形成用于MEMS器件的钝化涂层的制作方法

文档序号:17596115发布日期:2019-05-07 19:29
形成用于MEMS器件的钝化涂层的制作方法



背景技术:

微机电系统(MEMS)器件(诸如致动器、开关、电动机、传感器、可变电容器、空间光调制器(SLM)和类似的微电子器件)可具有可移动元件。例如,典型的SLM器件包含处于单独寻址的光调制器元件形式的可移动元件阵列,响应于输入数据其相应的“开”或“关”位置被设置,以通过或阻挡从照明源指向阵列的光的传输或反射。对于图像投影系统中的SLM器件,输入数据对应于从像素色调生成的位帧的比特和图像输入信号的图像帧的强度信息数据。位帧可以是脉冲宽度调制方案中的比特的汇编,其使用加权时间段“开”或“关”时段,以在给定的可用图像帧显示时段期间通过眼睛积分生成对应的像素色调和强度。SLM器件的代表性示例包含数字微镜器件(DMD),诸如德州仪器公司DLPTM微镜阵列器件。DLPTM器件已经在商业上用于各种各样的产品,诸如电视、电影投影系统、商业相关投影仪和微型投影仪。

MEMS器件内的移动元件的机械性能可能由于意外的粘附而被折衷。通过将MEMS器件的接触元件涂覆有涂层,诸如钝化剂或润滑剂,可以减少这种类型的粘附。可以添加涂层以解决器件操作的若干问题。一个这样的问题是粘附。另一个问题可能包括动力摩擦,这是由器件中的移动元件的接触引起的。有效涂层可通过降低器件的表面能来帮助减少粘附和动力摩擦。对于旋转器件(诸如支撑在DMD中的铰链上旋转的微镜),重复移动取代原子和/或分子并永久地偏置旋转的零状态。钝化层可以通过稳定表面的某些状态来减少该铰链记忆累积。



技术实现要素:

在所描述的制造MEMS器件的方法的示例中,该方法包括:将第一MEMS器件部件暴露于蒸汽;在蒸汽暴露之后,在部件的至少一个暴露表面上形成钝化层,其中蒸汽包括具有至少4.02的体介电常数(bulk dielectric constant)的材料。

在制造MEMS器件的方法的其他示例中,该方法包括:将MEMS器件部件暴露于蒸汽;在蒸汽暴露之后,在MEMS器件部件的至少一个暴露表面上形成钝化层,其中钝化层包括含有至少一种氨基酸的组分。

在制造MEMS器件的方法的更多示例中,该方法包括:将前体(precursor)设置成与MEMS器件部件的至少一部分表面接触,其中前体包括至少12个碳的长链醇;在MEMS器件部件的表面上建立前体的平衡分布;处理MEMS器件部件;并在MEMS器件部件的表面上形成钝化层,其中响应于处理将前体转变为钝化层,并且在包括前体的MEMS器件部件的表面上形成钝化层。

在制造MEMS器件的方法的另外的示例中,该方法包括:将MEMS器件部件的至少一个接触表面暴露于包含至少一个离子区域和至少一个疏水区域的有机化合物;致动与MEMS器件部件的至少一个接触表面接触的蒸汽;响应于致动,在至少一个接触表面上形成钝化膜。

在其他描述的示例中,MEMS器件包括:MEMS部件,其包括表面;和在表面的至少一部分上的钝化层,其中钝化层包括含有烷基腈的化合物。

在制造MEMS器件的方法的可替代的示例中,该方法包括:将MEMS器件部件暴露于蒸汽;在蒸汽暴露之后,在MEMS器件部件的至少一个暴露表面上形成钝化层,其中钝化层包括至少一种抗氧化剂化合物。

