钌接触件的抗粘连增强的制作方法
1.本公开的实施例大体上涉及一种用于增强微机电系统(mems)装置中的钌接触件的抗粘连性质的方法。
背景技术：
2.接触粘连(sticking或stiction)是mems装置中的主要失效机制中的一者。粘连是制造可行mems装置的关键挑战之一。钌接触件提供低电阻、耐久接触件，但钌接触件在操作寿命内易受潜在粘连事件影响。
3.因此，需要具有不太易受粘连事件影响的低电阻、耐久接触件。
技术实现要素：
4.本公开大体上涉及一种制造mems装置的方法。所述mems装置具有空腔，横梁将在所述空腔中移动以改变所述装置的电容。在已发生大部分装置堆积之后，去除牺牲材料以在所述mems装置空腔内释放所述横梁。此后，暴露的钌接触件暴露于氟以进行以下中的任一者：掺杂暴露的钌且减少表面粘附力，在暴露的钌表面上形成氟化自组装单层，在暴露的钌上沉积纳米钝化膜，或改变所述钌的表面粗糙度。归因于氟处理，存在低电阻、耐久的接触件，并且所述接触件不太易受粘连事件影响。
5.在一个实施例中，一种制造mems装置的方法包括：在空腔内形成横梁结构，其中所述空腔含有牺牲材料；从所述空腔去除所述牺牲材料以释放所述横梁以在所述空腔内移动；将氟引入到所述空腔中；以及密封所述空腔。
6.本领域的技术人员将在结合附图阅读优选实施例的以下详细描述之后了解本公开的范围并且认识到本公开的另外的方面。
附图说明
7.并入本说明书中并且形成本说明书的一部分的附图展示了本公开的若干方面，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。
8.图1是在去除牺牲材料和释放横梁之前mems装置的示意性图示。
9.图2是在已去除牺牲材料且已释放横梁之后图1的mems装置的示意性图示。
10.图3是展示各种参数的电阻与循环数目的图。
11.图4是在mems装置已密封之后图2的mems装置的示意性图示。
12.为了便于理解，已使用相同附图标号在可能的情况下表示图中共有的相同元件。经考虑，一个实施例中公开的元件可有利地用于其它实施例中而无需特定叙述。
具体实施方式
13.下文阐述的实施例表示使本领域的技术人员能够实践实施例的必要信息，并且展示了实践实施例的最佳方式。在根据附图阅读以下说明时，本领域的技术人员将理解本公
开的概念并且将认识到本文中未特别提出的这些概念的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
14.应当理解，尽管本文中可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件相区分。例如，在不偏离本公开的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，并且类似地，第二元件可被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包含相关联列举项中的一个或多个的任何组合和全部组合。
15.应当理解，当如层、区域或衬底等元件被称为“在另一个元件上”或延伸“到另一个元件上”时，其可直接在其它元件上或直接延伸到其它元件上或者还可存在中间元件。相比之下，当元件被称为“直接地在另一个元件上”或“直接地延伸到另一个元件上”时，不存在中间元件。同样，应当理解，当如层、区域或衬底等元件被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上”延伸时，其可直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者还可存在中间元件。相比之下，当元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在中间元件。还应当理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，其可直接地连接或耦合到其它元件，或者可存在中间元件。相比之下，当元件被称为“直接地连接”或“直接地耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。
16.在本文中可使用如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“竖直”等相对术语来描述如图所示的一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系。应当理解，除了附图中描绘的定向之外，这些术语和上文所讨论的那些术语旨在涵盖装置的不同定向。
17.本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”旨在同样包含复数形式，除非上下文另有明确指示。应进一步理解，当在本文中使用时，术语“包括(comprises/comprising)”和/或“包含(includes/including)”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。
18.除非另外限定，否则本文所使用的所有术语(包含技术术语和科技术语)具有本公开所属于领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。应进一步理解的是，本文所使用的术语应被解释为具有与其在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文中明确地如此定义，否则将不会在理想化的或过度正式的意义上进行解释。
