釕接觸件的抗粘連增強(qiáng)的制作方法
1.本公開的實(shí)施例大體上涉及一種用于增強(qiáng)微機(jī)電系統(tǒng)(mems)裝置中的釕接觸件的抗粘連性質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
2.接觸粘連(sticking或stiction)是mems裝置中的主要失效機(jī)制中的一者。粘連是制造可行mems裝置的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。釕接觸件提供低電阻、耐久接觸件，但釕接觸件在操作壽命內(nèi)易受潛在粘連事件影響。
3.因此，需要具有不太易受粘連事件影響的低電阻、耐久接觸件。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
4.本公開大體上涉及一種制造mems裝置的方法。所述mems裝置具有空腔，橫梁將在所述空腔中移動(dòng)以改變所述裝置的電容。在已發(fā)生大部分裝置堆積之后，去除犧牲材料以在所述mems裝置空腔內(nèi)釋放所述橫梁。此后，暴露的釕接觸件暴露于氟以進(jìn)行以下中的任一者：摻雜暴露的釕且減少表面粘附力，在暴露的釕表面上形成氟化自組裝單層，在暴露的釕上沉積納米鈍化膜，或改變所述釕的表面粗糙度。歸因于氟處理，存在低電阻、耐久的接觸件，并且所述接觸件不太易受粘連事件影響。
5.在一個(gè)實(shí)施例中，一種制造mems裝置的方法包括：在空腔內(nèi)形成橫梁結(jié)構(gòu)，其中所述空腔含有犧牲材料；從所述空腔去除所述犧牲材料以釋放所述橫梁以在所述空腔內(nèi)移動(dòng)；將氟引入到所述空腔中；以及密封所述空腔。
6.本領(lǐng)域的技術(shù)人員將在結(jié)合附圖閱讀優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述之后了解本公開的范圍并且認(rèn)識到本公開的另外的方面。
附圖說明
7.并入本說明書中并且形成本說明書的一部分的附圖展示了本公開的若干方面，并且與說明書一起用于解釋本公開的原理。
8.圖1是在去除犧牲材料和釋放橫梁之前mems裝置的示意性圖示。
9.圖2是在已去除犧牲材料且已釋放橫梁之后圖1的mems裝置的示意性圖示。
10.圖3是展示各種參數(shù)的電阻與循環(huán)數(shù)目的圖。
11.圖4是在mems裝置已密封之后圖2的mems裝置的示意性圖示。
12.為了便于理解，已使用相同附圖標(biāo)號在可能的情況下表示圖中共有的相同元件。經(jīng)考慮，一個(gè)實(shí)施例中公開的元件可有利地用于其它實(shí)施例中而無需特定敘述。
具體實(shí)施方式
13.下文闡述的實(shí)施例表示使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`實(shí)施例的必要信息，并且展示了實(shí)踐實(shí)施例的最佳方式。在根據(jù)附圖閱讀以下說明時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解本公
開的概念并且將認(rèn)識到本文中未特別提出的這些概念的應(yīng)用。應(yīng)當(dāng)理解，這些概念和應(yīng)用落入本公開和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
14.應(yīng)當(dāng)理解，盡管本文中可使用術(shù)語第一、第二等來描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)受到這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用于將一個(gè)元件與另一個(gè)元件相區(qū)分。例如，在不偏離本公開的范圍的情況下，第一元件可被稱為第二元件，并且類似地，第二元件可被稱為第一元件。如本文所使用的，術(shù)語“和/或”包含相關(guān)聯(lián)列舉項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)的任何組合和全部組合。