附图说明

图1是根据示例实施例制造的MEMS器件部件的局部侧剖视图。

图2是根据示例实施例在MEMS器件部件上形成钝化层的方法的流程图。

图3A至图3C是根据图2的方法在制造期间的MEMS器件部件的一系列局部侧剖视图。

图4是在MEMS器件部件上形成钝化层的第一可替代方法的流程图。

图5A至图5E是根据图4的方法在制造期间的MEMS器件部件的一系列局部侧剖视图。

图6是在MEMS器件部件上形成钝化层的第二可替代方法的流程图。

图7A至图7E是根据图6的方法在制造期间的MEMS器件部件的一系列局部侧剖视图。

图8A和图8B是根据示例实施例制造的第一MEMS器件部件的透视图。

图9A和图9B是根据示例实施例制造的第二MEMS器件部件的透视图。

具体实施方式

在微米或更小尺度上,接触表面之间的原子水平力和微观水平力变得显著。与这些类型的力相关的问题相应地与微机械器件(诸如微机电系统(MEMS)和纳米机电系统(NEMS)器件)相关。除了其他元件之外,MEMS器件还包括一个或多个MEMS元件。例如,“粘附”力(在操作期间,在有意或无意地彼此接触的运动部件之间产生)可能是微机械器件的问题。当界面吸引力(在彼此接触的运动部件之间产生)超过恢复力时,发生粘附类型的故障。粘附会导致这些部件的表面永久地或暂时地彼此粘附,导致器件故障和/或事故。粘附力是复杂的表面现象,通常包括毛细管力、范德华力和静电吸引力。如本文所用,术语“接触”通常是指两个表面之间的任何相互作用,并且不限于表面的实际物理接触。包括半导体部件的微机械器件和/或器件的示例是:RF开关、光学调制器、微型齿轮、加速度计、蜗轮、换能器、流体喷嘴、陀螺仪和其他类似器件或致动器。在本说明书中,术语“MEMS”器件或组部件通常描述微机械器件,并且都包括MEMS和NEMS器件。

MEMS和/或半导体部件可以在运动部件之间经历重复物理接触,可以使用涂层化合物进行润滑以减少或防止粘附和/或动力摩擦。这些器件中的各种元件在操作期间经常在几赫兹(Hz)和几千兆赫(GHz)之间的频率下相互作用。在不向这些类型的器件添加某种形式的润滑以减少部件表面之间的粘附和磨损的情况下,产品寿命可以从仅几个触点到几千个触点,这通常远低于商业上可行的寿命。

在MEMS制造中,传统技术可以侧重于用有机材料修改MEMS元件的氧化物表面。这种有机材料可以与MEMS元件的金属氧化物或金属表面直接结合或相互作用。相反,本文描述的至少一些示例实施例涉及在载体溶剂中使用化合物,以及在MEMS器件(其包括至少一个MEMS元件)上的接触区域中形成膜。MEMS元件和器件(诸如射频MEMS(RFMEMS)器件)包括MEMS元件,可以通过接触界面致动,接触界面可能由于在制造、组装和/或测试过程中积聚的水而退化。本文所述的膜用于降低接触界面处的表面能量,并提供一种介质,该介质可通过在比吸附的水更宽的电位范围内稳定电荷来缓和有害反应的发生。这里吸附的(多个)膜可以称为:(a)(多个)“表面”膜,因为其形成在MEMS器件的暴露区域上;或(b)基于薄膜功能的(多个)“钝化”膜或层。这些暴露区域可以称为衬底或暴露的表面的部分。常规方法可以使用酸性钝化,与离子化合物相比,有机化合物包括本文所述和在示例性实施例中使用的至少一个离子区域和至少一个疏水区域、长链醇和/或氨基酸。本文所述的膜和层统称为“化合物”或“涂层化合物”。

MEMS元件和MEMS器件(其包括多于一个MEMS元件)可以被制造并封闭在封装件中。本文所述的膜、层和化合物可以通过溶液和/或蒸汽直接施加到MEMS元件,或者可以在密封封装件之前在封装工艺期间沉积在MEMS封装中。本文描述的化合物可以用作钝化层,并且可以在蒸汽或溶液与MEMS器件接触时形成。在一些示例中,将化合物设置为转化为钝化层的前体。这种转化可以响应于热和/或暴露于光或电场而发生。可以一个或多个退火步骤的形式、或者通过器件本身的致动来应用热。在一些示例中,沉积的蒸汽或溶液的平衡分布可以通过沉积和封装/密封工艺来形成,并且该膜用作在MEMS器件的暴露表面上形成的钝化层。

在一些示例中,RF MEMS器件的表面被处理以离子有机化合物,并且可以减轻或消除:(a)操作期间的电荷累积;以及(b)粘附和磨损(通过降低接触表面的表面能量来进行)。在器件操作期间,诸如在器件测试期间,可以通过使用具有离子部分和非离子部分或区域的有机化合物来减轻这些不良影响。在进一步的示例中,非离子区域可以在分子内形成疏水部分或疏水特性。在至少一个示例中,表现出所有这些功能的有机化合物包括天然和非天然的疏水性氨基酸,其在固态下呈现两性离子结构。例如,用L-亮氨酸处理RF MEMS器件对于将器件的使用寿命延长三个或更多个量级是有用的。在一些示例中,也可以使用N-烷基甘氨酸。将有机化合物引入到MEMS器件的处理可以在MEMS元件的制造期间和/或在封装(密封)过程期间发生。

