專利名稱：密封腔體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)或納米機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)中密封腔 體的方法。
背景技術(shù)：
許多微機(jī)電系統(tǒng)和納米機(jī)電系統(tǒng)器件需要封裝在低或非常低壓的環(huán)境中。尤其對(duì) 于傳感器為然，例如，用于慣性傳感器者，它們會(huì)受到擠壓薄膜阻尼效應(yīng)的影響。為實(shí)現(xiàn)這 一目標(biāo)，諸如化學(xué)汽相沉積(CVD)的方法已被用來密封其中封裝MEMS器件的腔體。然而，這些方法都有一種缺點(diǎn)，那就是他們使用反應(yīng)氣體，以沉積密封腔體所需要 的材料。在密封步驟中，這些反應(yīng)氣體可能對(duì)被封裝的器件產(chǎn)生不利的影響，有可能在密封 腔體之后亦然。這種現(xiàn)象尤其會(huì)損害傳感器，它在操作過程中變熱到有助于催化潛在化學(xué) 反應(yīng)的溫度水平。為了解決這個(gè)問題，人們便發(fā)展了用以消除殘余氣體的方法。一種典型的方法是 使用一種“吸收劑”的材料。這些材料，通常是高活性金屬，能夠吸收有限量的氣體。然而， 這種做法有些缺點(diǎn)，因?yàn)樾枰獙⑽談┎牧喜迦肴菁{器件的腔體。當(dāng)使用圓片級(jí)封裝，該吸 收劑通常是沉積在器件封裝的內(nèi)表面上，或沉積在朝向欲真空密封的腔體的圓片的內(nèi)表面 上。但是，圓片級(jí)封裝并未被定義為整合密封方法，且不能用來形成小腔體。在含有器件的 腔體中，吸收劑材料也可沉積在基板上。但是這種方法會(huì)引起使腔體大小急劇增加，意即， 單位面積會(huì)有較低密度的被封裝器件。它也將使現(xiàn)有的流程變得復(fù)雜。此外，這些缺點(diǎn)會(huì) 更嚴(yán)重，因?yàn)槲談┎牧媳举|(zhì)上通常不相容于標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝， 因此需要進(jìn)一步更改處理流程。諸如化學(xué)汽相沉積的方法有另一種缺點(diǎn)，那就是材料可能 沉積在腔體內(nèi)，因此干擾被包含的器件的運(yùn)作。因此，顯然需要一種能與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝相容，且不依賴吸收劑材料或活性氣體的 密封腔體的方法。
發(fā)明內(nèi)容
本文所揭示的實(shí)施例一般包括用以在器件結(jié)構(gòu)上密封腔體的方法。該腔體可由蝕 刻犧牲材料來打開，其可界定該腔體的容積。來自該腔體底下、上面和外面的材料可被濺 射蝕刻和在通向該腔體的通道上或其中重新沉積，從而密封該腔體。可從該腔體底上方濺 射蝕刻材料，且可在通向該腔體的通道中重新沉積。濺射蝕刻可能發(fā)生在實(shí)質(zhì)上惰性氣氛 中。因?yàn)闉R射蝕刻是一種物理過程，很少或根本沒有濺射蝕刻材料會(huì)重新沉積在該腔體本 身。腔體已經(jīng)開啟后，該惰性氣體可掃出可能存在于腔體的任何殘余氣體。因此，在濺射蝕 刻后，該腔體可以實(shí)質(zhì)上充滿不會(huì)對(duì)該腔體產(chǎn)生負(fù)面影響的惰性氣體。在一實(shí)施例中揭示一種用以形成器件結(jié)構(gòu)的方法。該方法可包括沉積至少一層犧 牲層在基板上，及移除該至少一層犧牲層的一部分，以界定欲形成的腔體及至少一個(gè)通道 的形狀。該方法還可包括沉積至少一層封裝層在該至少一層犧牲層上和移除該至少一層封裝層的一部分，以穿過該至少一層封裝層的第一側(cè)曝露該至少一層犧牲層的一部分。該 方法可另外包括移除該至少一層犧牲層，以形成穿過該至少一層封裝層的該腔體和第一通 道，及從該基板濺射蝕刻材料和在該第一通道中重新沉積上述濺射蝕刻的材料，以密封該
第一通道。在另一實(shí)施例中揭示一種用以形成器件結(jié)構(gòu)的方法。該方法可包括沉積至少一層 犧牲層在基板上，及移除該至少一層犧牲層的一部分，以界定欲形成的腔體及至少一個(gè)通 道的形狀。該方法還可包括沉積第一封裝層在該至少一層犧牲層上，沉積第二封裝層于該 第一封裝層上；和移除該第一封裝層的一部分，以穿過該第一封裝層的一側(cè)曝露該至少一 層犧牲層的一部分。該方法可另外包括移除該至少一層犧牲層，以形成穿過該第一封裝層 的該腔體和第一通道，及從該第二封裝層濺射蝕刻材料和在該第一通道中重新沉積上述濺 射蝕刻的第二封裝材料，以密封該第一通道。在另一實(shí)施例中揭示一種用以形成器件結(jié)構(gòu)的方法。該方法可包括沉積至少一層 犧牲層在基板，及移除該至少一層犧牲層的一部分，以界定欲形成的腔體及至少一個(gè)通道 的形狀。該方法還可能包括沉積第一封裝層在界定該腔體的形狀的該至少一層犧牲層上； 沉積第二封裝層于該第一封裝層上；及移除該第一封裝層的一部分，以穿過該第一封裝層 的一側(cè)曝露該至少一層犧牲層的一部分。該方法可另外包括移除該至少一層犧牲層，以形 成穿過該第一封裝層的該腔體和第一通道，及從該第二封裝層和該基板濺射蝕刻材料，和 在該第一通道中重新沉積上述濺射蝕刻的第二封裝材料以及該來自該基板的材料，以密封 該第一通道。
