[发明专利]平面腔体微机电系统及相关结构、制造和设计结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体结构及制造方法，特别是涉及平面腔体微机电系统（MEMS）结构、制造和设计结构的方法。

背景技术

集成电路中所采用的集成电路开关可以由固态结构（例如，晶体管）或者无源布线（MEMS）形成。因为MEMS开关的近乎理想的隔离以及其在10GHz以及更高频率上的低插入损耗（即阻抗），所以通常采用MEMS开关，MEMS开关的近乎理想的隔离是将其用于功率放大器（PA）的模式转换的无线通讯应用的关键需求。MEMS开关可用于多种应用，主要为模拟和混合信号应用。一个这样的示例是移动电话芯片，其包含用于为每个广播模式调谐的电路和功率放大器（PA）。芯片上的集成开关将PA连接到适当的电路，从而不需要每个模式具有一个PA。

取决于特定的应用和工程标准，MEMS结构可具有许多不同的形式。例如，MEMS可以由悬臂梁结构的形式实现。在悬臂结构中，通过施加致动电压（actuation voltage）将悬臂（一个端部固定的悬置电极）拉向固定电极。通过静电力将悬置电极拉向固定电极所需的电压称为拉入电压（pull-in voltage），其取决于几个参数，包括悬置电极的长度、悬置电极和固定电极之间的间隔或间隙以及悬置电极的弹簧常数，悬置电极的弹性常数是材料及其厚度的函数。可选择地，MEMS梁可以为桥式结构，其中两个端部被固定。

MEMS可采用多种不同工具以多种方式制造。然而，一般而言，采用这些方法和工具来形成具有微米级尺寸的小结构，开关尺寸约为5微米厚、100微米宽及200微米长。此外，用于制造MEMS的很多方法、即技术，是选自集成电路（IC）技术。例如，几乎所有的MEMS都构建在晶片上，并且实现在晶片的顶部上通过光刻工艺图案化的材料薄膜中。具体而言，MEMS的制造采用三个基本的构建阶段（building block）：（i）在衬底上沉积材料薄膜，（ii）通过光刻成像在上述膜的顶部上施加图案化的掩模，以及（iii）相对于掩模，选择性地蚀刻上述膜。

例如，在MEMS悬臂式开关中，固定电极和悬置电极通常采用一系列传统的光刻、蚀刻和沉积工艺制造。在一个示例中，在形成悬置电极后，一层牺牲材料（例如，由Microchem,Inc.制造的旋涂聚合物PMGI）沉积在MEMS结构下方以形成腔体以及沉积在MEMS结构上方以形成腔体。MEMS上方的腔体用于支撑盖（例如，SiN圆顶）的形成，以密封MEMS结构。然而，这造成几个缺点。例如，已知使用诸如PMGI的旋涂聚合物形成的MEMS腔体是非平面的。然而，非平面的MEMS腔体带来问题，包括例如光刻聚焦深度的可变性以及因电介质破裂引起的封装可靠性。另外，使用旋涂聚合物形成的MEMS腔体需要在低温下处理，以避免回流或者损坏聚合物；并且聚合物可能在排放后在腔体中留下有机（即含碳）残留物。

因此，现有技术中存在克服上述缺陷和限制的需要。

发明内容

在本发明的第一方面中，一种方法包括：采用反向镶嵌工艺形成至少一个微机电系统（MEMS）腔体，该至少一个微机电系统腔体具有平面表面。

在本发明的另一方面中，一种形成平面MEMS结构的方法包括：在衬底上形成布线图案。该方法还包括：在布线图案上形成硅层。该方法还包括：在硅层上形成氧化物层。该方法还包括执行反向镶嵌工艺，使得氧化物层的边缘与硅层交叠。该方法还包括平坦化氧化物层和硅层。该方法还包括在平坦化的氧化物层和硅层上形成附加层，包括电极以及通过通孔而接触硅层的第二硅层。该方法还包括在附加层之一中提供排放孔，以暴露第二硅层。该方法还包括蚀刻硅层和第二硅层，以至少形成下平面腔体。

在本发明的另一方面中，一种平面MEMS结构包括：下腔体，具有平面上表面；上腔体，具有平面上表面；通孔，将上腔体连接至下腔体；电极，形成在上腔体和下腔体中，电极用作MEMS结构的梁；布线，形成在下腔体中；以及盖层，覆盖排放孔，该排放孔用以形成上腔体和下腔体。

在本发明的另一方面中，一种减少硅层中的凹坑的方法，该硅层用于MEMS结构，该方法包括：确定形成在硅层上的布线之间的间隔。该方法还包括蚀刻氧化物层达到预定量，以最小化硅层的可变性。