19.本公开大体上涉及一种制造mems装置的方法。所述mems装置具有空腔，横梁将在操作期间在所述空腔中移动。在已发生大部分装置堆积之后，去除牺牲材料以在所述mems装置空腔内释放所述横梁。此后，暴露的钌接触件暴露于氟以进行以下中的任一者：掺杂暴露的钌且减少表面粘附力，在暴露的钌表面上形成氟化自组装单层，在暴露的钌上沉积纳米钝化膜，或改变所述钌的表面粗糙度。归因于氟处理，存在低电阻、耐久的接触件，并且所述接触件不太易受粘连事件影响。
20.图1是在去除牺牲材料和释放横梁之前mems装置100的示意性图示。mems装置包含衬底102，例如cmos衬底，所述衬底包含用于半导体装置的大量层。还经考虑，衬底102可仅为含有硅、锗或其它合适半导体材料的半导体衬底。在一些实施例中，衬底102可包括玻璃、石英、熔融硅石、蓝宝石、钛、钛钨、钴、金属硅化物等等。任何合适材料可用于衬底102，并且因此，衬底102的材料并不意图为限制性的。
21.在衬底内，存在一个或多个rf电极104a、104b。应理解，尽管展示了两个rf电极104a、104b，但考虑单个rf电极或甚至多于两个rf电极。rf电极104a、104b可包括适用于半导体装置的任何导电材料，例如钌、铜、铝、氮化钛、钨、钛铝、氮化钛铝和其组合。任何合适材料可用于rf电极104a、104b，并且因此，rf电极104a、104b的材料并不意图为限制性的。
22.额外导电材料可存在于衬底102以及rf电极104a、104b上或上方。举例来说，图1中锚电极106a、106b展示为大量额外电接触件108。锚电极106a、106b是用于横梁结构114的电极，且电接触件108可用于牵入电极。锚电极106a、106b和电接触件108可包括适合于在半导体装置中使用的任何导电材料，例如铜、铝、氮化钛、钨和其组合。
23.介电层110存在于衬底102以及电接触件108上方。经考虑，介电层110包括电绝缘材料，例如氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合。
24.第一牺牲层112存在于介电层110上方。最终将去除第一牺牲层112以释放横梁结构114。第一牺牲层112包括不同于介电层110的材料。用于第一牺牲层112的合适材料包含旋涂材料，例如基于碳的材料。第一牺牲层112可包括碳、氢、氮和氧。
25.第二介电层110存在于第一牺牲层112上方，且横梁结构114的底部部分存在于第二介电层110上方。第二介电层110可包括与第一介电层110相同的材料。横梁结构114可包括适合于在半导体装置中使用的任何导电材料，例如铜、铝、氮化钛、钨tialn和其组合横梁结构114另外包含顶部部分以及柱部分。介电层110存在于横梁部分的顶部和底部表面上。另外，在横梁结构114未定位于的区域中，存在额外牺牲材料112。牺牲材料112可在mems装置100内的所有位置中包括相同材料。实际上，牺牲材料112存在于横梁结构114的顶部部分上方。在最顶部牺牲材料112上且与其接触，存在额外介电层110。上拉电极116存在于额外介电层110上方和之上。介电质顶板118还存在于牵入电极116上方。还存在释放孔120。释放孔120延伸通过顶板118以暴露牺牲材料112。
26.横梁结构114的底部具有包括钌的横梁接触部分122。含有钌的接触表面124的电接触堆叠存在于每一rf电极104a、104b上方。钌接触表面124是用于横梁结构114的平台位置，如稍后将论述。横梁接触部分122在横梁结构114已释放时接触接触表面124并且处于下拉状态，这是最大电容状态。
27.为了释放横梁结构114以在装置100中移动，需要去除牺牲材料。图2是在已去除牺牲材料且已释放横梁之后图1的mems装置100的示意性图示。通过蚀刻工艺去除牺牲材料112，在所述蚀刻工艺中，可为湿式蚀刻剂或干式蚀刻剂的蚀刻剂被引入通过释放孔120。一旦去除牺牲材料112，牺牲材料曾所处的位置被视为空腔202。横梁结构114在空腔202内自由移动。
28.如上文所指出，牺牲材料112被去除，但装置100中的其它一切保持不变。因此，接触表面124现在如接触部分122一样暴露。接触表面124和接触部分122两者均含有钌。如上文另外指出，钌具有低电阻且为耐久接触件，但钌接触件在操作寿命内易受潜在粘连事件影响。因此，已出人意料地发现钌的额外处理将产生较少粘连。
29.氟或含氟化合物经由释放孔120被引入到空腔202以处理暴露的钌表面。在一些实施方案中，可在沉积第一牺牲层112以处理暴露的钌表面之前将氟引入到空腔202中。可使用包括氟的等离子体将氟或含氟化合物引入到空腔202中。在一个实施例中，等离子体由cf4和/或o2形成。在另一实施例中，将气态hf或f2引入到空腔202中。在又一实施例中，引入
到空腔202中的氟在暴露的钌表面上形成氟化自组装单层(f-sam)。f-sam可包括衬底层级处的任何合适头部基团、作为分子链的任何合适尾部以及作为结束的任何合适官能团。在又一实施例中，可将tif4或mof6引入到空腔中。
30.经进一步考虑，可使用其它基于氟的气体，例如nf3。因此，本公开不限于cf4。已出人意料地发现，不足量的氟将不对钌提供足够表面改性以在装置寿命内提供可靠操作。另外，过量c
xfy
聚合物形成将使接触电阻增加到不可接受的水平。钌的过度氟掺杂将使接触电阻增加到不可接受的水平。因此，需要尽可能少的聚合物形成来维持低接触电阻，同时需要提供足够的氟暴露以获得充足的粘连容限。
31.当利用含氟等离子体时，所述等离子体可由等离子体反应器产生，所述等离子体反应器包含真空腔室、用于将反应气体引入到腔室中的一个或多个气体源以及能够在真空腔室中产生等离子体的一个或多个rf电极或天线。等离子体可在反应器中在约10mt至约2000mt的压力下且在约100w至约2000w的功率下产生。可使用两种主要类型的源：电容耦合式等离子体(ccp)或电感耦合式等离子体(icp)。可利用的合适源包含以下美国专利的等离子体反应器：us 4,948,458；us 4,576,918；以及us 5,710,486。
