包括含氣體的間隙的mems固定電容和用于制造所述電容器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有形成介電層的含氣體的間隙的新穎MEMS固定電容器、涉及包括嵌入這種新穎MEMS固定電容器中的至少一個電互連線的集成電路(1C)，且涉及用于制造所述MEMS固定電容器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電容器在本領(lǐng)域是公知的并且通過在兩個金屬電極之間插入電介質(zhì)絕緣體材料實施。介電材料的質(zhì)量對電容器的質(zhì)量因數(shù)(Q)具有非常強影響。通常的是尋找適合于高品質(zhì)因素高達100或更多的微波操作的分立電容器產(chǎn)品。然而這樣高值需要使用非常高品質(zhì)介電膜，這需要專用良好控制的制造方法。
[0003]微電子機械系統(tǒng)(MEMS)電容器也是眾所周知的并在例如PCT申請WO2006/063257和美國專利號6，437，965中描述。
[0004]特別而言，具有基本固定電容值且在這里稱為MEMS電容器有作為“MEMS固定電容器”的MEMS電容器在PCT申請WO 2006/063257中公開。所述MEMS固定電容器(參見尤其是圖8A)包括三個金屬電極:頂部電極(電容板CPl)、底部電極(電容板CP2)和插在所述頂部和底部電極之間中間電極(電容CP3)。頂部電極CPl電連接到所述底部電極CP2。底部電極CP2形成到介電層(DE)，其已被沉積到襯底(S)。中間電極CP3形成于底部電極CP2上方，其中在所述中間CP3和底部電極CP2之間具有小厚度(通常約0.5 μ m)的空氣間隙。所述空氣間隙形成介電絕緣層并通過蝕刻已先前形成于兩個電極CP2、CP3之間的犧牲層而獲得。頂部電極CPl形成到插在頂部電極CPl和中間電極CP3之間的厚梁(thickbeam)氧化物層B0L。所述頂部電極CPl因此在靜電力吸引下基本不變形。這種厚梁氧化物層BOL的厚度通常約為2 μ m，并給予這些電極CP1、CP3所需的機械強度。在PCT申請WO2006/063257的該變型中，厚梁氧化物層BOL是保持兩個電容板CP2和CP3之間的間隙所必需的結(jié)構(gòu)層。然而這種厚梁氧化層BOL使制造方法復(fù)雜。此外，這種厚梁氧化物層BOL可涉及減小電容器的質(zhì)量因數(shù)的介電損耗、危及底部電極CP2和中間電極CP3之間形成的空氣電容器的益處，且不利地限制所述MEMS固定電容器在高頻率下的使用。
[0005]具有可變電容值的MEMS電容器也是已知的并且例如在PCT申請WO 2009/57988和在美國專利US 6，437，965中公開。在US 6，437，965中公開的電容器包括襯底上的底部電容電極和形成在底部電容電極上方懸掛的頂部電容電極的可移動橋。所述橋可變形且可在電致動力下在下部位置和上部位置之間移動，以便提供高和低可選電容值。
[0006]具有可變電容值的這樣的MEMS電容器涉及靜止的底部和頂部電容電極之間的厚空氣間隙，和小厚度的上部電容電極以便在電動致動力下容易彎曲。具有可變電容值的MEMS電容器具有固有以下缺點:
[0007]-介電靜摩擦力，
[0008]-修改MEMS、機械疲勞的力學(xué)行為的介電充電，
[0009]-自致動(或自偏置)和自保持(或閉鎖)，
[0010]-低Cm/(；ff比率(通常介于3至10)，
[0011]-由于表面粗糙度引起的CtJi的低準(zhǔn)確度，
[0012]-大接觸面積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的
[0014]本發(fā)明的目的是提出一種新穎的MEMS固定電容器，即通過使用MEMS方法制造并具有基本固定的電容值(即具有基本上在靜電力吸引下不變形的頂部金屬電極)的電容器，并且其可具有高電容密度和高品質(zhì)因數(shù)。
[0015]本發(fā)明的另一個目的是提出一種可使用犧牲層由MEMS方法制造的新穎的MEMS固定電容器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]
[0017]這個目的是通過權(quán)利要求1所述的MEMS固定電容器(其包括形成在襯底上的底部金屬電極、由底部金屬電極上方的金屬支柱支撐的頂部金屬電極，和在所述頂部和底部金屬電極之間形成非固體介電層的含氣體間隙)來實現(xiàn)，其中頂部和底部金屬電極之間的距離(D)(即含氣體的間隙的厚度)不大于Ium且頂部金屬電極的厚度(E)不小于Ιμπι。
