专利名称：涂覆保护层的mems装置的制作方法
背景技术：
本发明涉及增加由硅形成的微型元件强度的方法，尤其涉及用韧性金属涂覆微型元件以增加其强度。
多种微型电子机械系统(MEMS)装置及其它微型元件由硅或其它脆性材料构成。虽然极脆，但由于许多原因，硅已经成为了工业标准。首先，由于新型的蚀刻技术，有可能通过在硅上蚀刻而形成非常精密的微型元件。因此，在许多微型元件工厂中的大量设备和工艺被配置成使用硅进行工作。
此外，MEMS工业深受半导体工业的影响并紧跟其后。半导体工业一直使用硅来制造其元件，从而进一步完善了使用硅制造的技术。此外，如果MEMS装置具有电子连接或集成到其它的电子元件中，则优选由硅制成MEMS装置。
虽然硅是相对较硬的材料，但它也很脆。在处理由硅制成的MEMS装置时，MEMS装置通常会接触到诸如镊子、机械手和放置工具等常规工具，以及针式接头。只要这些工具中的一个接触到硅MEMS装置，就可能产生接触位置处的应力集中。由于应力集中的增加，这些位置非常易于碎裂、破裂或甚至断裂。
在处理期间硅元件碎裂时，裂下来的少量硅会玷污附近的电子元件。如果在处理期间元件破裂，则整个装置断裂的可能性增加。这是因为MEMS装置通常由单个硅晶体形成。一旦该单晶体破裂，则该破裂很容易发展到较大的断裂。破裂和断裂也会导致玷污。此外，如果硅MEMS装置破裂、碎裂或断裂，则该装置就没有用了。
因此，在本技术领域中存在一种需要，即以可以增加其强度从而使由碎裂、破裂或断裂产生的破损和玷污更少的方式来形成硅微型元件和MEMS装置。
发明概述本发明是在接触界面处涂覆韧性金属的硅微型元件或MEMS装置。具有保护涂层的硅微型元件或MEMS更强韧、更不易于破损且更不易于破裂。MEMS装置的保护涂层可以包括部分保护涂层或整体保护涂层。整体保护涂层包括用金属涂覆整个装置，而部分保护涂层仅在所需位置用金属涂覆MEMS装置，这些位置诸如经常由工具机械接触的位置。
附图概述
图1是受益于本发明的MEMS装置的一个实例的俯视图。
图2A-2B是涉及晶片或元件的整体保护涂层的工艺流程的简化剖面图。
图3A-3F是涉及晶片或元件的部分保护涂层的工艺流程的简化剖面图。
具体实施例方式
图1是适用于测试滑动器的硅MEMS装置的俯视图。图1所示的是MEMS装置10，它包括外部框架12、几个内部簧片14、两个圆形针脚16和接头(tab)18。MEMS装置10起到在测试期间固定滑动器20的夹子的作用。滑动器20可以暂时夹在MEMS装置10内，从而使滑动器20可以在磁盘上飞行、测试、松开并随后从MEMS装置10上移除。
MEMS装置10的针脚孔16在悬架或夹具(图1中未示出)上对准并固定装置10。接头18提供一位置，在该位置处可以施加压力到MEMS装置10。当施加压力到接头18上时，簧片14变形来打开夹子并允许滑动器20插入MEMS装置10或从MEMS装置10移除。
将滑动器20夹在用于测试的MEMS装置10内与将滑动器胶合到用于测试的夹具上相比是较佳的。当滑动器被胶合到用于测试的夹具时，滑动器通常不再有用了。使用诸如MEMS装置10的夹持装置允许每个滑动器被测试，保持在从夹子移除后仍然可以使用。因此，重复打开和闭合MEMS装置10以便允许每个滑动器的测试前后滑动器的插入和移出。
通常使用晶片平面工艺(wafer level processing)将硅制成诸如装置10的MEMS装置。只要单个装置10从晶片上移除，就必须处理MEMS装置10。对于MEMS装置10通常由镊子或类似的工具装置在其外部边界12处接触，例如当在悬架上安装MEMS装置10时。当这样处理时，对于硅在镊子接触MEMS装置10的外部表面12的位置常产生破裂或碎裂。
此外，设计MEMS装置10，从而使当被安装在悬架上时，悬架上的针脚延伸通过装置10上的针脚孔16。每次MEMS装置10打开和闭合，针脚孔16就承受一定的应力。同样，对于针脚孔16附近的破裂或断裂也是很普遍的。类似地，在打开和闭合夹子10来允许滑动器插入MEMS装置10时，压力施加到接头18上会使簧片14变形。从而，接头18是MEMS装置上接收重复接触并可能破裂或碎裂的另一个位置。