32.图3是展示根据一个实施例的当利用含氟等离子体时各种参数的电阻与循环数目的曲线图。图3的结果可利用在约10mt至约50mt的压力下且在约500w至约2000w的功率下的icp反应器而获得。如图3中所展示，对于氟含量以及对于暴露时间存在最有效点。举例来说，已发现等离子体暴露应持续约20秒至约60秒之间的时段。另外，已发现cf4与o2的比率应在约1:4至约4:1之间。当等离子体暴露发生在时段和比率之外时，装置电阻是不可接受的，如图3中所展示。更确切地说，在1:4的比率下操作60秒的时段产生可接受的结果。另外，在4:1的比率下操作20秒的时段产生可接受的结果。
33.然而，在4:1的比率下操作60秒的时段不产生可接受的结果。类似地，在1:4的比率下操作20秒的时段不产生可接受的结果。经考虑，其它比率和时间也是可能的。举例来说，还考虑约100秒的时段内1:6的比率。图3的曲线图中所显示的结果和数据取决于所用等离子体反应器以及所用等离子体条件，例如等离子体功率、过程压力、激发频率等。因而，图3的曲线图中所显示的结果和数据并不意图为限制性的，而是仅展示发现起作用的一些实例。
34.一旦已去除牺牲材料112且已处理暴露的钌，装置100就准备好被密封。图4是在mems装置已密封之后图2的mems装置100的示意性图示。如图4中所展示，形成密封件402以密封释放孔120。密封件402可包括介电材料，例如氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合。
35.通过在已去除牺牲材料之后处理暴露的钌表面，所得mems装置将具有接触表面，所述接触表面具有低电阻且是耐久的且不太易受粘连事件影响。
36.在一个实施例中，一种制造mems装置的方法包括：在空腔内形成横梁结构，其中所述空腔含有牺牲材料；从所述空腔去除所述牺牲材料以释放所述横梁以在所述空腔内移动；将氟引入到所述空腔中；以及密封所述空腔。氟可使用含氟等离子体被引入。等离子体可由含氧气体和含氟气体形成。含氧气体可为o2。含氟气体可为cf4。等离子体可存在于空腔中持续约20秒至约60秒之间的时段。cf4与o2的比率可为约1:4至约4:1之间。所述比率为约1:4，且等离子体可存在约60秒的时段。所述比率可为约4:1，且等离子体可存在约20秒的时
段。横梁结构可包含包括钌的至少一个接触部分。引入到空腔中的氟可在空腔内的一个或多个暴露表面上形成氟化自组装单层。
37.mems装置包含rf电极，所述rf电极具有包括钌的接触表面。横梁结构的钌表面能够接触rf电极的钌接触表面。包括钌的接触表面在表面上包含c
xfy
聚合物或氟化自组装单层。包括钌的接触表面包括氟。引入氟持续约20秒至约60秒之间的时段。
38.本领域的技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有此类改进和修改都认为是在本文公开的概念和以下权利要求的范围内。
技术特征：
1.一种制造mems装置的方法，其包括：在空腔内形成横梁结构，其中所述空腔含有牺牲材料；从所述空腔去除所述牺牲材料以释放所述横梁结构以在所述空腔内移动；将氟引入到所述空腔中；以及密封所述空腔。2.根据权利要求1所述的方法，其中使用含氟等离子体引入所述氟，并且其中所述等离子体由含氧气体和含氟气体形成。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述含氧气体为o2。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述含氟气体为cf4。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述等离子体存在于所述空腔中持续约20秒至约60秒之间的时段。6.根据权利要求5所述的方法，其中cf4与o2的比率在约1:4至约4:1之间。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述比率为约1:4且所述等离子体存在约60秒的时段。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述比率为约4:1且所述等离子体存在约20秒的时段。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述横梁结构包含包括钌的至少一个接触部分。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述mems装置包含具有包括钌的接触表面的rf电极。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述横梁结构的所述至少一个接触部分能够接触所述rf电极的所述接触表面。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述包括钌的接触表面在表面上包含c
x
f
y
聚合物。13.根据权利要求10所述的方法，其中所述包括钌的接触表面包括氟。14.根据权利要求1所述的方法，其中引入到所述空腔中的所述氟在所述空腔内的一个或多个暴露表面上形成氟化自组装单层。
技术总结
一种制造MEMS装置的方法。所述MEMS装置具有空腔，横梁将在所述空腔中移动以改变所述装置的电容。在已发生大部分装置堆积之后，去除牺牲材料以在所述MEMS装置空腔内释放所述横梁。此后，暴露的钌接触件暴露于氟以进行以下中的任一者：掺杂暴露的钌且减少表面粘附力，在暴露的钌表面上形成氟化自组装单层，在暴露的钌上沉积纳米钝化膜，或改变所述钌的表面粗糙度。归因于氟处理，存在低电阻、耐久的接触件，并且所述接触件不太易受粘连事件影响。并且所述接触件不太易受粘连事件影响。并且所述接触件不太易受粘连事件影响。
