制造mems裝置的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及制造MEMS裝置的方法。在所描述的實(shí)例中，微機(jī)電系統(tǒng)MEMS包含附接到半導(dǎo)體裝置(602)的微鏡裝置(604)。第一間隔層(700)經(jīng)形成且經(jīng)圖案化以形成鉸鏈(622)通孔開口。鉸鏈金屬沉積于第一間隔層(700)上方以形成所述鉸鏈(622)及鉸鏈通孔(620)。覆蓋層(702)形成于所述鉸鏈金屬上方。第二間隔層(704)形成于所述覆蓋層(702)上方且經(jīng)圖案化以形成鏡通孔(624)。使用顯影液清洗所述裝置。所述覆蓋層(702)保護(hù)所述鉸鏈金屬不受所述顯影液的影響。將所述覆蓋層(702)從所述鏡通孔(624)開口內(nèi)移除。另一金屬層沉積于所述第二間隔層(704)上方及所述鏡通孔(624)內(nèi)以形成鏡(626)。
【專利說明】
制造 MEMS裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[00011本發(fā)明大體上涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的制造，且特定來說，本發(fā)明涉及數(shù)字微鏡 裝置(DMD)的制造。
【背景技術(shù)】
[0002] 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置(如德州儀器DLP?)數(shù)字微鏡裝置(DMD))使用個(gè)別可定位 的鏡陣列來形成用于投影到顯示表面上的圖像。在含有用于解決及控制鏡的定位的COMS電 路的襯底上方制造鏡陣列的機(jī)電組件。在下列文獻(xiàn)中給出有關(guān)此類裝置的制造的信息： L.J.霍恩貝克（L.J. Hornbeck)的"用于高亮度、高分辨率應(yīng)用的數(shù)字光處理（Digital Light Processing for High-Brightness ,High Resolution Applications)''（SPIE會(huì)議 記錄，第3013卷，第27到40頁，投影顯示III，1997年2月），及C.龔（C.Gong)及T.霍根 (T. Hogn)的"用于數(shù)字微鏡裝置的CMOS兼容制造工藝（CMOS Compatible Fabrication Processes for the Digital Micromirror Device)"（IEEE電子裝置期刊，第2卷，第3期， 第27到32頁，2014年5月），兩個(gè)文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文中。
[0003] 圖1(現(xiàn)有技術(shù))展示根據(jù)例如由龔等人所描述的工藝制造的DMD MEMS裝置100的 橫截面圖像。圖1說明通過鉸鏈及鏡支撐通孔到底層COMS結(jié)構(gòu)的鏡及鉸鏈層的互連件。裝置 100包括在COMS部分104上方的機(jī)電組件部分102。襯底106包括SRAM單元晶體管108及用于 針對(duì)鏡定位的數(shù)據(jù)加載及電壓施加的其它電路元件。
[0004] 第一電介質(zhì)層110形成于晶體管108上方。第一金屬層(M1H12經(jīng)形成且經(jīng)圖案化 于第一電介質(zhì)層110上方。第二電介質(zhì)層114經(jīng)形成且經(jīng)圖案化于Ml層112上方。第二金屬層 (M2H16經(jīng)形成且經(jīng)圖案化于第二電介質(zhì)層114上方。第三電介質(zhì)層118經(jīng)沉積且經(jīng)圖案化 于M2層116上方。第三金屬層(M3H20經(jīng)形成且經(jīng)圖案化于第三電介質(zhì)層118上方。