15.應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)如層、區(qū)域或襯底等元件被稱為“在另一個(gè)元件上”或延伸“到另一個(gè)元件上”時(shí)，其可直接在其它元件上或直接延伸到其它元件上或者還可存在中間元件。相比之下，當(dāng)元件被稱為“直接地在另一個(gè)元件上”或“直接地延伸到另一個(gè)元件上”時(shí)，不存在中間元件。同樣，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)如層、區(qū)域或襯底等元件被稱為“在另一個(gè)元件之上”或“在另一個(gè)元件之上”延伸時(shí)，其可直接在另一個(gè)元件之上或直接在另一個(gè)元件之上延伸，或者還可存在中間元件。相比之下，當(dāng)元件被稱為“直接在另一個(gè)元件之上”或“直接在另一個(gè)元件之上延伸”時(shí)，不存在中間元件。還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)元件被稱為“連接”或“耦合”到另一個(gè)元件時(shí)，其可直接地連接或耦合到其它元件，或者可存在中間元件。相比之下，當(dāng)元件被稱為“直接地連接”或“直接地耦合”到另一個(gè)元件時(shí)，不存在中間元件。
16.在本文中可使用如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“豎直”等相對術(shù)語來描述如圖所示的一個(gè)元件、層或區(qū)域與另一個(gè)元件、層或區(qū)域的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，除了附圖中描繪的定向之外，這些術(shù)語和上文所討論的那些術(shù)語旨在涵蓋裝置的不同定向。
17.本文所使用的術(shù)語僅出于描述特定實(shí)施例的目的并且不旨在限制本公開。如本文所使用的，單數(shù)形式“一(a/an)”和“所述(the)”旨在同樣包含復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確指示。應(yīng)進(jìn)一步理解，當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語“包括(comprises/comprising)”和/或“包含(includes/including)”指定所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或添加。
18.除非另外限定，否則本文所使用的所有術(shù)語(包含技術(shù)術(shù)語和科技術(shù)語)具有本公開所屬于領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的相同含義。應(yīng)進(jìn)一步理解的是，本文所使用的術(shù)語應(yīng)被解釋為具有與其在本說明書和相關(guān)領(lǐng)域的上下文中的含義一致的含義，并且除非本文中明確地如此定義，否則將不會(huì)在理想化的或過度正式的意義上進(jìn)行解釋。
19.本公開大體上涉及一種制造mems裝置的方法。所述mems裝置具有空腔，橫梁將在操作期間在所述空腔中移動(dòng)。在已發(fā)生大部分裝置堆積之后，去除犧牲材料以在所述mems裝置空腔內(nèi)釋放所述橫梁。此后，暴露的釕接觸件暴露于氟以進(jìn)行以下中的任一者：摻雜暴露的釕且減少表面粘附力，在暴露的釕表面上形成氟化自組裝單層，在暴露的釕上沉積納米鈍化膜，或改變所述釕的表面粗糙度。歸因于氟處理，存在低電阻、耐久的接觸件，并且所述接觸件不太易受粘連事件影響。
20.圖1是在去除犧牲材料和釋放橫梁之前mems裝置100的示意性圖示。mems裝置包含襯底102，例如cmos襯底，所述襯底包含用于半導(dǎo)體裝置的大量層。還經(jīng)考慮，襯底102可僅為含有硅、鍺或其它合適半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體襯底。在一些實(shí)施例中，襯底102可包括玻璃、石英、熔融硅石、藍(lán)寶石、鈦、鈦鎢、鈷、金屬硅化物等等。任何合適材料可用于襯底102，并且因此，襯底102的材料并不意圖為限制性的。