在至少一个示例中,MEMS器件包括可被沉积为部分单层、单层或被沉积为多层结构的具有离子结构的有机化合物的膜。在另一个示例中,MEMS器件包括有机化合物的膜,该有机化合物的膜包括至少一个离子区域和至少一个疏水区域。该膜可以被沉积为部分单层、单层或被沉积为多层结构。在又一个示例中,MEMS器件包括可以在沉积期间存在和/或在膜的沉积期间形成的有机化合物的膜,该有机化合物的膜包括至少一个离子区域、疏水区域和聚合结构,聚合结构,其中该膜被形成为部分单层、单层或被形成为多层结构。

在一些示例中,可以用有机化合物的蒸汽处理MEMS器件,有机化合物的蒸汽可以与其他反应物或环境原位反应以形成有机离子化合物膜。在一个示例中,可以使用多于一种的有机化合物,并且用于形成膜的每种化合物可以至少包括离子区域和疏水区域。在又一些示例中,在MEMS器件上形成一种或多种有机化合物的聚合物。在可替代的示例中,可以使用至少一种有机化合物或聚合物(至少包括离子区域和疏水区域)的溶液在MEMS器件上形成膜。本文所述的膜可以被形成为部分单层、单层或被形成为多层结构。

在另一个示例中,可以用醇(诸如长链有机醇)处理RF MEMS器件的表面,其可以通过降低接触表面的表面能量来延迟磨损和粘附(由操作引起)的开始。通过使用长链有机醇可以实现这种有害影响的减轻。长链有机醇的使用可以提高可制造性并降低包含膜的MEMS器件的制造成本。在一些示例中,长链醇的使用还可以防止由操作引起的各种颗粒的聚集,从而减缓或停止器件参数的退化。在示例性过程中使用的长链醇可以包括具有至少12个碳的伯醇,其中碳链是直链的或支链的。支链醇可以在应用过程中提供更宽的液体温度范围。例如,长链醇可以含有一个或多个杂原子(诸如多元醇)。用十六烷醇处理特定的RF MEMS器件可以将器件的使用寿命延长三个或更多个量级。

在至少一个示例中,MEMS器件包括一种或多种含有12个碳至40个碳、具有或不具有二级分支的醇的膜,并且其中的(多个)碳链中可以含有杂原子。(多个)醇可以是伯醇。醇膜可以具有部分单层、单层或多层结构。该有机醇的膜含有12个碳至40个碳,具有或不具有二级分支,并且其在MEMS器件表面上的(多个)碳链中可以含有杂原子。可以通过以下方式形成膜:(a)通过从溶剂或超临界液体中的溶液吸附沉积;(b)在充分高于室温的温度下气相沉积;或(c)在MEMS器件表面上合适前体的原位聚合。化合物可以被设置(dispose)在MEMS器件部件(诸如MEMS晶圆、盖式晶圆或其他非MEMS晶圆)上和/或封装部件上,使得在密封晶圆期间和/或在封闭封装件中的密封晶圆期间实现化合物的平衡分布。

在另一个示例中,抗氧化剂可被用于形成涂层。抗氧化剂是有机化合物,用于使未配对电子(也称为自由基)化学稳定和空间离域。抗氧化剂可以通过空间位阻、电子离域或这些作用的组合来实现其功能。抗氧化剂的示例包括若干天然存在的化合物,诸如白藜芦醇、维生素C、维生素K、维生素E等。人工抗氧化剂包括叔丁基羟基酚,诸如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)(空间位阻)、三芳胺染料和/或它们的前体(电子离域)、低聚噻吩、益生元(苯乙烯基乙烯)、多不饱和烃聚合物,含有多不饱和侧链的脂肪酸等。当适用于MEMS器件时,来自这些家族的抗氧化剂化合物可用于(以两到五个量级)扩展MEMS器件在接触寿命方面的耐久性。在不拘泥于特定的作用机制的情况下,在器件致动时瞬间形成的电荷的离域用于防止或延迟在没有这些化合物时可能开始发生的有害的机械化学或电化学反应。

