集成电路切换器、设计结构及其制造方法

专利名称：集成电路切换器、设计结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及集成电路切换器及其制造方法；更具体而言，本发明涉及集成MEMS切换器、设计结构及这种切换器的制造方法。
背景技术：
在3D与其它集成电路中所使用的集成电路切换器可由固态结构(例如晶体管) 或无源布线(MEMS)形成。一般系使用MEMS切换器，因为其几乎理想的隔离性，这是用于功率放大器(PA)模式切换的无线射频应用的一项关键要求，且其于IOGHz以上的频率下具有低插入损耗(即，电阻)。MEMS切换器可用于各种应用中，主要是模拟与混合信号应用。其实例之一为含有功率放大器(PA)和为各广播模式调整的电路的移动电话芯片。在芯片上的集成切换器将PA连接到适当电路，因此不需要针对每一个模式具备一个PA。根据特定应用与工程规则，MEMS结构可产生许多不同形式。举例而言，MEMS可形成为具有悬臂结构的形式。在悬臂结构中，通过施加电压而将悬臂臂体(悬浮电极)拉向固定电极。通过静电力将悬浮电极拉至固定电极所需的电压称为拉进(Pull-in)电压，其与各种参数有关，包括悬浮电极的长度、悬浮电极与固定电极之间的间隔或间隙以及悬浮电极的弹性常数(其为材料与其厚度的函数)。MEMS可以各种方式、利用各种不同工具加以制造。一般而言，这些方法与工具用于形成小型结构(其尺寸为微米尺度、切换器尺寸为约5微米厚、100微米宽及200微米长)。 同时，这些方法中已经有许多方法(即，技术)是从集成电路(IC)技术而转用于制造MEMS。 举例而言，几乎所有的MEMS都构建在晶片上，并产生于晶片顶部、以光刻制程构图的薄膜材料中。特别是，MEMS的制造使用了三个基本的建置块(i)在衬底上沉积薄膜材料，(ii) 通过光刻成像在膜顶部上施加构图掩模，以及(iii)相对于掩模选择性蚀刻膜。在MEMS悬臂式切换器中，固定电极与悬浮电极一般是利用一系列的传统光刻、蚀刻与沉积制程所制造。在一个实例中，在形成悬浮电极的后，在MEMS结构之下沉积一层牺牲材料(例如由Microchem公司所制的旋涂聚合物PMGI)以形成腔、以及于MEMS结构之上以形成腔。MEMS之上的腔是用于支撑盖体(例如SiN圆顶)的形成，以密封MEMS结构。为了移除SiN圆顶内的牺牲材料，直接在MEMS结构之上的圆顶顶部中印制孔洞；然而，其具有数项缺点。举例而言，由于在圆顶弯曲处上的光致抗蚀剂的变异性之故，在圆顶顶部中印制孔洞是一项困难制程，例如需要在一个以上的焦点平面中印制。当孔洞形成且圆顶中的材料(例如PMGI) —经移除(例如利用下流式氧等离子体，其优选为在摄氏125度以上实施以增加移除率；或以喷洒或储槽工具实施的浸渍NMP溶剂)，这对于密封该圆顶是必需的。 举例而言，密封制程包括在圆顶之上及孔洞内沉积另一盖体(SiN或二氧化硅)。然在密封制程期间，SiN或二氧化硅材料也会沉积在悬浮电极上，且在某些情况下则沉积在固定电极上。这是因为孔洞的位置系直接位于MEMS结构之上。沉积在悬浮电极上的SiN(或其它材料)会产生悬浮电极的尺寸变异性，其会对拉进电压产生不希望的应力与变异性。后者是由于例如悬浮电极的弹性常数变化所致。另一方面，沉积在固定电极上的SiN(或其它) 材料产生较高的接触电阻，还导致通过孔洞而出现的SiN材料的沉积的不希望的影响。当以旋涂电介质或聚合物来密封腔孔洞时，也会发生透过孔洞而在MEMS结构上沉积密封电介质的情形。此外，在目前许多应用中，已知水平悬臂或桥梁式切换器会黏结，例如，无法开启， 这是由于在处理期间的冻结闭合以及在切换器中所使用的相对小的接触与致动间隙。这公式为黏结。这是因为由例如用以从盖体之下去除牺牲材料的湿式蚀刻制程所致。一般而言，湿式释放制程易于使用，因为这种制程具有高度的横向蚀刻率(高于干式制程)；然而，由于湿式释放制程之故，在释放制程期间的表面张力会使MEMS组件黏结在一起，导致MEMS失效。另一方面，使用干式蚀刻制程时，则需要牺牲材料的横向蚀刻。在干式蚀刻制程中，通常需进行横向蚀刻达数十微米以完全移除牺牲材料。这具有挑战性且每一晶片需花费0. 1至10小时，十分昂贵。在干式释放硅方法中，若使用XeF2或其它横向硅蚀刻制程时，则使用硅作为牺牲材料。XeF2蚀刻具有两项缺点，举例而言，核反应的副产物^CeF2是非常昂贵的，例如为通过1微米宽的狭缝来移除5微米的硅，每一晶片需花费1 小时以上，且成本高于每一晶片100美元。此外，利用PECVD或PVD仅能在与BEOL布线兼容的温度下(即低于摄氏400度)进行硅沉积，然PECVD硅是一项困难制程，因为难以清洁 PECVD腔室壁面上的硅。同时，PVD硅虽为可用，但因PVD沉积速度相对较低(每分钟低于 IOOnm)而较为昂贵。若横向纵横比远大于1(就大部分应用而言)，则利用干式释放聚合物方法是非常困难的。当横向纵横比远大于1(就大部分应用而言)时，利用干式释放3102基的电介质也是非常困难的。因此，在该领域中需要克服上述缺陷与限制。