[0005] 間隔層122(通常為光致抗蝕劑材料)沉積于第三金屬層120上方。間隔層122為犧 牲的且在稍后步驟中被移除。鉸鏈通孔124經(jīng)圖案化于間隔層122內(nèi)。鉸鏈金屬沉積于間隔 層122上方以形成鉸鏈126,且沉積于鉸鏈通孔124內(nèi)以形成鉸鏈通孔128的壁。另一間隔層 130(通常為光致抗蝕劑材料)沉積于鉸鏈126上方。間隔層130為犧牲的且在稍后工藝中將 被移除。鏡通孔132經(jīng)圖案化于間隔層130內(nèi)，且鏡金屬沉積于間隔層130上方且沉積于鏡通 孔132內(nèi)以形成鏡134。鏡通孔132可在鏡金屬134丨幾積之后保持部分未填充，且中央壓痕136 可保持于鏡通孔132上方的鏡表面內(nèi)。在處理完成之后，等離子體灰化底切工藝移除犧牲間 隔層。
[0006] 在光刻圖案化步驟中使用顯影液(例如，氫氧化四甲基氨)來移除暴露的光致抗蝕 劑。圖案形成需要此顯影液。
[0007] 圖2(現(xiàn)有技術(shù))展示包括鏡202的裝置200的自上而下的圖像。
[0008] 顯影工藝導(dǎo)致產(chǎn)生形成于分離個(gè)別鏡202的空間206內(nèi)的殘留物204。殘留物204為 有機(jī)金屬且可干擾底切工藝。其還可引起跨越裝置及鉸鏈轉(zhuǎn)矩的變色，且導(dǎo)致DMD的圖像質(zhì) 量缺陷。
[0009]當(dāng)鈦原子在顯影工藝期間從經(jīng)暴露的鉸鏈金屬126脫落且從鏡通孔的底部被運(yùn)送 到間隔層130的頂部時(shí)發(fā)生殘留物204的形成為可能的。鈦原子與間隔層130及鏡金屬、鋁合 金相互作用以形成殘留物204。殘留物204在蝕刻工藝期間充當(dāng)?shù)钟磻?yīng)物的阻擋物，且犧 牲間隔層可被非均勻地移除。
[0010]在此工藝中所使用的光刻是365nm(i線）。丨線光刻在半導(dǎo)體制造中是典型的且已 被廣泛研究及測(cè)試。實(shí)驗(yàn)已展示用于此工藝的不同的其它典型光致抗蝕劑無法解決殘留物 204的形成。
[0011]圖3(現(xiàn)有技術(shù))展示鏡302的陣列300的自上而下的圖像。在陣列300的多個(gè)區(qū)域上 方可見有機(jī)金屬殘留物304。殘留物304作為個(gè)別鏡302之間的空間中的輕微變色為可見的。 隨著鏡302的尺寸的減小及殘留物304跨越相同表面區(qū)域內(nèi)的更大數(shù)目的鏡302而沉積，殘 留物304具有更重大意義。殘留物304阻礙用于移除間隔層且用于釋放鉸鏈及鏡302的鏡302 的最優(yōu)底切。殘留物304跨越襯底而隨機(jī)發(fā)生。裝置性能、對(duì)比度及可靠性可受到不利影響。 [0012]圖4A及4B(現(xiàn)有技術(shù))描述在鏡302的部分400上方的殘留物的形成。
[0013]在圖4A中，鉸鏈金屬402形成于間隔層404(通常為光致抗蝕劑）上方。間隔層406 (通常為光致抗蝕劑)形成于鉸鏈金屬402上方且經(jīng)圖案化以形成鏡通孔408。在圖案化通孔 408之后，鉸鏈金屬402的頂部表面412被暴露。在顯影工藝期間，鈦原子從頂部表面412迀移 到間隔層406的頂部表面410。
[0014]圖4B展示一旦已形成殘留物的部分400。殘留物在層406的頂部表面410上形成層 414。鏡金屬416形成于間隔層406及層414上方。層414防止用于釋放鏡的間隔層406的移除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 一種制造 MEMS裝置的方法能解決有機(jī)金屬殘留物。第一間隔層形成于襯底上方。 所述第一間隔層經(jīng)圖案化以形成鉸鏈通孔開口。鉸鏈金屬的層沉積于所述第一間隔層上方 以形成鉸鏈及鉸鏈通孔。覆蓋層(例如碳或氮氧化硅)形成于所述鉸鏈金屬層上方。第二間 隔層形成于所述覆蓋層上方且使用顯影劑而經(jīng)圖案化以形成鏡通孔開口。所述覆蓋層形成 在所述鏡通孔內(nèi)的所述顯影液與所述鉸鏈金屬之間的障壁。在鏡金屬的沉積之前移除所述 鏡通孔內(nèi)的所述覆蓋層。