簡(jiǎn)介如上的本發(fā)明上述的特征可通過下文的實(shí)施方式進(jìn)一步了解，可能需參考實(shí) 施例，其部分由附圖所繪示。然而需指出的是，附圖僅說明本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不應(yīng) 視為限制本發(fā)明的范圍，而應(yīng)含括其他均等的實(shí)施例。圖1是根據(jù)一實(shí)施例，具有復(fù)數(shù)腔體的結(jié)構(gòu)的示意性俯視圖。圖2是根據(jù)另一實(shí)施例，具有腔體的結(jié)構(gòu)的示意性俯視圖。圖3A的示意性側(cè)視圖繪示具有側(cè)邊釋放通道的結(jié)構(gòu)，該側(cè)邊釋放通道的高度小 于腔體的高度。圖3B的截面示意圖繪示犧牲材料被移除的圖3A的結(jié)構(gòu)。圖4A的示意性側(cè)視圖繪示具有復(fù)數(shù)腔體的結(jié)構(gòu)，其每一具有側(cè)邊釋放通道，該側(cè) 邊釋放通道的高度小于腔體的高度。圖4B的側(cè)視示意圖繪示犧牲材料被移除的圖4A的結(jié)構(gòu)。圖5A的示意性側(cè)視圖繪示具有復(fù)數(shù)側(cè)邊釋放通道的結(jié)構(gòu)，該側(cè)邊釋放通道的高 度小于腔體的高度。圖5B的側(cè)視示意圖繪示犧牲材料被移除的圖5A的結(jié)構(gòu)。圖6是濺射設(shè)備的示意性側(cè)視圖。圖7的截面示意圖繪示部分由濺射方法密封的結(jié)構(gòu)。圖8是另一濺射設(shè)備的側(cè)視示意圖。圖9A的截面示意圖繪示在密封腔體之前的結(jié)構(gòu)。
圖9B的截面示意圖繪示在濺射蝕刻工藝期間圖9A的結(jié)構(gòu)。圖9C顯示在密封腔體后圖9A的結(jié)構(gòu)。圖10的截面示意圖繪示根據(jù)一實(shí)施例在濺射蝕刻之前的結(jié)構(gòu)。圖11的截面示意圖繪示根據(jù)另一實(shí)施例在濺射蝕刻之前的結(jié)構(gòu)。圖12的截面示意圖繪示根據(jù)另一實(shí)施例在濺射蝕刻之前的結(jié)構(gòu)。圖13A-C繪示依據(jù)另一種實(shí)施例，用以移除犧牲材料的工藝。為了便于理解，在可能的情況下，各圖中共同使用相同的元件符號(hào)來指示圖式中 相同的元件。意即，在一實(shí)施例中所揭示的元件也可用于其他實(shí)施例而無需特別指明。
具體實(shí)施例方式本文所揭示的實(shí)施例包括用以密封形成在器件結(jié)構(gòu)上的腔體的方法。圖1是根據(jù) 一實(shí)施例，具有復(fù)數(shù)腔體的結(jié)構(gòu)100的示意性俯視圖。結(jié)構(gòu)100包括基板102，其上形成有 一或多層104。在層104和基板102之間形成一或多腔體。在如圖1所示的實(shí)施例中，犧牲材料108的一或多犧牲層可形成在基板102和該 一或多層104之間。該犧牲材料108可界定欲形成的腔體中開放空間的容積。通過移除犧 牲材料108形成腔體。在每一腔體中，可存在一或多器件106。犧牲材料108可經(jīng)由腔體區(qū) 域存在于通道110。通道110可允許蝕刻氣體或液體進(jìn)入腔體及移除犧牲材料108。在一 實(shí)施例中，犧牲材料108也可因?yàn)樵谝换蚨鄬?04間的通道112，而暴露在基板102之上。 一旦移除犧牲材料108，腔體中將釋出器件106。應(yīng)明白，雖然通道110圖示于腔體的一側(cè)， 通道110可以位于欲形成的腔體兩側(cè)。此外，雖然通道110是繪示為與器件106在瞄準(zhǔn)線 (line of sight)上為直線，但通道110也可被塑型成幾乎不、或不與器件106在瞄準(zhǔn)線上 呈直線。圖2是根據(jù)另一實(shí)施例，具有腔體204的結(jié)構(gòu)200的示意性俯視圖。腔體204形 成于基板202之上，且可經(jīng)由一或多通道208接觸。如圖2所示，通道208有一扭結(jié)，以使 在腔體204所包含的器件206不會(huì)和通道208的入口在瞄準(zhǔn)線上呈直線。應(yīng)明白，雖然通 道208圖示于腔體204的一側(cè)，通道208可以出現(xiàn)在兩側(cè)。此外，雖然通道208是繪示為封 閉任何至器件206的瞄準(zhǔn)線，但通道208也可被設(shè)計(jì)為提供完整的或幾近完整的至器件206 的瞄準(zhǔn)線。圖3A的示意性側(cè)視圖繪示具有側(cè)邊釋放通道的結(jié)構(gòu)，該側(cè)邊釋放通道的高度小 于腔體的高度。圖3B的側(cè)視示意圖繪示犧牲材料被移除的圖3A的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)具有基板 302，其上可形成器件306。在一實(shí)施例中，基板302可包括硅類材料。在另一實(shí)施例中，基 板302可包括器件結(jié)構(gòu)(例如，CMOS結(jié)構(gòu))的多層。器件306可包括任何MEMS，NEMS，微型 光學(xué)機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)器件，納米光學(xué)機(jī)電系統(tǒng)(NOEMS)器件、或其組合。該器件可形成于 該結(jié)構(gòu)中任何點(diǎn)。例如，該器件可形成于CMOS結(jié)構(gòu)的上方或下方。此外，該器件可形成于 堆迭中，以使結(jié)構(gòu)的額外層(即，非器件)可存在于該器件之上。該器件可用于金屬系統(tǒng)的 后段(BEOL)工藝。該器件也可形成于任何其他半導(dǎo)體前段技術(shù)的后段工藝，例如，雙極工 藝、或bi-CMOS、或SiGe、GaAs、GaAlAs或其他III/N族或II/NI族、或任何其他前段半導(dǎo)體 工藝。在一實(shí)施例中，該器件可形成于玻璃之上。應(yīng)理解，雖然繪示的器件306是一個(gè)，然 而器件306可以是多個(gè)。如果存在復(fù)數(shù)器件306，器件306可相同或不相同，并可執(zhí)行相同
