DE112012001816B4

DE112012001816B4 - Mikro-elektromechanisches System (MEMS) und zugehörige Aktuator-Höcker, Herstellungsverfahren und Entwurfsstrukturen

Info

Publication number: DE112012001816B4
Application number: DE112012001816.8T
Authority: DE
Inventors: Christopher V. Jahnes; Anthony K. Stamper
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: GB201321798D0; DE112012001816T5; CN103917481A; US10811206B2; WO2012177304A3; GB2505600B; WO2012177304A2; US10748725B2; US20170133185A1; US20140231936A1; US9604839B2; US9120667B2; GB2505600A; US20160257555A1; US10147577B2; US20190115179A1; US10170262B2; US20120319528A1; US20160257556A1; CN103917481B

Abstract

Verfahren zum Bilden einer MEMS-Struktur, aufweisend:Strukturieren einer Verdrahtungsschicht auf einem Substrat, um feste Aktuator-Elektroden und einen Kontaktpunkt zu bilden;Bilden eines Opfermaterials auf der Verdrahtungsschicht;Strukturieren des Opfermaterials mit einem Array von Gräben über der Verdrahtungsschicht, wobei die Gräben auf eine vorbestimmte Höhe und Breite dimensioniert sind;Füllen des Arrays von Gräben mit Material;Bilden eines MEMS-Balkens über dem gefüllten Array von Gräben und in Kontakt mit dem Material in dem Array von Gräben;Bilden von zusätzlichem Opfermaterial über dem MEMS-Balken;Bilden eines Deckels über dem zusätzlichen Opfermaterial über dem MEMS-Balken;Bilden mindestens eines Austreiblochs in dem Deckel; undAustreiben des Opfermaterials unter dem MEMS-Balken und des zusätzlichen Opfermaterials über dem MEMS-Balken derart, dass das Material in dem Array von Gräben von einer Unterseite des MEMS-Balkens frei hängt, um ein Array von Aktuator-Höckern mit der vorbestimmten Höhe und Breite zu bilden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Halbleiterstrukturen und Herstellungsverfahren, und insbesondere Strukturen mikro-elektromechanischer Systeme (MEMS-Strukturen), Herstellungsverfahren und Entwurfsstrukturen.
HINTERGRUND
Schalter, die in integrierten Schaltungen verwendet werden, können aus Halbleiterstrukturen (z.B. Transistoren) oder aus passiven Drähten (MEMS) gebildet sein. MEMS-Schalter werden typischerweise aufgrund ihrer nahezu idealen Isolierung, welche bei Funkanwendungen, in denen sie für den Moduswechsel von Leistungsverstärkern (PAs) benutzt werden, eine kritische Anforderung ist, und ihres geringen Einfügungsverlusts (d.h. Widerstands) bei Frequenzen von 10 GHz und höher eingesetzt. MEMS-Schalter können in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, hauptsächlich in Anlog- und Mischsignal-Anwendungen. Ein Beispiel dafür sind Chips in Mobiltelefonen, die einen Leistungsverstärker (PA) und eine für jeden Broadcastmodus abgestimmte Schaltung enthalten können. Integrierte Schalter auf dem Chip verbinden den PA dann mit der geeigneten Schaltung, wodurch nicht ein PA je Modus benötigt wird.
Abhängig von der spezifischen Anwendung und den technischen Kriterien können MEMS-Strukturen viele verschiedene Formen aufweisen. Zum Beispiel kann ein MEMS in Form einer Ausleger (Cantilever)- Balkenstruktur realisiert sein. In der Ausleger-Balkenstruktur wird ein Auslegerarm (aufgehängte Elektrode mit einem befestigten Ende) durch Anlegen einer Betätigungsspannung zu einer festen Elektrode hin gezogen. Die Spannung, die erforderlich ist, um die aufgehängte Elektrode durch elektrostatische Kraft zur festen Elektrode zu ziehen, wird als Einzugsspannung bezeichnet und ist von verschiedenen Parametern abhängig, zu denen die Länge der aufgehängten Elektrode, der Abstand oder Spalt zwischen der aufgehängten und der festen Elektrode, und die Federkonstante der aufgehängten Elektrode gehört, die eine Funktion der Materialien und ihrer Dicke ist. Alternativ dazu kann der MEMS-Balken eine Brückenstruktur sein, in welcher beide Enden befestigt sind.
Die US 2005 / 0 007 219 A1 betrifft eine EMS Schaltvorrichtung mit einem Anker, der an einem Substrat und an einem elektrisch leitenden Balken befestigt ist, der an dem Anker befestigt ist und in elektrischem Kontakt damit steht. Der Balken umfasst einen sich verjüngenden Abschnitt mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende. Das proximale Ende ist an dem Anker befestigt ist. Ein Betätigungsabschnitt ist an dem distalen Ende des verjüngten Abschnitts angebracht ist. Eine Spitze ist an dem Betätigungsabschnitt angebracht ist, wobei die Spitze einen Kontakt-Grübchen darauf aufweist. Die Schaltvorrichtung umfasst auch eine Betätigungselektrode, die an dem Substrat angebracht ist und zwischen dem Betätigungsabschnitt und dem Substrat positioniert ist.
Die US 2006 / 0 131 147 A1 betrifft eine EMS Schaltvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung.
Die US 6 787 438 B1 betrifft einen MEMS Schalter mir einer oder mehreren Kontaktstrukturen zwischen einem Paar von Elektroden.
Die US 2003 / 0 146 079 A1 betrifft ein berührungsloses MEMS mit einem kapazitiven Gasspalt zwischen zwei leitenden Elementen.
Die US 2005 / 0 248 424 A1 betrifft ein Radiofrequenz (RF) MEMS Schalter mit einem Auslegerbalken. Der Schalter kann aus Polysilizium mit geringem Spannungsgradient und mit einem metallischen Kontakt gebildet werden. Der Bereich zwischen dem Auslegerbalken und dem Substrat kann frei von Dielektrikum sein.
Die US 2010 / 0 072 043 A1 betrifft einen MEMS Schalter mit einer versteiften Elektrode.
Die US 2010 / 0 001 355 A1 betrifft ein RF MEMS mit einem Balken aus einem Material hoher Resistivität und hoher Youngscher Modul.
Die US 2010/ 0 301 430 A1 betrifft eine MEMS Vorrichtung, die umfasst: eine aufgehängte Dünn-Schicht-Mikrostruktur, die einen Verankerungsabschnitt, der an der oberen Oberfläche des Substrats anhaftet, und einen aufgehängten Abschnitt über der oberen Oberfläche des Substrats umfasst. Mit einer Basisebene, die parallel zu dem Substrat konfiguriert ist, umfasst der aufgehängte Abschnitt ferner einen ersten Aussparungsabschnitt, der in einem ersten vertikalen Abstand von dem Substrat ist, wobei der erste vertikale Abstand differentiell kleiner konfiguriert ist als ein Basisabstand des aufgehängten Abschnitts außerhalb der ersten Aussparungsabschnitt.
Die US 2004 / 0 180 465 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrostatischen Aktuators mit einem intrinsischen Spannungsgradienten. Eine Elektrode ist auf einem Substrat ausgebildet und eine Trägerschicht ist über der Elektrode ausgebildet. Eine Metallschicht wird in einem Abscheidungsprozess auf der Trägerschicht abgeschieden. Die Bedingungen des Abscheidungsprozesses werden variiert, um einen Spannungsgradienten in die Metallschicht zu erzuegen. Die Eigenspannung in der Metallschicht nimmt in der Richtung von dem Boden zu der Oberseite der Metallschicht zu. Die Trägerschicht unter der Elektrode wird entfernt, um den elektrostatischen Aktuator freizugeben.
US 6 657 525 B1 betrifft einen MEMS-Schalter mit beabstandeten RF-Leitern auf einem Substrat mit einer über dem Substrat angeordneten Brückenstruktur. Die Brückenstruktur weist zwei flexible Balken auf, die von zwei Stützelementen getragen werden. Die Brückenstruktur wird nach unten gezogen, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter durch Anlegen eines Steuersignals an eine Steuerelektrode mit einer gegenüberliegenden Elektrode an der Unterseite der Brückenstruktur herzustellen. Ein zentraler Versteifungsteil der Brücke verhindert jeglichen Kontakt zwischen den Steuer- und Gegenelektroden.
KURZDARSTELLUNG
In einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Bilden einer MEMS-Struktur ein Strukturieren einer Verdrahtungsschicht auf einem Substrat auf, um feste Aktuator-Elektroden und einen Kontaktpunkt zu bilden. Das Verfahren weist außerdem ein Bilden eines Opfermaterials auf der Verdrahtungsschicht auf. Das Verfahren weist außerdem ein Strukturieren des Opfermaterials mit einem Array von Gräben über der Verdrahtungsschicht auf. Die Gräben sind auf eine vorbestimmte Höhe und Breite dimensioniert. Das Verfahren weist außerdem ein Füllen des Arrays von Gräben mit Material auf. Das Verfahren weist außerdem ein Bilden eines MEMS-Balkens über dem gefüllten Array von Gräben und in Kontakt mit dem Material in dem Array von Gräben auf. Das Verfahren weist außerdem ein Bilden von zusätzlichem Opfermaterial über dem MEMS-Balken auf. Das Verfahren weist außerdem ein Bilden eines Deckels über dem zusätzlichen Opfermaterial über dem MEMS-Balken auf. Das Verfahren weist außerdem ein Bilden mindestens eines Austreiblochs in dem Deckel auf. Das Verfahren weist außerdem ein Austreiben des Opfermaterials unter dem MEMS-Balken und dem zusätzlichen Opfermaterial über dem MEMS-Balken auf, derart, dass das Material in dem Array von Gräben von einer Unterseite des MEMS-Balkens frei hängt, um ein Array von Aktuator-Höckern mit der vorbestimmten Höhe und Breite zu bilden.
In einer weiteren Ausführungsform weist eine MEMS-Struktur einen ersten Satz Drähte auf einem Substrat auf, das feste Aktuator-Elektroden und einen Kontakt aufweist. Die Struktur weist außerdem einen MEMS-Balken auf, der einen zweiten Satz Drähte über dem ersten Satz Drähte aufweist. Die Struktur weist zwischen dem ersten Satz Drähte und dem zweiten Satz Drähte außerdem ein Array von Mini-Höckern auf, wobei das Array von Mini-Höckern verhindert, dass Abschnitte des zweiten Satzes Drähte bei Betätigung mit dem zweiten Satz Drähte in Kontakt kommen. Das Array von Mini-Höckern weist unterschiedliche Höhen und Breiten auf. Die Mini-Höcker des Arrays von Mini-Höckern, die am weitesten von dem Kontakt entfernt sind, sind breiter und länger gebildet als Mini-Höcker des Arrays von Mini-Höckern, die näher an dem Kontakt liegen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung Bezug nehmend auf die angegebene Vielzahl von Zeichnungen anhand von nicht einschränkenden Beispielen beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Außer bei anderslautender Angabe sind die Zeichnungen nicht maßstabsgerecht.