发明内容
在本发明的方面中，一种制造切换器的方法包含在切换器件的侧面上形成牺牲材料的至少一个凸片，该切换器件嵌于该牺牲材料中。该方法还包含通过在该切换器件的该侧面上的该至少一个凸片上形成的至少一个开口清除该牺牲材料。该方法附加地包含以覆盖材料密封该至少一开口。在本发明的一方面中，一种制造MEMS切换器的方法包含形成MEMS结构，其暂时嵌于牺牲材料中；于该些MEMS结构之上形成盖层；在该MEMS结构的侧面上的该盖层中开设孔洞；利用干式或湿式蚀刻剂清除该牺牲材料，以于该MEMS结构周围形成空洞；以及以覆盖材料密封该孔洞。在本发明的一方面中，一种形成结构的方法包含进行湿式蚀刻制程以清除嵌埋在圆顶内形成的有源器件的下部与上部部分的牺牲材料；该方法还包含进行干式蚀刻制程以清除沉积在该有源器件的下金属层上的薄牺牲层。在本发明的一方面中，一种MEMS结构包含下推进电极和远离该下推进电极的下接触电极；悬臂梁，其位于该下推进电极和该下接触电极之上；以及盖层，其密封该下推进电极、该下接触电极和该悬臂梁。该盖层具有密封部，该密封部位于该下接触电极的侧面上并远离该下推进电极和该悬臂梁的端部。在本发明的另一方面中，提供了一种具体化于机器可读介质中的设计结构，其用于设计、制造或测试集成电路，该设计结构包含本发明的结构和/或方法。


参照多个附图，以本发明示例性实施例的非限制实例来详细说明本发明。图1至图8说明根据本发明方面的中间结构与各处理步骤；图9说明根据本发明方面的最终MEMS结构与各处理步骤；图10说明根据本发明另一方面的备选最终MEMS结构与各处理步骤；图11说明根据本发明另一方面的备选最终MEMS结构与各处理步骤；图12说明代表图9至图11中所示任一结构的上视图；图13与图14说明根据本发明另一方面的备选中间结构及各处理步骤；图15说明根据图12与图13的结构的备选最终结构与各处理步骤；图16与图17说明根据本发明另一方面的备选中间结构与各处理步骤；图18说明根据图16与图17的结构的备选最终结构与各处理步骤；以及图19是用于半导体设计、制造和/或测试的设计处理的流程图。
具体实施例方式本发明与集成电路切换器及其制造方法有关；更具体而言，本发明与集成MEMS切换器、设计结构及这种切换器的制造方法有关。在实施时，本发明包括了各种新颖MEMS切换器的方法与结构。有利的是，用于形成该结构的方法降低了 MEMS结构上的整体应力，降低了材料变异性，同时降低了 MEMS切换器的接触电阻。此外，本发明的各种方法消除了黏结，例如消除了因制程期间的闭合冻结所致的无法切换为开启的状况。在实施例中，利用形成远离MEMS器件的开口来制造MEMS切换器(相较于具有直接位于MEMS器件之上的开口的传统结构)；即，本发明的开口(？L洞)并不形成在MEMS器件的任何部分之上。在实施例中，可通过沿着MEMS圆顶的下边缘沉积牺牲材料以形成一个或多个凸片(tab)而完成。在可选的实施例中，牺牲材料可在下腔与上腔中沉积牺牲材料期间沉积，或在单独的沉积制程中沉积。在该一个或多个凸片之上的圆顶中形成一个或多个开口，以移除圆顶内的牺牲材料。可以覆盖材料密封开口以密封MEMS器件。由于开口远离MEMS结构，因而覆盖材料将不会沉积在任何MEMS结构上(例如悬臂梁或接触电极)，藉此可降低应力、材料变异性及MEMS器件的接触电阻。图1说明了包含金属间电介质层10的初始结构。该领域技术人士应可了解，介电材料10为集成电路中的M+1布线层。虽未于图1中说明，然介电材料10位于形成集成电路所用的任何习知类型的晶片上；举例而言，晶片可为硅、SOI、SiGe、石英、蓝宝石、玻璃或砷化镓等等。在实施例中，介电层10为SiO2;然应知本发明也可使用其它的介电材料。可利用任何习知方法来沉积介电层10，像是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。