6的或不同的功能。另外，雖然繪示的器件306是一個(gè)，應(yīng)理解器件306可不存在。器件306封閉在犧牲材料304中。犧牲材料304可包括旋轉(zhuǎn)涂布的有機(jī)薄膜。然 而，可以采用其他旋轉(zhuǎn)涂布薄膜和等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)材料，例如，旋轉(zhuǎn)涂 布玻璃、氮化硅、二氧化硅、無定形硅和無定形碳，以達(dá)到相同的效果。額外的沉積方法可用 于沉積犧牲材料304，包括原子層沉積(ALD)、物理汽相沉積(PVD)、化學(xué)汽相沉積(CVD)、以 及其他傳統(tǒng)沉積方法。旋轉(zhuǎn)涂布的犧牲材料304可流通于基底層的不規(guī)則處，從而產(chǎn)生平 坦層，其中薄膜的厚度取決于基底材料的高度?？沙练e犧牲材料304，然后形成圖案以移除 犧牲材料304的部分，而不影響腔體形成。一或多其他層308、310、和312可被沉積在犧牲材料304之上。一或多其他層308、 310、和312可形成欲形成在器件306上的結(jié)構(gòu)的一部分。通過圖案化一或多其他層308、 310、和312，可在結(jié)構(gòu)上形成溝槽314。溝槽可有由箭頭“E”顯示的從基板302至最上層 312頂部的高度，和箭頭“B”顯示的寬度。溝槽的高度“E”在Y軸延伸，而寬度“B”沿X軸 延伸。溝槽可沿Z軸(進(jìn)入紙面中)延伸數(shù)微米。在一實(shí)施例中，溝槽可能沿Z軸延伸約 1毫米以上。高度與寬度的比例被稱為深寬比。在一實(shí)施例中，開口的深寬比可成比例于 濺射材料的射出余弦分布。在另一實(shí)施例中，深寬比可能成比例于加入物種的角分布?？?以理解，成比例不僅包括線性比例，也包括成反比，和深寬比和濺射材料間的任何一般的關(guān) 系。在一實(shí)施例中，溝槽314的深寬比可以是約1 1。在另一實(shí)施例中，溝槽314的深寬 比可大于約2 1。在一實(shí)施例中，寬度可能介于幾納米到約100微米之間。在一實(shí)施例 中，寬度可能介于1微米到約50微米之間。在圖案化后，犧牲材料304提供欲形成的腔體316的形狀，以及釋放通道318。腔 體316可具有箭頭“C”所指示的高度，而通道318可具有箭頭“D”所指示的高度。通道318 可以沿溝槽延長(zhǎng)達(dá)到該溝槽沿Z軸的全部長(zhǎng)度。在一實(shí)施例中，通道318可以沿溝槽延長(zhǎng) 達(dá)到小于沿Z軸的全部長(zhǎng)度。在圖3A和3B所示的實(shí)施例中，通道318的高度小于腔體316 的高度。應(yīng)該理解，如需要，通道318的高度可實(shí)質(zhì)上相等于腔體316的高度。在一實(shí)施例 中，腔體釋放通道318可能有約10微米以下的高度。在一或多其他層308、310和312被圖案化以曝露犧牲材料304之后，犧牲材料304 可被移除，以釋放腔體316中的器件306。在一實(shí)施例中，犧牲材料304可由等離子體蝕刻 移除。在一實(shí)施例中，蝕刻氣體或液體可包括氫、氟、氧、氟化氫、氯氣、鹽酸、氮、氦、二氟化 氙、無水氟化氫、氟類蝕刻氣體或液體，氧類蝕刻氣體或液體，氫類蝕刻氣體或液體、或其組
I=I O圖4A的示意性側(cè)視圖繪示具有復(fù)數(shù)腔體的結(jié)構(gòu)，其每一具有側(cè)邊釋放通道，該側(cè) 邊釋放通道的高度小于腔體的高度。圖4B的側(cè)視示意圖繪示犧牲材料被移除的圖4A的結(jié) 構(gòu)。結(jié)構(gòu)具有基板402，其上可形成復(fù)數(shù)器件406。在一實(shí)施例中，基板402可包括硅類材 料。在另一實(shí)施例中，基板402可包括器件結(jié)構(gòu)的多層，例如，CMOS結(jié)構(gòu)。器件406可包括 任何MEMS、NEMS, M0EMS、或NOEMS器件、或其組合。在一實(shí)施例中，器件406可包括微流體 通道，其在集成電路上提供溫度控制和改良的可靠性。此外，該器件406 —般情況下可以是 可在基板上密封于腔體中的任何器件。器件406可被封閉在犧牲材料404中。犧牲材料404可包括旋轉(zhuǎn)涂布的有機(jī)薄膜。 然而，可以采用其他旋轉(zhuǎn)涂布薄膜和PECVD、ALD、CVD、或PVD材料，例如，氮化硅、二氧化硅、