1a zeigt einen MEMS-Balken mit ungenügendem Nachgeben;
1b zeigt einen MEMS-Balken mit übermäßigem Nachgeben;
1c zeigt einen MEMS-Balken gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung;
2a bis 10 zeigen Verarbeitungsschritte und jeweilige MEMS-Strukturen gemäß Aspekten der Erfindung;
11 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht einer MEMS-Struktur gemäß einem Aspekt der Erfindung;
12 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht einer MEMS-Struktur gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung;
13 zeigt eine Draufsicht der Strukturen von 11 oder 12 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung;
14 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht einer MEMS-Struktur gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung;
15 zeigt eine Draufsicht der Struktur von 14;
16 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht einer MEMS-Struktur gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung;
17 zeigt eine Draufsicht der in 16 gezeigten Struktur;
18a bis 18d zeigen verschiedene Konfigurationen eines Arrays von Aktuator-Höckern gemäß der vorliegenden Erfindung;
19a bis 19c zeigen verschiedene Konfigurationen eines Arrays von Aktuator-Höckern gemäß der vorliegenden Erfindung;
20a bis 20c zeigen verschiedene Konfigurationen eines Arrays von Aktuator-Höckern gemäß der vorliegenden Erfindung;
21a bis 21d zeigen verschiedene Konfigurationen eines Arrays von Aktuator-Höckern gemäß der vorliegenden Erfindung;
22a bis 22b zeigen verschiedene Konfigurationen eines Arrays von Aktuator-Höckern gemäß der vorliegenden Erfindung;
23a bis 23d zeigen verschiedene Layouts für eine Aktuator-Elektrode und einen MEMS-Balken gemäß zusätzlichen Aspekten der vorliegenden Erfindung;
24a und 24b zeigen Draufsichten verschiedener Querschnitte einer MEMS-Brückenstruktur, die Aspekten der vorliegenden Erfindung gemäß hergestellt ist;
25a und 25b zeigen Draufsichten verschiedener Querschnitte einer MEMS-Auslegerstruktur, die Aspekten der vorliegenden Erfindung gemäß hergestellt ist;
26 ist ein Ablaufplan eines Entwurfsprozesses, der für den Entwurf, die Herstellung und/oder das Testen von Halbleitern verwendet wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft Halbleiterstrukturen und Herstellungsverfahren, und insbesondere Strukturen mikro-elektromechanischer Systeme (MEMS-Strukturen), Herstellungsverfahren und Entwurfsstrukturen. In Ausführungsformen können die MEMS-Strukturen zum Beispiel MEMS-Einheiten wie zum Beispiel MEMS-Kondensatoren, ein ohmscher Schalter, MEMS-Beschleunigungsmesser oder eine MEMS-Einheit sein, das einen Aktuator verwendet. Zusätzlich können die MEMS-Strukturen zum Beispiel unter anderem als Einheit mit Einzel- oder Doppeldrahtbalken-Kontaktschalter, Doppeldrahtbalken-Kondensatorschalter oder Einzel-Doppeldrahtbalken-Induktor mit Spalt verwendet werden. Die MEMS-Struktur der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel auch eine Auslegerbalkenstruktur oder ein Brückenbalken sein.
MEMS können mit verschiedenen Werkzeugen auf verschiedene Weisen hergestellt werden. Allgemein werden die Methodiken und Werkzeuge aber verwendet, um kleine Strukturen mit Abmessungen im Mikrometerbereich zu bilden, mit Schalterabmessungen die etwa 5 µm dick, 100 µm breit und 400 µm lang sind. Viele der Methodiken, d.h. Technologien, die zur Herstellung von MEMS verwendet werden, wurden von der IC-Technologie übernommen. Beispielsweise werden fast alle MEMS auf Wafern aufgebaut und in Dünnschichten aus Materialien realisiert, die durch fotolithografische Prozesse auf der Oberseite des Wafers strukturiert werden. Insbesondere verwendet die Fertigung von MEMS drei Grundbausteine: (i) Abscheiden von Materialdünnschichten auf einem Substrat, (ii) Aufbringen einer strukturierten Maske auf die Dünnschichten durch fotolithografische Abbildung, und (iii) Ätzen der Schichten selektiv zur Maske.
Zum Beispiel werden die festen Elektroden und die aufgehängte Elektrode in MEMS-Schaltern des Ausleger-Typs typischerweise durch eine Reihe von herkömmlichen Fotolithografie-, Ätz- und Abscheidungsprozessen hergestellt. In einem Beispiel wird nach dem Bilden der aufgehängten Elektrode eine Schicht Opfermaterial, z.B. das von Microchem, Inc. hergestellte Aufschleuderpolymer PMGI, unter der MEMS-Struktur abgeschieden, um einen Hohlraum zu bilden, und über der MEMS-Struktur, um einen Hohlraum zu bilden. Der Hohlraum über dem MEMS wird verwendet, um die Bildung eines Deckels z.B. aus SiO₂ und einer SiN-Kuppel zu unterstützen, die nach der Entfernung des Opfermaterials die MEMS-Struktur abdichten. In bestimmten Realisierungen wird Silicium benutzt, um den Opferhohlraum um das MEMS herum zu bilden; obwohl für die vorliegende Erfindung auch andere Materialien in Frage kommen.
Der MEMS-Balken kann ein Einfachdraht ohne Oxid, ein Damascene-Draht in Oxid, Metall/Oxid/Metall, Oxid/Silicium/Oxid usw. sein. Der aktuelle MEMS-Balken-Entwurf leidet jedoch unter der Haftreibung, die zum Beispiel auf dielektrische Aufladung zurückzuführen ist, wenn Aktuatoren bei wiederholter periodischer Betätigung in engem Kontakt miteinander sind. Um die Haftreibung zu kompensieren, kann unter dem Balken oder in der Nähe des festen Aktuator-Drahts ein Oxid-Puffer verwendet werden. Aktuelle Herstellungsprozesse ergeben jedoch einen Oxid-Puffer, der entweder zu flach oder zu weit vom Kondensator entfernt ist, was zu einer großen Balkenauflagefläche und zu einem großen Aktuator-Kontakt führt und zur Folge hat, dass die periodische Betätigung wegen der Haftreibung fehlschlägt. Wenn Oxid-Höcker aufgrund von Herstellungsschwankungen zu tief sind oder zu nahe am Kondensator liegen, wird auch die Deltakapazität, die als die Differenz zwischen der MEMS-Kapazität im betätigten und unbetätigten Zustand definiert wird, reduziert, da die Oxid-Höcker den Kontakt der Kondensatorfläche des MEMS blockieren, was zu einer Leistungsverschlechterung führt. Das Haftreibungsphänomen kann auch am Kondensator auftreten, wenn das elektrische Feld einen Wert hat, der hoch genug ist, um auch eine dielektrische Aufladung zu bewirken.
1a zeigt einen MEMS-Balken 100 mit ungenügendem Nachgeben, was auf ein falsches Layout oder eine falsche Anordnung von großen Höckern 105 unter dem MEMS-Balken zurückzuführen ist, und 1b zeigt einen MEMS-Balken 100 mit übermäßigem Nachgeben, was auf eine falsche Anordnung von großen Höckern 105 unter dem MEMS-Balken 100 zurückzuführen ist. Im Fall des ungenügenden Nachgebens von 1a sind die großen Höcker 105 entweder zu hoch oder zu dicht am Kondensatorkopf 110 angeordnet, was zur gewünschten Kontaktblockierung des Aktuators 115 führt, doch das unerwünschte Ergebnis ist, dass der Kondensatorkopf 110 nicht in engem Kontakt ist, was im betätigten Zustand eine verringerte Kapazität zur Folge hat. Im Fall des übermäßigen Nachgebens von 1b sind die großen Höcker 105 entweder zu flach, zu weit vom Kondensatorkopf 115 entfernt angeordnet oder ausgelassen, was zu einer großen Aktuator-Kontaktfläche führt, die eine Haftreibung (d.h., einen Ausfall) des MEMS-Balkens zur Folge haben kann.
1c zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher ein Array von flachen Mini-Höckern 105' (in anderen Zeichnungen der vorliegenden Erfindung auch durch Bezugszeichen 34a, 34b, 34c usw. angegeben) unter dem Balken 100 zwischen den Aktuatoren 110 angeordnet ist. Diese Struktur der vorliegenden Erfindung führt zu einer gänzlichen Auflage des Balkens 100 und zu einer hohen Kondensatorkopf-Kapazität, jedoch zur Vermeidung der Aktuator-Haftreibung. Wie hierin erwähnt, ist die vorliegende Erfindung auf jede MEMS-Einheit anwendbar, in welcher der Aktuator-Kontakt unerwünscht ist, wie z.B. ohmsche Kontaktschalter, und kann mit oder ohne große Höcker 105 verwendet werden.
Insbesondere weisen die MEMS-Strukturen in Ausführungsformen eine Vielzahl von Aktuator-Höckern 105', z.B. ein Array von Mini-Höckern oder haftreibungsmindernden Höckern auf, die auf der Oberfläche von mindestens einem vom MEMS-Balken 100 und/oder von der Aktuator-Elektrode 115 gebildet sind. Die Vielzahl von Aktuator-Höckern 105' sollte eine derartige Anordnung und Tiefe aufweisen, dass sowohl eine Verringerung der Kapazität vermieden wird als auch der Aktuator-Kontakt reduziert oder beseitigt wird. In Ausführungsformen sind die Mini-Höcker 105' etwa 10 bis 250 nm tief, und in einer beispielhaften Ausführungsform etwa 50 nm tief. Vorteilhafterweise reduziert das Array von Mini-Höckern 105' über dem Aktuator 115 die Möglichkeit des Auftretens von Haftreibung in der MEMS-Einheit nach wiederholtem periodischem Betätigen oder Niederhalten des MEMS-Balkens 100.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Höckern, die weit vom Kondensatorabschnitt des Balkens weg angeordnet sind und ausgelegt sind, um den Kontakt des Aktuators im Balken mit dem festen Aktuator unter dem Balken zu blockieren, wenn der Balken nachgibt und der Kondensatorabschnitt des Balkens in Kontakt ist, sind Mini-Höcker 105' in einem Array unter dem Balken-Aktuator 115 derart angeordnet, dass der Balken über dem festen Aktuator 115 nachgibt. Das Anordnen von Mini-Höckern 105' in ein Array unter dem Aktuator im Balken beseitigt das herkömmliche Höcker-Problem, dass sie entweder zu flach sind oder zu weit vom Kondensatorabschnitt des Balkens angeordnet sind; oder dass sie zu tief sind und zu dicht am Kondensatorabschnitt des Balkens angeordnet sind. Folglich sind die Strukturen der vorliegenden Erfindung ein Array von Aktuator-Höckern 105', die durch die Balkenstruktur hindurch angeordnet sind, aber die Kapazität im betätigten Zustand nicht reduzieren oder die Kapazität im betätigten Zustand nicht signifikant reduzieren. Der letztere Vorteil ist darauf zurückzuführen, dass die Strukturen der vorliegenden Erfindung den Kontakt mit dem Kondensator, z.B. einer festen Kontaktelektrode, nicht oder im Wesentlichen nicht blockieren. Obwohl sich diese Erörterung auf MEMS-Kondensatoren konzentriert, gilt sie für jede andere MEMS-Einheit mit getrennten Aktuator- und Kontaktflächen, wie z.B. ein ohmscher Kontaktschalter mit isolierten Aktuatoren und Metall-Kontaktflächen.
