[发明专利]高区域堆叠层金属结构及相关方法

说明书

优先权数据

本专利文件主张2011年9月7日申请的标题为高区域堆叠层金属结构及相关方法(HIGH AREA STACKED LAYERED METALLIC STRUCTURES AND RELATED METHODS)的第13/227,246号美国专利申请案的优先权的权利，所述案的揭示内容被视为本专利文件的一部分且以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及金属结构且更具体来说涉及高区域堆叠层金属结构，所述高区域堆叠层金属结构可充当用于多种电、机电、电化学、光学、机械、热及基于流体的应用的组件或装置。

背景技术

机电系统包含具有电及机械元件的装置、例如致动器及传感器等换能器、例如镜子等光学组件及电子设备。可以多种尺度(包含(但不限于)微尺度及纳米尺度)来制造机电系统。举例来说，微机电系统(MEMS)装置可包含具有范围为从约1微米到几百微米或更大的大小的结构。纳米机电系统(NEMS)装置可包含具有小于1微米的大小(包含(例如)小于几百纳米的大小)的结构。可使用沉积、蚀刻、光刻及/或蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的部分或添加层以形成电、机械及机电装置的其它微机械加工工艺来产生机电元件。

可在机电系统层级下实施各种金属结构。举例来说，可将例如电容器及电感器等无源电子组件制造为MEMS装置。这些组件在电子产业(特别是消费型微电子)中可具有多种应用。还可在其它产业中使用金属结构。常规金属结构常常在分批工艺中通过多个处理阶段(包含薄膜沉积、光刻、电镀及蚀刻)而制造于硅晶片及衬底上。这些基于硅的制造技术可为昂贵的、耗时的，且不容易输送到由其它材料形成的衬底。

发明内容

本发明的结构、装置、设备、系统及方法各自具有若干创新方面，所述方面中没有单个方面单独地负责本文中所揭示的所要属性。

揭示了堆叠层金属结构、装置、设备、系统及相关制造方法的实施方案。

根据本发明中所描述的标的的一个创新方面，一种在衬底上从电镀槽形成多个堆叠层的方法包含：电镀以沉积第一材料的至少一个层及第二材料的至少一个层；以及选择性地蚀刻第一材料的部分。

在一些实施方案中，第一材料为第一金属，且第二材料为包含所述第一金属及第二金属的合金。电镀包含调制电镀电流以沉积第一金属及合金的交替层。选择性地蚀刻包含在合金层的区之间形成间隙。经蚀刻的第一金属层及合金层的交替层界定堆叠层结构。

在一些实施方案中，介电材料沉积于堆叠层结构的表面上。导电层沉积于所述介电材料上以界定包含第一电极及第二电极的电容器。所述第一电极为堆叠层结构，且所述第二电极为导电层。可使用原子层沉积(ALD)来沉积介电材料。可使用无电极电镀来沉积导电层。

在一些实施方案中，导电材料的电极层形成于合金层上以部分地填充间隙，且液体电解质提供于所述经部分填充的间隙中。可将气相反应物提供到液体电解质，其中所述气相反应物能够与电极层材料反应。在一替代性实施方案中，可将液相反应物提供到液体电解质，其中所述液相反应物能够与电极层材料反应。

根据本发明中所描述的标的的另一创新方面，装置包含：第一材料的至少一个层；以及第二材料的至少一个层，其具有延伸超出所述第一材料层的一个或一个以上部分。在一些实施中，合金层的所述一个或一个以上延伸部分界定所述合金层的区之间的一个或一个以上间隙。第一金属层及合金层的交替层界定堆叠层结构。

在各种实施方案中，堆叠层结构可形成装置的至少一部分，所述装置例如电容器、电感器、传感器、催化剂基质、热管、流体过滤器、电化学单元、机电单元及电极。

根据本发明中所描述的标的的另一创新方面，设备包含由第一金属及第二金属的合金形成的多个分离、堆叠的合金层。所述分离的金属层界定位于其间的间隙。所述设备进一步包含用于使堆叠的金属层彼此分离以在合金层的区之间形成间隙的分离装置。分离装置及合金层的交替层界定堆叠层结构。

在一些实施方案中，所述设备包含用于存储电荷的导电装置。所述导电装置安置于介电材料上。堆叠层结构界定电容器的第一电极，且导电装置界定电容器的第二电极。在一些其它实施方案中，所述设备包含安置于堆叠层结构周围的一个或一个以上线圈。

本说明书中所描述的标的的一个或一个以上实施方案的细节在随附图式及以下描述中予以阐述。其它特征、方面及优点将从所述描述、所述图式及权利要求书而变得显而易见。应注意，以下诸图的相对尺寸可能未按比例绘制。

附图说明