用于微机电开关的贵金属接触制造技术

本发明专利技术描述了一种具有贵金属接触的半导体微机电系统（ＭＥＭＳ）开关，贵金属接触用作铜电极的氧阻挡层。该ＭＥＭＳ开关完全集成在ＣＭＯＳ半导体制造线中。该集成技术、材料和工艺与铜芯片金属化工艺完全兼容以及典型地是低成本和低温工艺（低于４００℃）。该ＭＥＭＳ开关包括：空腔内的可移动梁，所述可移动梁在其一端或两端固定到所述空腔的壁；嵌入所述可移动梁的第一电极；以及在所述空腔的壁中并面对所述第一电极的第二电极，其中所述第一和第二电极分别被贵金属接触覆盖。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
无线收发机的前端小型化提供许多优点，包括成本，较小数目的元件使用和允许集成更多功能的附加功能性。微机电系统(MEMS)是能够进行小型化的技术并提供在一个芯片上集成多个无线收发机元件的潜能，如SPIE 27th Annual International Symposium on Microtithography，March3-8，2002，Santa Clara，CA，D.E.Seeger等人的名称为″FabricationChallenges for Next Generation DevicesMEMS for RF WirelessCommunications″的论文所述。
技术介绍
微机电系统(MEMS)开关是使用静电致动(actuation)使可移动梁(beam)或膜产生移动的收发机无源器件，可移动梁或膜提供欧姆接触(即，允许RF信号通过)或电容量变化，由此信号流被中断和典型地被接地。用于MEMS开关的竞争技术包括p-i-n二极管和GaAs FET开关。这些典型地具有高功率损耗率。MEMS application″Solid-State Sensor and Actuator Workshop，246-249，(2000)。如J.MEMS，6，3-9，(1997)，P.M.Zavracky等人的论文″Micromechanical switches fabricated using nickel surfacemicromachining″和Int.J.RF Microwave Comp.Aid.Eng.，9，338-347，(1999)的″Microswitches and microrelays with a view toward microwaveapplications″中描述了由于接触电阻增加和接触卡合(seizure)而报道的热切换时的开关故障。其中报道了增加的接触电阻和接触卡合，两者都可能与材料传递和电弧/焊接有关。在N2中在二十亿个周期的冷切换之后观察到Au-Au接触电阻增加到大于100Ω的值(没有电流流过开关)，而在空气中在几百万个周期之后通过热切换的样品观察到接触卡合，如前述的第一论文中所述。如果开关在气密的环境中封装，与暴露于外界条件相比导致开关故障的杂质积累较少。当形成杂质膜的概率减小时，由于金属-金属接触处的粘附力，接触电阻和/或接触卡合都增加。接触电阻的增加很可能与由表面粗糙化引起的物质传递有关且导致接触面积减小。在后一种情况中，由于在界面处的金属-金属键合形成(焊接)，两个金属表面被牢固地粘结。在此描述的专利技术是具有长寿命和具有稳定和低接触电阻的金属-金属开关的制造方法。由此，用于减小粘附力同时获得适当的接触电阻的主要推力是1)接触的每一侧上的不同冶金(metallurgy)-晶格失配减小粘附力，以及2)接触中金属的最佳硬度-较硬金属预计给定较低的粘附力。接触冶金不仅选自Au、Pt、Pd，如美国专利号5,578,976，而且以它可以与铜和绝缘体结构集成的方式选自Ni、Co、Ru、Rh、Ir、Re、Os及其合金。硬接触金属具有较低的接触粘附力。而且，通过合金化可以改变金属的硬度。Au具有低的反应性，但是软和可以产生强烈地粘结的接触。例如，为了避免该问题，金可以被合金化。添加约0.5％的Co到Au，使金硬度从约0.8GPa增加到约2.1GPa。而且，在本专利技术中使用硬金属如钌和铑作为开关接触。具有增加熔点的双层，如涂有钌的铑，用于防止在接触处局部高温处的电弧过程中的接触故障。
技术实现思路