In Ausführungsformen kann das Array von Aktuator-Höckern 105' aus SiO₂ (Oxid) oder einem anderen Material bestehen, das von der Unterseite eines MEMS-Balken-Aktuators nach unten verläuft oder, alternativ dazu, von einer festen Aktuator-Verdrahtungsschicht (z.B. Aktuator-Elektrode) nach oben verläuft. In weiteren Ausführungsformen kann das Array von Aktuator-Höckern 105' sowohl auf dem MEMS-Balken als auch auf der Aktuator-Verdrahtungsschicht vorgesehen sein. Wie weiter unten beschrieben, kommen für die vorliegende Erfindung zusätzliche Varianten in Frage, wie zum Beispiel Aktuator-Höcker, die aus Metall oder anderen Materialien bestehen oder in Bezug auf den MEMS-Balken und die untere Aktuator-Verdrahtungsschicht an bestimmten Stellen angeordnet sind und/oder aus verschiedenen Größen und Formen zusammengesetzt sind. Zusätzlich können auf dem Kondensatorkopf Puffer angeordnet sein, um einen engen Kontakt des Kondensators zu vermeiden, wenn Signale verwendet werden, die starke elektrische Felder erzeugen. Bevor auf die Figuren eingegangen wird, ist anzumerken, dass in Ausführungsformen alle Schichten in den Figuren, die auf einer anderen Schicht gebildet sind, mit dieser Schicht in direktem Kontakt sind.
2a zeigt eine Anfangsstruktur und entsprechende Verarbeitungsschritte gemäß Aspekten der Erfindung. Die Struktur weist zum Beispiel ein Substrat 10 auf, das in Ausführungsformen eine Schicht einer Einheit wie z.B. Drähte, Transistoren, passive Elemente, Speicherelemente usw. sein kann. In Ausführungsformen ist das Substrat 10 zum Beispiel ein Silicium-Wafer, der mit Siliciumdioxid oder einem anderen, dem Fachmann bekannten Isolatormaterial beschichtet ist. Eine Zwischenverbindung 12 ist im Substrat 10 vorgesehen. Die Zwischenverbindung 12 kann zum Beispiel ein Wolfram- oder Kupfer-Stift sein, der in einem auf herkömmliche Weise gebildeten Kontaktloch angeordnet ist, oder kann alternativ dazu ein Draht sein. Zum Beispiel kann die Zwischenverbindung 12 mit einem herkömmlichen Lithografie-, Ätz- und Abscheidungsprozess hergestellt werden, der dem Fachmann auf dem Gebiet des Formens von Stiften bekannt ist, z.B. Damascene-Prozesse. Die Zwischenverbindung 12 kann mit anderen Verdrahtungsebenen, CMOS-Transistoren oder anderen aktiven Einheiten, passiven Einheiten usw. in Kontakt sein.
Weiter auf 2a Bezug nehmend, ist auf dem Substrat 10 eine Verdrahtungsschicht 14 gebildet, die in späteren Verarbeitungsschritten mehrfache Drähte ergibt. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Verdrahtungsschicht 14 auf eine Tiefe von etwa 0,05 bis 4 µm und bevorzugt auf eine Tiefe von 0,25 µm auf dem Substrat abgeschieden werden; obwohl auch andere Abmessungen für die vorliegende Erfindung in Frage kommen. In Ausführungsformen kann die Verdrahtungsschicht 14, unter anderen Verdrahtungsmaterialien, ein Refraktärmetall wie z.B. Ti, TiN, Ta, TaN und W und dergleichen sein, oder AlCu oder ein Edelmetall wie zum Beispiel Au, Pt, Ru, Ir und dergleichen. Zum Beispiel kann die Verdrahtungsschicht 14 in Ausführungsformen aus reinen Refraktärmetallen oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wie AlCu, AlSi, oder AlCuSi gebildet werden. In Ausführungsformen kann die Verdrahtungsschicht 14 mit Si dotiert sein, z.B. 1 %, um zu verhindern, dass das Metall, z.B. Al, mit einem oberen Hohlraum-Schichtmaterial, z.B. Silicium, reagiert. In Ausführungsformen kann der Aluminiumanteil der Verdrahtungsschicht 14 mit Cu dotiert sein, z.B. 0,5 %, um den Elektromigrationswiderstand des Drahts zu erhöhen. In Ausführungsformen kann der Draht mit Ti umhüllt sein und mit einer reflexionsmindernden Schicht TiN, z.B. Ti/Al/Ti/TiN, überzogen sein. In Ausführungsformen kann der Draht ein Damascene-Draht sein, der mit einem Refraktärmetall wie z.B. TiN oder Ta ausgekleidet ist und mit Wolfram, Kupfer und dergleichen gefüllt ist, wie dem Fachmann bekannt ist.
Wie in 2b gezeigt, ist die Verdrahtungsschicht 14 strukturiert, um eine Vielzahl von Drähten (untere Elektroden) 14a mit einem Drahtzwischenraum (Spalt) 14b dazwischen zu bilden. In Ausführungsformen kann die Verdrahtungsschicht mit herkömmlichen Lithografie- und Ätzprozessen strukturiert werden. Zum Beispiel kann auf der Verdrahtungsschicht ein Fotolack gebildet und belichtet werden, um Öffnungen zu bilden, z.B. Strukturen, in denen Abschnitte der darunterliegenden Verdrahtungsschicht freiliegen. Die freiliegende Verdrahtungsschicht kann dann zum Beispiel einem reaktiven lonenätz-(RIE)-Prozess unterzogen werden, um die Drähte 14a zu bilden. In Ausführungsformen ist mindestens einer der Drähte 14a' mit der Zwischenverbindung 12 in Kontakt (direkter elektrischer Kontakt). In Ausführungsformen können die Drähte nach der Abscheidung oder nach dem Strukturieren getempert werden.
In Ausführungsformen kann das Seitenverhältnis des Drahtzwischenraums zum Beispiel ein niedriges oder ein hohes Seitenverhältnis sein. Zum Beispiel kommt für die vorliegende Erfindung ein niedriges Seitenverhältnis von 1:20 in Frage, indem ein 50 nm hoher Draht 14a mit einem Zwischenraum von 1.000 nm 14b gebildet wird, wogegen ein hohes Seitenverhältnis von 1:1 aus einem 500 nm hohen Draht 14a mit einem Zwischenraum von 500 nm 14b gebildet werden kann. Diese Seitenverhältnis-Werte werden hierin nur zur Veranschaulichung gegeben und sind nicht als einschränkendes Merkmal der vorliegenden Erfindung zu betrachten. Alternativ dazu können die Drähte 14a durch einen Damascene-Prozess wie z.B. Damascene-Cu oder -W gebildet werden, wie dem Fachmann bekannt ist.
Weiter auf 2b Bezug nehmend, wird auf den Mehrfachdrähten 14a und freiliegenden Abschnitten des Substrats 10 eine Isolatorschicht (dielektrische Schicht) 16 gebildet. Eine robuste Isolatorschicht 16 wird bevorzugt, um während der nachfolgenden Hohlraumbildung die Bildung einer intermetallischen Verbindung zu verhindern, die schwer zu entfernen ist und, wenn sie gebildet ist, die Aktivierung des MEMS-Balkens blockieren kann, indem sie den Balken daran hindert, bei der Betätigung voll nachzugeben. In Ausführungsformen ist die Isolatorschicht 16 ein Oxidmaterial wie z.B. SiO₂ oder Al₂O₃, das bei Temperaturen abgeschieden wird, die mit der Aluminiumverdrahtung kompatibel sind, z.B. unter etwa 420 °C und bevorzugt unter etwa 400 °C. Die Abscheidungsoptionen für die Isolatorschicht 16 schließen zum Beispiel eines oder mehreres von plasmagestützter CVD (PECVD), CVD bei subatmosphärischem Druck (SACVD), CVD bei atmosphärischem Druck (APCVD), CVD in hochdichtem Plasma (HDPCVD), physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) oder Atomlagenabscheidung (ALD) ein.
In Ausführungsformen ist die Isolatorschicht 16 ein Oxid, welches auf eine Tiefe von etwa 80 nm abgeschieden wird; obwohl auch andere Abmessungen für die vorliegende Erfindung in Frage kommen. Diese Isolatorschicht 16, die nur erforderlich ist, wenn ein MEMS-Kondensator gefertigt wird, bildet das untere Dielektrikum der Kondensatorplatten. Die Isolatorschicht 16 wirkt auch als Barriere zwischen dem Metall im Draht 14a, z.B. Aluminium, und dem nachfolgenden Material, z.B. Silicium, das verwendet wird, um einen MEMS-Hohlraum zu bilden.
In 3 wird auf einem oder mehreren der Drähte 14a ein optionales Array von Aktuator-Höckern 16a gebildet. In Ausführungsformen besteht das optionale Array von Höckern 16a aus dielektrischem Material wie zum Beispiel Siliciumdioxid; obwohl für die vorliegende Erfindung auch andere Materialien in Frage kommen. Zum Beispiel kann das Array von Aktuator-Höckern 16a aus einem Metall wie zum Beispiel dem gleichen Material wie die Drähte 14a bestehen. In Ausführungsformen kann das Array von Höckern 16a zum Beispiel mit einem Zwischenraum in einem nachfolgend gebildeten MEMS-Balken, einem isolierten Abschnitt des MEMS-Balkens oder anderen Konfigurationen ausgerichtet sein, wie weiter unten beschrieben. In Ausführungsformen wird das optionale Array von Aktuator-Höckern 16a auf den Aktuator-Elektroden mit einem vordefinierten Zwischenraum und einer vordefinierten Höhe gebildet, um zu verhindern, dass der MEMS-Balken mit den Aktuator-Elektroden in Kontakt kommt. Dies verhindert und/oder reduziert die Haftreibung und die Balkenauflage bei wiederholter periodischer Balkenbetätigung. Der vordefinierte Zwischenraum und die vordefinierte Höhe, z.B. Größe und Form, des Arrays von Aktuator-Höckern lassen jedoch noch den Kontakt zwischen dem MEMS-Balken und der festen Elektrode (z.B. Kondensator-Elektrode) zu. Als veranschaulichendes, nicht einschränkendes Beispiel kann das Array von Höckern 16a etwa 10 nm bis 80 nm hoch und etwa 0,1 bis 1 µm breit sein. In Ausführungsformen kann das optionale Array von Aktuator-Höckern 16a durch Strukturieren und Ätzen des Oxids unter den Drähten 14a gebildet werden oder kann ein abgeschiedenes und strukturiertes Material unter den Drähten 14a sein.