7無定形硅和無定形碳，以達(dá)到相同的效果。旋轉(zhuǎn)涂布的犧牲材料404可流通于基底層的不 規(guī)則處，從而產(chǎn)生平坦層，其中薄膜的厚度取決于基底材料的高度?？沙练e犧牲材料404，然 后形成圖案以移除犧牲材料404的部分，而不影響腔體形成。在一實(shí)施例中，犧牲材料404 可被圖案化，以使?fàn)奚牧?04跨越溝槽414，使得用以移除剩余的犧牲材料404的蝕刻氣 體或液體可以從頂部接觸犧牲材料404，而不是穿過通道418從側(cè)邊接觸。一或多其他層408、410、和412可被沉積在犧牲材料404之上。一或多其他層408、 410、和412可形成欲形成在器件406上的結(jié)構(gòu)的一部分。通過圖案化一或多其他層408、 410、和414，可在結(jié)構(gòu)上形成溝槽412。上述圖案化可包含蝕刻。在圖案化后，犧牲材料404提供欲形成的腔體416的形狀，以及釋放通道418。在 一或多其他層408、410和412被圖案化以曝露犧牲材料404之后，犧牲材料404可被移除， 以釋放腔體416中的器件406。在一實(shí)施例中，犧牲材料404可由等離子體蝕刻移除。在一 實(shí)施例中，蝕刻氣體或液體可包括氫、氟、氧、氟化氫、氯氣、鹽酸、氮、氦、二氟化氙、無水氟 化氫、氟類蝕刻氣體或液體，氧類蝕刻氣體或液體，氫類蝕刻氣體或液體、或其組合。圖5A的示意性側(cè)視圖繪示具有復(fù)數(shù)側(cè)邊釋放通道的結(jié)構(gòu)，該側(cè)邊釋放通道的高 度小于腔體的高度。圖5B的側(cè)視示意圖繪示犧牲材料被移除的圖5A的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)具有基 板502，其上可形成一或多個(gè)器件506。在一實(shí)施例中，基板502可包括硅類材料。在另一 實(shí)施例中，基板502可包括器件結(jié)構(gòu)的多層，例如，CMOS結(jié)構(gòu)。器件506可包括任何MEMS、 NEMS、M0EMS、或NOEMS器件、或其組合。在一實(shí)施例中，器件506可包括微流體通道，其在集 成電路上提供溫度控制和改良的可靠性。此外，該器件506 —般情況下可以是可在基板上 中密封于腔體中的任何器件。器件506封閉在犧牲材料504中。犧牲材料504可包括旋轉(zhuǎn)涂布的有機(jī)薄膜。然 而，可以采用其他旋轉(zhuǎn)涂布薄膜和PECVD、ALD、PVD、或CVD材料，例如，氮化硅、二氧化硅、無 定形硅和無定形碳，以達(dá)到相同的效果。旋轉(zhuǎn)涂布的犧牲材料504可流通于基底層的不規(guī) 則處，從而產(chǎn)生平坦層，其中薄膜的厚度取決于基底材料的高度?？沙练e犧牲材料504，然后 形成圖案以移除犧牲材料504的部分，而不影響腔體516形成。一或多其他層508、510、和512可被沉積在犧牲材料504之上。一或多其他層508、 510、和512可形成欲形成在器件506上的結(jié)構(gòu)的一部分。通過圖案化一或多其他層508、 510、和512，可在結(jié)構(gòu)上形成溝槽514。在圖案化后，犧牲材料504提供欲形成的腔體516的形狀，以及釋放通道518。如 圖5A和5B所示，存在復(fù)數(shù)釋放通道518，其每一開口朝向溝槽514?？梢岳斫?，復(fù)數(shù)通道 518可被形成延伸到共同的溝槽514。在一或多其他層508、510和512被圖案化以曝露犧 牲材料504之后，犧牲材料504可被移除，以釋放腔體516中的器件506。在一實(shí)施例中，蝕 刻氣體或液體可包括氫、氟、氧、氟化氫、氯氣、鹽酸、氮、氦、二氟化氙、無水氟化氫、氟類蝕 刻氣體或液體，氧類蝕刻氣體或液體，氫類蝕刻氣體或液體、或其組合?！┣惑w已被打開，通向腔體的通道可能需要關(guān)閉。利用化學(xué)汽相沉積處理可能 不合適，因?yàn)檫@些將導(dǎo)致材料沉積至器件的活性區(qū)域。這問題的發(fā)生是因?yàn)榈入x子體活化 物種(例如，硅類、金屬類、或氧類物種)將有足夠壽命，抵達(dá)腔體中的活性區(qū)域，因此可能 會(huì)沉積在器件或腔體內(nèi)的其他表面。此外，器件周圍的氣體介質(zhì)也應(yīng)盡量惰性，以避免可能對(duì)器件或其壽命期件的運(yùn)作產(chǎn)生不利影響的任何反應(yīng)。尤其是，傳感器在其運(yùn)作期間可能升溫，而達(dá)到使它們與陷入 腔體的殘留氣體反應(yīng)的程度。因此，化學(xué)類的工藝可能不合適，因?yàn)樗鼈兩婕胺磻?yīng)性氣體。 腔體的封裝或密封必需執(zhí)行于沒有材料沉積在活性器件上的情況下，因?yàn)檫@將危及器件運(yùn)作。傳感器正在進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)，這意味著市場(chǎng)對(duì)于有限成本的密封方法的需求非常強(qiáng) 勁。CMOS技術(shù)是在工業(yè)占有主導(dǎo)地位的工藝，這意味著這種方法應(yīng)符合的CMOS工藝，以及 如果有附加工具或新的工藝步驟的話，應(yīng)要求這些工具和步驟最少化。在這一領(lǐng)域降低成 本也意味著小型化，這意味著，這種方法應(yīng)該是盡可能占用較小的空間，以得到最大限度的 單位面積或單位體積的器件數(shù)量。為克服化學(xué)類的沉積存在的問題，可使用物理濺射的方法。這些方法通常涉及通 過以高能霧化粒子轟擊表面，使原子自表面物理汽化，從而轉(zhuǎn)移粒子的動(dòng)量至該表面的原 子。高能粒子(通常是氬氣(Ar)或氦氣(He)，在電場(chǎng)或等離子體602中加速，然后對(duì)準(zhǔn)靶 材604。當(dāng)粒子以足夠的能量擊中靶材604，來自靶材604的原子被擊出和推向基板606，從 而直接(即，以瞄準(zhǔn)線直進(jìn)式)沉積在基板606上。圖6顯示典型濺射設(shè)備。