只要MEMS装置10破裂或碎裂，少量的硅就会玷污固定在MEMS装置10内的滑动器或玷污靠近装置MEMS10的磁盘或其它电子元件。此外，MEMS装置10内的碎裂可以发展成更严重的结构缺陷或甚至断裂。为了克服破裂或断裂的问题，本发明包括用韧性材料，诸如金属，涂覆MEMS装置10以便防止和减少破裂和断裂。该保护涂层用来吸收重复接触的应力并防止应力通过韧性材料传递到硅晶体从而使硅破碎、断裂或破裂。
在MEMS装置上提供保护涂层有两种选择整体保护涂层，和部分保护涂层。第一个选择是用韧性金属涂覆MEMS装置的整个表面。第二个选择包括仅部分涂覆装置的所选区域。向MEMS装置提供保护涂层可以在单个元件平面，或更佳的是在晶片平面。
图2A-2B是示出向微型元件提供整体保护涂层的工艺流程的简化的晶片剖面图。图2A示出的是晶片衬底30。在向晶片30提供保护涂层的第一步骤中，籽晶层32的保形涂层沉积在晶片衬底30上。可以使用任何合适的籽晶层材料，诸如钽。在沉积籽晶层32中，籽晶层32很薄是较佳的。通常，籽晶层3是被溅射上去的并厚约几千埃。籽晶层提供一表面，韧性金属可以沉积在该表面上。
图2B示出在晶片30上的籽晶层32上沉积软金属34的步骤。可以使用任何合适的金属，诸如铜、铝和镍钴合金。最好，合适的金属是韧性的且良好地粘附到硅。不同于籽晶层32，要求保护涂层34很厚，可以厚到10微米或甚至20微米。但是，保护涂层34的厚度受到涂层34施加到MEMS装置的零件上或微型元件本身上的应力大小的限制。如果金属层34沉积得太厚，尤其当层34包括具有高伸或缩应力的韧性材料时，层34将可能损坏或可能从晶片30上剥落。
可以使用任何合适的方法来将金属保护涂层34沉积到晶片30上。例如，可以使用化学气相沉积(CVD)来沉积金属层34。此外，可以将金属涂层34溅射到晶片30上，或使用电镀工艺来沉积金属涂层34。在用韧性材料34涂覆晶片30时，可以涂覆晶片30的一个表面、将晶片翻转过来再涂覆晶片30的另一面。
所选择的金属类型以及将其沉积到晶片30上的方法可以取决于晶片30上部件的几何因素。特别地，对于具有复杂或精细几何部件的MEMS装置，CVD可以提供更好的沉积方法。CVD工艺特别适于涂层34必须均匀地涂覆很小面积，深凹，以及其它具有复杂几何结构的部件的情况。对于具有更加粗糙的部件的装置，电镀或溅射会更加合适。
所选的金属类型还取决于装置的所需磨损特性。例如，将接收大量且重复接触的表面可以从包含更硬的金属，诸如镍，的保护涂层34中受益。相反地，使用更软的金属，诸如铜，将不是很合适，因为当受到如此重复的接触时，铜会涂污或留下残渣。
图3A-3F是示出用于向晶片提供部分保护涂层的工艺流程的简化的剖面图。在某些情况中，由于空间要求或其它电子机械要求，微型元件或MEMS装置不需要完全的保护涂层。在这种情况中，可以只涂覆部分保护涂层。
图3A示出晶片40和需要涂覆保护涂层的区域42。将部分保护涂层涂覆到晶片40的第一个步骤如图3B所示。图3B示出将光阻材料44涂覆到基片40上除了将保护涂层的区域40之外的所有晶片40的区域。接着，如图3C所示，籽晶层46沉积在晶片40上。籽晶层覆盖光阻材料44以及将保护涂层的区域40。
同样，可以使用任何合适的籽晶层材料，诸如钽。同样，籽晶层46沉积得很薄是较佳的，它可以厚约几千埃。
在下一个步骤中，如图3D所示，诸如通过湿式化学带或其它用于除去光阻材料的装置除去光阻材料层44。一旦除去了光阻材料层44，籽晶层46仅留在晶片40上的所需区域(area of interest)42。
一旦籽晶层46仅沉积在晶片40上的所需区域42，则在晶片40上进行下一步操作。例如，晶片40可以进行另外的图形化和蚀刻处理，以便形成微型元件的任何其它的所需部件。如图3E所示，可以在晶片40上进行的图形化和蚀刻处理的一个实例是使用深度反应离子蚀刻形成束(beam)48。因为籽晶层46很薄，所以籽晶层46不会干扰任何这类余下的图形化处理。
在图3F示出的最终步骤中，将韧性材料50涂覆到晶片40上。因为籽晶层46仅保留在所需区域42，所以韧性材料50也仅沉积在所需区域42。结果，晶片40在所需区域具有部分保护涂层。