Das Array von Höckern 16a kann vor der Bildung oder Abscheidung der Isolatorschicht 16 gebildet werden. Zum Beispiel kann das optionale Array von Höckern 16a eine abgeschiedene PECVD-SiO₂-Dünnschicht sein, die mit herkömmlichen Lithografie- und Ätzprozessen direkt auf den Drähten 14a strukturiert und geätzt wird. Bei dieser Option kann das Array von Höckern 16a zuerst strukturiert und geätzt werden, gefolgt vom Strukturieren und Ätzen der Drähte 14a. In alternativen Ausführungsformen kann der Draht 14 zuerst strukturiert und geätzt werden, gefolgt vom Bilden des optionalen Arrays von Höckern 16a. Das Strukturieren und Ätzen des Arrays von Höckern 16a vor dem Strukturieren und Ätzen der Drähte 14a verhindert eine Erhöhung des Seitenverhältnisses mit der Abscheidung der Isolatorschicht 16, die auf eine Überätzung in das Oxid unter dem Draht 14 zwischen den Drahtzwischenräumen 14a zurückzuführen ist. Der Grund dafür ist, dass das Oxid zwischen Drähten 14a während des Ätzens des Arrays von Höckern 16a nicht geätzt wird.
In 4 ist eine Schicht Hohlraum-Opfermaterial 18 auf der Isolatorschicht 16 oder, alternativ dazu, auf den Drähten 14a (falls die Isolatorschicht 16 nicht vorhanden ist) abgeschieden worden. In Ausführungsformen kann die Schicht 18 zum Beispiel Silicium, Wolfram, Tantal, Germanium oder ein Material sein, das danach zum Beispiel mit XeF₂-Gas selektiv von der Isolatorschicht 16 oder von den Drähten 14a (falls die Isolatorschicht 16 nicht vorhanden ist) entfernt werden kann. Die Schicht 18 kann durch ein herkömmliches Verfahren wie plasmaunterstützte Gasphasenabscheidung (PVD), PECVD, beschleunigte thermische Gasphasenabscheidung (RTCVD) oder LPCVD abgeschieden werden, das bei Temperaturen durchgeführt wird, die mit den Drähten 14a kompatibel sind, z.B. < 420 °C. In Ausführungsformen wird die Schicht 18 auf eine Höhe von etwa 0,1 bis etwa 10 µm abgeschieden, die von der Anforderung an den MEMS-Spalt abhängig ist, und wird mit herkömmlichen Schritten durch Lithografie und reaktives Ionenätzen (RIE) strukturiert. Ein Beispiel verwendet eine Siliciumdicke von etwa 2 µm. Um zu vermeiden, dass nach dem Ätzen der Siliciumschicht 18 oxidierte Nähte auf dem Wafer zurückbleiben, kommt für die vorliegende Erfindung eine Kombination einer Argon-Verdünnung mit einem HF-Bias-Strom in Frage, der an den Wafer angelegt wird, um ein gleichzeitiges Sputtern und RIE-Ätzen auf der Oberfläche durchzuführen. Alternativ dazu kann ein Opfermaterial wie z.B. ein Aufschleuderpolymer verwendet werden, um diesen und andere Opferhohlräume zu bilden.
In Ausführungsformen wirkt die Isolatorschicht 16 auch, um die Reaktion, das Legieren oder das Verschmelzen der Drähte 14a mit der Schicht (Hohlraummaterial) 18 zu blockieren. Wenn die Drähte 14a zum Beispiel Aluminium enthalten, kann das Aluminium mit dem Silicium reagieren, um ein Aluminiumsilicid zu bilden, das während eines nachfolgenden Austreib- und Entfernungsschritts der Schicht 18 (Opferschicht) schwer oder unmöglich zu entfernen ist. Um eine derartige Reaktion zu verhindern, kann eine konturtreue Oxidationsbarriere wie z.B. ALD-Al₂O₃ (Aluminiumoxid), ALD-Ta₂O₅ (Tantalpentaoxid) oder eine Kombination aus beiden auf der Isolatorschicht 16 abgeschieden werden. In einer beispielhaften Ausführungsform weist die Schicht 16 80 nm HDPCVD-Oxid auf, gefolgt von 15 nm ALD-Aluminiumoxid. In Ausführungsformen ist die Verwendung einer Kombination aus schnell abgeschiedenem SiO₂ und langsam abgeschiedenem Aluminiumoxid optimal. ALD-Aluminiumoxid oder eine ähnliche Dünnschicht kann unter den 80 nm Oxid verwendet werden; und kann auch unter der oberen MEMS-Elektrode verwendet werden, um eine Silicium-Reaktion mit der oberen MEMS-Elektrode zu blockieren.
Als optionale Verarbeitungsschritte kann die Schicht 18 planarisiert werden, zum Beispiel durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP), und dann kann optional zusätzliches Material (Silicium) auf der polierten Schicht 18 abgeschieden werden, um auf der Oberfläche des unteren Silicium-MEMS-Hohlraums eine nahtlose Schicht (z.B. Siliciumschicht) bereitzustellen. Nach jedem CMP-Schritt kann ein herkömmlicher CMP- und nachfolgender Reinigungsprozess wie z.B. Bürstenreinigungen, verdünnte Flusssäure (DHF), gepufferte Flusssäure (BHF), kryogene Reinigungen usw. durchgeführt werden, um das Eigenoxid, das auf der Siliciumoberfläche gebildet wurde, zu entfernen.
Insbesondere wird die Schicht 18 mit einem herkömmlichen Abscheidungsprozess wie zum Beispiel PVD auf der Isolatorschicht 16 abgeschieden. Die Schicht 18 wird zum Beispiel durch einen CMP-Prozess planarisiert, und eine zweite Schicht Material, z.B. Silicium, wird auf der planarisierten Schicht 18 abgeschieden. Die Schichten werden mit herkömmlichen Schritten durch Lithografie und reaktives lonenätzen (RIE) strukturiert. Dieser Siliciumabscheidungs-, CMP- und zweite Abscheidungsprozess beseitigt Lücken in der Siliciumoberfläche, beseitigt das Risiko des Oxidierens einer Naht, und planarisiert die Topografie auf der Siliciumoberfläche, die der Topografie der Drähte 14a und der Drahtzwischenräume 14b folgt, teilweise oder komplett.
Ein Satz Beispieldicken sind ein 250 nm hoher Draht 14, ein Zwischenraum von 500 nm 14a zwischen Drähten 14a, eine Anfangs-Siliciumauftragsdicke von 0,9 µm, eine Entfernung von 400 nm Silicium durch CMP über den Drähten 14a, um die Stufe von 250 nm über Drähten 14a zu planarisieren, und eine nachfolgende Siliciumabscheidung, die dick genug ist, um nach den folgenden rückwärtigen Oxidplanarisierungsprozessen die Sollenddicke zu erreichen. In einer beispielhaften Ausführungsform wird 200 nm Silicium aus den Bereichen über Drähten 14a entfernt, und im Wesentlichen weniger als 50 nm in den Zwischenräumen 14b zwischen Drähten 14a, wodurch die Bereiche über den Drähten 14a und Zwischenräumen 14b teilweise planarisiert werden.
Das Silicium-CMP wird allgemein durchgeführt, um DRAM-Kondensatoren mit tiefen Gräben zu bilden, wie dem Fachmann bekannt ist. Bei diesem Typ von Silicium-CMP wird der CMP-Prozess optimiert, um die Selektivität zu den Pad-Isolator-Dünnschichten (z.B. SiO₂ oder Oxid) auf der Waferoberfläche zu maximieren, d.h., die Silicium-CMP-Rate wird so maximiert und die Oxid-CMP-Rate wird so minimiert, dass die Selektivität des Siliciums zum Oxid 50:1 entspricht. Dieser Typ von Silicium-CMP-Prozess ist für Silicium-Dünnschichten optimal, die durch CVD abgeschieden wurden, kann aber bei Silicium-Dünnschichten, die durch PVD abgeschieden wurden, Probleme verursachen. Zum Beispiel können PVD-Silicium-Dünnschichten, die mit herkömmlichen selektiven Silicium-CMP-Prozessen poliert wurden, Probleme mit Defekten in der PVD-Silicium-Dünnschicht haben, die eine Abnahme der lokalen Poliergeschwindigkeit verursachen können. Diese PVD-Siliciumdefekte, die auf oxidiertes Silicium, andere Verunreinigungen oder die Silicium-Kornstruktur zurückzuführen sein können, können dazu führen, dass der selektive Silicium-CMP-Prozess auf der polierten Siliciumoberfläche unterpolierte Punktdefekte zurücklässt. Um diese Punktdefekte während des Silicium-CMP zu vermeiden, kann jedoch ein weniger selektiver oder nicht selektiver Silicium-Polierprozess verwendet werden, z.B. ein Polierprozess mit einer SiO₂-Polierchemie an Stelle einer Silicium-CMP-Polierchemie.
Die Verwendung eines weniger selektiven Silicium-Polierprozesses beseitigt die Oberflächen-Punktdefekte nach dem Polieren. Ein Beispiel für eine selektive Silicium-Politur ist ein basisches Medium wie z.B. TMAH mit Silika-Schleifmittel und einem ph-Wert, der hoch genug ist, um Silicium zu lösen, d.h. > 12, das eine Silicium-zu-SiO₂-Selektivität von 50:1 hat. Ein Beispiel für eine nicht selektive Silicium-Politur ist ein basisches Medium wie z.B. KOH mit einem pH-Wert < 12, der zu niedrig ist, um das Silicium zu lösen, mit einem Silika-Schleifmittel. Dieser nicht selektive Silicium-CMP-Prozess weist Silicium-zu-SiO₂-Selektivitäten kleiner als 50:1 auf, die in einer beispielhaften Ausführungsform im Bereich von 2:1 bis 1:2 liegen.
Auf 6 Bezug nehmend, ist auf der Schicht 18 und auf jeglichen freiliegenden Abschnitten der Isolatorschicht 16 und jeglichen optionalen Höckern 16a ein Isolatormaterial (z.B. Oxid) 20 abgeschieden. Die Abscheidung kann zum Beispiel durch einen herkömmlichen konturtreuen Abscheidungsprozess erfolgen, der das Isolatormaterial 20 auf eine Tiefe etwa derselben Höhe wie die Schicht 18 abscheidet, z.B. etwa 2,3 µm für eine 2,3 µm dicke Schicht 18. In anderen Ausführungsformen kann das Isolatormaterial 20 auf eine Tiefe von etwa 3,3 µm abgeschieden werden, verglichen mit den 2,3 µm; auch wenn andere Tiefen für die vorliegende Erfindung in Frage kommen.