該儀器包括真空室608、泵610、等離子體602、電源612、 氣體入口 614、靶材604和基板606。如圖6所示的濺射設(shè)備的運(yùn)作將為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明白。當(dāng)粒子以足夠的能量擊中靶材604，來自靶材604的原子被擊出和導(dǎo)致直接或以 瞄準(zhǔn)線直進(jìn)式沉積在基板606上。濺射原子射出的角度經(jīng)常被描述為余弦分布，即可以將 在任何特定角度的材料濺射的相對(duì)量與以正常入射的濺射量乘以正常入射的余弦角度相 比較。角分布是具有許多參數(shù)的函數(shù)，例如，靶材材料、傳入粒子、和傳入的粒子的能量。超 過余弦(over-cosine)分布將導(dǎo)致側(cè)部較少的沉積，而低于余弦(under-cosine)分布將導(dǎo) 致側(cè)部較多的分布。如圖7所示，已知濺射裝置不能精確控制推進(jìn)粒子的分配，導(dǎo)致這種稱為尖化 (cusping)的現(xiàn)象。如圖7所示，累積的濺射材料可能積聚在釋放孔的側(cè)壁，從而形成所謂 的尖端702。在這工藝的某一點(diǎn)中，尖端702可相會(huì)，而防止進(jìn)一步沉積材料于毗鄰尖端702 的下方。這將導(dǎo)致密封的釋放孔，在其下的兩個(gè)腔體可能仍然未密封并能彼此相通。圖8和9A-9C將介紹如何由濺射蝕刻密封腔體。執(zhí)行濺射蝕刻以密封腔體的設(shè)備 包含真空腔室802、等離子體804、泵806、氣體入口 808、線圈810、和用以施加射頻電偏壓 的電源812。在運(yùn)作中，在感應(yīng)等離子體804中離子化濺射氣體，以及使用電源812使濺射 氣體直接向基板814加速。當(dāng)加速粒子到達(dá)表面時(shí)，在濺射粒子的瞄準(zhǔn)線上的材料將被濺射蝕刻(S卩，基板 814被濺射，并在本質(zhì)上相當(dāng)于在濺射沉積工藝中的濺射靶材)。然后，他們將被以不同方 向逐出。一些可能會(huì)被射出回到等離子體804，而其他將被重新沉積到側(cè)壁和腔體入口。 將能明白，對(duì)于等離子體804，該設(shè)備可用于帶負(fù)電荷的基板814 (例如，當(dāng)對(duì)它施加射頻偏 壓)。在圖9A中，無論是基板902或是層904都將被濺射蝕刻，而層906和層908可在 最初階段的工藝被濺射蝕刻，直到對(duì)層902和904濺射和重新沉積而使表面達(dá)到足夠的涂 覆。產(chǎn)生的材料將被重新沉積，以密封腔體910，從而形成重新沉積層。在一實(shí)施例中，層
9904可包括硬掩模層?；?02底部的釋放孔被局部濺射蝕刻。來自層904的材料也可被 濺射蝕刻。來自層904的材料可被重新沉積到基板902，及沿著溝槽中的層906、908的側(cè) 邊重新沉積。來自層904的重新沉積材料還可濺射蝕刻和幫助密封腔體910。因此，可密 封腔體910的材料可來自基板902、層904、甚至層906和908。換句話說，密封腔體910的 材料來自已經(jīng)存在于結(jié)構(gòu)上的材料。諸如CVD的獨(dú)立沉積或甚至來自輔助來源的濺射(例 如，獨(dú)立于結(jié)構(gòu)或氣態(tài)前驅(qū)物的靶材濺射)是沒有必要的?？蛇x擇基板材料和層904、906 和908，以符合重新沉積層的要求。在一實(shí)施例中，基板材料可包括氧化物。在其他實(shí)施例 中，基板材料可包括氮化硅、金屬、多晶硅、以及它們的組合。實(shí)質(zhì)上任何材料可用于滿足使 用者需求。一般來說，基板和層904、906和908的材料可定制，以滿足使用者的需求。如圖9B所示，等離子體遠(yuǎn)離基板902。因此，用于濺射蝕刻的氣體不應(yīng)朝向外部靶 材加速，而應(yīng)朝向基板902。這可以執(zhí)行在基板902可相對(duì)于等離子體負(fù)向偏壓的設(shè)備，例 如，對(duì)其施加射頻偏壓。—些濺射氣體在等離子體中被離子化，并朝向基板902加速。當(dāng)加速粒子達(dá)到表 面時(shí)，位于這些被加速的粒子的瞄準(zhǔn)線上的材料將被濺射蝕刻(或?yàn)R射)。然后，他們將被 以不同方向逐出。一些被逐出粒子可能會(huì)被射回至等離子體，而其他將被重新沉積到側(cè)壁 和腔體入口。圖9C顯示被材料912密封的復(fù)數(shù)腔體910在被濺射蝕刻后已被重新沉積?；?902底部的類似通孔的結(jié)構(gòu)被局部濺射蝕刻。在一實(shí)施例中，基板902提供重新沉積側(cè)壁和 通道916的絕大部分的材料914。依據(jù)重新沉積層的要求，可以選擇不同的基板材料。也可對(duì)層904進(jìn)行濺射蝕刻重新沉積。應(yīng)小心決定多層堆迭的頂層的材料和厚 度，因?yàn)樗鼘⒔邮茉跒R射蝕刻期間發(fā)生的絕大多數(shù)的離子轟擊。由于濺射蝕刻率相關(guān)于角 度，在層904的角落可能形成一些琢面914。當(dāng)濺射蝕刻進(jìn)行，這些琢面914將逐一被進(jìn)一 步移開。然而，在一時(shí)間點(diǎn)，足夠的材料將被沉積在通道916來關(guān)閉它。如果需要的話，在 層904之下可使用具有低濺射率的蝕刻停止層。如果需要的話，這將避免蝕刻層908，及限 制在濺射蝕刻期間發(fā)生的琢面的量。如有必要，它也可以用于調(diào)整來自頂部的材料相對(duì)于 來自底部的材料被重新濺射的比例。