類型的應(yīng)用來說太高了。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)工作在從200埃到幾千埃范圍的間隙，產(chǎn)生具有低于5伏的致動電壓的開關(guān)。
上述說明的開關(guān)結(jié)構(gòu)僅是本領(lǐng)域公知的許多可能結(jié)構(gòu)的一些。值得注意的是，MEM開關(guān)還可以被構(gòu)造成以多種組合布線的多個梁的布置。
靜摩擦是MEMS器件中的重要關(guān)注方面。靜摩擦被定義為至少兩個表面不會分離的接觸而不會對器件造成某種損傷。撞擊是這種現(xiàn)象的主要起因。本發(fā)明通過當開關(guān)關(guān)閉時提供空氣間隙200而在至少一個實施例中解決了該問題，將參照圖19A詳細示出。表面張力也被認為是靜摩擦的另一個主要起因。其解釋了方什么本發(fā)明應(yīng)用干法蝕刻和用于釋放移動部件的工藝和后續(xù)處理。
因此，發(fā)明的目的是形成完全集成在CMOS、雙極或BiCMOS晶片內(nèi)的MEM開關(guān)和其它類似結(jié)構(gòu)。
另一個目的是制造具有改進鑲嵌工藝的MEM開關(guān)和其它類似結(jié)構(gòu)。
再一個目的是使用封裝在用來保護金屬的阻擋材料中的銅來制造MEM開關(guān)和其它類似結(jié)構(gòu)。
再一個目的是確保在與這種工藝相匹配的溫度下封裝可以與BEOL銅相結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于實現(xiàn)這些和其它目的，提供了一種使用匹配工藝和材料來制造與傳統(tǒng)半導(dǎo)體互連級集成的MEMS開關(guān)的方法。
這里介紹的發(fā)明提供了一種電容開關(guān)的制造方法，其適合于制造用于接觸開關(guān)和/或金屬-介質(zhì)-金屬開關(guān)的各種結(jié)構(gòu)。
在優(yōu)選實施例中，工藝開始于在介質(zhì)內(nèi)鑲嵌由金屬導(dǎo)體構(gòu)成的銅鑲嵌互連層。所有或部分銅互連凹陷，達到當開關(guān)關(guān)閉時足夠提供容性空氣隙的程度，如果需要另外達到能夠提供用于Ta/TaN保護層的空間的程度。在由開關(guān)限定的區(qū)域內(nèi)限定的金屬結(jié)構(gòu)用作致動電極以便下拉可移動的導(dǎo)電梁，提供至少一個使開關(guān)信號通過的路徑。這種空氣隙的優(yōu)點在于介質(zhì)(空氣)不會出現(xiàn)引起可靠性和電壓漂移問題的電荷存儲或俘獲。
可使用任意數(shù)量的介質(zhì)材料實施本發(fā)明，例如二氧化硅或氮化硅，所有這些有利地布置在下電極和電容開關(guān)的可變形梁之間。
值得注意的是，替代凹陷電極以提供間隙，可以正好在電極周圍和/或電極上增加介質(zhì)。接著將第二電介質(zhì)層淀積到在下電極和可移動梁之間形成間隙的所需厚度。通孔是穿過第二電介質(zhì)層形成的，以在上述金屬互連層和包括可移動梁的下一金屬層之間提供連接。接著構(gòu)圖和蝕刻包括通孔的層以提供包含下致動電極和信號路徑的空腔區(qū)。接著用犧牲釋放材料優(yōu)選SiLK回填充空腔，SiLK為一種半導(dǎo)體介質(zhì)，其是由γ-丁內(nèi)酯、B階聚合物和1，3，5-三甲基苯構(gòu)成的聚合物樹脂。接著優(yōu)選通過化學(xué)機械拋光(chemicalmechanical polish，CMP)的方法把該犧牲材料制得大致平坦以使它與介質(zhì)的頂部齊平。還可以如下平坦化犧牲材料使用相反極性的光致抗蝕劑重新成像用于限定空腔區(qū)的同一掩模，并接著從上表面蝕刻犧牲材料以使它基本上與其中形成有空腔的介質(zhì)共面。這提供了在其上可以建構(gòu)梁層的平表面。