In Ausführungsformen wird das Isolatormaterial 20 durch eine PECVD-Oxidabscheidung bei 400 °C mit TEOS oder Silan als Siliciumquelle und Sauerstoff oder N₂O als Sauerstoffquelle abgeschieden. Wenn die Dicke der Oxidschicht mit Absicht dünner als die Höhe der Schicht 18 ist, wird das nachfolgende Oxid-CMP die Oberfläche der Schicht 18 überpolieren und planarisieren. Wenn die Dicke der Schicht 20 dagegen mit Absicht dicker als die Höhe der Schicht 18 ist, wird das nachfolgende Oxid-CMP die Oberfläche der Schicht 18 unterpolieren und sie unter der Oxidoberfläche (Isolatoroberfläche) vergraben lassen. Beide Prozessoptionen können wünschenswert sein, je nachdem, wie wichtig das Minimieren des Überpolierens der Oberfläche der Schicht 18 gegenüber dem Planarisieren des Isolatormaterials 20 oder der Oberflächentopografie der Schicht 18 von Verdrahtungsebenen 14a ist. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Schicht 18 etwa 2,3 µm dick, die Schicht 20 ist etwa 2,1 µm dick, und der optionale Oxid-Rückätzschritt zielt auf die vollständige Entfernung des Oxids (Isolators) ab, d.h., > 2,1 µm. Dies hat zur Folge, dass der nachfolgende Oxid-Polierprozess die Schicht 18 weiter planarisiert.
In Ausführungsformen kann Aspekten der Erfindung gemäß eine optionale Rückätzung (Reverse-Damascene-Prozess) durchgeführt werden. Insbesondere wird auf das Isolatormaterial 20 ein Fotolack aufgebracht und strukturiert, um eine Öffnung zu bilden, wobei Ränder des Fotolacks Ränder der darunterliegenden Schicht 18 überlappen. Das heißt, der Fotolack maskiert die darunterliegende Schicht 18 geringfügig. In Ausführungsformen ist die Überlappung größer als 0 und kann zum Beispiel 3 µm sein und wird minimiert, um die zurückbleibende Oxidschicht, die während des nachfolgenden CMP-Prozesses zu planarisieren ist, zu reduzieren. Das Isolatormaterial 20 wird mit herkömmlichen RIE-Prozessen geätzt, was einen „Bilderrahmen“ ergibt, der die darunterliegende Schicht 18 umgibt, wie in der US-Anmeldung Serien-Nr. 12/994 854 offenbart, die am 21. Dezember 2010 eingereicht wurde und durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird. Das Isolatormaterial 20 wird dann planarisiert, z.B., um zur darunterliegenden Schicht 18 plan (z.B. eine nahezu flache oder plane Oberfläche) zu sein. In Ausführungsformen planarisiert dieser Prozess auch die darunterliegende Schicht 18, was in nachfolgenden Verarbeitungsschritten eine plane Hohlraumstruktur (z.B. mit flachen oder planen Oberflächen) ergibt. Der Planarisierungsprozess kann zum Beispiel ein CMP-Prozess sein. Alternativ dazu kann der nachfolgende MEMS-Balken ohne die rückwärtige Planarisierung der in 6 gezeigten Oxidschicht direkt über dem in 5 gezeigten Hohlraum geformt werden.
In 7 ist ein Array von Gräben 33, z.B. ein Array von Gräben 33a, 33b, 33c usw. in der Schicht 18 über jeweiligen Drähten gebildet und/oder mit Zwischenräumen 14b ausgerichtet. Es ist anzumerken, dass jeder Graben 33a, 33b und 33c für ein Array von Gräben repräsentativ ist und an anderen Stellen gebildet sein kann, wie unten beschrieben. In Ausführungsformen wird das Array von Gräben 33 durch herkömmliche Strukturierungs- und Ätzprozesse gebildet. Um sicherzustellen, dass das Silicium (z.B. die Schicht 18) einheitlich geätzt wird, kann vor der Silicium-Ätzung an den mit Fotolack strukturierten Wafern ein optionaler Oxid-RIE-Prozess durchgeführt werden. Zusätzlich kann, mit oder ohne den optionalen Oxid-RIE-Prozess, eine HF-Reinigung mit Fotolack auf dem Wafer durchgeführt werden, um die Siliciumoberfläche, z.B. die Oberfläche der Siliciumschicht 18, vor dem Ätzen des Siliciums mit Wasserstoff zu passivieren. Silicium wird zum Beispiel mit einer RIE-Chemie auf SF₆-Grundlage geätzt, wie dem Fachmann bekannt ist. Alternativ dazu kann zum Ätzen des Siliciums der optionale Oxid-RIE-Prozess mit Perfluorkohlenwasserstoff-Gasen wie z.B. CF₄ und einem Sauerstoffträger wie z.B. CO₂, wie dem Fachmann bekannt, die in der Lage sind, 50 nm oder mehr Silicium (oder anderes Opfermaterial) zu ätzen, verwendet werden. Das Oxid-RIE-Ätzen kann zum Beispiel in einem RF-Parallelplattenreaktor mit einem oder mehreren Perfluorkohlenwasserstoff(en) und einer Sauerstoffquelle wie z.B. Sauerstoff oder Kohlendioxid durchgeführt werden, wie dem Fachmann bekannt ist.
In Ausführungsformen kann das Array von Gräben 33 an verschiedenen Stellen gebildet sein, allein oder in jeder Kombination. Zum Beispiel können die Gräben 33a über einem Aktuator-Draht 14a₁ gebildet sein; während das Array von Gräben 33b in Ausrichtung mit einem Zwischenraum 14b zwischen den Aktuator-Drähten 14a₁ und Dummy-Drähten 14a₂ gebildet sein kann. In Ausführungsformen können die Gräben 33c auch über Dummy-Drähten 14a₂ gebildet sein. In weiteren Ausführungsformen kann jeder der Gräben 33 in Ausrichtung mit einem Zwischenraum oder einer Öffnung des MEMS-Balkens gebildet sein, wie weiter unten ausführlich beschrieben.
In weiteren Ausführungsformen wird das Array von Gräben 33 auf eine Tiefe von etwa 10 nm bis 100 nm und 0,1 bis 1 µm breit in der Schicht 18 (z.B. Hohlraum-Opfermaterial) gebildet; obwohl abhängig vom Entwurfsparameter andere Abmessungen für die Erfindung in Frage kommen. Aus diesen Gräben 33 werden Mini-Höcker gebildet, um den Aktuator-Kontakt zu blockieren. Wenn auf der Oberfläche der Metallschichten 14 oder auf der Unterseite der Metallschicht 38 ( 10) eine Topografie wie z.B. Metall-Ätzhöcker vorhanden ist, können die Mini-Höcker etwas höher als diese Topografie sein, um den topografiebedingten Aktuator-Kontakt zu verhindern. Zum Beispiel können die Gräben 33 je nach Lage unterschiedlich in der Größe sein, z.B. tiefer und breiter oder flacher und schmaler, um Aktuator-Höcker (z.B. Oxid-Stifte) unterschiedlicher Größe zu bilden. Insbesondere können die Gräben abhängig von ihrer Lage in Bezug auf die Aktuator-Region und Kontakt-Region der darunterliegenden Elektroden (z.B. Drähte) in der Tiefe und Breite (oder im Umfang) unterschiedlich sein, wie weiter unten ausführlich beschrieben. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Gräben 33 0,5 Mikrometer breit, kreisförmig und 50 nm tief.
In 8 ist über dem Array von Gräben 33 ein Dielektrikum wie z.B. SiO₂ abgeschieden. In Ausführungsformen stellt die Isolatorschicht 36 einen Teil oder die Gesamtheit des MEMS-Kondensator-Dielektrikums dar. Eine dielektrische Schicht 36, z.B. Oxid, wird auf der Schicht 18 und der Isolatorschicht 20 gebildet. In Ausführungsformen ist die dielektrische Schicht 36 eine Dielektrikums- oder Oxidabscheidung des oberen Kondensators, die auf einem unteren Abschnitt des MEMS-Balkens gebildet ist. In Ausführungsformen weist das MEMS-Kondensator-Dielektrikum 36 dielektrische Schichten 16 und 36 auf, die aufgrund der Oberflächenrauheit der MEMS-Kondensator-Elektroden durch einen kleinen Spalt getrennt sind, wenn der MEMS-Balken betätigt ist. In Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 36 auf eine Höhe von etwa 80 nm abgeschieden sein; obwohl andere Abmessungen für die vorliegende Erfindung in Frage kommen. In Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 36 vor der Bildung der Aktuator-Höcker 34a, 34b, 34c usw. gebildet werden; das heißt, die nachfolgende dielektrische Schicht 40 (10) kann in den Gräben 33 abgeschieden werden.
Kombiniert mit nachfolgenden Materialien bildet das Isolatormaterial 36 auf einer Unterseite des MEMS-Balkens ein Array von Aktuator-Höckern, z.B. Aktuator-Höcker 34a, 34b, 34c usw. Zusätzlich dazu, dass sie bei der periodischen MEMS-Betätigung oder bei Niederhaltetests die Aktuator-Haftreibung verhindern, stellen die Aktuator-Höcker 34a, 34b, 34c usw. wie bei den Höckern 16a einen Puffer zwischen dem MEMS-Balken und der unteren Drahtebene, z.B. Drähten, bereit, um eine elektrische Lichtbogenbildung zu verhindern, die auf die enge Nachbarschaft von Drähten im MEMS-Balken und den Drähten während der MEMS-Betätigung zurückzuführen ist; oder sie reduzieren oder beseitigen die Wahrscheinlichkeit der Aktuator-Haftreibung. Eine Lichtbogenbildung kann auftreten, wenn eine hohe Gleichspannung, d.h. 5 bis 100 V, zum Beispiel in den Drähten an den MEMS-Aktuator angelegt wird. In Ausführungsformen kann auf der Schicht 18 und in dem Array von Gräben 33 eine optionale dielektrische Schicht 36 gebildet werden, bevor die Aktuator-Höcker 34a, 34b, 34c usw. gebildet werden. Das Layout der in diesen und anderen Querschnittsansichten gezeigten Mini-Höcker ist beliebig, und damit die Mini-Höcker die MEMS-Haftreibung verhindern, sind sie ausgelegt, um den Aktuator-Kontakt zu verhindern, wie weiter unten in 13 bis 17 beschrieben.