在一些示例中,可以用含氟蒸汽或等离子体处理RF MEMS器件的暴露表面,然后依次选择有机分子或单体处理RF MEMS器件的暴露表面,以形成可以提高器件可靠性的膜,诸如通过形成钝化层。例如,等离子体处理可导致表面氟化。稳定性的增加可能部分归因于由酸-碱相互作用引起的吸引力/表面粘附力的改善,并且还可至少部分地归因于由酸性表面引发的有机材料的聚合。MEMS器件可以表现出改善的操作寿命,这是因为(使用等离子体处理形成)表面膜可以防止或延迟在没有形成这种膜时发生的磨损过程(在接触器件表面之间遇到的磨损过程)。因此,在一些示例中,该膜的形成可以将MEMS器件寿命增加两个或更多量级。

例如,MEMS器件可以经历处理,其中金属氧化物(接触)表面暴露于含卤素的等离子体以给出具有更大路易斯酸特性的表面。该暴露之后可以与碱性有机分子或单体接触,以改善表面和有机材料之间的吸引力和/或有机材料的聚合,这是由于表面的酸性增强。在另一个示例中,(环)内酰胺的形成在暴露于表面时产生适合的钝化膜。可以使用的一些化合物包括N-甲基吡咯烷酮(N-甲基丁内酰胺)和N-辛基吡咯烷酮(N-辛基丁内酰胺)。其他单体(其可适于与酸性表面上形成复合物和/或在酸性表面上形成聚合物)包括:(环)内酯、硫代内酯、二硫代内酯、硫代内酰胺、烯烃、炔烃、腈和异氰酸酯。

通过在器件封装件内包含少量某些溶剂,可以在MEMS器件的表面上原位形成薄钝化膜。由于溶剂的毛细管冷凝,根据接触表面的粗糙度和不平度,这些溶剂可起作用(或可能具有增强的效果)。钝化膜还可以:(a)由于屏蔽表面之间的范德华力相互作用而降低了接触表面之间的能量;和/或(b)用于扩展表面之间的体电化学窗口或电位差,这些可以有耐受性而没有显著恶化。在一些示例中,为了处理MEMS器件的表面和/或为了在MEMS器件封装中包含化合物、溶剂或溶剂混合物,包括以下:(a)体介电常数至少为水的体介电常数的5%,理想情况下,体介电常数至少为水的体介电常数的50%或更多;(b)体电化学窗口类似于或大于水的体电化学窗口(通常从1.5伏特相对于SCE阳极至-2.0伏特相对于SCE阴极);(c)熔点类似于或低于水的熔点(273K);(d)沸点类似于或大于水的沸点(373K);和/或(5)小于或等于水的表面张力并且溶解度适合于有机离子和无机离子。

用于处理的溶剂可以包括苯甲腈、各种烷基腈、环丁砜、其他烷基砜和/或亚砜、N-甲基-2-吡咯烷酮、其他内酰胺、酰胺(诸如二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺)、碳酸烷基酯(诸如碳酸亚丙酯),和乙二醇或环氧乙烷聚醚,包括具有双(烷基)终止剂的那些溶剂。

可以诸如通过蒸汽输送溶剂或者通过在密封步骤之前将一个或多个封装件或器件表面浸入含有所需化学品的溶液中而将这些化学溶剂包括在MEMS封装件中。这些化学溶剂也可以(通过这些方法中的一个,通过包含前体化学品)被间接包括在内,这些方法随后可以通过电化学、光化学或热性质的化学反应转化成适合的化学品。

图1是根据示例实施例制造的MEMS器件部件104的局部侧剖视图100。如图1所示,本文所述的钝化涂层102可以直接施加或以前体的形式施加,以涂覆MEMS或其他半导体部件104的表面106的至少一部分。在一个示例中,前体可以接触表面106,与表面106相互作用,并在部件104上形成钝化涂层102。钝化涂层102可以被形成在部件104上,其中在与表面106接触后或在暴露前体后的预定量的时间后设置前体。在其他示例中,可以在前体被设置在部件104上时、或者随后响应于热、光化学或电化学过程而发生钝化涂层102的形成。这些过程可包括退火、器件致动和/或暴露于光或辐射。在另一个示例中,前体或化合物被设置为与MEMS部件104的封装件的一部分(未示出)接触,并且当部件104被封闭在封装件中时,钝化涂层102被形成在部件104和封装件中的其他部件上。