在一實(shí)施例中，濺射蝕刻可能會(huì)發(fā)生在高密度等離子體(HDP)化學(xué)汽相沉積系 統(tǒng)。在一實(shí)施例中，濺射蝕刻可能會(huì)發(fā)生在平行板型反應(yīng)器。應(yīng)理解，濺射蝕刻可能原位發(fā) 生在相同腔室，以移除犧牲材料來打開腔體。此外，濺射蝕刻可能發(fā)生在獨(dú)立腔室中。在一 實(shí)施例中，濺射蝕刻可能會(huì)發(fā)生在移除靶材的物理汽相沉積腔室。在一實(shí)施例中，濺射蝕刻 可能原位發(fā)生在密封層，其在濺射蝕刻完成后沉積在結(jié)構(gòu)上。在另一實(shí)施例中，濺射蝕刻和 密封層沉積可能發(fā)生在不同的腔室。通過迭加兩不同工藝在一步驟中，HDP CVD被用于無空隙缺口填補(bǔ)，和局部平坦 化。其一包括來自硅烷和氧氣的二氧化硅(硅土)的形成。第二工藝(濺射)通過高能傳 入離子(例如，離子化惰性氣體，如，氬、氪、氦、氙及其組合)間的動(dòng)量轉(zhuǎn)移，物理性地移除 材料以及生長(zhǎng)的薄膜表面。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)的HDPCVD技術(shù)，這兩工藝都是在相同時(shí)間執(zhí)行，而 可能對(duì)器件產(chǎn)生不利影響的氣體會(huì)不斷流入腔室中。本文所述的工藝方法包括兩步驟。在第一步驟中，執(zhí)行濺射蝕刻。氣體和工藝參 數(shù)已進(jìn)行最佳化，以最大化側(cè)壁上和朝向腔體入口的濺射重新沉積。濺射氣體應(yīng)是惰性氣體，諸如，氬、氦、氙、氪、以及它們的組合。惰性氣體具有已被廣泛用于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的優(yōu) 點(diǎn)。在給定的時(shí)間后(即，在根據(jù)工藝參數(shù)和設(shè)計(jì)使用的幾秒鐘、幾分鐘之間)，足夠量的材 料將被濺射重新沉積至側(cè)壁，而封閉腔體入口。然后到了第二步驟，如果需要的話，可以流 動(dòng)沉積氣體(例如，SiH4和O2)，而標(biāo)準(zhǔn)HDP CVD工藝可隨后進(jìn)行，以沉積額外的密封或封裝 層在已經(jīng)密封腔體上。圖10和11顯示其他配置，其中執(zhí)行專屬的沉積和圖案化，以特意將材料1002形 成在基板1004中(圖10)或?qū)⒉牧?102形成在基板1104中(圖11)。一旦形成，隨后使 用材料1002、1102來形成重新沉積層，其是透過在濺射蝕刻期間進(jìn)行濺射及重新沉積以密 封腔體。例如，可透過圖案化和蝕刻基板1004(繼之為沉積和化學(xué)機(jī)械研磨)來獲得材料 1002。材料1102可透過沉積，圖案化和蝕刻來獲得。材料1002、1102可為用于產(chǎn)生器件 1106的復(fù)數(shù)層中的部分層。將可明白，層1002、1102可由任何合適的材料(例如，氧化物或 氮化物)所制成。在上述二者狀況中，最上層的部分也可被濺射蝕刻。因此，應(yīng)小心決定最上層的材 料和厚度，因?yàn)樗鼤?huì)受到絕大多數(shù)的離子轟擊?？梢赃x擇最上層為具有相對(duì)于材料1002、 1102的特定相對(duì)的濺射蝕刻率。圖12的截面示意圖繪示根據(jù)另一實(shí)施例在濺射蝕刻之前的結(jié)構(gòu)。如圖12所示， 兩腔體1204、1206形成于基板1202之上。兩腔體1204、1206由通道1210連接。在第一腔 體1204中形成器件1212。在第二腔體1206中形成阻障1214。具有阻障1214的腔體1206 可由通道1208連接至溝槽1216。阻障1214可包括至少一些相同于器件1212的材料。腔體1204、1206可能如本文所述般由濺射蝕刻來密封。為了密封腔體1204、1206， 通道1208可能會(huì)由濺射蝕刻來封鎖或填滿。阻障1214執(zhí)行封鎖的功能，以阻止任何材料進(jìn) 入器件1212。因?yàn)樽枵?214可包括至少一些相同于器件1212的材料，在腔體1204、1206 間的通道1210可繼續(xù)開啟。阻障1214可能不會(huì)干擾器件1212或降低其性能。圖13A-C繪示依據(jù)另一種實(shí)施例，用以移除犧牲材料的工藝。如圖13A所示，通過 移除部分硬掩模1302，已曝露了犧牲材料1304。圖13B是圖13A的截面?zhèn)纫暿疽鈭D。如圖 13B所示，曝露了犧牲材料1304，以由從犧牲材料1304的頂部導(dǎo)入蝕刻氣體或液體，以移除 犧牲材料1304。如圖13C所示，犧牲材料1304已被移除，以使腔體1306具有開口朝向腔體 1306 一側(cè)的通道1308。因此，在圖13A-13C的實(shí)施例中顯示腔體1306的側(cè)密封，但頂端導(dǎo) 入蝕刻流體，以移除犧牲材料1304。應(yīng)明白，雖然通道圖示于鄰近腔體的相對(duì)底部，但通道可以位于腔體中頂部或任 何地方。為了避免或進(jìn)一步限制在腔體中或針對(duì)被封閉器件濺射重新沉積的材料量，可使 用結(jié)構(gòu)的各層的水平或垂直設(shè)計(jì)，使得它們?cè)诒环忾]器件和釋放孔入口之間沒有任何直接 的“瞄準(zhǔn)線路徑”。也可添加特定的氣體到濺射氣體(一種或多種)，以定制一些濺射蝕刻材料的屬 性。在濺射蝕刻重新沉積步驟期間，可添加惰性氣體。例如，某些氣體(如，氮?dú)饣蜓鯕? 