具有减小的接触电阻的MEMS装置的制作方法

具有减小的接触电阻的mems装置1.本技术要求于2019年5月30日提交的第62/854,826号美国临时专利申请的优先权，所述美国临时专利申请的公开内容的全文以引用的方式并入本文中。技术领域2.本公开的实施例大体上涉及一种用于减小接触电阻同时防止包括一个或多个钌接触件的微机电系统(mems)装置中的粘附的方法。背景技术：3.接触粘结或粘附是mems装置中的主要失效机制中的一者。粘附是制造可行mems装置的关键挑战中的一者。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附事件影响。4.因此，需要具有较不易受粘附事件影响的低电阻、耐久接触件。技术实现要素：5.本公开大体上涉及一种制造mems装置的方法。mems装置具有空腔，横梁将在空腔中移动以改变装置的电容。在已发生大部分装置堆积之后，移除牺牲材料以在mems装置空腔内释放横梁。此后，用包括氯的蚀刻剂回蚀暴露的钌接触件以移除顶部接触件和底部接触件两者的顶部表面。归因于此回蚀工艺，可在较不易受粘附事件影响的情况下实现低接触电阻。可通过在氟基等离子体中调节钌接触件来进一步改进粘附性能。氟基等离子体工艺或氟处理可在钌接触件的回蚀工艺之前或之后执行。6.在一个实施例中，一种制造mems装置的方法包括：在空腔内形成包括钌接触表面的一个或多个电接触堆叠；在空腔内的一个或多个电接触堆叠上方形成横梁结构，其中空腔含有牺牲材料；从空腔移除牺牲材料以释放横梁以在空腔内移动；使用包括氯的蚀刻剂蚀刻钌接触表面的部分；以及密封空腔。7.本领域的技术人员将在结合附图阅读优选实施例的以下具体实施方式之后了解本公开的范围并且认识到本公开的额外方面。附图说明8.并入本说明书中并且形成本说明书的部分的附图示出了本公开的若干方面，并且与具体实施方式一起用于解释本公开的原理。9.图1为在移除牺牲材料且释放横梁之前的mems装置的示意性图示。10.图2为在已移除牺牲材料且已释放横梁之后的图1的mems装置的示意性图示。11.图3a为在已移除牺牲材料之后的图2的mems装置的部分的放大示意性图示。12.图3b为在包括装置的元件的暴露的钌已被回蚀之后的图2的mems装置的放大示意性图示。13.图4为在mems装置已密封之后的图3b的mems装置的示意性图示。14.为了促进理解，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。可以预见的是，一个实施例中公开的元件可有利地在其它实施例中利用而不需特定叙述。具体实施方式15.在下文中，参考本公开的实施例。然而，应理解，本公开不限于特定的所描述实施例。实际上，不管是否与不同实施例相关，都涵盖以下特征和元件的任何组合来实施和实践本公开。此外，尽管本公开的实施例可实现优于其它可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但特定优势是否由给定实施例实现并不限制本公开。因此，以下方面、特征、实施例和优点仅为说明性的且不认为是所附权利要求书的要素或限制，除非明确地叙述于权利要求书中。同样，对“本公开”的提及不应解释为本文中所公开的任何发明性主题的一般化，且不应视为所附权利要求书的要素或限制，除非明确地叙述于权利要求书中。16.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书的范围内。17.应理解，尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但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，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用，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。18.应理解，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“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在中间元件。同样，应理解，当如层、区域或衬底等元件被称为“在另一个元件上方”或“在另一个元件上方”延伸时，其可直接在另一个元件上方或直接在另一个元件上方延伸，或者还可存在中间元件。相比之下，当元件被称为“直接在另一个元件上方”或“直接在另一个元件上方延伸”时，不存在中间元件。还应理解，当元件被称为“连接”或“联接”到另一个元件时，其可直接地连接或联接到其它元件，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“直接地联接”到另一个元件时，不存在中间元件。19.在本文中可以使用如“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。20.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，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/或其群组的存在或添加。21.除非另有限定，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，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。22.本公开大体上涉及一种制造mems装置的方法。mems装置具有空腔，横梁将在空腔中移动以改变装置的电容。在已发生大部分装置堆积之后，移除牺牲材料以在mems装置空腔内释放横梁。