包含可移動梁的層與一般用于制造標準CMOS器件的其它互連層相似。該梁結(jié)構(gòu)優(yōu)選地部分或完全延伸過先前限定的空腔區(qū)，以致當開關(guān)工作時，其提供了所需的電連接。還應(yīng)注意到可以把孔嵌到可移動梁中。用形成包含梁的層的相同介質(zhì)來初始填充這些孔。接著蝕刻掉梁內(nèi)的這些介質(zhì)區(qū)以提供與梁下犧牲材料的更大接觸，由此輔助釋放工藝。接著，限定空腔區(qū)的圖案或圖案的某些子部分，并去除環(huán)繞梁的介質(zhì)材料，包含穿過梁中孔的區(qū)域，提供與下犧牲材料的接觸。此時可以去除犧牲材料。懸掛在空腔區(qū)上的開關(guān)現(xiàn)在是完全起作用的。


從以下參照附圖對優(yōu)選實施例的詳細介紹，將會更好地理解本發(fā)明的前述和其它目的、方案和優(yōu)點，在附圖中圖1和2分別示出沿著現(xiàn)有技術(shù)MEM開關(guān)的梁長度方向觀察到的剖面圖和俯視圖，其中錨固了梁的兩端；圖3和4分別示出了現(xiàn)有技術(shù)MEM開關(guān)另一類型的剖面圖和俯視圖，其中僅錨固了梁的一端；圖5和6分別是按照本發(fā)明制造的MEM開關(guān)的剖面圖和俯視圖，錨固了梁的兩端；圖7和8分別示出按照本發(fā)明制造的MEM開關(guān)的剖面圖和俯視圖，其中僅錨固了梁的一端；圖9-19說明按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例制造MEMS器件所需的系列步驟；圖19A示出按照本發(fā)明完成的處于關(guān)閉位置的MEM開關(guān)；圖20-25示出提供優(yōu)選實施例的MEM開關(guān)的完全封裝樣式的替換工藝流程；圖26和27說明完全用犧牲材料制成空腔和通孔電介質(zhì)層的替換工藝。
具體實施例方式
主要實施例教導(dǎo)了通過可以與標準CMOS、雙極、BiCMOS或其它常見半導(dǎo)體芯片工藝完全集成的方法來制造MEMS器件。
圖5說明了最初結(jié)構(gòu)，即銅鑲嵌互連層。在此之下，在硅襯底或作為替換在優(yōu)選由SiO2制成的低損耗襯底上可以放置器件例如FET、NPN晶體管或HBT(Hetero-junction Bipolar Transistors，異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)、電阻等。它由埋置在優(yōu)選由SiO2構(gòu)成的電介質(zhì)層20內(nèi)的銅布線30、40和50構(gòu)成。由標號30標示的區(qū)域代表用于在電介質(zhì)層100中埋置的通孔110的著陸金屬。標號40標示的金屬形成致動器或控制電極，金屬50代表信號電極。金屬的厚度一般在3000到5000埃的量級，但其不限于此范圍。示出了在電介質(zhì)層150內(nèi)形成的梁160在兩端被錨固。梁的中心被設(shè)計成在空腔120上垂直地移動(參見圖19A)。
仍參照圖5，示出了銅布線30、40和50的頂表面60凹陷，優(yōu)選通過濕法蝕刻的方法，盡管其它方法也是適合的，以使靜摩擦力最小。所需的最終結(jié)構(gòu)決定凹陷的程度。在優(yōu)選實施例中，一般使用由乙酸和過氧化氫的稀釋溶液構(gòu)成的濕法蝕刻。優(yōu)選把銅蝕刻至大約800埃的深度。
圖6示出圖5說明的MEMS器件的俯視圖。示出了在空腔120上懸掛的梁160，具有在工藝介紹時(圖9-19)將詳細介紹的多個孔175。這些孔用于當構(gòu)造空腔120時便于去除犧牲材料。
圖7示出MEMS器件另一類型的剖面圖，其中僅錨固了開關(guān)的一端。如圖5所示，在電介質(zhì)層20中形成銅布線30、40和50，而在電介質(zhì)層100中形成通孔110。梁160的一端沒有固定，使它在空腔120上沿垂直方向自由地移動。
圖8是圖7介紹的MEMS器件的對應(yīng)俯視圖，再次具有設(shè)置有孔175的可移動梁160。