利用习知方法在介电层10中形成布线12 ；举例而言，利用传统光刻制程来形成多个过孔(via)。光致抗蚀剂剂沉积在介电材料10上，并曝光光致抗蚀剂剂中的选择部分以形成开口。在后续制程中，利用传统制程(例如，反应离子蚀刻，RIE)来蚀刻介电材料10以形成过孔。以习知金属或金属合金来填充过孔以形成布线12。光致抗蚀剂剂可被去除。在实施例中，可利用单一或双重镶嵌铜、或减少蚀刻(subtractive-etch)铝线技术来形成布线12。可利用任何习知制程组合来金属化布线12，例如，物理气相沉积(PVD)、 化学气相沉积(CVD)、电镀沉积(ECP)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)等。在一个示范实施例中，布线可为具有TiN衬层的钨插件。在另一实施例中，利用具有TaN/Ta衬层的铜来形成布线12。在另一实施例中，通过应用布线层之间镶嵌钨过孔或渐细(tapered)AlCu过孔的减蚀刻(sub-etch) AlCu或AlCuSi制程来形成布线12。在图2中，可选的SiN层14利用任何传统沉积方法例如CVD而沉积在介电层10 之上。以类似于上述介电层10的方式，在SiN层14上沉积第二金属间介电层16。利用该领域技术人士习知的单或双重镶嵌制程在SiN层14与介电层16中形成布线层18、20，而与下伏的金属布线层12产生接触。该布线为例如铜布线。如图3所示，介电层22沉积在图2的结构上。介电层22约为0. 5微米高，且利用像是上述的传统技术加以沉积。之后，利用传统制程来形成布线层对、28。举例而言，利用传统光刻与蚀刻制程在介电层22中形成过孔。导电材料均厚(blanket)沉积在介电层22 上，包括在过孔内。导电材料为例如Al、Cu、AlCu, TaN, Ta或TiN等。在实施例中，强接触冶金(例如，金)薄层30沉积在导电材料(且特别是在下接触电极^a)上并经构图。在实施例中，金薄层30为约lOOnm，然由本发明可知其它尺寸亦为可行。可使用任何习知方法来沉积金，例如，物理气相沉积(PVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、蒸发、电镀敷等。可选地，在实施例中，强接触冶金薄层可为布线层观的最上层膜。一旦沉积，即可利用传统光刻与蚀刻制程来构图布线层观以形成如图3所示的图形。该图形包括了将作为MEMS切换器的下电极的布线28a与将迫使切换器与下电极观3接触的推进电极^b。该领域技术人士应知本发明也可使用不同的图形。在实施例中，可利用对下伏金属(例如TiN或AlCu)具选择性的金湿式蚀刻来构图布线观。在替代实施例中， 用金选择性镀敷布线观，进行后RIE以及清洁。在图4中，于图3所示结构上沉积牺牲材料以形成实质上会位于MEMS结构之下的腔。牺牲材料32可为溅射硅或有机聚合物(例如聚甲基戊二酰亚胺 (polymethylglutarimide, PMGI)),旋涂玻璃、或光敏聚酰亚胺(photosensitive polyimide,PSPD0 PMGI 可与大部分的 g-线(g-line)、i_ 线(i-line)及 DUV 光致抗蚀剂剂相容，且其对于Si、SiN、NiFe、Cu、Au、GaAs和其它III-V/III-VI族材料具有绝佳黏着性。 PMGI也呈现高度的热稳定性，并可以任何传统方式来施加，例如旋涂。在实施例中，可沉积牺牲材料32以在布线观(例如布线^a、28b和^c)之上延伸。也可沉积并构图牺牲材料， 以在该结构侧面上包括一个或多个凸片(例如，延伸部分)3加。在实施例中，利用独立于用以支撑MEMS结构悬臂梁形成的牺牲层的沉积制程来形成凸片32a。在此方式中，该结构为双重高度的结构，然如下文将进一步讨论，可以与牺牲材料同一制程来形成凸片32a，其将产生约为悬臂梁下侧的高度。在实施例中，凸片3 可位于远离MEMS结构的任何位置。 在一个实例中，凸片3 可位于结构的拐角。在另一实例中，凸片3 可位于结构的多个拐角，或位于结构的一侧或多侧上(见图12)。在任何情况中，凸片3 位于MEMS结构的侧面上。在实施例中，牺牲材料约为50微米宽且约200微米长，其中凸片3 约为0. 2微米高且约10微米长。凸片3 将远离MEMS结构，例如位于MEMS结构的侧面上，且其相比于结构表面优选为具有基本上水平、平坦表面。