【附圖說明】
[0016] 參考附圖描述實(shí)例實(shí)施例，在附圖中：
[0017] 圖1(現(xiàn)有技術(shù))為微鏡裝置的橫截面圖。
[0018] 圖2(現(xiàn)有技術(shù))為跨越鏡的交叉點(diǎn)的有機(jī)金屬殘留物的掃描電子顯微鏡圖像。
[0019] 圖3(現(xiàn)有技術(shù))為具有有機(jī)金屬殘留物的鏡陣列的掃描電子顯微鏡圖像。
[0020] 圖4A及4B(現(xiàn)有技術(shù))說明在鏡的部分上方的殘留物的形成。
[0021] 圖5A及5B說明具有覆蓋層的鏡的部分。
[0022]圖6為微鏡裝置的橫截面圖。
[0023]圖7A到7D說明制造中的微鏡裝置的序列。
【具體實(shí)施方式】
[0024]通常以晶片級(jí)尺度進(jìn)行下文所描述的步驟，其中同時(shí)形成所說明的結(jié)構(gòu)的多個(gè)實(shí) 例以界定形成于對(duì)應(yīng)同時(shí)所形成的DMD的相應(yīng)裸片區(qū)域處的此類結(jié)構(gòu)的陣列。
[0025]圖5A及5B說明具有覆蓋層506的微鏡裝置的部分500。
[0026]鉸鏈金屬502形成于間隔層504(通常為光致抗蝕劑)上方。覆蓋層506形成于金屬 502上方。覆蓋層506具有約100埃到500埃的厚度。間隔層508(通常為光致抗蝕劑)形成于覆 蓋層506上方且經(jīng)圖案化以形成鏡通孔510。鉸鏈金屬502由覆蓋層506保護(hù)而不受在圖案化 工藝中所使用的顯影液的影響。覆蓋層506遮蔽鉸鏈金屬502使其免于與顯影液反應(yīng)且免于 形成殘留物。參考圖5B，使用等離子體蝕刻工藝移除在鏡通孔510內(nèi)的覆蓋層506。鏡金屬 512形成于間隔層508上方及鏡通孔510內(nèi)。
[0027]當(dāng)所使用的光刻波長(zhǎng)為365nm(i線)時(shí)，此工藝尤為有用。多個(gè)i線光致抗蝕劑的評(píng) 估已導(dǎo)致類似有機(jī)金屬殘留物的形成。相應(yīng)地，可將所述工藝替代地應(yīng)用于易受有機(jī)金屬 殘留物影響的其它波長(zhǎng)的光刻工藝。
[0028] 圖6說明微鏡裝置600，其由CMOS部分602及MEMS部分604組成。
[0029] CMOS部分602包括具有晶體管及金屬互連層的襯底606。第一金屬沉積于襯底606 上方且經(jīng)圖案化以形成第一互連件608。第一電介質(zhì)層610形成于層608上方。第二金屬沉積 于電介質(zhì)層610上方且經(jīng)圖案化以形成第二互連件612。第二電介質(zhì)層614形成于層612上方 且經(jīng)圖案化以形成插塞616。插塞616填充有金屬，例如媽。第三金屬形成于電介質(zhì)層614上 方且經(jīng)圖案化以形成第三互連件618。
[0030]由金屬(例如鈦)形成的鉸鏈通孔620形成于CMOS部分602上方且支撐鉸鏈622。圖6 中展示兩個(gè)鉸鏈通孔(在CMOS部分602的每一端處具有一個(gè)鉸鏈通孔）。鉸鏈通孔620為支撐 平面及水平鉸鏈622的垂直結(jié)構(gòu)。中央放置的鏡通孔624形成于鉸鏈622上方。金屬層沉積于 鏡通孔624上方且形成鏡626。
[0031] 鏡626為反射性的且通常由包括99%的鋁及1 %的鈦的合金形成。中央壓痕628可 保持于鏡626的頂部表面內(nèi)。
[0032]圖7A到D說明裝置制造的步驟。
[0033] 圖7A說明MEMS部分604在CMOS部分602上方的形成。