現(xiàn)在將詳細介紹用于構(gòu)造圖5-6和7-8中說明的MEM開關(guān)的工藝。
參照圖9，示出了在電介質(zhì)層20中形成的銅布線30、40和50，其中布線的頂表面相對于電介質(zhì)層20的頂表面基本上是平的。
接著，參照圖10，示出了布線的頂表面60相對于電介質(zhì)層20的頂層凹陷。凹陷金屬的一種方法是采用對該金屬有效的濕法蝕刻持續(xù)實現(xiàn)所需深度需要的時間。例如，在優(yōu)選實施例中，施加由水、乙酸和過氧化氫(分別為3升、15ml和9ml)構(gòu)成的溶液2.5分鐘來達到600至800埃的深度。
現(xiàn)在參照圖11，淀積阻擋材料層70以包封銅以便在隨后的處理中保護它。優(yōu)選實施例包括在100埃厚的Ta層之后是400埃的TaN。作為替換，還可以由介質(zhì)或任何數(shù)量的其它合適金屬阻擋材料構(gòu)成該阻擋材料。
圖12示出從介質(zhì)的最上表面80去除阻擋層70的結(jié)果。這最好通過化學(xué)機械拋光(chemical-mechanical polish，CMP)來實現(xiàn)。現(xiàn)在僅在凹陷區(qū)域中留有阻擋材料75。因為CMP工藝可能腐蝕部分介質(zhì)20，當開關(guān)關(guān)閉時，如果要維持合適的間隙200則必須小心以使介質(zhì)的腐蝕最小。當完成CMP工藝時，從上介質(zhì)80到阻擋層75的深度將為大約200埃。為了形成用于電容開關(guān)的最終間隙可以定制該深度。
包封導(dǎo)體的另一種方法是使用定義導(dǎo)體的同一掩模來構(gòu)圖毯覆式阻擋層70，但是使用相反極性的光致抗蝕劑，并從最上表面蝕刻阻擋層。
在優(yōu)選實施例的變型中，參照圖5至8中的一個，可以改進凹陷和/或淀積，以便實現(xiàn)平的或甚至突出的金屬接觸以制造金屬-金屬接觸開關(guān)或金屬-絕緣體-金屬開關(guān)。在金屬接觸開關(guān)的情況中，可以包封下電極，尤其是50，到達基本上與介質(zhì)20齊平的水平或甚至輕微地突出于該表面。在這種結(jié)構(gòu)中，當開關(guān)關(guān)閉時，在信號電極50和梁160之間建立直接的金屬-金屬接觸。相似地，為了構(gòu)造金屬-絕緣體-金屬開關(guān)，可以用介質(zhì)材料包封下電極，優(yōu)選具有高介電常數(shù)的介質(zhì)材料。這產(chǎn)生了與優(yōu)選的空氣隙開關(guān)相似的電容開關(guān)，具有不會減少接觸面積的優(yōu)點。
參照圖13，示出了增加了另一個電介質(zhì)層100，其中使用標準處理技術(shù)制造了通孔。電介質(zhì)層100的厚度取決于在下電極和隨后形成的上梁之間所需的空間。在優(yōu)選實施例中，介質(zhì)100大約為1000埃厚。按照標準的鑲嵌工藝來構(gòu)圖、蝕刻、填充和平坦化通孔110。
圖14示出在介質(zhì)100中蝕刻形成空腔120。使用常規(guī)的光刻和反應(yīng)離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)制造該空腔。必須小心以確保保護下電極90的原始結(jié)構(gòu)，即確保不改變下介質(zhì)表面80和凹陷金屬75之間的關(guān)系。當構(gòu)造MEMS器件的金屬-金屬或金屬-絕緣體-金屬樣式時這種關(guān)系不是關(guān)鍵的。