虽然揭示只考虑了夹持装置，但本发明适用于任何微型元件或MEMS装置上。此外，虽然揭示只考虑了晶片平面工艺，但该方法同样适用于在单独的元件或装置上进行。
虽然已经参考较佳的实施例描述了本发明，但本技术领域内的熟练的技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的修改。
权利要求
1.一种由硅制成的微电子机械元件，其特征在于，所述元件包括元件上的零件，它承受机械应力；以及用于增加该零件强度的装置。
2.如权利要求1所述的元件，其特征在于，用于增加所述零件强度的装置包括用韧性材料涂覆所述零件。
3.如权利要求2所述的元件，其特征在于，所述韧性材料包括金属。
4.如权利要求1所述的元件，其特征在于，用于增加所述零件强度的装置包括用韧性材料涂覆所述元件。
5.如权利要求4所述的元件，其特征在于，所述韧性材料包括金属。
6.由硅制成的微型元件，其特征在于，所述微型元件包括所述微型元件上的零件，它承受机械应力；以及韧性材料，它涂覆所述零件来增加所述微型元件的强度。
7.如权利要求6所述的微型元件，其特征在于，所述韧性材料包括金属。
8.如权利要求7所述的微型元件，其特征在于，还包括籽晶层以便于所述金属涂覆所述零件。
9.如权利要求7所述的微型元件，其特征在于，所述金属的厚度约10微米。
10.如权利要求6所述的微型元件，其特征在于，涂覆零件的所述韧性材料防止硅在靠近承受机械应力的零件处碎裂或断裂。
11.如权利要求6所述的微型元件，其特征在于，还包括基本涂覆了所述微型元件的整个表面的韧性材料。
12.一种增加微型电子机械元件上某个区域的强度的方法，其特征在于，所述方法包括由硅制成所述微型电子机械元件；以及用韧性材料涂覆所述元件上承受机械应力的所选区域。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述由硅制成所述元件的步骤包括用硅晶片形成多个元件。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述用韧性材料涂覆所述元件包括用金属涂覆所述元件的预先选择的区域。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，用金属涂覆所述元件的预先选择的区域包括将光阻材料涂覆到所述元件上以确定所述金属将涂覆区域；在所述元件上沉积籽晶层；去除所述光阻材料以使所述籽晶层仅保留在将涂覆所述金属的区域；以及将金属涂层涂覆到所述籽晶层。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述将金属涂层涂覆到所述籽晶层包括使用化学气相淀积工艺。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述将金属涂层涂覆到所述籽晶层包括使用电镀工艺。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述将金属涂层涂覆到所述籽晶层包括使用溅射工艺。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，涂覆所述金属涂层包括将所述金属涂层涂覆到约10微米的厚度。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，涂覆所述金属涂层包括将所述金属涂层涂覆到约20微米的厚度。
全文摘要
一种通过用韧性材料，诸如金属，保护涂覆微型元件改善由硅形成的微型元件的强度的方法。保护涂层可以包括部分保护涂层或整体保护涂层。向所述微型元件提供保护涂层可减少破裂和断裂，并同样地可减少由破裂和断裂所产生的玷污问题。
文档编号H01L21/02GK1511253SQ02810304
公开日2004年7月7日 申请日期2002年1月29日 优先权日2001年9月27日
发明者Z·－E·鲍塔格豪, R·L·希普韦尔, W·A·博宁, Z -E 鲍塔格豪, 博宁, 希普韦尔 申请人:西加特技术有限责任公司