Das Array von Aktuator-Höckern 34a, 34b, 34c usw. weist eine Größe und Form auf, die den verschiedenen Abmessungen des jeweiligen Arrays von Gräben 33 entsprechen. Insbesondere ist das Array von Aktuator-Höckern 34a, 34b, 34c usw. so strukturiert, dass ein vorbestimmter physischer Abstand zwischen dem MEMS-Balken und einer Aktuator-Elektrode sichergestellt wird, wenn eine Spannung an der Aktuator-Elektrode vorliegt; oder es ist so positioniert, dass die mit Masse verbundenen und die mit Gleichstrom vorgespannten Aktuatoren niemals in physischen Kontakt kommen. Das heißt, das Array von Aktuator-Höckern 34a, 34b, 34c usw. ist strukturiert, um zu verhindern, dass die mit Gleichstrom vorgespannten Aktuatoren im MEMS-Balken mit der festen Aktuator-Elektrode in Kontakt kommen, wenn eine Gleichspannung an der Aktuator-Elektrode vorliegt. In Ausführungsformen erlaubt das Array von Aktuator-Höckern dem MEMS-Balken auch, mit einer Kontaktelektrode, z.B. einer Kondensator-Elektrode, in Kontakt zu kommen. Mit anderen Worten, das Array von Aktuator-Höckern 34a, 34b, 34c usw. ist so ausgelegt, z.B. so groß und so beabstandet, dass sichergestellt ist, dass der MEMS-Balken während der Betätigung, d.h. während des Anliegens einer Spannung an der Aktuator-Elektrode, mit der festen Kontaktelektrode in Kontakt kommen kann. Die gleichen Vorteile sind auch bei den Aktuator-Höckern 16a vorzufinden. Obwohl die vorliegende Erfindung sich auf die Verwendung einer Gleichspannung zur Betätigung des MEMS bezieht, kommt die vorliegende Erfindung auch für die Verwendung einer Gleich-, Wechsel- und/oder HF-Spannung in Frage, da die Anziehungskraft zwischen elektrisch vorgespannten Aktuatoren proportional zum Quadrat der Spannung ist. Obwohl die vorliegende Erfindung sich auf die Verwendung von Mini-Höckern zur Verhinderung der Aktuator-Haftreibung konzentriert, können die Mini-Höcker auch verwendet werden, um eine Kondensatorkopf-Haftreibung zu verhindern, wodurch die Kapazität des Balkens im betätigten Zustand aufgrund des größeren Abstands zwischen dem MEMS-Balken und den Kondensatorköpfen auf der Ebene des festen Drahts verringert werden kann.
9 und 10 zeigen zusätzliche Verarbeitungsschritte und jeweilige Strukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung zum Bilden des MEMS-Balkens, des oberen MEMS-Hohlraums und des Deckels. Ein Kontaktloch Xi kann in den Isolatorschichten 20 und 36 zum darunterliegenden Draht 14a' gebildet werden. Das Kontaktloch Xi kann ein abgeschrägtes Kontaktloch sein, das mit Lithografie-, Ätz- und Reinigungsprozessen gebildet wird, oder ein Kontaktloch anderen Typs wie z.B. ein Damascene-Wolfram-Stift, wie dem Fachmann bekannt ist. Die Verwendung eines abgeschrägten Kontaktlochs reduziert die Beanspruchung der Siliciumoberfläche durch CMP, wodurch die Variabilität der Siliciumdicke verringert wird, das Polieren oder Beschädigen des oberen MEMS-Kondensator-Isolators vermieden wird und das Risiko der Bildung einer tiefen Lücke gemindert wird. In Ausführungsformen ist darauf zu achten, dass das abgeschrägte Kontaktloch die darunterliegende TiN, TiAl₃ oder AICu-Oberfläche nicht übermäßig oxidiert, was einen hohen Kontaktlochwiderstand verursachen kann. Optional kann das Abziehen des RIE-Fotolacks nach dem Bilden des Kontaktlochs bei niedriger Temperatur durchgeführt werden, d.h. 100 °C, um eine Oxidation zu minimieren.
In Ausführungsformen sollte das Kontaktloch Xi außerhalb des Bereichs des Silicium-Hohlraums liegen, da die Oxidätzung zu seiner Herstellung durch die Schicht 18 blockiert würde, wenn es im Inneren des Silicium-Hohlraums angeordnet wäre. Wenn der nachfolgende Metallabscheidungsprozess in Ausführungsformen eine schlechte Konturtreue oder Seitenwandbedeckung hat, sollte das Seitenverhältnis des abgeschrägten Kontaktlochs niedrig sein, z.B. 0,5:1. Für einen 2 µm dicken Isolator 20 kann zum Beispiel ein 4 µm breites abgeschrägtes Kontaktloch verwendet werden. Alternativ dazu kann für das abgeschrägte Kontaktloch ein höheres Seitenverhältnis verwendet werden, wenn ein konturtreuer Aluminium-Prozess, d.h. ein Hot-Reflow-PVD- oder CVD-Prozess verwendet wurde. Alternativ dazu kann ein Kontaktloch mit Damascene-Wolfram-Stift gefertigt werden, wie dem Fachmann bekannt ist.
Weiter auf 9 Bezug nehmend, wird auf dem Isolatormaterial 36 und innerhalb des Kontaktlochs eine nachfolgende Metallschicht 38 gebildet und strukturiert. In Ausführungsformen wird die Metallschicht 38 verwendet, um die untere Elektrode des MEMS-Balkens zu bilden. Die Metallschicht 38 kann abgeschieden und strukturiert werden, um die Aktuator-Höcker 34a, 34b, 34c usw. zu bedecken, oder in zusätzlichen Ausführungsformen, um sie unbedeckt zu lassen, oder beides. Wenn die Aktuator-Höcker 34a, 34b, 34c unbedeckt sind, wird die Wahrscheinlichkeit der Haftreibung, Lichtbogenbildung oder anderer dielektrischer Schäden zwischen den Aktuator-Platten reduziert oder beseitigt. Wenn die Aktuator-Höcker 34a, 34b, 34c usw. nicht von der Metallschicht 38 bedeckt sind und aufgrund der gewählten Prozessmethode eine Stufe in die Aktuator-Höcker 34a, 34b, 34c usw. herab vorhanden ist, kann entlang der Seitenwand der Aktuator-Höcker 34a, 34b, 34c usw. ein dünner Metall-Abstandshalter gelassen werden. Die Metallschicht 38 wird auch im Kontaktloch gebildet, in Kontakt mit dem Draht (Elektrode) 14a'. In optionalen Ausführungsformen kann die Metallschicht 38 auch in den Gräben 33 oder über den Gräben 33 in direktem Kontakt mit dem Material 34 in den Gräben abgeschieden werden.
In Ausführungsformen kann die Metallschicht 38 unter anderen Materialien aus TiN, TiN oder W, Ru, Pt, Ir bestehen. Die Dicken dieser und anderer Elektroden und/oder Drähte kann abhängig von den spezifischen Auslegungsparametern unterschiedlich sein. Zum Beispiel können Ti/AlCu/Ti/TiN-Schichten mit jeweils 10 nm, 5.000 nm, 10 nm und 32 nm Dicke verwendet werden, wodurch nach dem Tempern bei 400 °C TiAl₃ unter und über dem AlCu gebildet wird. Um Ätzhöcker zu minimieren, kann in Ausführungsformen eine optionale Ti-Schicht abgeschieden und/oder in direktem Kontakt mit Al gebildet werden. In diesem Fall sollten die Ätzhöcker auf der Unterseite der Metallschicht (Elektrode) 38 unterdrückt werden, im Unterschied zur Oberseite. Alternativ dazu kann die Metallschicht 38 aus einem Edelmetall wie z.B. Au gebildet werden; oder aus einem Refraktärmetall wie z.B. W oder Ta; oder ohne eine Ti-AlCu-Zwischenschicht, z.B. Ti/TiN/AlCu/TiN.
Ein Isolatormaterial 40 wird konturtreu über der Metallschicht 38 abgeschieden. In Ausführungsformen ist das Isolatormaterial 40 ein Oxid, das mit einem der oben erläuterten Verfahren abgeschieden wird. In Ausführungsformen wird das Isolatormaterial 40 abhängig von der Balken-Federkonstante und den Anforderungen an das Oxid-Metall-Dickenverhältnis auf eine Höhe von etwa 0,5 bis 5 µm abgeschieden. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Isolatormaterial 40 ein 400-°C-PECVD-Oxid mit 2 µm Dicke und weist eine gut gesteuerte Restspannung und Dicke auf. In Ausführungsformen werden im Isolatormaterial 40 Kontaktlöcher gebildet, um Abschnitte der darunterliegenden Metallschicht 38 auf eine Weise freizulegen, wie zuvor für die Kontaktlöcher in dem Isolatormaterial 20 beschrieben. Eine Schwankung in der Dicke der Isolatorschicht 40 oder in der Restspannung hat eine Variabilität der Federkonstante und des Spannungsgefälles im gesamten MEMS-Balken zur Folge, die die Balkenkrümmung und -biegung negativ beeinflussen kann.
Eine obere Elektrode (Metallschicht) 42 wird über der Isolatorschicht 40 gebildet und strukturiert, und auch in den Kontaktlöchern Xii abgeschieden, um mit der unteren Elektrode (Metallschicht) 38 in Kontakt zu sein. In Ausführungsformen wird die obere Elektrode 42 aus den gleichen Materialien wie die untere Elektrode 38 gebildet. Zum Beispiel sind die Elektroden 38 und 42 in einer beispielhaften Ausführungsform aus Ti/AlCu/Ti/TiN zusammengesetzt. Für die abgeschrägten Kontaktlöcher kann es wünschenswert sein, die TiN-Schicht ganz zu entfernen, bevor das Metall für die Elektroden 38 und 42, d.h. Ti/AlCu/Ti/TiN, abgeschieden wird, indem sie mit einer TiN-RIE-Chemie geätzt wird, mit einem Argon-Sputter gesputtert wird, oder durch eine Kombination aus beiden, um das Potenzial für hohe Kontaktlochwiderstände zu beseitigen. Das Metallvolumen der Elektroden 38 und 42 sollte gleich oder im Wesentlichen gleich sein, um das Gesamtvolumen und die Beanspruchung der Einheit auszubalancieren, und daher keine unzulässigen Beanspruchungen an die Balken der MEMS-Strukturen anzulegen, wie in der US-Anmeldung Serien-Nr. 12/974 854 erläutert.
Weiter auf 9 Bezug nehmend, wird auf der oberen Elektrode 42 und freiliegenden Abschnitten des Isolatormaterials 40 ein optionales Isolatormaterial 44 abgeschieden. In Ausführungsformen wird das Isolatormaterial 44 auf eine Dicke von etwa 80 nm abgeschieden, obwohl auch andere Abmessungen für die vorliegende Erfindung in Frage kommen. Um den MEMS-Balken auszubalancieren, sollte das Isolatormaterial 44 über dem MEMS-Balken im Wesentlichen die gleiche Dicke wie das Isolatormaterial 36 unter dem MEMS-Balken haben. Dieser Dickenausgleich der Schichten 36 und 44 sollte jede zusätzliche Dielektrikumsabscheidung auf der Schicht 44, die während des nachfolgenden Schritts der Dielektrikumsabscheidung zum Verschluss des Austreiblochs auftritt, einschließen. Ein Hohlraum-Kontaktloch wird durch die Isolatormaterialien 44, 40 und 36 zur darunterliegenden Schicht 18 gebildet, indem durch die Isolatoren hindurch strukturiert und geätzt wird. In Ausführungsformen kann unerwünschtes Oxid wie z.B. ein Eigenoxid, das gebildet wird, wenn die Schicht 18 der Luft ausgesetzt ist, vor der nachfolgenden Materialabscheidung zum Beispiel mit einer HF-Säure gereinigt werden.