例如,形成钝化涂层102的涂层化合物可以与表面106具有化学吸附相互作用。前体与表面106的相互作用可以允许前体在表面106上形成相对薄的涂层,该相对薄的涂层可以包括有序的分子阵列,如本文更详细描述的。本文所述的涂层化合物可用于MEMS或半导体部件104,MEMS或半导体部件104具有以机械元件(诸如在DMD、微致动器或具有类似相对可移动元件的器件中)的间歇性表面到表面接触为特征的功能、以机械元件(例如在微电机、微致动器或类似操作器件中)的连续性表面到表面滑动接触为特征的功能、通过元件(诸如在传感器或等效器件中)上的表面的受控表面能得到的功能、通过元件(诸如传感器或等效器件中)上的表面的保护或钝化得到的功能,和/或通过元件(诸如可变电容器、微动开关或等效器件中)上的表面的介电特性得到的功能。前体也可用于其他情况,其中改性表面是受益于具有涂覆有疏水钝化剂或润滑剂的功能表面的任何器件或机械的一部分。合适的MEMS和/或半导体部件104可以包括射频(RF)开关、光学调制器(诸如SLM)、微型齿轮、加速度计、蜗轮、换能器、流体喷嘴、陀螺仪和其他类似的器件或致动器。

在至少一个示例中,MEMS器件可以包括数字微镜器件(DMD),诸如德州仪器公司DLPTM微镜器件。DMD通常包括镜/轭组件,镜/轭组件被配置成在扭转铰链上旋转,直到轭尖端接触着陆垫(着陆到着陆垫上)。在某些情况下,镜/轭架组件在抬起着陆垫时变慢,影响器件的响应。在其他情况下,组件会永久地粘在着陆垫上。粘附的主要原因包括将着陆尖端清洗(scrub)到金属着陆垫中。粘附问题可以通过用本文所述的任何涂层化合物涂覆或钝化器件的金属表面来解决。(多个)涂层化合物可能倾向于降低与DMD中的镜子组件或MEMS器件中的任何运动部件相关的范德华力,从而减少镜子粘附到着陆垫的倾向。

例如,MEMS和/或半导体部件可以被合并到更大的组件中或封装件中。在设置封装件中的组件之前,可以将涂层化合物设置在MEMS和/或半导体部件的一部分上,或者可以在密封之前用涂层化合物涂覆封装件(包括MEMS和/或半导体部件)。这种封装件可以保留涂层化合物,防止污染物(诸如灰尘和湿气),并且通常保护MEMS和/或半导体部件。

在至少一个示例中,DMD可以被合并到器件封装件中。封装件可以包括框架和盖子,诸如盖玻片。盖玻片在底面可以是不透明的,其具有透明孔,用于与器件进行光学接口互连(interface)。如上所述,通常通过尝试控制封装件内的环境来解决粘附问题。例如,涂层化合物可以被设置于封装件内的DMD上,然后被密封以将涂层化合物保留在封装件内。如本文更详细描述的,涂层化合物可以作为与蒸汽平衡的薄层液体存在。然后,封装件可以用于容纳MEMS和/或半导体器件,并且还用于将涂层化合物保留在封装件内。涂层化合物可以处于固态或液态,这取决于材料的性质和放置涂层化合物的温度和压力或环境。通常,术语“固体”或“液体”涂层化合物是指在环境条件即室温和大气压下处于固态或液态的化合物。术语“蒸汽”相涂层化合物通常描述组分的混合物,组分的混合物含有载气(例如氮气)和在接近环境条件(例如STP)的温度和压力下为固体或液体的汽化组分。

图2是在MEMS器件部件上形成钝化层的方法200的流程图。图3A至图3C是根据方法200在制造期间MEMS器件部件的一系列局部侧剖视图。在方法200中,在框202处,在腔室或设备中接纳衬底,以开始在MEMS器件上形成膜。框202处的衬底可以包括MEMS晶圆、另一MEMS器件部件(诸如盖式晶圆),或封装MEMS器件的封装部件。图3A至图3C示出了如图3A所示接纳在302处的衬底的多个暴露表面310。在方法200中的框204处,并且如图3B所示,在框206处,涂层化合物可以通过液体和/或蒸汽被设置在衬底上以形成单层、部分单层或多层涂层结构。例如,在图3B和图3C中,箭头304示出了涂层化合物312在暴露表面310上的沉积。

在一些示例中,在框204处将涂层引入衬底可导致在涂层引入衬底时在框206a处形成钝化层。因此,在框206a处,在一些示例中,通过将衬底暴露于液体和/或蒸汽(例如,如图3B和图3C中所示,通过沉积涂层化合物312)来形成钝化层(例如,膜),使得衬底可以经历包括封装和组装的进一步处理,但是钝化层可以在这些步骤之前形成并且不需要进一步处理衬底。