圖15說明在施加犧牲材料130例如SiLK或DLC之后的該結(jié)構(gòu)。[注SiLK是由Dow Chemical Corp制造的半導(dǎo)體介質(zhì)。]該材料包括各種配方的產(chǎn)品，名稱還公知為多孔SiLK。其是由γ-丁內(nèi)酯、B階聚合物和1，3，5-三甲基苯構(gòu)成的聚合物樹脂。優(yōu)選使用的其它材料是前述的DLC，類金剛石碳，其為包含涂層的無定型碳，其中一定比例的碳原子按照與金剛石相似的方式成鍵并在許多方面類似于金剛石。將介紹能夠以相似方式揮發(fā)的其它有機材料。當在高能轟擊下淀積碳時產(chǎn)生了類金剛石碳。瞬間局部高溫和壓力促使一定比例的碳如金剛石一樣成鍵。在等離子體輔助化學(xué)氣相淀積(plasmaassisted chemical vapor deposition，PACVD)期間獲得這些條件。用包含氣體例如乙炔的碳進行該淀積，引入乙炔以提供高能碳離子。如果不存在暴露的可氧化材料，通過氧等離子體暴露的方式可去除這些材料。如果在去除有機材料期間存在將暴露的可氧化材料，那么使用H2/CO2/CO/N2類型的等離子體去除。對于反應(yīng)離子蝕刻工藝領(lǐng)域的技術(shù)人員來說這些氣體混合物是可以認知的。最后平坦化該結(jié)構(gòu)，到達其基本上與介質(zhì)100的上表面齊平的程度。
在發(fā)明的另一個實施例中，如圖16所示，由犧牲材料100A例如SiLK構(gòu)成整個電介質(zhì)層100。這可以省略形成底部空腔120(參見圖14)的步驟，因為排空的區(qū)域可以隨后被限定，如圖26和27中將示出。通過犧牲材料的橫向去除來限定空腔的邊緣。通過使材料暴露到使材料分解的氧或氫等離子體來釋放材料。在材料研究協(xié)會的材料研究學(xué)報(the Journal of MaterialsResearch)1996年第6卷第7期第1484頁中公開的A.Joshi和R.Nimmagadda的論文“Erosion of diamond films and graphite in oxygen plasma(金剛石薄膜和石墨在氧等離子體中的腐蝕)”中可以找到其它的細節(jié)。
圖17說明形成保留用于梁160的層。因此，回去參照圖5-8對于更好地理解該結(jié)構(gòu)是有用的。在梁這一層，再次淀積介質(zhì)材料150。金屬梁160優(yōu)選地制作在介質(zhì)150內(nèi)部。如圖5-6所示，梁可以在兩端固定，或者如參照圖7-8說明的那樣在一端固定。如前面提到的，梁可以設(shè)置有孔175，這便于后續(xù)去除犧牲材料。為了保護銅，如在前介紹的參照圖11-12由標號75標示的那樣還可以包封梁。
圖18說明為了蝕刻掉梁的周圍以及穿過梁和在空腔上的介質(zhì)的光刻和RIE步驟。這使得梁160的可移動部分從上介質(zhì)150釋放并提供了到犧牲材料130的通路。
圖19說明在去除犧牲材料130之后的結(jié)構(gòu)。這優(yōu)選使用氧等離子體進行以分解存在的有機材料，使它們排空。該步驟之后，可以使用傳統(tǒng)方法進行整個器件的封裝，或作為替換，如下文將參照圖22-25所作的介紹，通過夾斷在介質(zhì)覆蓋層中的釋放孔來執(zhí)行整個器件的包封。
圖19A描繪了在關(guān)閉狀態(tài)下的最終器件。示出了兩端錨固的梁160，它的中心向下彎曲。附圖不是按比例的。因此，為了更好地觀察最終的器件和更好地理解它的工作，將介紹器件各部分的真實尺寸。例如，對于10000埃厚的可移動梁，限定梁移動距離的空腔可以僅為200到1000埃。由此，梁的形變是相當小的。
圖20至23示出將從圖17向前插入的替換方法，其用于介紹如何包封MEMS器件。參照圖20，現(xiàn)在增加另一個電介質(zhì)層210以在梁上形成另一個空腔220(參見圖21)。當蝕刻上空腔220時，穿過并環(huán)繞梁從空腔區(qū)去除介質(zhì)。
接著，在圖22中，用如前面介紹的更多犧牲材料230填充蝕刻區(qū)，優(yōu)選用SiLK或DLC，并使其平坦化?，F(xiàn)在再次使用放置在下面的相同犧牲材料，使得釋放工藝去除所有犧牲材料層。
圖23說明增加了另一電介質(zhì)層240，在該電介質(zhì)層中構(gòu)圖和蝕刻通孔250。這些通孔提供了到達待去除犧牲材料的通路。
圖24示出如前面所介紹的經(jīng)由通孔250去除犧牲材料的器件。