此后，用包括氯的蚀刻剂回蚀暴露的钌接触件以移除顶部接触件和底部接触件两者的顶部表面。归因于此回蚀工艺，可在较不易受粘附事件影响的情况下实现低接触电阻。可通过在氟基等离子体中调节钌接触件来进一步改进粘附性能。氟基等离子体工艺或氟处理可在钌接触件的回蚀工艺之前或之后执行。23.图1为在移除牺牲材料且释放横梁之前的mems装置100的示意性图示。mems装置100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。还可以预见的是，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。24.在衬底内，存在一个或多个接触电极104a、104b。接触电极104a、104b可为rf导体或rf电极。应理解，尽管展示了两个接触电极104a、104b，但可以预见单个接触电极或甚至多于两个接触电极。接触电极104a、104b可由适合于在例如铜、铝、氮化钛、钨及其组合等半导体装置中使用的任何导电材料构成。25.额外导电材料可存在于衬底102以及接触电极104a、104b上或上方。举例来说，锚电极106a、106b在图1中被展示为大量额外电接触件108。锚电极106a、106b为用于横梁结构114的电极，且电接触件108可用于拉入电极(pull‑in electrode)。锚电极106a、106b和电接触件108可由适合于在例如铜、铝、氮化钛、钨及其组合等半导体装置中使用的任何导电材料构成。26.介电层110存在于衬底102上方，包含存在于电接触件108上方。可以预见的是，介电层110涵盖电绝缘材料，例如氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合。27.第一牺牲层112存在于介电层110上方。最终将移除第一牺牲层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，例如碳基材料。第一牺牲层112可包括碳、氢、氮和氧。28.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可包括适合于在例如铜、铝、氮化钛(tin)、钨、氮化钛铝(tialn)、氮化钽(tan)及其组合等半导体装置中使用的任何导电材料。横梁结构114另外包含中间部分、顶部部分和柱部分。介电层110存在于横梁部分的顶部和底部表面上。29.另外，在未定位有横梁结构114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上方和上。介电顶板118还存在于上拉电极116上方。释放孔120通过介电顶板118和最顶部介电层110存在。释放孔120延伸通过顶板118以暴露牺牲材料112。30.横梁结构114的底部包括包括钌的两个横梁接触部分122。含有钌接触表面124的两个电接触堆叠存在于每个接触电极104a、104b上且与两个横梁接触部分122对准。包括钌接触表面124为横梁结构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已被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。含有钌接触表面126的一个或多个额外电接触堆叠安置在电接触件108的部分上方。31.为了释放横梁结构114以移动装置100，需要移除牺牲材料。图2为在已移除牺牲材料112且已释放横梁114之后的图1的mems装置100的示意性图示。通过蚀刻工艺移除牺牲材料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。一旦移除牺牲材料112，曾使用牺牲材料的位置就被视为空腔202。32.一旦移除牺牲材料112，横梁结构114就在空腔202内自由地移动。横梁结构114可从按需要与上拉电极116和含有钌接触表面124(图2中所展示)的电接触堆叠两者间隔开的第一位置来回移动到与接触表面124接触的第二位置以及邻近上拉电极116安置且与接触表面124间隔开比第一位置大的距离的第三位置。术语“第一位置”、“第二位置”和“第三位置”不意图为限制性的，且横梁结构114可按任何次序向且从三个位置中的任一者移动。33.如上文所指出，牺牲材料112被移除，但装置100中的其它一切保留。因此，接触表面124、126现在暴露为含有钌的接触部分122。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附事件影响。因此，已出人意料地发现，钌的额外处理将产生较小粘附并且进一步减小装置的接触电阻。34.可使用氟基处理来处理包括装置100的元件的钌(即，横梁接触部分122和接触表面124、126)。举例来说，可任选地通过释放孔120将含有氟和氧的等离子体引入到空腔202中。在一个实施例中，等离子体由o2和cf4形成。可以预见的是，可使用其它氟基气体，例如nf3、sf6和chf3。在一个实施例中，可利用氟碳基自组装单层(sam)。因此，本公开不限于cf4。在引入氟基处理期间形成的过量cxfy聚合物形成物可将接触电阻增加到不可接受的水平。钌的过度氟掺杂可将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物来维持低接触电阻。35.图3a为在已移除牺牲材料112之后和/或在任选的氟基处理之后的图2的mems装置100的部分的放大示意性图示。如图3a中所展示，填隙层330或残留物层可安置于接触表面124的顶部表面332上。在mems装置100的各种形成操作期间，例如在制造或构造期间，在牺牲材料112的移除期间，或在任选的氟基处理期间，填隙层330或残留物层可形成于接触表面124、126上。