[0034] CMOS部分602包括多個(gè)金屬層及氧化物層。金屬經(jīng)形成且經(jīng)圖案化于襯底606上方 以產(chǎn)生第一互連層608。氧化物形成于第一互連層608上方以用于絕緣層610。金屬經(jīng)形成且 經(jīng)圖案化于絕緣層610上方以形成第二互連層612。氧化物再次形成于互連層612上方以用 于絕緣層614。層614經(jīng)圖案化以形成在層614內(nèi)的中央插塞616。金屬經(jīng)形成且經(jīng)圖案化于 絕緣層614上方以形成第三互連層618。犧牲層700形成于第三互連層618上方且經(jīng)圖案化以 形成作為微鏡裝置600的MEMS 604部分的一部分的兩個(gè)鉸鏈通孔620。金屬(例如鈦)形成于 通孔620及犧牲層700上方以產(chǎn)生鉸鏈622。鉸鏈通孔620可填充額外金屬用于通孔620壁的 機(jī)械強(qiáng)度。
[0035]圖7B展示形成于鉸鏈622及鉸鏈通孔620上方的毯式覆蓋層702。犧牲層704形成于 覆蓋層702上方且經(jīng)圖案化以形成鏡通孔624。形成通孔624會(huì)將覆蓋層702的表面暴露于用 以圖案化裝置600的顯影液。層702阻擋鉸鏈622以免受顯影液的影響。
[0036]層702為保形的且使用例如化學(xué)氣相沉積或?yàn)R鍍等工藝而形成。其為犧牲的且可 使用半導(dǎo)體制造中典型的工藝(例如，〇2及CF4灰化)將其移除。覆蓋層702不改變微鏡裝置 600的物理、電或機(jī)械功能。層702的沉積溫度受限于材料(例如光致蝕刻劑)的溫度極限、低 于用于間隔層的溫度。覆蓋層702的膜厚度約為100埃到500埃。層702可由有機(jī)材料（例如 碳)或無機(jī)材料(例如氮氧化硅)組成。
[0037]在一個(gè)實(shí)例實(shí)施例中，層702由在約200攝氏度下經(jīng)化學(xué)氣相沉積的碳組成，厚度 約為200A。
[0038]在圖7C中，使用等離子體蝕刻操作將覆蓋層702從鏡通孔624內(nèi)清除。無覆蓋層702 保留于通孔624內(nèi)。
[0039] 在圖7D中，鏡金屬沉積于層704上方及鏡通孔624內(nèi)以形成鏡626。覆蓋層702保留 于犧牲層704與鉸鏈通孔620及鉸鏈622之間。中央壓痕628源于在鏡通孔624上方的金屬的 沉積。
[0040] 在形成鏡626之后，剩余犧牲間隔層700及704及剩余覆蓋層702在等離子體蝕刻底 切操作中使用〇2及CF4灰化被移除。間隔層700及704的移除釋放鉸鏈622及鏡626。鉸鏈通孔 620形成用于鉸鏈622的自由站立支架，且鏡通孔624形成用于鏡626的自由站立支架。
[0041] 用于解決有機(jī)金屬殘留物的一種方法是使用溶液洗滌鏡陣列來移除殘留物。此方 法導(dǎo)致鏡金屬的表面上的缺陷形成。
[0042] 另一種方法是增加鏡金屬的蝕刻時(shí)間來移除殘留物。此方法無法移除殘留物且可 能損壞鏡表面。
[0043]另一種方法是在鉸鏈金屬上方形成聚合物材料來防止顯影液與鉸鏈金屬之間的 相互作用。此方法解決有機(jī)金屬殘留物的形成，但也可能導(dǎo)致其它缺陷。
[0044]所描述的方法可提供許多優(yōu)點(diǎn)。
[0045] 覆蓋層702在鏡通孔624形成期間保護(hù)鉸鏈622且形成抵御顯影液的障壁。
[0046] 層702為犧牲的且可在鉸鏈622及鏡626釋放工藝期間被移除。
[0047]層702形成抵御鉸鏈金屬的電化學(xué)攻擊的障壁。
[0048]實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已展示覆蓋層702有效抵御有機(jī)金屬殘留物且改進(jìn)裝置可靠性失效。 [0049]本發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在所主張的本發(fā)明范圍內(nèi)，可對(duì)所描述的 實(shí)例實(shí)施例作出修改，且許多其它實(shí)施例也為可能的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種制造微機(jī)電系統(tǒng)MEMS裝置的方法，其包括： 將第一間隔層沉積于具有在其中形成電路的襯底上方； 在所述第一間隔層內(nèi)圖案化鉸鏈通孔開口； 將鉸鏈金屬層沉積于所述第一間隔層上方及所述鉸鏈通孔開口內(nèi)以形成鉸鏈及鉸鏈 通孔； 將覆蓋層沉積于所述鉸鏈金屬層上方及所述鉸鏈通孔上方； 將第二間隔層沉積于所述覆蓋層上方； 在所述第二間隔層內(nèi)圖案化鏡通孔開口，其中所述覆蓋層在所述鏡通孔開口的底部處 暴露； 移除在所述鏡通孔開口的所述底部處暴露的所述覆蓋層； 將鏡金屬沉積于所述鏡通孔開口內(nèi)及所述第二間隔層上方以形成鏡及鏡通孔，其中所 述鏡通孔接觸所述鉸鏈金屬層； 使用氧灰化來移除所述第一間隔層及所述第二間隔層以及所述覆蓋層以釋放所述鉸 鏈及所述鏡。