9 zeigt außerdem eine auf dem Isolatormaterial 44 und in dem (den) Durchkontakt(en) abgeschiedene Schicht 46, die zur darunterliegenden Schicht 18 verläuft. In Ausführungsformen ist die Schicht 46 aus dem gleichen Material wie die Schicht 18, z.B. Silicium, welches auf eine Dicke von etwa 4 µm abgeschieden werden kann, obwohl auch andere Abmessungen für die vorliegende Erfindung in Frage kommen. In Ausführungsformen wird aufgrund der Reinigung mit HF-Säure zwischen den zwei Siliciumschichten (z.B. Schicht 18 und Schicht 46) kein Oxid vorhanden sein. Alternativ dazu kann ein Hohlraum-Opfermaterial wie z.B. ein Aufschleuderpolymer verwendet werden.
Die Schicht 46 kann so abgeschieden werden, dass die Topografie der Schicht 46 sich an die darunterliegenden Strukturelemente anpasst, z.B. rückläufige Öffnungen bildet. Um eine bestimmte Topografie, die eine Fixierung des MEMS-Balkens zur Folge hätte, zu vermeiden, sollte die Abscheidung der Schicht 46 optimiert werden. Dies kann durch Abscheiden einer dicken Schicht 46 erreicht werden, um Kontaktlöcher mit rückläufigen Öffnungen abzuschnüren oder partiell abzuschnüren, oder durch einen CMP-Prozess, gefolgt von einer nachfolgenden Silicium-Abscheidung, oder durch eine Kombination des Obigen. Als veranschaulichendes, nicht einschränkendes Beispiel hat die Schicht 46 eine Anfangsdicke von 3 µm, wird einer CMP-Entfernung von 1 µm unterzogen, und einer zweiter Silicium-Abscheidung, um die Dicke von 4 µm zu erreichen. In einer optionalen Ausführungsform kann die Schicht 46 einem optionalen Lithografie- und RIE-Prozess mit einer umgekehrten Maske (reverse mask) unterzogen werden, ähnlich wie dem oben beschriebenen.
Wie außerdem in 9 gezeigt, kann auf dem Material 46 und dem freiliegenden Isolatormaterial 44 ein Isolatormaterial (Oxidmaterial) 48 abgeschieden werden. Das Material 48 kann so planarisiert werden, dass Material (z.B. Oxid) über der Schicht 48 übrig bleibt, oder es kann zur darunterliegenden Schicht 48 plan sein. Ungeachtet dessen, ob die Schicht 48 zurück zur Oberfläche der Schicht 46 planarisiert wird oder nicht, kann die Abscheidung von zusätzlichem Dielektrikum notwendig sein, um über dem MEMS-Hohlraum die erforderliche Oxiddeckeldicke zu bilden, wie weiter unten erläutert. Alternativ dazu kann das Isolatormaterial 48 teilweise planarisiert werden oder unplanarisiert gelassen werden. Als ein optionaler Schritt kann das Isolatormaterial 48 auf eine Dicke von etwa 5 µm abgeschieden werden, gegenüber den 2,3 µm, mit einer Si-Schicht, die zum Beispiel auf das dicke Oxidmaterial abgeschieden wird.
Die Si-Schicht (und Abschnitte des Isolatormaterials 48) werden mit herkömmlichen Prozessen wie z.B. CMP planarisiert. Die Abscheidung des Isolatormaterials 48 sollte die Zwischenräume der Drahtebene ausreichend füllen, damit Leerstellen im Oxid sich nicht mit der CMP-planarisierten Oxidfläche schneiden, zum Beispiel durch Abscheiden der Anfangsoxid-Dünnschicht mit HDPCVD-Oxid, um die Zwischenräume zu füllen, Abscheiden/Ätzen/Abscheiden des Oxids, oder Oxid auf PECVD-TEOS-Grundlage, entweder für die Anfangsoxid-Abscheidung oder für die gesamte Dünnschicht. Bei all diesen Ausführungsformen ist der Umkehrstruktur-Rückätzschritt optional. Ein zusätzliches Oxidmaterial kann auch abgeschieden werden, um die Deckeldicke vor dem Austreiben des Siliciums festzulegen. Das Oxidmaterial kann vor dem Austreiben eine Dicke von zum Beispiel etwa 3 µm haben.
In Ausführungsformen wird im Deckel 48 ein Austreibloch 50 strukturiert und geöffnet, wodurch ein Abschnitt der darunterliegenden Schicht 46 freigelegt wird. Es versteht sich, dass mehr als ein Austreibloch 50 im Isolatormaterial 48 gebildet werden kann. Das Austreibloch 50 kann mit konventionellen Lithografie- und Ätzprozessen gebildet werden, die dem Fachmann bekannt sind. Die Breite und Höhe des Austreiblochs 50 legt die Menge des Materials fest, das nach dem Austreiben des Siliciums abgeschieden werden muss, um das Austreibloch abzuschnüren. Allgemein nimmt die Menge des Materials, das abgeschieden werden sollte, um das Austreibloch 50 abzuschnüren, mit abnehmender Breite des Austreiblochs ab; und mit zunehmendem Seitenverhältnis des Austreiblochs, also dem Verhältnis der Höhe zur Breite des Austreiblochs. In Ausführungsformen weist ein 3 µm dicker Deckel vor dem Austreiben einen Durchmesser von 1 µm auf.
Das Austreibloch 50 kann kreisförmig oder annähernd kreisförmig sein, um die Menge des Materials zu minimieren, das anschließend benötigt wird, um es abschnüren. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Austreibloch 50 achteckig geformt, wodurch der Rechenaufwand minimiert wird, wie oben erläutert. In einer beispielhaften Ausführungsform ist etwa 1 µm Oxiddeckel auf 10.000 µm² Hohlraumfläche erforderlich, um eine Deckel-Rissbildung nach dem Austreiben zu verhindern. Die Austreiblöcher 50 können an verschiedenen Stellen an Abschnitten (freiliegenden Abschnitten) der oberen Schicht 46, der unteren Schicht 18 oder sowohl der oberen als auch der unteren Schicht 46, 18 gebildet werden. Die Austreiblöcher werden zum Beispiel sowohl innerhalb als auch außerhalb der Hohlraum-Kontaktlöcher 56 gebildet.
In 10 sind die Opferschichten 46 und 18 durch das Austreibloch 50 ausgetrieben oder abgelöst worden. In Ausführungsformen kann die Struktur und insbesondere die freiliegende darunterliegende Schicht 46 vor dem Austreiben mit einer HF-Lösung gereinigt werden, um das Eigenoxid zu entfernen und die freiliegende Siliciumoberfläche und somit die Oberfläche der Schicht 46 mit Wasserstoff zu passivieren. In Ausführungsformen kann das Ablösen (z.B. Ätzen) durch das Austreibloch 50 mit einem XeF₂-Ätzmittel durchgeführt werden. Das Ätzen entfernt das gesamte Material (Silicium), wodurch ein oberer Hohlraum oder eine obere Kammer 52 und ein unterer Hohlraum oder eine untere Kammer 54 gebildet wird, und ist selektiv zu vielen anderen Materialien, einschließlich SiO₂. In Ausführungsformen ist die Ätzrate der Schicht 46 im oberen Abschnitt 52 schneller als die der Schicht 18 im unteren Abschnitt 56, wodurch gewährleistet wird, dass keine unzulässige Beanspruchung an den unteren Abschnitt 56 angelegt wird. (Der obere Abschnitt 52 und der untere Abschnitt 54 bilden den oberen Hohlraum und den unteren Hohlraum der MEMS-Struktur).
Wie in 10 gezeigt, kann das Austreibloch 50 mit Material 58 wie einem Dielektrikum oder Metall verschlossen sein. Um das Problem zu vermeiden, dass Verschlussmaterial in den Hohlraum eindringt und auf den MEMS-Balken abgeschieden wird, sollten in Ausführungsformen die Austreiblöcher 50 weit genug von den Kontaktlöchern angeordnet werden, z.B. mehr als 1 µm oder, in einer beispielhaften Ausführungsform, mehr als 5 µm, damit der freigelegte MEMS-Balken nicht durch die Verschlussmaterial-Abscheidung mit dem Deckel verbunden wird. Alternativ dazu können die Austreiblöcher 50 in Hohlraumbereichen angeordnet werden, die weit vom MEMS-Balken entfernt sind, damit auf dem freigelegten MEMS-Balken kein Austreibloch-Verschlussmaterial abgeschieden wird. Dann wird eine optionale Schicht 60 abgeschieden, um für einen luftdichten Abschluss zu sorgen. Die Schicht 60 kann zum Beispiel eine 500 nm dicke PECVD-Siliciumnitrid-Dünnschicht sein, oder andere Dünnschichten, die dafür bekannt sind, für einen luftdichten Abschluss über der Oxidschicht 62 zu sorgen.
11 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 11 ein Array von Aktuator-Mini-Höckern 34, die vom MEMS-Balken 75 nach unten verlaufen und mit Aktuator-Elektroden 14a₁ ausgerichtet sind. In Ausführungsformen kommt das Array von Aktuator-Mini-Höckern 34 bei Betätigung des MEMS-Balkens, z.B. beim Anlegen einer Spannung, mit den Aktuator-Elektroden 14a₁ in Kontakt (landet darauf), wodurch gewährleistet wird, dass der Aktuator-Abschnitt des MEMS-Balkens 75 physisch von den Aktuator-Elektroden 14a₁ getrennt ist; die Aktuator-Höcker 34 des Arrays sind aber so groß und so geformt, dass sie dem Kondensatorkopf-Abschnitt des MEMS-Balkens 75 erlauben, mit der Kontaktregion 14a₂ der Elektroden in Kontakt zu kommen. In Ausführungsformen können die Aktuator-Höcker 34 etwa 0,5 µm breit und etwa 50 Nanometer hoch sein. In weiteren Ausführungsformen kann eine Mehrheit der Aktuator-Höcker 34 des Arrays die gleiche Größe und Form haben, mit tieferen (breiteren und/oder längeren) Aktuator-Höckern 34a, die am weitesten von den Kontaktregionen 14a₂ angeordnet sind, und schmaleren Aktuator-Höckern 34, die näher an der Kontaktregion 14a₂, z.B. dem Kondensatorkopf, angeordnet sind.
11 zeigt auch einen optionalen großen Puffer Xiii, der zusätzlich zu den Mini-Höckern 34 angeordnet werden kann. Wenn der optionale große Puffer Xiii angeordnet wurde, ist es notwendig, direkt vor oder nach dem Bilden der Gräben 33a, 33b und 33c einen zusätzlichen Lithographie-, Ätz- und Reinigungsschritt durchzuführen, oder es können breitere Puffer verwendet werden, wie weiter unten gezeigt.