如图5所示，材料(优选，是导电的)、或导电与绝缘材料的组合在牺牲材料32上形成，且与布线28c的暴露部分接触以形成悬臂梁34，例如切换器的上电极。在切换器的上电极中的材料可通过如沉积、构图与蚀刻；或通过构图、沉积及利用剥离(lift-off)方法来形成。在实施例中，悬臂梁34为约100微米长且约0. 5至约10微米厚，以对结构提供特定刚度；然其它尺寸在本发明中亦为可行。虽然所示的膜层34为单一单块材料，但其也可为以一个或多个构图步骤(图未示出)所形成的导体与绝缘体的多层结构，以形成如图16 至18所讨论的复合梁。悬臂梁34也在接触布线28a与推进电极28c之上延伸预定距离。在实施例中，推进电极28c与悬臂梁34底部表面之间的预定距离约为0. 1微米至约5微米，然其它尺度在本发明中亦为可行。上述尺寸确保推进电极28b可迫使悬臂梁34向下接触下电极观乂由构图布线观所形成)。虽然仅绘示一个悬臂梁，然也可使用任何MEMS梁，例如桥体(S卩，两端固定)。在实施例中，悬臂梁34的导电材料可为任何导电材料，像是例如Al、Ti、TiN, Cu、 Au、AlCu或金或其任何组合；且如果使用绝缘体，该绝缘体可为任何绝缘体的组合，包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝等。在实施例中，悬臂梁34可为例如电镀敷(ECP)金，其于下侧具有难熔衬层。在其它实施例中，悬臂梁34可为下侧具有金衬层的AlCu，其系利用传统制程 (例如PVD)所形成。在另外的替代实施例中，悬臂梁34可为具有ECP金涂层的AlCu。在该后一实施例中，ECP金涂层可形成于悬臂梁34的下侧上、或是悬臂梁34的下侧与顶部表面上。在图6中，在图5的结构上沉积牺牲材料36以形成梁体之上的上腔。牺牲材料36 可为如硅、PSPI或PMGI。牺牲材料36因而可为与牺牲材料32相同的材料、或不同的材料。 在替代实施例中，凸片3 在该处理步骤中形成。在图7中，盖体38形成在图6的结构之上。更具体而言，盖体38为沉积在牺牲材料36、凸片3 与结构的其它部分上的硬盖体，例如二氧化硅、SiN或多层电介质衬层。形成在凸片3 之上的盖体38优选为与单一焦平面共面。盖体38的沉积可通过任何传统沉积制程而进行，例如CVD或PVD制程。在实施例中，盖体38约为3微米厚。图8说明了根据本发明的蚀刻与去除制程。更具体而言，在图8中，开口 40形成于盖体38中，且更特别是在远离MEMS结构处的凸片3 上。可利用传统蚀刻制程来形成开口 40，例如RIE。在实施例中，开口 40可完全与凸片3 对准(直接位于其上)或偏离凸片32a(部分对准)。在图8的代表例子中，开口 40偏离凸片32a，然图8也相当于代表开口 40与凸片3 对准。开口远离悬臂梁；34的端部。由于开口 40位于一个或多个凸片3 或其任意组合上，其将在单一焦平面中被构图，且远离MEMS结构。开口 40可为约1微米宽，且可为方形或矩形。当使用矩形时，则可使用的矩形约为1微米宽至约大于10微米长，这根据凸片尺寸而定。然该领域技术人士定可理解本发明也可使用其它尺寸的开口 40。进一步如图8所示，盖体内的牺牲材料被去除，而于盖体38内产生空洞。举例而言，可利用干式或湿式蚀刻化学、透过开口 40来去除牺牲材料。更具体而言，例如在 PMGI的例子中，可以N-甲基-2-吡咯酮(N-methyl-2-pyrrolidine，NMP)和/或二甲亚砜(dimethylsulfoxide, DMS0)系清除剂来去除PMGI。同时，PMGI具DUV、电子束及χ射线敏感性，其于下流式灰化器、高密度等离子体RIE腔或平行板RIE腔所使用的氧等离子体中也具有高蚀刻速率。虽然可想象任何习知的氧等离子体去除方法，然当PMGI移除过程中晶片温度大于摄氏100度(例如为摄氏150度)时，PMGI的移除速率会更为提升。如前所述， 也可使用通过任何习知方法(像是PVD、CVD等)所沉积的其它牺牲材料(例如硅)。若使用硅作为牺牲材料，则可利用横向下流式硅蚀刻工具来进行移除，例如该领域中习知的使用XeF2气体的工具。此外，当使用硅作为牺牲材料时，则在硅蚀刻之前，暴露至硅蚀刻剂气体或液体的布线与过孔表面需要以不受硅蚀刻所蚀刻的电介质或导体进行涂布。图9说明了最终结构与各处理步骤。特别是，图9说明了利用传统沉积制程而以 SiN、二氧化硅或多层材料42来密封开口。SiN材料42可为例如约2微米厚。在此方式中， MEMS切换器密封在盖体38、42内。