21.在襯底內(nèi)，存在一個(gè)或多個(gè)rf電極104a、104b。應(yīng)理解，盡管展示了兩個(gè)rf電極104a、104b，但考慮單個(gè)rf電極或甚至多于兩個(gè)rf電極。rf電極104a、104b可包括適用于半導(dǎo)體裝置的任何導(dǎo)電材料，例如釕、銅、鋁、氮化鈦、鎢、鈦鋁、氮化鈦鋁和其組合。任何合適材料可用于rf電極104a、104b，并且因此，rf電極104a、104b的材料并不意圖為限制性的。
22.額外導(dǎo)電材料可存在于襯底102以及rf電極104a、104b上或上方。舉例來說，圖1中錨電極106a、106b展示為大量額外電接觸件108。錨電極106a、106b是用于橫梁結(jié)構(gòu)114的電極，且電接觸件108可用于牽入電極。錨電極106a、106b和電接觸件108可包括適合于在半導(dǎo)體裝置中使用的任何導(dǎo)電材料，例如銅、鋁、氮化鈦、鎢和其組合。
23.介電層110存在于襯底102以及電接觸件108上方。經(jīng)考慮，介電層110包括電絕緣材料，例如氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其組合。
24.第一犧牲層112存在于介電層110上方。最終將去除第一犧牲層112以釋放橫梁結(jié)構(gòu)114。第一犧牲層112包括不同于介電層110的材料。用于第一犧牲層112的合適材料包含旋涂材料，例如基于碳的材料。第一犧牲層112可包括碳、氫、氮和氧。
25.第二介電層110存在于第一犧牲層112上方，且橫梁結(jié)構(gòu)114的底部部分存在于第二介電層110上方。第二介電層110可包括與第一介電層110相同的材料。橫梁結(jié)構(gòu)114可包括適合于在半導(dǎo)體裝置中使用的任何導(dǎo)電材料，例如銅、鋁、氮化鈦、鎢tialn和其組合橫梁結(jié)構(gòu)114另外包含頂部部分以及柱部分。介電層110存在于橫梁部分的頂部和底部表面上。另外，在橫梁結(jié)構(gòu)114未定位于的區(qū)域中，存在額外犧牲材料112。犧牲材料112可在mems裝置100內(nèi)的所有位置中包括相同材料。實(shí)際上，犧牲材料112存在于橫梁結(jié)構(gòu)114的頂部部分上方。在最頂部犧牲材料112上且與其接觸，存在額外介電層110。上拉電極116存在于額外介電層110上方和之上。介電質(zhì)頂板118還存在于牽入電極116上方。還存在釋放孔120。釋放孔120延伸通過頂板118以暴露犧牲材料112。
26.橫梁結(jié)構(gòu)114的底部具有包括釕的橫梁接觸部分122。含有釕的接觸表面124的電接觸堆疊存在于每一rf電極104a、104b上方。釕接觸表面124是用于橫梁結(jié)構(gòu)114的平臺(tái)位置，如稍后將論述。橫梁接觸部分122在橫梁結(jié)構(gòu)114已釋放時(shí)接觸接觸表面124并且處于下拉狀態(tài)，這是最大電容狀態(tài)。
27.為了釋放橫梁結(jié)構(gòu)114以在裝置100中移動(dòng)，需要去除犧牲材料。圖2是在已去除犧牲材料且已釋放橫梁之后圖1的mems裝置100的示意性圖示。通過蝕刻工藝去除犧牲材料112，在所述蝕刻工藝中，可為濕式蝕刻劑或干式蝕刻劑的蝕刻劑被引入通過釋放孔120。一旦去除犧牲材料112，犧牲材料曾所處的位置被視為空腔202。橫梁結(jié)構(gòu)114在空腔202內(nèi)自由移動(dòng)。
28.如上文所指出，犧牲材料112被去除，但裝置100中的其它一切保持不變。因此，接觸表面124現(xiàn)在如接觸部分122一樣暴露。接觸表面124和接觸部分122兩者均含有釕。如上文另外指出，釕具有低電阻且為耐久接觸件，但釕接觸件在操作壽命內(nèi)易受潛在粘連事件影響。因此，已出人意料地發(fā)現(xiàn)釕的額外處理將產(chǎn)生較少粘連。
29.氟或含氟化合物經(jīng)由釋放孔120被引入到空腔202以處理暴露的釕表面。在一些實(shí)施方案中，可在沉積第一犧牲層112以處理暴露的釕表面之前將氟引入到空腔202中。可使用包括氟的等離子體將氟或含氟化合物引入到空腔202中。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體由cf4和/或o2形成。在另一實(shí)施例中，將氣態(tài)hf或f2引入到空腔202中。在又一實(shí)施例中，引入
到空腔202中的氟在暴露的釕表面上形成氟化自組裝單層(f-sam)。f-sam可包括襯底層級處的任何合適頭部基團(tuán)、作為分子鏈的任何合適尾部以及作為結(jié)束的任何合適官能團(tuán)。在又一實(shí)施例中，可將tif4或mof6引入到空腔中。
