[发明专利]具有刻蚀终止层的微机电系统(MEMS)器件

说明书

本申请是基于早前于2008年1月17日提交的临时申请60/930,151和非临时专利申请12/009,389，为临时专利申请60/930,151要求更早的日期2007年5月12日的非临时申请。临时申请60/930,151是于2004年8月14日提出的另一个美国专利申请10/918,677，即目前已发表的专利7,183,618的接续部分(CIP)。这些专利申请与该非临时申请的申请人相同，因此本专利申请参考了这些专利中公布的技术。本申请是于2005年5月23日提出的申请11/136,041(目前已作为专利7,304,783发表)和于2005年7月16日提出的申请11/183,216(目前已作为专利7,215,460发表)的进一步接续部分(CIP)。本专利申请还参考了这些与本申请的申请人相同的专利中公布的技术。 

技术领域

本发明涉及一种用于微机电系统(MEMS)技术的制造工艺和通过该制造工艺改进的器件结构。具体而言，本发明涉及制备带有强保护层的MEMS器件的制造工艺，该保护层能抵抗牺牲层释放过程中刻蚀剂对MEMS器件的腐蚀。本发明尤其适用于传动器、传感器和微镜等电极暴露在外的器件。 

背景技术

尽管近年来在生产和装配机电传动器、传感器和用作空间光调制器的微镜器件方面取得了显著的进展，但是在制备工艺方面还有技术局限和困难。因为很难避免去除牺牲层时对其它结构造成损伤，因而在牺牲层去除工艺方面仍有困难。特别是，当去除牺牲层的刻蚀剂为HF之类的强酸时，由于刻蚀剂能够穿透保护层，结构经常受到损伤。 

由于在传感器、传动器和显示器件方面的应用，MEMS器件受到了广泛的关注。MEMS器件通常具有如图1所示的结构，其中在衬底上会形成一个电路，该电路为电极提供电压或电流，或从电极上感应电压或电流。MEMS结构通常形成于电极顶端或靠近电极处，电极和MEMS结构之间有一个间隙。 

该间隙通常通过在牺牲层形成后使用释放刻蚀工艺来形成。图2举例说明了该工艺。图2A显示在衬底上形成了电路。图2B显示了通过在金属淀积后使用金属光刻和刻蚀工艺形成的电极的构造。然后将牺牲材料淀积在电极上。通常对牺 牲层表面进行抛光以形成平坦的表面，在牺牲层上或其内部形成机械结构。之后，牺牲层被去除以在电极和机械结构之间形成间隙。这个牺牲层的去除工艺通常被称作“牺牲层释放工艺”。 

图3为一MEMS结构的例子。该例中，电极上形成了一根铰链和一个镜面。当对其中一个电极施加电压时，镜面受到库仑力的牵引，由于支撑镜面的铰链具有弹性，镜面向电极偏转至一个偏转角。 

在牺牲层释放工艺过程中，使用刻蚀剂去除牺牲层而不腐蚀其它结构，认为其它结构完好无损。然而，在去除牺牲层的同时，由于刻蚀剂也会腐蚀其它结构，通常会对其它结构造成损伤。有很多避免这些损伤的方法。其中一种就是使用只去除牺牲层而不腐蚀其它结构的刻蚀剂。然而，通常很难找到这样的刻蚀剂。另一种方法是使用刻蚀终止层，它为一层覆盖在保留的结构上不被刻蚀剂腐蚀的材料。当保护层的表面平坦时，在材料和淀积方法上有很多选择。但是，当表面不平坦，有很多地貌形状时，很难阻止保护层的裂隙，刻蚀剂穿透保护层的裂隙从而破坏保护层下方的结构。 

图1A显示了一个微镜的平面刻蚀终止层(104)的例子。该微镜具有制作在衬底(111)上的CMOS晶体管(114)、用于电互连的金属层(105、108、109)、为具有竖直铰链(103)的MEMS镜面(101)提供电压的电极(102)。106、107和108所示为用作绝缘材料的层间介质(ILD)。ILD通常由SiO₂构成，被HF这样的刻蚀剂腐蚀。104所示为一平面刻蚀终止层的例子。图1举例阐述了这种微镜的MEMS结构，该微镜具有电连线(105、108、109)、一个晶体管(114)、电极(102)、一根竖直铰链(103)和一个镜面单元(101)。它的制造工艺需要用到牺牲层技术，该牺牲层将填充包括一个镜面、一根铰链、电极和一个背板(104下方的所有结构)在内的最终结构。必须去掉牺牲层以形成MEMS结构。该去除工艺通常被称作释放工艺。在释放工艺中，由于缺乏抵抗释放工艺刻蚀剂的有效保护，需要的结构通常受到损伤。