密封远离悬臂梁34端部。由于开口远离MEMS切换器，因而SiN材料42并不会沉积在悬臂梁34或接触电极 ^a (或其它MEMS结构)上。取而代之，SiN材料42会沉积在盖体32上与开口 40内。因此，圆顶完全密封而不以任何方式影响MEMS结构。S卩，SiN材料42将不沉积在悬臂梁34 上，藉此避免产生悬臂梁34的任何可能尺寸变异性(其将产生不希望的应力与拉进电压变异性)。同时，SiN材料42将不沉积在固定电极(接触电极^a)上，藉此避免产生较高的接触电阻、以及透过孔洞而发生的SiN材料沉积的不希望的效应。图10说明了本发明另一方面的备选最终MEMS结构与各处理步骤。更具体而言， 在图10中，开口 40形成在盖体38中，且更特别是直接对准在凸片3 之上，远离MEMS结构。如上所讨论，可利用传统的蚀刻制程来形成开口 40，例如RIE。在形成开口之后，牺牲材料被去除而在盖体38中产生空洞。利用传统沉积制程、通过SiN材料42的沉积来密封开口 40。由于开口 40远离MEMS切换器，因而SiN材料42并不沉积在悬臂梁34或接触电极28a上，藉此避免产生上述不良效应。图11说明了本发明另一方面的备选最终MEMS结构与各处理步骤。在此实施例中，凸片3 是在用于支撑悬臂梁34的牺牲材料32的形成期间(同时)形成(且其嵌入 MEMS器件的下部结构)。同时进行凸片32a的形成与牺牲材料的沉积可减少处理步骤，因为例如不需具有单独的沉积步骤来形成凸片。在此实施例中，凸片3 被形成到接近悬臂梁；34下侧的高度(例如见图4)。在图11所示的实施例中，开口 40形成在凸片一侧上的盖体38中，其同样也远离 MEMS结构。该领域技术人士应知开口可仍形成在盖体的顶部上，可对准或偏离凸片。如上所讨论，可利用传统蚀刻制程来形成开口 40，像是例如RIE。在形成开口 40之后，牺牲材料被去除而于盖体38内产生空洞。利用传统沉积制程、通过SiN材料42的沉积来密封开口 40。同样的，由于开口 40远离MEMS切换器，SiN材料42并不会沉积在悬臂梁34或接触电极28a上，藉此可避免上述不良效应。图12说明图9至图11中所示的任一结构的代表上视图。特别是，图13说明了从结构的侧部和/或拐角延伸的凸片32a，其远离有源区域(MEMS结构)。凸片32a以虚线表示，说明其沿侧部和/或拐角的设置可为在多个位置处、或单一位置处、或其任何组合。图13至图15说明了本发明另一方面的替代结构与处理步骤。特别是，图13至图 15说明了一种用以避免与纯湿式移除方法有关的黏结的两步骤式湿式/干式牺牲MEMS层移除制程。更具体而言，图13说明了利用传统制程所制的中间结构。图13的结构包括了具有BEOL器件的衬底，其一般由参考符号42所表示者。该领域技术人士可知，衬底上包括了有源、无源与存储器件；这些有源、无源与存储器件可利用该领域技术人士所知的传统光亥IJ、蚀刻与沉积制程加以制造。BEOL器件包括布线、过孔与无源器件，其也利用传统方式加以制造。在BEOL层上沉积有布线层观，布线层观可为如上讨论的推进电极或接触电极。牺牲层44系利用传统沉积方法而沉积在布线层观上(在腔的下部部分中)。牺牲层44可为利用如PVD沉积而成的牺牲硅层。或者是，牺牲层44可为任何材料，例如Dow Chemical SiLKTM(其系聚亚芳香醚)、金刚石碳、或不会被用于后续牺牲层32/36的释放制程所移除的任何材料。牺牲层44为薄层，其可介于约10纳米至1微米的间，在一说明实例中其为约50纳米。牺牲层44避免了在湿式蚀刻制程期间所可能产生的黏结。图13的结构也包括了悬臂梁34。悬臂梁34与布线层28嵌于牺牲材料32/36、 PMGI或如上讨论将经湿式释放的其它材料内。如图13所示，牺牲层44位于悬臂梁34与布线层观之间。盖体38形成在结构之上，以形成圆顶。盖体38可为例如SiN，在盖体38中利用传统印刷方法来形成多个开口 40。图14说明利用湿式蚀刻剂进行的层32/36排空去除制程。去除制程中可使用不同蚀刻剂，其根据用以形成MEMS结构的牺牲材料32/36而定。举例而言，表1说明了本发明中可使用的不同蚀刻剂。表 1
牺牲材料湿式蚀刻
PMGI (聚合物)NMP
~~过氧化硫 PVD 的 SiKOH
