制造MEMS装置的方法

分案申请的相关信息

本申请是申请日为2016年4月13日、申请号为201610230215.1、发明名称为“制造MEMS装置的方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明大体上涉及微机电系统(MEMS)的制造，且特定来说，本发明涉及数字微镜装置(DMD)的制造。

背景技术

微机电系统(MEMS)装置(如德州仪器

图1(现有技术)展示根据例如由龚等人所描述的工艺制造的DMD MEMS装置100的横截面图像。图1说明通过铰链及镜支撑通孔到底层COMS结构的镜及铰链层的互连件。装置100包括在COMS部分104上方的机电组件部分102。衬底106包括SRAM单元晶体管108及用于针对镜定位的数据加载及电压施加的其它电路元件。

第一电介质层110形成于晶体管108上方。第一金属层(M1)112经形成且经图案化于第一电介质层110上方。第二电介质层114经形成且经图案化于M1层112上方。第二金属层(M2)116经形成且经图案化于第二电介质层114上方。第三电介质层118经沉积且经图案化于M2层116上方。第三金属层(M3)120经形成且经图案化于第三电介质层118上方。

间隔层122(通常为光致抗蚀剂材料)沉积于第三金属层120上方。间隔层122为牺牲的且在稍后步骤中被移除。铰链通孔124经图案化于间隔层122内。铰链金属沉积于间隔层122上方以形成铰链126，且沉积于铰链通孔124内以形成铰链通孔128的壁。另一间隔层130(通常为光致抗蚀剂材料)沉积于铰链126上方。间隔层130为牺牲的且在稍后工艺中将被移除。镜通孔132经图案化于间隔层130内，且镜金属沉积于间隔层130上方且沉积于镜通孔132内以形成镜134。镜通孔132可在镜金属134沉积之后保持部分未填充，且中央压痕136可保持于镜通孔132上方的镜表面内。在处理完成之后，等离子体灰化底切工艺移除牺牲间隔层。

在光刻图案化步骤中使用显影液(例如，氢氧化四甲基氨)来移除暴露的光致抗蚀剂。图案形成需要此显影液。

图2(现有技术)展示包括镜202的装置200的自上而下的图像。

显影工艺导致产生形成于分离个别镜202的空间206内的残留物204。残留物204为有机金属且可干扰底切工艺。其还可引起跨越装置及铰链转矩的变色，且导致DMD的图像质量缺陷。

当钛原子在显影工艺期间从经暴露的铰链金属126脱落且从镜通孔的底部被运送到间隔层130的顶部时发生残留物204的形成为可能的。钛原子与间隔层130及镜金属、铝合金相互作用以形成残留物204。残留物204在蚀刻工艺期间充当抵御反应物的阻挡物，且牺牲间隔层可被非均匀地移除。

在此工艺中所使用的光刻是365nm(i线)。i线光刻在半导体制造中是典型的且已被广泛研究及测试。实验已展示用于此工艺的不同的其它典型光致抗蚀剂无法解决残留物204的形成。

图3(现有技术)展示镜302的阵列300的自上而下的图像。在阵列300的多个区域上方可见有机金属残留物304。残留物304作为个别镜302之间的空间中的轻微变色为可见的。随着镜302的尺寸的减小及残留物304跨越相同表面区域内的更大数目的镜302而沉积，残留物304具有更重大意义。残留物304阻碍用于移除间隔层且用于释放铰链及镜302的镜302的最优底切。残留物304跨越衬底而随机发生。装置性能、对比度及可靠性可受到不利影响。

图4A及4B(现有技术)描述在镜302的部分400上方的残留物的形成。

在图4A中，铰链金属402形成于间隔层404(通常为光致抗蚀剂)上方。间隔层406(通常为光致抗蚀剂)形成于铰链金属402上方且经图案化以形成镜通孔408。在图案化通孔408之后，铰链金属402的顶部表面412被暴露。在显影工艺期间，钛原子从顶部表面412迁移到间隔层406的顶部表面410。

图4B展示一旦已形成残留物的部分400。残留物在层406的顶部表面410上形成层414。镜金属416形成于间隔层406及层414上方。层414防止用于释放镜的间隔层406的移除。

发明内容

一种制造MEMS装置的方法能解决有机金属残留物。第一间隔层形成于衬底上方。所述第一间隔层经图案化以形成铰链通孔开口。铰链金属的层沉积于所述第一间隔层上方以形成铰链及铰链通孔。覆盖层(例如碳或氮氧化硅)形成于所述铰链金属层上方。第二间隔层形成于所述覆盖层上方且使用显影剂而经图案化以形成镜通孔开口。所述覆盖层形成在所述镜通孔内的所述显影液与所述铰链金属之间的障壁。在镜金属的沉积之前移除所述镜通孔内的所述覆盖层。