[0018]當(dāng)強電勢差存在頂部和底部電極之間時，存在頂部電極可在大靜電力吸引下彎曲，從而不利地修改MEMS電容器的電容值的風(fēng)險。該現(xiàn)象在電極的表面增大且也在頂部和底部電極之間的距離減小時明顯增加。
[0019]申請人已證明，頂部和底部電極之間的距離的增加會不利地減小電容密度，但頂部和底部電極之間的較小距離也不利地增加頂部電極的變形性。作為回報，申請人已經(jīng)證實，頂部電極的厚度基本上不影響電容器的電容量密度，并且較厚頂部電極更好用于減小頂部電極的變形性。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，使用較厚頂部金屬電極(不小于Iym)結(jié)合頂部和底部金屬電極之間的較小距離(即不超過Iym)使得能夠?qū)崿F(xiàn)MEMS固定電容器，該電容器可有利地具有高電容密度，并且其頂部金屬電極在靜電力吸引下有利地不易變形。
[0020]此外，本發(fā)明中使用頂部和底部電極之間的含氣體的間隙，而不是使用固體介電層，以及使用較厚頂部金屬電極使得能夠更容易并以較低的制造成本實現(xiàn)具有寬頻率范圍內(nèi)的高品質(zhì)因數(shù)的電容器，且典型地用于低頻應(yīng)用到多千兆赫頻率應(yīng)用。
[0021]本發(fā)明的MEMS固定電容器的頂部電極的變形性可由以下變形性參數(shù)DEF來定義:
[0022]DEF = AC/ (V2.C。)，其中:
[0023]-V是頂部和底部金屬電極之間施加的電壓值；
[0024]-Ctl是在頂部和底部金屬電極之間沒有施加電壓的MEMS固定電容器的電容值；
[0025]-AC是當(dāng)電壓V被施加在頂部和底部金屬電極之間時的電容值的變化；AC =C1-C0, C1，是當(dāng)電壓V被施加在頂部和底部金屬電極之間時的MEMS固定電容器的電容值。
[0026]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，MEMS固定電容器的特征在于，對于范圍在測距至少高達45V且更優(yōu)選至少高達10V的電壓V，變形性參數(shù)DEF不大于10_4(即，AC/(V2.C0) ( 1(Γ4) O
[0027]本發(fā)明還涉及一種集成電路(IC)，其包括嵌入如上所定義的至少一個MEMS固定電容器中的至少一個電互連線。
[0028]本發(fā)明進一步涉及一種制造MEMS固定電容器的新穎的方法，其包括以下步驟:
[0029](a)將底部金屬層沉積到襯底上；
[0030](b)以在底部層上創(chuàng)建至少一個底部金屬電極的這樣方式來圖案化底部金屬層；
[0031](C)在底部層和襯底上沉積犧牲層；
[0032](d)以創(chuàng)建通過犧牲層的整個厚度的孔的這樣方式來圖案化犧牲層；
[0033](e)由金屬填充犧牲層中的孔以便形成支撐柱；
[0034](f)在犧牲層上沉積至少一個頂部金屬層；
[0035](g)圖案化頂部金屬層以便形成至少一個頂部金屬電極；
[0036](h)蝕刻犧牲層以便除去整個犧牲層并在頂部金屬電極和底部金屬電極之間創(chuàng)建空氣間隙。
[0037]在第一變型中，分別并依次進行前述的步驟(e)和(f)。在另一個變型中，通過以也填充預(yù)先形成于犧牲層中的孔這樣的方式在犧牲層上沉積至少一個頂部金屬層，同時進行前述的步驟(e)和(f)，。
[0038]也可通過吹入干燥氣體(諸如例如超臨界CO2)，或通過實踐馬倫哥尼(Marangoni)效應(yīng)，或通過醇升華在蝕刻步驟(h)之后進行最后的干燥步驟(i)(其本身已公知的)。
【附圖說明】
[0039]在閱讀這由非窮盡和非限制實例的方式并參考附圖所作的下列【具體實施方式】后，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將顯得更清楚，其中:
[0040]-圖1是本發(fā)明的MEMS固定電容器(第一變型)的頂視圖；
[0041]-圖2是平面I1-1I中的圖1的MEMS固定電容器的垂直橫截面的視圖。
[0042]-圖3是平面II1-1II中的圖1的MEMS固定電容器的垂直橫截面的視圖。
[0043]-圖4至圖11是示出用于制造MEMS固定電容器的主要不同連續(xù)步驟的垂直橫截面的視圖；
[0044]-圖12是本發(fā)明的MEMS固定電容器的第二變型的頂視圖；
[0045]-圖13是平面XII1-XIII中的圖12的MEMS固定電