THCVD 的 SiO2 或 SOG HlF图15说明了本发明的一方面中的干式蚀刻移除制程与密封制程。更具体而言，在湿式蚀刻制程完成之后，利用干式蚀刻制程来移除牺牲层44。举例而言，可利用XeF2下流式蚀刻来去除牺牲硅材料。或者是可使用N2/H2或O2磁增强反应离子蚀刻(MERIE)等离子体蚀刻、O2或仏/03下流式蚀刻来去除聚亚芳香醚。在任何一种情况中，干式蚀刻剂将释放悬臂梁，藉此避免与黏结相关的问题。接着在结构上沉积盖体42以密封开口(孔洞)。举例而言，盖体42可为SiN材料。图16与图17说明本发明另一方面中的替代中间结构与各处理步骤，其中利用镶嵌处理来形成腔。图18说明了根据图16与图17的结构的替代最终结构与各处理步骤。特别是，图16至图18的结构说明了一种平坦表面MEMS或其它有源结构。更具体而言，图16说明一种具有牺牲材料48的中间结构，该牺牲材料形成于下腔 50a、上腔50b中并在连接下与上腔50a、50b的过孔50c内延伸。该领域技术人士应知，腔50a、50b与过孔50c系利用传统光刻与构图制程而形成。牺牲材料48可为例如硅。图16 的结构更说明了通过传统光刻、构图与沉积制程所形成的数个布线层52。布线层52可包含任何习知金属或金属合金，且其可以氧化物涂敷。在实施例中，下和上腔50a、50b嵌于氧化物或其它介电材料M内。氧化物或其它介电材料M的上表面经平面化，以形成平坦表面。 在结构中形成有过孔56，其延伸至下腔50a。在实施例中，过孔56形成为远离上腔50b。图17说明了本发明此一方面的去除制程。更具体而言，利用蚀刻剂来去除牺牲材料48以于过孔50c与下部和上腔50a、50b中形成空洞或中空空间58。在实例中，可利用硅蚀刻来去除牺牲材料48，例如XeF2干式蚀刻、KOH或NaOH湿式蚀刻。在图18中，过孔56以电介质材料60予以密封，例如如上讨论的二氧化硅或氮化硅。氧化物材料60可利用CVD、旋涂或如上讨论的其它制程而沉积在过孔内。在一个实例中，氮化物厚度为0. 8微米，其密封直径为1微米的空孔洞。氧化物沉积远离MEMS或其它有源结构执行。在氧化物材料60上沉积例如氮化物材料62。氮化物材料62利用例如CMP 制程加以平面化。在一个实施例中，氮化物沉积包括3mm的摄氏400度氮化物沉积制程。设计结构图19说明多种此设计结构，其包括优选由设计制程910所处理的输入设计结构 920。设计结构920为逻辑仿真设计结构，其由设计制程910所产生及处理，以产生硬件器件的逻辑等效功能性表示。设计结构920也或可选地包含数据和/或程序指令，其在由设计制程910处理时产生硬件组件的物理结构的功能性表示。无论表示功能性和/或结构性设计特征，设计结构920利用如核心开发者/设计者所执行的电子计算机辅助设计(ECAD)所产生。在于机器可读取数据传输、门阵列、或储存媒体上编码时，设计结构920可被设计制程910中的一个或多个硬件和/或软件模块存取与处理，以仿真或功能性呈现电子部件、电路、电子或逻辑模块、器件、器件或系统，例如图1至图18中所示者。因此，设计结构920包含文件或其它数据结构，包括人和/或机器可读取的源代码、编译结构与计算机可执行的至IJ，代码结构，其由设计或仿真数据处理系统处理时，可功能性仿真或代表电路或其它硬件逻辑设计层。这种数据结构包括硬件描述语言(HDL)设计实体或与低阶HDL设计语言(像是Verilog与VHDL)和/或更高阶的设计语言(像是C或C++)相符和/或兼容的其它数据结构。设计制程910优选为应用并整合硬件和/或软件模块以进行综合、转译、或处理图 1至图18示出的部件、电路、器件或逻辑结构的设计/仿真功能等效物，以产生网表980，其含有如设计结构920的设计结构。网表980可包含例如经编译或处理的数据结构，其代表布线、分立部件、逻辑门、控制电路、I/O器件、模型等的列表，其描述了对集成电路设计中其它器件和电路的连接。网表980利用迭代程序加以综合，其中网表980经一次或多次的重新综合，其依赖组件的设计规格与参数而定。由于具有本文所述的其它设计结构类型，网表 980被记录于机器可读取数据储存介质上、或经程序化至可编程门阵列中。该介质可为非易失性性储存介质，像是磁盘驱动器或光驱、可编程门阵列、压缩快闪碟、或其它闪存。此外 (或在替代例中)，介质为系统或高速缓存、缓冲空间、或是电性或光学性传导装置与材料 (其上可经因特网或其它的适当连网装置来传送并暂时储存数据封包)。设计制程910包括硬件与软件模块以处理各种输入数据结构类型，包括网表980。 这些数据结构类型存在于例如库组件930内，并包括一既定制造技术的一组常用组件、电路与装置，包括模型、版图与符号表示(例如不同的技术节点32nm、45nm、90nm等)。