30.經(jīng)進(jìn)一步考慮，可使用其它基于氟的氣體，例如nf3。因此，本公開不限于cf4。已出人意料地發(fā)現(xiàn)，不足量的氟將不對釕提供足夠表面改性以在裝置壽命內(nèi)提供可靠操作。另外，過量c
xfy
聚合物形成將使接觸電阻增加到不可接受的水平。釕的過度氟摻雜將使接觸電阻增加到不可接受的水平。因此，需要盡可能少的聚合物形成來維持低接觸電阻，同時(shí)需要提供足夠的氟暴露以獲得充足的粘連容限。
31.當(dāng)利用含氟等離子體時(shí)，所述等離子體可由等離子體反應(yīng)器產(chǎn)生，所述等離子體反應(yīng)器包含真空腔室、用于將反應(yīng)氣體引入到腔室中的一個(gè)或多個(gè)氣體源以及能夠在真空腔室中產(chǎn)生等離子體的一個(gè)或多個(gè)rf電極或天線。等離子體可在反應(yīng)器中在約10mt至約2000mt的壓力下且在約100w至約2000w的功率下產(chǎn)生。可使用兩種主要類型的源：電容耦合式等離子體(ccp)或電感耦合式等離子體(icp)。可利用的合適源包含以下美國專利的等離子體反應(yīng)器：us 4,948,458；us 4,576,918；以及us 5,710,486。
32.圖3是展示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的當(dāng)利用含氟等離子體時(shí)各種參數(shù)的電阻與循環(huán)數(shù)目的曲線圖。圖3的結(jié)果可利用在約10mt至約50mt的壓力下且在約500w至約2000w的功率下的icp反應(yīng)器而獲得。如圖3中所展示，對于氟含量以及對于暴露時(shí)間存在最有效點(diǎn)。舉例來說，已發(fā)現(xiàn)等離子體暴露應(yīng)持續(xù)約20秒至約60秒之間的時(shí)段。另外，已發(fā)現(xiàn)cf4與o2的比率應(yīng)在約1:4至約4:1之間。當(dāng)?shù)入x子體暴露發(fā)生在時(shí)段和比率之外時(shí)，裝置電阻是不可接受的，如圖3中所展示。更確切地說，在1:4的比率下操作60秒的時(shí)段產(chǎn)生可接受的結(jié)果。另外，在4:1的比率下操作20秒的時(shí)段產(chǎn)生可接受的結(jié)果。
33.然而，在4:1的比率下操作60秒的時(shí)段不產(chǎn)生可接受的結(jié)果。類似地，在1:4的比率下操作20秒的時(shí)段不產(chǎn)生可接受的結(jié)果。經(jīng)考慮，其它比率和時(shí)間也是可能的。舉例來說，還考慮約100秒的時(shí)段內(nèi)1:6的比率。圖3的曲線圖中所顯示的結(jié)果和數(shù)據(jù)取決于所用等離子體反應(yīng)器以及所用等離子體條件，例如等離子體功率、過程壓力、激發(fā)頻率等。因而，圖3的曲線圖中所顯示的結(jié)果和數(shù)據(jù)并不意圖為限制性的，而是僅展示發(fā)現(xiàn)起作用的一些實(shí)例。
34.一旦已去除犧牲材料112且已處理暴露的釕，裝置100就準(zhǔn)備好被密封。圖4是在mems裝置已密封之后圖2的mems裝置100的示意性圖示。如圖4中所展示，形成密封件402以密封釋放孔120。密封件402可包括介電材料，例如氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其組合。
35.通過在已去除犧牲材料之后處理暴露的釕表面，所得mems裝置將具有接觸表面，所述接觸表面具有低電阻且是耐久的且不太易受粘連事件影響。
36.在一個(gè)實(shí)施例中，一種制造mems裝置的方法包括：在空腔內(nèi)形成橫梁結(jié)構(gòu)，其中所述空腔含有犧牲材料；從所述空腔去除所述犧牲材料以釋放所述橫梁以在所述空腔內(nèi)移動(dòng)；將氟引入到所述空腔中；以及密封所述空腔。氟可使用含氟等離子體被引入。等離子體可由含氧氣體和含氟氣體形成。含氧氣體可為o2。含氟氣體可為cf4。等離子體可存在于空腔中持續(xù)約20秒至約60秒之間的時(shí)段。cf4與o2的比率可為約1:4至約4:1之間。所述比率為約1:4，且等離子體可存在約60秒的時(shí)段。所述比率可為約4:1，且等離子體可存在約20秒的時(shí)