在框208处,将MEMS器件封闭在封装件314中,如图3C所示。在图2中的框202处的示例中所采用的衬底是MEMS器件部件,框208还可以包括与另一MEMS器件部件形成组件,以在一个或多个MEMS器件部件的暴露表面之间产生钝化层的平衡分布。在框202处的衬底是MEMS器件封装件的示例中,框208处的封装件314中的MEMS器件的外壳将在框204处设置的涂层分布在MEMS器件的多个暴露表面上。

基于化合物的性质,涂层化合物能够在器件表面形成单层或自组装单层(SAM)。在一些示例中,为了在框206处形成单层或SAM,涂层化合物可以暴露于表面,并且分子的离子头部基团可以以使其疏水尾段远离表面的取向与MEMS和/或半导体表面结合/相互作用。范德华力和分散力可以使得尾部在表面上足够的分子密度时采用紧密堆积的取向。对于一些涂层化合物,基本上所有分子可以以这种方式排列,以产生接近结晶的顺序。一些分子可能与其他分子相互作用,而不是与表面相互作用。另外,疏水尾段的组成可能影响单层的封装效率。未对准和次级分子相互作用可在MEMS的表面上和/或半导体部件表面上产生不完美的类SAM涂层。如本文所用,术语单层可以指SAM、类SAM层或其他单层。

在MEMS表面涂覆有足够致密的涂层化合物层以后,可以降低表面能量,并且可以降低或消除粘附的发生率。

为了在MEMS或半导体部件的表面上沉积薄膜层或涂层,可以使用任何适合的方法使图3A的暴露表面310在图2的框204处被涂覆以液体和/或蒸汽,如图3B和图3C的箭头304所示。可能的技术包括蒸发沉积过程、旋涂或喷涂过程,或任何其他适合的技术。在蒸发沉积中,蒸发的材料凝结在衬底上,以形成层。在旋涂、喷涂或浸涂沉积中,通常从涂层材料的溶剂溶液来施加涂层材料,随后蒸发溶剂以在衬底上留下涂层材料。

在框204中使用的任何应用过程中,MEMS和/或半导体部件的表面应暴露于涂层化合物达足够的时间,以形成涂层或层(例如,单层)。时间可以在几分钟到几小时的范围内。得到的薄膜的厚度可以从大约3埃()到大约变化。对于任何过程,可以通过测量测试表面上的液体接触角来检验单层形成。在已经涂覆涂层之后,可以在框208处将MEMS和/或半导体部件封装和/或密封在封装件或更大的容器内(如图3C所示)。

在框204处,涂层化合物在MEMS部件和/或半导体部件的表面上的设置可能导致薄的材料层,该材料层可能由于各种运动部件的相互作用产生的冲击或磨损而被损坏或移位。这种接触可能发生在具有在使用中经常接触并且在产品寿命期间存在大量接触的接触表面的MEMS和/或半导体元件中,诸如在光学调制器中(例如,SLM、RF开关等)。在至少一个示例中,可以选择特定涂层化合物或涂层化合物的组合,以使涂层化合物的一部分在器件的正常操作期间蒸发以在处理区域内形成蒸汽或气体。涂层化合物形成蒸气或气体的能力取决于涂层化合物的平衡分压,该平衡分压随着涂层化合物的温度(例如,预期的操作温度范围)、涂层化合物周围区域的压力、涂层化合物与处理区域内表面的结合强度,以及涂层化合物分子量的变化而变化。例如,涂层化合物可以被配置为允许MEMS和/或半导体部件在大约-50℃至大约150℃,或在大约0℃至大约100℃的温度范围下操作。在另一示例中,可以至少部分地基于涂层化合物沿着处理区域内的MEMS和/或半导体部件的表面扩散的能力来选择涂层化合物。在此示例中,可以处理MEMS和/或半导体部件或其中包含部件的封装件的一个或多个表面,以作为涂层化合物的润湿表面。以这种方式,涂层化合物可以是可移动的,以允许替代涂层化合物流入涂层化合物的任何受损层。

图4是在MEMS器件部件上形成钝化层的第一可替代的方法400的流程图。图5A至图5E是根据方法400在制造期间MEMS器件部件的一系列局部侧剖视图。在框402处,在腔室或设备中接纳衬底,以开始在MEMS器件上形成膜。在框402处的衬底可以包括MEMS晶圆、另一MEMS器件部件(诸如盖式晶圆),或封装MEMS器件的封装部件。图5A示出了在502处接纳的衬底的多个暴露表面510。在图4的框404处,涂层化合物可以通过液体和/或蒸汽被设置在衬底上,以在框406处形成单层、部分单层或多层涂层结构。例如,在图5B中,箭头504示出了涂层化合物在暴露表面510上的沉积以形成前体层506(图4的框406)。因此,沉积的涂层化合物可以包括前体,并且它可以在MEMS和/或半导体部件上形成薄层,而不管涂层化合物是否形成在MEMS和/或半导体部件的一部分表面上、在整个表面上,和/或包含在较大的封装件内。