36.在任选的氟基处理之后，执行氯(c1)蚀刻工艺。在一个实施例中，在任选的氟基处理之前执行氯蚀刻工艺。因此，任选的氟基处理可在氯蚀刻工艺之前或之后发生。氯蚀刻工艺可在移除牺牲材料112之后发生。包括氯的蚀刻剂，例如盐酸(hcl)、三氯化硼(bcl3)或氯气(cl2)，通过释放孔120被引入到空腔202中。氯回蚀工艺可为“湿式”或“干式”工艺。除氯以外，干式回蚀工艺还可包含氧和/或氧与氟的组合。含氯蚀刻剂具有高蚀刻选择性，使得蚀刻剂蚀刻仅包括装置100的元件的钌和例如填隙层330的残留物。因此，含氯蚀刻剂蚀刻接触电极表面124、126的部分和/或横梁接触表面122的底部部分而不蚀刻横梁结构114或介电层110。含氯回蚀工艺对电介质、钛、氮化钛和氮化钛铝具有极高选择性(20∶1)，这使回蚀工艺能够选择性地回蚀接触电极表面124、126而不会不利地影响空腔内部的其它组件。37.图3b为在已蚀刻包括装置100的元件(即，横梁接触部分122和接触表面124、126)的暴露的钌之后的图2的mems装置100的放大示意性图示。在图3b中，接触表面124、126的顶部部分或表面332和横梁接触部分122的底部部分或表面334已经通过氯蚀刻工艺部分地移除。虽然图3b示出从接触表面124、126和横梁接触部分122两者移除钌，但所述移除可仅发生到接触表面124、126，仅发生到横梁接触部分122，或发生到接触表面124、126和横梁接触部分122两者。38.蚀刻横梁接触部分122的底部部分或表面334会使横梁接触部分122凹入到横梁结构114中，且蚀刻接触表面124、126的顶部部分或表面332会减小接触电极的总高度。如图3b中所展示，包括在氯蚀刻工艺期间所蚀刻的元件(即，接触表面124、126的顶部表面332和/或横梁接触部分122的底部表面334)的暴露的钌可具有带有增大粗糙度的表面。换句话说，接触表面124、126的顶部表面332和/或横梁接触部分122的底部表面334具有以防被含有氯的蚀刻剂蚀刻的表面粗糙度。在一个实施例中，顶部表面332和底部表面334各自具有约1nm至约10nm，如约2nm至约5nm的粗糙度均方根。表面粗糙度可随着表面332、334扩大暴露于含有氯的蚀刻剂而增加。此外，在氯蚀刻工艺之后，在形成装置100期间可能已形成的任何残留物或填隙层330通过将例如氩的惰性气体泵送到空腔中而从包括元件的暴露的钌移除。39.含氯蚀刻剂的钌蚀刻速率为约2nm/min至约10nm/min，例如约4nm/min，且含氯蚀刻剂对于蚀刻钌与例如氧化物、tialn和tin的周围暴露材料的选择性比为约20∶1至约25∶1(即，含氯蚀刻剂蚀刻钌可比含氯蚀刻剂蚀刻氧化物、tialn和tin快20至25倍)。含氯蚀刻剂可存在于空腔202中持续约1分钟至5分钟，例如约2.5分钟至3分钟。氯蚀刻工艺可从接触表面124、126和横梁接触部分122中的每一者移除约5nm至15nm的钌。通过从接触表面124、126和横梁接触部分122蚀刻钌，mems装置100的接触电阻有效地减小。在一个实施例中，与常规mems装置相比，氯蚀刻工艺将装置100的接触电阻减小了约2倍。40.从每个电接触堆叠和/或每个横梁接触部分122的部分蚀刻接触表面124、126的部分清洁与牺牲材料112接触的钌表面。氯蚀刻工艺进一步移除可能已在表面上形成的任何残留物、填隙层或填隙杂质，同时形成mems装置100，例如在制造或构造期间，在牺牲材料112的移除期间，或在任选的含氟等离子体处理期间。举例来说，氯蚀刻工艺可移除可能已在任选的含氟等离子体处理期间形成的任何cxfy聚合物形成物。41.一旦已移除牺牲材料112且已处理暴露的钌，装置100就准备好被密封。图4为在mems装置已密封之后的图3b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向下延伸以接触安置在横梁结构114上的最顶部介电层110。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。42.通过在已移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为耐久的且较不易受粘附事件影响。43.在一个实施例中，一种制造mems装置的方法包括：在空腔内形成包括钌接触表面的一个或多个电接触堆叠；在空腔内的一个或多个电接触堆叠上方形成横梁结构，其中空腔含有牺牲材料；从空腔移除牺牲材料以释放横梁以在空腔内移动；使用包括氯的蚀刻剂蚀刻钌接触表面的部分；以及密封空腔。44.蚀刻剂可进一步包括氧或氟基气体。蚀刻剂可存在于空腔中持续约2.5分钟和3分钟之间的时段。约5nm至约15nm的钌接触表面可通过蚀刻被移除。横梁结构可包含包括钌的至少一个接触部分。使用包括氯的蚀刻剂蚀刻钌接触表面的部分可进一步包括蚀刻包括钌的至少一个接触部分的底部部分。蚀刻包括钌的至少一个接触部分的部分可使包括钌的至少一个接触部分凹入到横梁结构中。mems装置可包含至少一个接触电极。包括钌接触表面的一个或多个电接触堆叠中的至少一者可形成于至少一个接触电极上方。45.所述方法可进一步包括在使用包括氯的蚀刻剂蚀刻钌接触表面的部分之前将含有氟和氧的等离子体引入到空腔中。包括氯的蚀刻剂可包括盐酸、三氯化硼或氯气。使用包括氯的蚀刻剂蚀刻钌接触表面的部分可进一步从钌接触表面移除任何残留物或填隙层。包括氯的蚀刻剂可具有约4纳米/分钟至约6纳米/分钟的蚀刻速率。包括氯的蚀刻剂对于蚀刻钌与氧化物或氮化钛铝可具有约20∶1的选择性比。46.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被认为是在本文公开的概念和所附权利要求书的范围内。