本专利技术提供了一种如权利要求1所述的MEMS开关。附图说明引入并构成说明书一部分的附图，与上面给出的概述和下面给出的优选实施例的详细描述一起说明本专利技术的优选实施例，用来解释专利技术的原理。图1a-1f是本专利技术的第一实施例的截面的示意图，说明通过覆盖贵金属淀积和化学机械平面化制造的抬升贵金属接触的形成的工艺步骤。图2a-2f是本专利技术的第二实施例的截面的示意图，说明通过贵金属接触的选择性电镀制造的抬升电极的形成的工艺步骤。图3a-3e是MEMs开关的截面的示意图，说明本专利技术的第三实施例，使用镶嵌工艺，用贵金属填充第一金属级的电极。图4a-4d是MEMs开关的截面的示意图，说明用电镀的覆盖铜金属填充第一金属级电极和在TaN/Ta阻挡膜处停止平面化的工艺步骤。图5a-5f是MEMs的截面的示意图，示出了开关的上接触的形成。图6a-6e是MEMs的截面的示意图，表示通过光致抗蚀剂掩模使用电镀产生上开关接触的工艺顺序。图7a-7f是MEMs的截面的示意图，表示上开关接触形成之后完成器件的工艺顺序。具体实施例方式现在将参考图1和2描述本专利技术，首先论述下开关接触的集成和制造。淀积接触材料使用两种不同的方法覆盖淀积方法和选择性淀积方法。在一个实施例中，通过覆盖贵金属淀积和化学机械平面化形成抬升贵金属接触。首先，在二氧化硅中嵌入铜镶嵌级。用通常500-1000厚度的氮化硅层(10)覆盖铜电极(11，12，13和14)。在其上淀积优选具有1000-2000厚度的氧化硅层(20)，如图1a所示。刻蚀，优选通过光刻和RIE(反应离子刻蚀)在氧化物(20)和氮化物层(10)中形成露出铜(12)的接触图形(15)，如图1b所示。接下来，通过PVD(物理汽相淀积)或CVD(化学气相淀积)淀积薄阻挡层，如Ta、TaN、W或双层，如Ta/TaN，典型地50-700厚度(30，图1c)。通过PVD、CVD或电镀淀积覆盖贵金属(40，图1c)。通过在阻挡金属Ta、TaN、W处停止的化学机械平面化工艺(CMF)加工成形贵金属(30，图1d)。可选地，如果贵金属CMP对于阻挡层金属不具有选择性，那么抛光工艺可以在介质层20上停止，介质层20上不被集成到完成的器件。可以通过化学-机械平面化(CMP)加工成形的贵金属包括Ru、Rh、Ir、Pt和Re。接下来，如果需要，通过在二氧化硅上停止的CMP，在场区域中除去阻挡金属(30)，如图1e所示。通过在氮化硅(10)上停止的反应离子刻蚀除去氧化硅(20)，以得到抬升贵金属下电极(50，图1f)。在另一实施例中，通过选择性电镀贵金属接触形成抬升电极。在Volant等人的美国专利号6,368,484中论述了在阻挡层存在的情况下的选择性电解电镀，更具体地说，在镶嵌部件中选择性电淀积铜。在本实施例中，通过掩模通过选择性电淀积形成抬升贵金属接触。图2a示出了通过镶嵌级在形成抬升贵金属接触的顶部开始的工艺，镶嵌级包括在结构的中间示出的下致动电极(11，13)和下射频(RF)信号电极(12)。所有下电极被氮化硅(10)和二氧化硅(20)覆盖。现在参考图2b，通过RIE构图和刻蚀二氧化硅(20)，留下露出的中间电极(12)的铜。然后通过PVD或CVD方法淀积一组难熔金属阻挡层如Ta、TaN、W(30)和籽晶层。然后通过CMP或离子研磨在场区域中除去薄籽晶层(35)，如图2d所示。典型地，在CMP之后，需要后续的短化学刻蚀步骤，以保证在场区域中的TaN/Ta(30)顶部不存在非常薄的金属层和/或金属岛。具有Ta/TaN的阻挡膜用于使电流通过和接着在包含贵金属如Au、AuNi、AuCo、Pd本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统（ＭＥＭＳ）开关，包括：空腔内的可移动梁，所述可移动梁固定到所述空腔的壁；嵌入所述可移动梁的第一电极；以及面对所述第一电极的第二电极，其中所述第一和第二电极被贵金属接触覆盖。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-7-8 10/604,2781.一种微机电系统(MEMS)开关，包括空腔内的可移动梁，所述可移动梁固定到所述空腔的壁；嵌入所述可移动梁的第一电极；以及面对所述第一电极的第二电极，其中所述第一和第二电极被贵金属接触覆盖。2.根据权利要求1的开关，其中所述第二电极嵌入所述空腔的壁中。3.根据权利要求1的MEMS开关，其中所述第一和第二电极的所述金属接触分别在所述第一电极之上和所述第二电极之下突出。4.根据权利要求1的MEMS开关，其中所述第一电极是信号电极和所述第二电极是致动电极。5.根据权利要求1的MEMS开关，其中所述电极由铜制成。6.根据权利要求1的MEMS开关，其中所述可移动梁在其至少一端固定到所述空腔的壁。7.根据权利要求1的ME...

【专利技术属性】
技术研发人员：H德利吉安尼，P安德里查科斯，P布赫瓦尔特，J科特，C雅内斯，M克里希南，J梅格莱因，K施泰因，R沃朗特，J托尔内洛，J伦德，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]