圖25示出淀積夾斷小通孔250的另一個介質(zhì)260的最終包封步驟，由此密封該結(jié)構(gòu)。
圖26和27說明參照圖16從空腔/通孔電介質(zhì)層去除犧牲材料100A的另一種方法。圖26示出如前面參照圖21介紹的那樣已經(jīng)形成的梁和被構(gòu)圖和蝕刻的上空腔區(qū)220。
接著，在圖27中示出了使用等離子工藝的釋放工藝。釋放工藝是各向同性的，由此具有橫向去除速率。橫向速率取決于所使用的犧牲材料和去除它的工藝。去除直接在開口區(qū)之下和距各邊界一定橫向距離250的犧牲材料。
盡管結(jié)合優(yōu)選實施例介紹了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述介紹作出許多替換、改進和變型是顯而易見的。因此，欲涵蓋落入所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的所有這些替換、改進和變型。這里闡釋或在附圖中示出的所有實物將解釋為示例性的而非限制的含義。
工業(yè)應(yīng)用用于通信領(lǐng)域，尤其用于移動電話等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種制造微電子機械(MEM)開關(guān)的方法，包括步驟a)在襯底上淀積第一電介質(zhì)層，所述第一電介質(zhì)層具有形成于其中的多個導(dǎo)電互連線；b)淀積第二電介質(zhì)層，穿過所述第二電介質(zhì)層形成有導(dǎo)電通孔，所述通孔接觸所述多個導(dǎo)電互連線的至少一個；c)形成由所述第二電介質(zhì)層鏤成的空腔；d)用犧牲材料填充所述空腔，并平坦化所述犧牲材料；和e)淀積第三電介質(zhì)層并形成導(dǎo)電梁，使所述導(dǎo)電通孔接觸所述導(dǎo)電梁。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟f)淀積第四電介質(zhì)層并構(gòu)圖與所述第一空腔共形的第二空腔；g)用犧牲材料填充所述第二空腔并平坦化所述犧牲材料；h)淀積第五層以覆蓋所述第二空腔；i)構(gòu)圖并蝕刻在所述犧牲材料上的多個孔；和j)選擇性地去除所述犧牲材料以使所述導(dǎo)電梁在至少一端被錨固，并保留由空氣環(huán)繞的所述導(dǎo)電梁的剩余部分。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括增加第六電介質(zhì)層以密封所述第二空腔以便保護所述導(dǎo)電梁的暴露部分并關(guān)閉在所述第五電介質(zhì)層中的已釋放通孔的步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述保護層由Ta或TaN制成。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟e)由從所述第二電介質(zhì)層選擇性地去除犧牲材料的步驟替代，所述選擇性去除與所述第一空腔的形狀一致。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過從所述導(dǎo)電梁附近選擇性地去除介質(zhì)材料來形成所述空腔。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟e)由以下步驟替代e1)構(gòu)圖所述第三電介質(zhì)層以從所述第三電介質(zhì)層選擇性釋放所述導(dǎo)電梁；和e2)去除在所述第二電介質(zhì)層內(nèi)的所述犧牲材料。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述導(dǎo)電互連線由銅制成，且其中所述導(dǎo)電互連線鑲嵌在介質(zhì)中。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中使所有或部分所述銅互連線凹陷到當所述MEM開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時足夠提供容性空氣隙的程度。