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述覆蓋層為保形的。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述覆蓋層為犧牲的。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述覆蓋層的厚度為100埃到500埃。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述覆蓋層由電介質(zhì)組成。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述覆蓋層由碳材料組成。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述覆蓋層由氮氧化硅材料組成。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用02及CF4灰化工藝來移除所述覆蓋層。9. 一種制造數(shù)字微鏡裝置的方法，其包括： 將第一間隔層沉積于襯底上方，所述第一間隔層包括光致抗蝕劑； 在所述第一間隔層內(nèi)圖案化鉸鏈通孔開口； 將鉸鏈金屬層沉積于所述第一間隔層上方及所述鉸鏈通孔開口內(nèi)以形成鉸鏈及鉸鏈 通孔； 將覆蓋層沉積于所述鉸鏈金屬層上方，其中所述覆蓋層包括碳材料； 將第二間隔層沉積于所述覆蓋層上方，所述第二間隔層包括光致抗蝕劑； 在所述第二間隔層內(nèi)圖案化鏡通孔開口以暴露所述覆蓋層，其中所述圖案化步驟使用 顯影液，且其中所述覆蓋層防止所述顯影液接觸所述鉸鏈金屬層； 在所述圖案化步驟之后，使用等離子體蝕刻工藝移除所述鏡通孔開口內(nèi)的所述覆蓋 層； 將鏡金屬沉積于所述鏡通孔內(nèi)及所述第二間隔層上方以形成鏡及鏡通孔，其中所述鏡 金屬在所述鏡通孔底部處接觸所述鉸鏈金屬層； 使用氧灰化來移除所述第一間隔層及所述第二間隔層以及所述覆蓋層以釋放所述鉸 鏈及所述鏡。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述覆蓋層為保形的。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述覆蓋層為犧牲的。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述覆蓋層的厚度為約100埃到500埃。13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中使用02及CF4灰化工藝來移除所述覆蓋層。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK106044700SQ201610230215
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月13日 公開號(hào)201610230215.1, CN 106044700 A, CN 106044700A, CN 201610230215, CN-A-106044700, CN106044700 A, CN106044700A, CN201610230215, CN201610230215.1
【發(fā)明人】肖恩·克里斯托弗·奧布萊恩
【申請(qǐng)人】德州儀器公司