可被添加到濺射氣體中，使得一些原先導(dǎo)電的材料變成絕緣材料，及在腔體的通道上沉積 為絕緣密封層。此外，如果需要，吸氣前驅(qū)物可能流入腔體，以在移除犧牲材料后，移除任何 其他材料。如果使用吸氣處理的話，除濺射蝕刻的工藝之外還執(zhí)行該吸氣處理，而不是作為單獨(dú)的工藝。在通向腔體的通道都已經(jīng)被封鎖后，可以執(zhí)行第二密封步驟，以加強(qiáng)由濺射蝕刻 重新沉積所產(chǎn)生的密封。此外，第二密封步驟可以由其他傳統(tǒng)沉積工藝，例如，化學(xué)鍍和電 化學(xué)鍍、PECVD、PVD、CVD、ALD、以及它們的組合所執(zhí)行?；钚詺怏w，例如，SiH4、正硅酸乙酯、 或氧氣可作為前驅(qū)物。將可明白，因?yàn)闉R射蝕刻重新沉積的存在，來自任何其后的CVD或 PECVD密封步驟的氣體將不進(jìn)入腔體中，且因此將不會(huì)損害封閉其中的器件。最后，當(dāng)腔體 已被密封，可以進(jìn)行進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)處理步驟。在濺射蝕刻重新沉積期間，可以使用惰性氣體，例如，氬氣(Ar)、氖(Ne)、氪(Kr)、 氦(He)或氙(Xe)。氬和氦將是最好用的，因?yàn)樗鼈兛蔀榇蠖鄶?shù)工廠所獲得。可使用其他氣 體，例如，氧氣、氮?dú)狻⒑推渌麣怏w(如離子束銑)。此外，雖然使用HDP CVD腔室進(jìn)行討論， 應(yīng)理解，本文所述的實(shí)施例可執(zhí)行于其他工藝腔室，例如，物理汽相沉積腔室、濺射蝕刻腔 室、ALD腔室、CVD腔室、PECVD腔室、離子束銑腔室等等。雖然使用濺射蝕刻來描述，應(yīng)理解， 也可執(zhí)行其他工藝，例如離子束銑、或反應(yīng)性濺射蝕刻，其中反應(yīng)性氣體可被導(dǎo)入等離子體 中，且與濺射蝕刻材料反應(yīng)，以及重新沉積為不同于移除的材料的材料。當(dāng)使用HDP CVD腔 室時(shí)，線圈電源最好是具有頻率范圍200-500kHz和射頻功率范圍1000-5000W的射頻來源。 偏壓電源最好是由具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)13. 56MHz的頻率和射頻功率在500-3000W的高頻射頻來 源所獨(dú)立控制。在一實(shí)施例中，功率可能高達(dá)10000W。裝置中的壓力可低至數(shù)mT，及高至 該腔室所能控制的最大壓力。較高的壓力將最大化側(cè)壁重新沉積的量，并因此可以良好的 密封。然而，上方壓力也可由裝置要求的界定。將可明白，用于兩密封步驟的單一裝置(即，HDP CVD裝置)都將在成本和制造復(fù) 雜性方面提供極大的優(yōu)點(diǎn)。此外，HDP CVD填滿窄溝的能力，用在密封兩對(duì)立側(cè)壁間具有狹 窄的空間的器件，是一種決定性的優(yōu)點(diǎn)。通過使用濺射蝕刻工藝，可以密封形成在結(jié)構(gòu)中腔體中的器件，而不必將器件和 腔體曝露至反應(yīng)氣體?？梢詧?zhí)行濺射蝕刻，以由物理工藝而非化學(xué)工藝，重新沉積材料至通 向腔體的通道和在其附近重新沉積材料，而無須暴露器件或腔體至反應(yīng)氣體，也無須將材 料沉積在腔體中或器件上。雖然上文闡述了本發(fā)明的實(shí)施例，但可在不偏離其基本范疇的情況下，衍生本發(fā) 明其他和進(jìn)一步的實(shí)施例，而其范圍是由后附的權(quán)利要求所界定。
1權(quán)利要求
1.一種形成器件的方法，該器件具有基板，其上沉積有或多層，該器件具有腔體，其 嵌入該基板和該一或多層之間；以及第一通道，其延伸至該腔體，該方法包括下列步驟從一或多個(gè)基板和該一或多層移除材料，及在該第一通道中重新沉積上述移除的材 料，以密封該第一通道。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含下列步驟 沉積至少一層犧牲層在基板上；移除該至少一層犧牲層的一部分，以界定欲形成的該腔體和至少一個(gè)通道的形狀； 沉積至少一層封裝層在該至少一層犧牲層上；移除該至少一層封裝層的一部分，以曝露該至少一層犧牲層的一部分；及 移除該至少一層犧牲層，以形成穿過該至少一層封裝層的該腔體和第一通道。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括沉積封蓋層在該至少一層封裝層和重新沉積的材 料上。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中原位執(zhí)行所述沉積該封蓋層的步驟和所述重新沉積 的步驟。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，還包含下列步驟移除該封裝層的一部分，以曝露該至少一層犧牲層的一部分；及 移除該至少一層犧牲層，以形成穿過該封裝層的該腔體和第二通道。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包含從該基板移除材料，及在該第二通道中重新沉積 移除的材料，以密封該第二通道，其中所述在該第一通道中重新沉積移除的材料的步驟與 在該第二通道中重新沉積移除的材料的步驟實(shí)質(zhì)上同時(shí)發(fā)生。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該基板上沉積有第一材料，及其中所述移除和重新 沉積的步驟包括濺射蝕刻該第一材料和在該第一通道中重新沉積該第一材料以密封該第 一通道。