数据结构类型可进一步包括设计规格940、特征数据950、验证数据960、设计规则970与测试数据文件985 (其系包括输入测试图形、输出测试结果以及其它测试信息)。设计制程910进一步包括例如标准机器设计制程，像是应力分析、热分析、机器事件仿真、操作的工艺仿真 (如铸造、模造与模压成型等)。机器设计领域的技术人士可知，在设计制程910中的可能机器设计工具和应用程序的范围都不背离本发明的范畴与精神。设计制程910也包括执行标准电路设计制程(例如时序分析、验证、设计规则检查、放置与布线操作等)的模块。设计制程910应用并整合逻辑与物理设计工具，像是HDL编译器与仿真模型建置工具，以同时处理设计结构920以及部分或所有的所述支持数据结构及任何其它机器设计或数据(如果适用的话)，以产生第二设计结构990。设计结构990以数据格式存在于储存介质上或可编程门阵列，以进行机器装置与结构的数据交换(例如储存于IGES、DXF、 Parasolid XT、JT、DRG或其它用于储存或呈现这些机器设计结构的任何适当格式中的数据)。与设计结构920类似，设计结构990优选为包含一个或多个文件、数据结构、或其它经计算机编码的数据或指令，其存在传输或数据储存媒体上，且在由ECAD系统处理时系产生图1至图18中所示的本发明的一个或多个实施例的逻辑性或功能性等效形式。在实施例中，设计结构990系包含经编译、可执行的HDL仿真模型，其功能上系仿真如图1至图18中所示的装置。设计结构990也应用了用于交换集成电路的版图数据的数据格式和/或符号数据格式(例如储存在GDSII (GDS2)、GLl、OASIS、图文件或用于储存这类设计数据结构的任何其它适当格式)。设计结构990可包含像是例如符号数据、图文件、测试数据文件、设计内容文件、制造数据、版图参数、布线、金属层、过孔、形状、用于行进通过生产线的数据、以及制造者或其它设计者/开发者为产生如图1至图18所示的上述装置或结构所需的任何其它数据等信息。设计结构990接着进行至一阶段995 ；举例而言，在该处设计结构990进行至流片(taped-out)、发布至制造、发布至掩模室、送至另一设计室、送回给客户等。上述方法系用于集成电路芯片的制造，所产生的集成电路芯片可由制造者以裸晶片形式(即具有多个未封装芯片的单一晶片)，如裸晶粒、或以封装形式进行发布。在后者中，芯片固定至单一芯片封装结构(像是具固定至母板的引线的塑料载体或其它高阶载体)中或多芯片封装结构(像是具有表面互连或嵌入互连或具备两者的陶瓷载体)中。在任何情况中，芯片接着都会与其它芯片、分离的电路组件和/或其它信号处理组件整合，作为(a)中间产品(如主机板)或(b)终端产品的部件。终端产品可为包括集成电路芯片的任何产品。在本文中所使用的技术用语皆仅为说明特定实施例的用，且其并不用于限制本发明。在本文中，单数形式“一”、“该”皆用于同时包括复数形式，除非上下文中另行清楚指明。 进一步应了解在说明书中所使用的用语“包含”和/或“包括”指明所述特征、整体、步骤、 操作、组件和/或部件的存在，但并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、组件、部件和/或其群组。在下列申请专利范围中的对应结构、材料、动作、以及所有方法或步骤加功能性装置的等效例(如果存在的话)为包括用于执行该功能的任何结构、材料或动作，其与其它请求保护的组件结合。本发明的说明已为描述及说明而提出，但其并不用于排除其它可能或将本发明限制为所公开的形式。该领域技术人士可知有多种修改例与变化例皆不脱离本发明的范畴与精神。实施例经选择与说明，以最佳解释本发明的原理与实际应用，并使该领域中其它技术人士了解本发明的具各种修改的各种实施例以适用于特定用途。
权利要求
1.一种制造结构的方法，包含在切换器件的侧面上形成牺牲材料的至少一个凸片，所述切换器件嵌于所述牺牲材料中；在所述切换器件和所述至少一个凸片之上沉积盖层；通过在所述切换器件的所述侧面上的所述至少一个凸片上的所述盖层中形成的至少一个开口去除所述牺牲材料；以及以附加材料密封所述至少一个开口。
2.根据权利要求1的方法，其中所述至少一个凸片的所述牺牲材料沉积到近似悬臂梁的下侧表面的高度，所述悬臂梁形成所述切换器件的上结构。
3.根据权利要求1的方法，其中形成所述至少一个凸片的所述牺牲材料沉积到低于悬臂梁的下侧表面的高度，所述悬臂梁形成所述切换器件的上结构。