附图说明

参考附图描述实例实施例，在附图中：

图1(现有技术)为微镜装置的横截面图。

图2(现有技术)为跨越镜的交叉点的有机金属残留物的扫描电子显微镜图像。

图3(现有技术)为具有有机金属残留物的镜阵列的扫描电子显微镜图像。

图4A及4B(现有技术)说明在镜的部分上方的残留物的形成。

图5A及5B说明具有覆盖层的镜的部分。

图6为微镜装置的横截面图。

图7A到7D说明制造中的微镜装置的序列。

具体实施方式

通常以晶片级尺度进行下文所描述的步骤，其中同时形成所说明的结构的多个实例以界定形成于对应同时所形成的DMD的相应裸片区域处的此类结构的阵列。

图5A及5B说明具有覆盖层506的微镜装置的部分500。

铰链金属502形成于间隔层504(通常为光致抗蚀剂)上方。覆盖层506形成于金属502上方。覆盖层506具有约100埃到500埃的厚度。间隔层508(通常为光致抗蚀剂)形成于覆盖层506上方且经图案化以形成镜通孔510。铰链金属502由覆盖层506保护而不受在图案化工艺中所使用的显影液的影响。覆盖层506遮蔽铰链金属502使其免于与显影液反应且免于形成残留物。参考图5B，使用等离子体蚀刻工艺移除在镜通孔510内的覆盖层506。镜金属512形成于间隔层508上方及镜通孔510内。

当所使用的光刻波长为365nm(i线)时，此工艺尤为有用。多个i线光致抗蚀剂的评估已导致类似有机金属残留物的形成。相应地，可将所述工艺替代地应用于易受有机金属残留物影响的其它波长的光刻工艺。

图6说明微镜装置600，其由CMOS部分602及MEMS部分604组成。

CMOS部分602包括具有晶体管及金属互连层的衬底606。第一金属沉积于衬底606上方且经图案化以形成第一互连件608。第一电介质层610形成于层608上方。第二金属沉积于电介质层610上方且经图案化以形成第二互连件612。第二电介质层614形成于层612上方且经图案化以形成插塞616。插塞616填充有金属，例如钨。第三金属形成于电介质层614上方且经图案化以形成第三互连件618。

由金属(例如钛)形成的铰链通孔620形成于CMOS部分602上方且支撑铰链622。图6中展示两个铰链通孔(在CMOS部分602的每一端处具有一个铰链通孔)。铰链通孔620为支撑平面及水平铰链622的垂直结构。中央放置的镜通孔624形成于铰链622上方。金属层沉积于镜通孔624上方且形成镜626。

镜626为反射性的且通常由包括99％的铝及1％的钛的合金形成。中央压痕628可保持于镜626的顶部表面内。

图7A到D说明装置制造的步骤。

图7A说明MEMS部分604在CMOS部分602上方的形成。

CMOS部分602包括多个金属层及氧化物层。金属经形成且经图案化于衬底606上方以产生第一互连层608。氧化物形成于第一互连层608上方以用于绝缘层610。金属经形成且经图案化于绝缘层610上方以形成第二互连层612。氧化物再次形成于互连层612上方以用于绝缘层614。层614经图案化以形成在层614内的中央插塞616。金属经形成且经图案化于绝缘层614上方以形成第三互连层618。牺牲层700形成于第三互连层618上方且经图案化以形成作为微镜装置600的MEMS 604部分的一部分的两个铰链通孔620。金属(例如钛)形成于通孔620及牺牲层700上方以产生铰链622。铰链通孔620可填充额外金属用于通孔620壁的机械强度。

图7B展示形成于铰链622及铰链通孔620上方的毯式覆盖层702。牺牲层704形成于覆盖层702上方且经图案化以形成镜通孔624。形成通孔624会将覆盖层702的表面暴露于用以图案化装置600的显影液。层702阻挡铰链622以免受显影液的影响。

层702为保形的且使用例如化学气相沉积或溅镀等工艺而形成。其为牺牲的且可使用半导体制造中典型的工艺(例如，O

在一个实例实施例中，层702由在约200摄氏度下经化学气相沉积的碳组成，厚度约为200A。

在图7C中，使用等离子体蚀刻操作将覆盖层702从镜通孔624内清除。无覆盖层702保留于通孔624内。

在图7D中，镜金属沉积于层704上方及镜通孔624内以形成镜626。覆盖层702保留于牺牲层704与铰链通孔620及铰链622之间。中央压痕628源于在镜通孔624上方的金属的沉积。

在形成镜626之后，剩余牺牲间隔层700及704及剩余覆盖层702在等离子体蚀刻底切操作中使用O

用于解决有机金属残留物的一种方法是使用溶液洗涤镜阵列来移除残留物。此方法导致镜金属的表面上的缺陷形成。

另一种方法是增加镜金属的蚀刻时间来移除残留物。此方法无法移除残留物且可能损坏镜表面。

另一种方法是在铰链金属上方形成聚合物材料来防止显影液与铰链金属之间的相互作用。此方法解决有机金属残留物的形成，但也可能导致其它缺陷。

所描述的方法可提供许多优点。

覆盖层702在镜通孔624形成期间保护铰链622且形成抵御显影液的障壁。

层702为牺牲的且可在铰链622及镜626释放工艺期间被移除。

层702形成抵御铰链金属的电化学攻击的障壁。

实验数据已展示覆盖层702有效抵御有机金属残留物且改进装置可靠性失效。

本发明相关的领域的技术人员将了解，在所主张的本发明范围内，可对所描述的实例实施例作出修改，且许多其它实施例也为可能的。