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中相對于所述第一電介質(zhì)層的頂表面凹陷所述導(dǎo)電線以最小化靜摩擦效應(yīng)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括封裝所述凹陷的導(dǎo)電線的步驟。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述導(dǎo)電梁在其一端或兩端被錨固。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述MEM開關(guān)與以多種結(jié)構(gòu)布置的多個其它金屬-電介質(zhì)-金屬開關(guān)耦合。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述第一空腔的暴露區(qū)域中形成的所述導(dǎo)電線用作下拉所述導(dǎo)電梁的致動電極并提供至少一個電信號路徑。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二電介質(zhì)層被淀積到由將在所述用作下電極的多個導(dǎo)電互連線和所述導(dǎo)電梁之間形成的間隙尺寸所決定的厚度。
16.一種微電子機械(MEM)開關(guān)，包括在淀積于襯底上的第一電介質(zhì)層中埋置的導(dǎo)電線，所述導(dǎo)電線相對于所述第一電介質(zhì)層的頂表面凹陷；設(shè)置在第二電介質(zhì)層上的第一空腔；設(shè)置在所述第一空腔上方的導(dǎo)電梁，且所述導(dǎo)電梁的至少一端通過第三電介質(zhì)層錨固；由疊加在所述第三電介質(zhì)層的頂部上的第四電介質(zhì)層鏤成的第二空腔，所述第二空腔具有與所述第一空腔的周邊匹配的周邊；疊加在所述第四層上的第五電介質(zhì)層，用于為所述導(dǎo)電梁提供保護。
17.如權(quán)利要求16所述的MEM開關(guān)，其中所述導(dǎo)電梁在其一端或兩端被錨固。
全文摘要
一種制造微電子機械開關(guān)(MEMS)的方法，使用開始于在介質(zhì)(150)內(nèi)鑲嵌由金屬導(dǎo)體構(gòu)成的銅鑲嵌互連層的工藝。所有或部分互連凹陷直到當開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時足夠提供容性空氣隙的程度，以及提供例如Ta/TaN保護層用空間。在開關(guān)限定的區(qū)域內(nèi)限定的金屬結(jié)構(gòu)用作致動電極，以下拉可移動梁(160)并提供至少一個路徑用于開關(guān)信號通過。這種空氣隙的優(yōu)點在于空氣不會出現(xiàn)可引起可靠性和電壓漂移問題的電荷存儲或俘獲。替代凹陷電極以提供間隙，可以正好在電極上或電極周圍增加介質(zhì)。下一層是另一電介質(zhì)層，其淀積到在形成開關(guān)器件的可移動梁(160)之間形成間隙的所需厚度。穿過該電介質(zhì)層制造通孔以在金屬互連層和還將包括可移動梁的下一個金屬層之間提供連接。接著構(gòu)圖和蝕刻通孔層以提供包含下致動電極和信號路徑的空腔區(qū)。接著用犧牲釋放材料回填充空腔。
文檔編號H01H59/00GK1575506SQ02821161
公開日2005年2月2日 申請日期2002年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月7日
發(fā)明者理查德·P·沃蘭特, 約翰·C·比森, 唐娜·R·科特, 蒂莫西·J·多爾頓, 羅伯特·A·格羅夫斯, 凱文·S·皮特拉卡, 肯尼思·J·斯坦, 塞沙德里·蘇班納 申請人:國際商業(yè)機器公司