4.根据权利要求1的方法，其中所述至少一个开口完全对准在所述至少一个凸片之上。
5.根据权利要求1的方法，其中所述至少一个开口偏离所述至少一个凸片。
6.根据权利要求1的方法，其中所述至少一个开口被形成在所述至少一个凸片的侧面上。
7.根据权利要求1的方法，其中所述牺牲材料为硅，且利用XeF2气体进行去除。
8.根据权利要求1的方法，其中所述牺牲材料为PMGI，且利用基于N-甲基-2-吡咯酮 (NMP)和/或二甲亚砜(DMSO)的清除剂进行去除。
9.根据权利要求1的方法，其中在沉积嵌入所述切换器件的底部部分的牺牲材料的同时沉积形成所述至少一个凸片的牺牲材料。
10.根据权利要求1的方法，其中在沉积嵌入所述切换器件的顶部部分的牺牲材料的同时沉积形成所述至少一个凸片的牺牲材料。
11.根据权利要求1的方法，其中以附加材料密封所述至少一个开口消除了形成所述切换器件的一部分的悬臂梁的材料变异性。
12.根据权利要求1的方法，其中所述盖层与所述附加层为介电材料。
13.一种用于制造MEMS切换器的方法，包含在由过孔所连接的且暂时填以牺牲材料的下腔和上腔中形成MEMS结构； 形成介电层，其环绕所述下腔和上腔以及在所述MEMS结构之上； 在所述下腔之上的所述MEMS结构的侧面上的所述介电层中开启孔洞； 利用干式或湿式蚀刻剂清除所述牺牲材料，以在所述MEMS结构周围形成空洞；以及以覆盖材料密封所述孔洞。
14.根据权利要求13的方法，还包含在所述MEMS结构的侧面上形成至少一个凸片，所述至少一个凸片由所述牺牲材料所形成；以及在所述至少一个凸片之上形成所述盖层，其中所述孔洞位于所述至少一个凸片上的所述盖层中。
15.根据权利要求14的方法，其中所述牺牲材料的下层嵌埋所述MEMS结构的接触电极与推进电极，并同时形成所述至少一个凸片。
16.根据权利要求15的方法，其中嵌埋所述接触电极与所述推进电极的所述牺牲材料的下层形成于与所述至少一个凸片不同的时间。
17.根据权利要求14的方法，其中所述孔洞为完全对准于所述至少一个凸片之上、偏离所述至少一个凸片以及形成于所述至少一个凸片的侧面上中的一者。
18.根据权利要求14的方法，其中包括下列中的一种情况 所述牺牲层是硅，且利用^CeF2气体进行清除；以及所述牺牲材料为PMGI，且利用基于N-甲基-2-吡咯酮(NMP)和/或二甲亚砜(DMSO) 的清除剂进行清除。
19.一种形成结构的方法，包括进行湿式蚀刻制程以清除嵌埋在圆顶结构内形成的有源器件的下部和上部部分的牺牲材料；以及进行干式蚀刻制程以清除沉积在所述有源器件的下金属层上的薄牺牲层。
20.根据权利要求19的方法，其中沉积在所述下金属层上的所述牺牲层为牺牲硅层或聚亚芳香醚。
21.一种MEMS结构，包含下推进电极和远离所述下推进电极的下接触电极； 悬臂梁，其位于所述下推进电极和所述下接触电极之上；以及盖层，其密封所述下推进电极、所述下接触电极和所述悬臂梁，所述盖层具有密封部， 该密封部位于所述下接触电极的侧面上并远离所述下推进电极和所述悬臂梁的端部。
22.根据权利要求21的结构，其中所述悬臂梁缺乏用以密封所述盖层的密封材料的材料变异性所致的应力。
23.一种具体化在机器可读取介质中的设计结构，其用于设计、制造或测试集成电路， 所述设计结构包含在切换器件的侧面上形成牺牲材料的至少一个凸片，所述切换器件嵌于所述牺牲材料中；通过在所述切换器件的所述侧面上的所述至少一个凸片上形成的至少一个开口清除所述牺牲材料；以及以覆盖材料密封所述至少一个开口。
24.根据权利要求23的结构，其中所述设计结构包含网表且位于可编程门阵列中。
25.根据权利要求22的结构，其中所述设计结构作为用于集成电路版图数据交换的数据格式而位于储存介质上。
全文摘要
提供了集成MEMS切换器、设计结构及这种切换器的制造方法。所述方法包括在切换器件(34)的侧面上形成牺牲材料(36)至少一个凸片(32a)，所述切换器件嵌于所述牺牲材料中。所述方法还包括通过在所述切换器件的所述侧面上的所述至少一个凸片上形成的至少一个开口清除所述牺牲材料，以及以覆盖材料密封所述至少一个开口。
文档编号B81C1/00GK102471048SQ201080035440
公开日2012年5月23日 申请日期2010年8月12日 优先权日2009年8月27日
发明者A·K·斯塔珀, F·P·安德森, T·L·麦克德维特 申请人:国际商业机器公司