在图4的框408处,前体层506由图5C中所示的加重螺栓512致动。在图4的框410处,响应于在框408处的前体层506的这种致动,前体层506(如图5B和图5C中所示)形成钝化层504a(如图5D和图5E中所示)。例如,在框408处的前体的转变可以是通过退火、基于辐射的过程(诸如光化学过程/反应),或电化学过程/反应的热致动,诸如通过致动包括衬底的器件。在框402处采用的衬底是MEMS器件部件的示例中,框412还可以包括用另一MEMS器件部件形成组件,以在一个或多个MEMS器件部件的暴露表面之间产生钝化层的平衡分布,如下面关于图6详细讨论的那样。在其中框402处的衬底是如图5E中所示的MEMS器件封装件514的示例中,在图4中在框412处的封装件中的MEMS器件的外壳将设置在框404处的涂层分布在MEMS器件的多个暴露表面上,如本文进一步详细描述的。

图6是在MEMS器件上形成钝化层的可替代的方法600的流程图。图7A至图7E是方法600的一系列局部示意图。在图6中的框602处,衬底被接纳在腔室或设备中,以开始在MEMS器件上形成膜。图7A示出了衬底的多个暴露表面710。在702处(以及图6中的框602处)采用的衬底可以包括MEMS晶圆、另一MEMS器件部件(诸如盖式晶圆),或封装MEMS器件的封装部件。在图6中的框604处和图7B中的框704处,前体706可以通过液体和/或蒸汽被设置在衬底上,以形成前体706的单层,如图7C所示。前体706的单层可以是部分单层或多层涂层结构,如图7C和图6中的框606处所示。在图7B中,通过多个箭头704示出了前体706在图7A中的多个暴露表面710上的沉积。在一个示例中,前体706包括至少12个碳的长链醇。在图6的框608处,在MEMS器件部件的(多个)暴露表面上建立前体706的平衡分布,如图7C中的箭头712所示。虽然前体706被示为在图7B中的多个暴露表面上,在一些实施例中,其可以处于不超过所有的暴露表面上,因此如图7C所示的平衡分布可能发生。在框610处,如图7D的加重螺栓所示,MEMS器件部件714被处理以在框612处形成钝化层706a(图7E),因此钝化层706a被形成在在框604处沉积前体层706所处的MEMS器件部件的表面上。

本文描述的示例实施例可以使除了本文描述的特定MEMS和/或半导体器件以外的器件受益。例如,本文描述的实施例可用于其他MEMS、NEMS、更大规模的致动器或传感器,或经历粘附或其他类似问题的其他类似器件。

在至少一个示例中,制造MEMS器件部件的方法包括:将第一MEMS器件部件暴露于蒸汽;在蒸汽暴露之后,在部件的至少一个暴露表面上形成钝化层,其中蒸汽包括至少4.02的体介电常数。在一些示例中,蒸汽包括至少40.2的体介电常数。在又一示例中,该方法还包括在暴露于蒸汽处理之后处理MEMS器件,其中响应于处理而形成钝化层,并且其中通过至少一个器件经由热处理、光化学处理或电化学处理来进行处理。在至少一个示例中,热处理循环是在真空下的退火循环,并且电化学处理包括致动MEMS器件。在一些示例中,蒸汽包括从-2.0伏相对于SCE阴极到1.5伏相对于SCE阳极的体电化学窗口。

在可替代的示例中,制造MEMS器件的方法包括:将MEMS器件部件暴露于蒸汽;在蒸汽暴露之后,在MEMS器件部件的至少一个暴露表面上形成钝化层,其中钝化层包括含有至少一个氨基酸的化合物。在一些示例中,氨基酸包括L-亮氨酸或N-烷基甘氨酸,并且蒸汽可包括N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸亚丙酯,和/或氰苯或环丁砜(C6H5CN)或环丁砜((CH2)4SO2)中的至少一种。在进一步的示例中,在蒸汽暴露之后,化合物被加热并响应于处理形成钝化层,其中处理包括:通过使用热处理、光化学处理或电化学处理的至少一个器件致动。在一些示例中,形成的钝化层包括烷基腈。在一个示例中,烷基腈的烷基包括个数介于(between)1-10的碳。