段。橫梁結(jié)構(gòu)可包含包括釕的至少一個(gè)接觸部分。引入到空腔中的氟可在空腔內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)暴露表面上形成氟化自組裝單層。
37.mems裝置包含rf電極，所述rf電極具有包括釕的接觸表面。橫梁結(jié)構(gòu)的釕表面能夠接觸rf電極的釕接觸表面。包括釕的接觸表面在表面上包含c
xfy
聚合物或氟化自組裝單層。包括釕的接觸表面包括氟。引入氟持續(xù)約20秒至約60秒之間的時(shí)段。
38.本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到對本公開的優(yōu)選實(shí)施例的改進(jìn)和修改。所有此類改進(jìn)和修改都認(rèn)為是在本文公開的概念和以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
技術(shù)特征：
1.一種制造mems裝置的方法，其包括：在空腔內(nèi)形成橫梁結(jié)構(gòu)，其中所述空腔含有犧牲材料；從所述空腔去除所述犧牲材料以釋放所述橫梁結(jié)構(gòu)以在所述空腔內(nèi)移動(dòng)；將氟引入到所述空腔中；以及密封所述空腔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用含氟等離子體引入所述氟，并且其中所述等離子體由含氧氣體和含氟氣體形成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述含氧氣體為o2。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述含氟氣體為cf4。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述等離子體存在于所述空腔中持續(xù)約20秒至約60秒之間的時(shí)段。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中cf4與o2的比率在約1:4至約4:1之間。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述比率為約1:4且所述等離子體存在約60秒的時(shí)段。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述比率為約4:1且所述等離子體存在約20秒的時(shí)段。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述橫梁結(jié)構(gòu)包含包括釕的至少一個(gè)接觸部分。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述mems裝置包含具有包括釕的接觸表面的rf電極。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述橫梁結(jié)構(gòu)的所述至少一個(gè)接觸部分能夠接觸所述rf電極的所述接觸表面。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述包括釕的接觸表面在表面上包含c
x
f
y
聚合物。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述包括釕的接觸表面包括氟。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中引入到所述空腔中的所述氟在所述空腔內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)暴露表面上形成氟化自組裝單層。
技術(shù)總結(jié)
一種制造MEMS裝置的方法。所述MEMS裝置具有空腔，橫梁將在所述空腔中移動(dòng)以改變所述裝置的電容。在已發(fā)生大部分裝置堆積之后，去除犧牲材料以在所述MEMS裝置空腔內(nèi)釋放所述橫梁。此后，暴露的釕接觸件暴露于氟以進(jìn)行以下中的任一者：摻雜暴露的釕且減少表面粘附力，在暴露的釕表面上形成氟化自組裝單層，在暴露的釕上沉積納米鈍化膜，或改變所述釕的表面粗糙度。歸因于氟處理，存在低電阻、耐久的接觸件，并且所述接觸件不太易受粘連事件影響。并且所述接觸件不太易受粘連事件影響。并且所述接觸件不太易受粘連事件影響。