8.一種用以形成器件的方法，包含下列步驟 沉積至少一層犧牲層在基板上；移除該至少一層犧牲層的一部分，以界定欲形成的腔體和至少一個(gè)通道的形狀； 沉積封裝層在該至少一層犧牲層上； 沉積第二層于該第一封裝層上；移除該封裝層的一部分，以暴露延伸穿過該封裝層的一側(cè)的該至少一層犧牲層的一部分；移除該至少一層犧牲層，以形成穿過該封裝層的該腔體和第一通道；及 從該第二層和該基板的至少一者移除材料，及在該在第一通道中重新沉積移除的材 料，以密封該第一通道。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括沉積封蓋層在所述重新沉積的材料上。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中原位執(zhí)行所述沉積該封蓋層的步驟和所述重新沉 積的步驟。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述從該第二層和該基板的至少一者移除材料的 步驟，及所述重新沉積移除的材料的步驟，包含濺射蝕刻的步驟。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，還包含下列步驟移除該封裝層的一部分，以暴露該至少一層犧牲層的一部分，其穿過該封裝層的至少 第二側(cè)；及移除該至少一層犧牲層，以形成穿過該封裝層的該腔體和第二通道。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包含從該基板和該第二層的一或多者移除材料，及 在該第二通道中重新沉積移除的材料，以密封該第二通道，其中所述在該第一通道中重新 沉積移除的材料的步驟與在該第二通道中重新沉積移除的材料的步驟實(shí)質(zhì)上同時(shí)發(fā)生。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該基板上沉積有第一材料，及其中所述從該第二層 和該基板的至少一者移除材料的步驟以及重新沉積移除的材料的步驟，包括濺射蝕刻該第 一材料和在該第一通道中重新沉積該第一材料，以密封該第一通道。
15.一種用以形成器件的方法，包含下列步驟沉積至少一層犧牲層在基板上；移除該至少一層犧牲層的一部分，以界定欲形成的腔體和至少一個(gè)通道的形狀；沉積封裝層在界定該腔體的形狀的該至少一層犧牲層上；沉積第二層于該封裝層上；移除該封裝層的一部分，以暴露穿過該封裝層的一側(cè)的該至少一層犧牲層的一部分；及移除該至少一層犧牲層，以形成穿過該封裝層的該腔體和第一通道，該第一通道的高 度小于該腔體的高度；從該第二層和該基板移除材料，及在該第一通道中重新沉積移除的材料，以密封該第 一通道；及沉積封蓋層在所述密封的第一通道上，該封蓋層沉積和該重新沉積在原位發(fā)生。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中該器件是微機(jī)電器件。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中從該第二層和該基板移除材料的步驟，及重新沉 積移除的材料的步驟，包含濺射蝕刻的步驟。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，還包含下列步驟移除該封裝層的一部分，以暴露該至少一層犧牲層的一部分，其穿過該封裝層的至少 第二側(cè)；及移除該至少一層犧牲層，以形成穿過該封裝層的該腔體和第二通道。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包含從該基板移除材料，及在該第二通道中重新沉 積移除的材料，以密封該第二通道，其中所述在該第一通道中重新沉積移除的材料的步驟 與在該第二通道中重新沉積移除的材料的步驟實(shí)質(zhì)上同時(shí)發(fā)生。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中該基板上沉積有第一材料，及其中所述從該第二 層和該基板移除材料的步驟以及重新沉積移除的材料的步驟，包括濺射蝕刻該第一材料和 在該第一通道中重新沉積該第一材料，以密封該第一通道。
全文摘要
本文所揭示的實(shí)施例一般包括用以在器件結(jié)構(gòu)中密封腔體的方法。該腔體可由蝕刻犧牲材料來打開，其中該犧牲材料可界定該腔體的容積。在該腔體底下的材料可被濺射蝕刻和在通向該腔體的通道上或其中被重新沉積，從而密封該腔體。也可從該腔體上方濺射蝕刻材料，且可在通向該腔體的通道中重新沉積材料。濺射蝕刻可能發(fā)生在實(shí)質(zhì)上惰性氣氛中。因?yàn)闉R射蝕刻是一種物理過程，很少或根本沒有濺射蝕刻材料會(huì)重新沉積在該腔體本身。腔體已經(jīng)開啟后，該惰性氣體可掃出可能存在于腔體中的任何殘余氣體。因此，在濺射蝕刻后，該腔體可以實(shí)質(zhì)上充滿不會(huì)對(duì)該腔體產(chǎn)生負(fù)面影響的惰性氣體。
文檔編號(hào)B81C1/00GK101998930SQ200980112054
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
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