在另一示例中,制造MEMS器件的方法包括:将前体设置为与MEMS器件部件的表面的至少一部分接触,其中前体包括至少12个碳的长链醇;在MEMS器件部件的表面上建立前体的平衡分布;处理MEMS器件部件;在MEMS器件部件的表面上形成钝化层,其中响应于处理将前体转变为钝化层,并且在包括前体的MEMS器件部件的表面上形成钝化层。在一些示例中,处理包括热处理、光化学处理或电化学处理中的至少一种,并且热处理包括在真空下的至少一个退火循环。在一个示例中,长链醇包括鲸蜡醇。在另一个示例中,长链醇包括至少一个杂原子。在一些情况下,在涂覆前体之前,处理MEMS器件部件以使MEMS器件部件脱水并蒸发水,诸如通过在真空室中加热MEMS器件部件。在其他情况下,该方法包括在将前体设置于至少一个表面上之后将组件封闭在封装件内。

在可替代的示例中,制造MEMS器件的方法包括:将MEMS器件部件的至少一个接触表面暴露于包括至少一个离子区域和至少一个疏水区域的有机化合物;致动有机化合物与MEMS器件部件的至少一个接触表面接触;响应于致动,在至少一个接触表面上形成钝化膜。在一些示例中,该方法还包括在暴露至少一个接触表面之后,将MEMS器件部件密封在封装件中。

在另一示例中,MEMS器件包括:MEMS部件,其包括表面;在表面的至少一部分上的钝化层,其中钝化层包括含有烷基腈的化合物。MEMS部件包括致动器、电动机、RF开关、传感器、可变电容器、光学调制器、微型齿轮、加速度计、换能器、流体喷嘴、陀螺仪、数字微镜器件中的至少一个或者其任何组合。在一个示例中,烷基腈包括亮氨酸。在另一个示例中,钝化层由包含N-甲基吡咯烷酮(N-甲基丁内酰胺)、N-辛基吡咯烷酮(N-辛基丁内酰胺)或碳酸亚丙酯的前体形成。

图8A和图8B是根据示例实施例制造的第一MEMS器件部件的透视图。在图8A和图8B的示例中,MEMS器件部件是倾斜和滚动像素(tilt-and-roll pixel)(“TRP”)数字微镜器件(“DMD”),其包括基部结构808和从基部结构808延伸的多个突起802。至少一个(突起802的))突起802a是附接到可移动顶部微镜结构(“可移动元件”)804的可绕枢轴旋转的支撑结构。

在图8A中,可移动元件804具有第一取向,因此可移动元件804的第一边缘与基部808的第一边缘间隔开距离816a。在突起802a绕枢轴旋转以将可移动元件804从图8A的第一取向改变为图8B的第二取向之后:(a)可移动元件804的第一边缘与基部808的第一边缘间隔开距离816b,如沿轴线816测量,该距离大于距离816a;(b)与图8A的第一取向相比较,可移动元件804相对于轴线814具有不同的角度。

图9A和图9B是根据示例实施例制造的第二MEMS器件部件的透视图。在图9A和图9B的示例中,MEMS器件部件是另一个TRP数字微镜器件(“DMD”),其包括基部结构908和从基部结构908延伸的多个突起902。至少一个(突起902的)突起902a是附接到可移动顶部微镜结构(“可移动元件”)904的可绕枢轴旋转的支撑结构。

在图9A中,可移动元件904具有第一取向,因此:(a)可移动元件904的第一角与基部908的第一角隔开沿轴线906测量的距离906a;(b)可移动元件904的第二相对角与基部908的第二相对角隔开距离908a。轴912被示出为垂直于轴906和页平面,并且轴910被示出为垂直于轴912和轴906。在各种示例中,取代于沿轴906和/或910的其他方向或者除了沿轴906和/或910的其他方向之外,可移动元件904可以沿着该轴912的方向移动。在突起902a绕枢轴旋转以将可移动元件904从图9A的第一取向改变为图9的第二取向之后:(a)可动元件904的第一角与基部908的第一角隔开距离906b,该距离大于距离906a;(b)可移动元件904的第二相对角与基部908的第二相对角隔开距离908b,距离908b小于距离908a。

以上讨论旨在说明本公开的原理和各种实施例。一旦完全理解上述公开内容,许多变型和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。本发明旨在将以下声明权利要求解释为包含所有这些变型和修改。

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