12 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 12 ein Array von Aktuator-Mini-Höckern 34, die vom MEMS-Balken 75 nach unten verlaufen und mit den Aktuator-Elektroden 14a₁ ausgerichtet sind. In der Ausführungsform von 12 kann das Array von Aktuator-Höckern 34 unterschiedliche Breiten und unterschiedliche Tiefen haben. Auch wenn eine willkürlich unterschiedliche Tiefe gezeigt wird, kann es wünschenswert sein, auf den Aktuatoren in der Nähe des Kondensatorkopfs flachere Mini-Puffer anzuordnen, um eine Abnahme in der Kapazität, die durch die Mini-Höcker über den Aktuatoren verursacht wird, zu minimieren oder zu beseitigen, und tiefere Mini-Höcker weiter vom Kondensatorkopf weg anzuordnen; oder flachere Mini-Höcker auf dem Kondensatorkopf und tiefere Mini-Höcker auf den Aktuatoren anzuordnen, um die Haftreibung an den Aktuatoren zu verringern, die auf die Betätigungs-Gleichspannung zurückzuführen ist, und die Haftreibung am Kondensatorkopf, die auf die HF-Spannung zurückzuführen ist.
Wie im beigefügten Schaubild gezeigt, können die verschiedenen Abmessungen, z.B. Breiten, durch unterschiedliche Ätzraten während der Fertigung des Arrays von Aktuator-Höckern erhalten werden. Zum Beispiel werden etwa 0,5 und 2 Mikrometer breite Mini-Höcker jeweils mit 0,4 und 0,8 Mikrometer pro Minute geätzt. Etwa 0,5 Mikrometer breite und 25 nm tiefe Mini-Höcker können direkt benachbart zum Kondensatorkopf 14a₂ angeordnet werden, und 2 Mikrometer breite und 50 nm tiefe Mini-Höcker können weiter weg vom Kondensatorkopf 14a₂ angeordnet werden, um einen engeren Kondensatorkopf-Kontakt zwischen dem festen Draht 34 und dem MEMS-Balken-Draht 38 zuzulassen und die MEMS-Kapazität im betätigten Zustand zu erhöhen. Die unterschiedlichen Breiten können zum Beispiel im Bereich von etwa 0,1 µm bis etwa 5,0 µm liegen; auch wenn andere Abmessungen für die vorliegende Erfindung in Frage kommen.
In Ausführungsformen kommen aufgrund der verschiedenen Abmessungen einige Aktuator-Höcker 34 des Arrays mit den Aktuator-Elektroden 14a₁ in Kontakt, wodurch sichergestellt wird, dass der MEMS-Balken 75 physisch von den Aktuator-Elektroden 14a₁ getrennt wird; die Aktuator-Höcker 34 des Arrays sind aber so groß und so geformt, dass sie dem MEMS-Balken 75 erlauben, mit der Kontaktregion 14a₂ der Elektroden in Kontakt zu kommen. In Ausführungsformen können die unterschiedlichen Tiefen und/oder Breiten durch zwei oder mehr Maskierungsschritte gebildet werden.
In Ausführungsformen sind die Mini-Höcker 34 in Löchern, Öffnungen oder Zwischenräumen im Inneren des unteren MEMS-Drahts 38 angeordnet, um zu verhindern, dass der elektrisch vorgespannte MEMS-Balken-Aktuator mit dem elektrisch vorgespannten festen Aktuator 34 in Kontakt kommt. Eine MEMS-Balken-Haftreibung tritt auf, wenn ein elektrisches Feld zwischen zwei MEMS-Aktuatoren fließt, und nimmt mit zunehmendem elektrischen Feld zu. Falls die Mini-Höcker in Löchern innerhalb des unteren MEMS-Drahts 38 angeordnet sind, wird das elektrische Feld zwischen dem MEMS-Draht 38 und dem festen Aktuator-Draht 34 auf signifikante Weise verringert, wenn der Mini-Höcker unter dem MEMS-Balken-Draht 38 mit dem festen Aktuator-Draht 34 in Kontakt kommt. Dies bedeutet, dass die Mini-Höcker mit der Oberfläche der festen Aktuator-Drähte 34 in Kontakt kommen.
13 zeigt eine Draufsicht der Strukturen von 11 oder 12 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 13 ein Array von Aktuator-Mini-Höckern 34, die von einer unteren Elektrode 38 des MEMS-Balkens verlaufen und mit Aktuator-Elektroden 14a₁ ausgerichtet sind. Wie gezeigt, landet das Array von Aktuator-Höckern 34 auf den Aktuator-Elektroden 14a₁, wenn eine Spannung angelegt wird, wodurch gewährleistet wird, dass die untere Elektrode 38 des MEMS-Balkens physisch von den Aktuator-Elektroden 14a₁ getrennt sind; die Aktuator-Höcker 34 des Arrays sind aber so groß und so geformt, dass sie der unteren Elektrode 38 des MEMS-Balkens erlauben, mit der Kontaktregion 14a₂ der Elektroden in Kontakt zu kommen.
14 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 14 ein Array von Aktuator-Höckern 34, die vom MEMS-Balken 75 nach unten verlaufen und mit isolierten Aktuator-Elektroden 14a₃ ausgerichtet sind. In jeder der Ausführungsformen können die isolierten Aktuator-Elektroden 14a₃ zum Beispiel (i) einzeln elektrisch schwebende Dummy-Leiter sein, (ii) verbundene, aber elektrisch schwebende Dummy-Leiter, (iii) einzeln elektrisch schwebende oder verbundene, aber elektrisch schwebende Dummy-Leiter, oder (iv) mit einer Spannung wie z.B. Masse oder einer Kombination bekannter Wechsel- und Gleichspannungen verbunden sein. In Ausführungsformen kann die bekannte Spannung beispielsweise der Balken-Aktuator-Spannung entsprechen.
In der Ausführungsform von 14 landet das Array von Aktuator-Höckern 34 in Betrieb auf den isolierten Aktuator-Elektroden 14a₃. Auf diese Weise stellt das Array von Aktuator-Höckern 34 sicher, dass die Aktuatoren im MEMS-Balken 75 physisch von den festen Aktuator-Elektroden getrennt sind; die Aktuator-Höcker 34 des Arrays sind aber so groß und so geformt, dass sie dem Kondensatorkopf im MEMS-Balken 75 erlauben, mit dem Kondensatorkontakt 14a₂ der Elektroden in Kontakt zu kommen. Diese Dummy-Kontaktregionen 14a₃ können elektrisch schwebend, mit dem gleichen Spannungspotential wie der MEMS-Balken-Aktuator vorgespannt sein, oder mit einer beliebigen Spannung vorgespannt sein. Bevorzugt werden die Dummy-Kontaktregionen 14a₃ elektrisch schwebend gelassen oder mit der gleichen Spannung wie die MEMS-Balken-Aktuatoren vorgespannt. Wie in den vorherigen Ausführungsformen kann das Array von Aktuator-Höckern 34 auch unterschiedliche Breiten und Tiefen haben, indem die Ätzraten während der Fertigung des Arrays von Aktuator-Höckern angepasst werden. Auch hier können die Breiten zum Beispiel im Bereich von etwa 0,4 µm bis etwa 5,0 µm liegen; obwohl für die vorliegende Erfindung auch andere Abmessungen in Frage kommen. Diese Ausführungsform verringert das elektrische Feld in den physischen Kontaktflächen zwischen dem unteren MEMS-Draht 38 und dem festen Aktuator-Draht 34, da zwischen dem unteren MEMS-Draht 38 und der Dummy-Form im festen Aktuator-Draht 34 keine Spannungsdifferenz vorhanden ist.
15 zeigt eine Draufsicht der in 14 gezeigten Ausführungsform. Insbesondere zeigt 15 ein Array von Aktuator-Höckern 34, die von der unteren Elektrode 38 und in Ausrichtung mit isolierten Aktuator-Elektroden 14a₃ nach unten verlaufen. Wie gezeigt, landet das Array von Aktuator-Höckern 34 des MEMS-Balkens auf den Aktuator-Elektroden 14a₃, wenn eine Spannung angelegt wird, wodurch gewährleistet wird, dass die untere Elektrode 38 des MEMS-Balkens physisch von den Aktuator-Elektroden getrennt sind; die Aktuator-Höcker 34 des Arrays sind aber so groß und so geformt, dass sie dem MEMS-Balken-Kondensatorkopfabschnitt der unteren Elektrode 38 des MEMS-Balkens erlauben, mit dem Kondensatorkopf der Kontaktregion 14a₂ der Elektroden in Kontakt zu kommen. In dieser Ausführungsform gibt es zwischen dem elektrisch vorgespannten MEMS-Balken und den festen Aktuator-Elektroden 14a₅ keinen physischen Kontakt jeglicher Art.
16 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 16 ein Array von Aktuator-Mini-Höckern 34, die vom MEMS-Balken 75 und in Ausrichtung mit Zwischenräumen 14a₄ zwischen isolierten Aktuator-Elektroden 14a₃ nach unten verlaufen. In der Ausführungsform von 16 landet das Array von Aktuator-Höckern 34 zwischen den isolierten Aktuator-Elektroden 14a₃ auf dem Substrat 10. Die Aktuator-Höcker 34 des Arrays sind aber so groß, dass sichergestellt wird, dass der MEMS-Balken 75 physisch von den Aktuator-Elektroden getrennt ist, aber noch mit der Kontaktregion 14a₂ der Elektroden in Kontakt ist. Wenn die festen Aktuator-Drähte zum Beispiel 250 nm hoch sind, können die Mini-Höcker 34 etwa 300 nm hoch sein, um einen Spalt von 50 nm zwischen dem kontaktierten MEMS-Balken und festen Aktuatoren bereitzustellen. Wie in den vorherigen Ausführungsformen kann das Array von Aktuator-Höckern 34 unterschiedliche Breiten und Tiefen aufweisen, indem die Ätzraten während der Fertigung des Arrays von Aktuator-Höckern angepasst werden; obwohl diese Ausführungsform eine konstante Tiefe des Arrays von Aktuator-Höckern 34 zeigt. Auch hier können die Breiten zum Beispiel im Bereich von etwa 0,4 µm bis etwa 5,0 µm liegen; auch wenn andere Abmessungen für die vorliegende Erfindung in Frage kommen.
17 zeigt eine Draufsicht der in 16 gezeigten Ausführungsform. Insbesondere zeigt 17 ein Array von Aktuator-Höckern 34, die von der unteren Elektrode 38 und in Ausrichtung mit Zwischenräumen 14a₄ zwischen den isolierten Aktuator-Elektroden 14a₃ nach unten verlaufen. Wie gezeigt, landet das Array von Aktuator-Höckern 34 zwischen den Zwischenräumen 14a₄ der isolierten Aktuator-Elektroden 14a₃ und kommt mit dem darunterliegenden Substrat 10 in Kontakt. Die Aktuator-Höcker 34 des Arrays sind aber so groß, dass gewährleistet wird, dass die untere Elektrode 38 des MEMS-Balkens physisch von den Aktuator-Elektroden getrennt ist, wobei sie auch mit der Kontaktregion 14a₂ der Elektroden in Kontakt ist.
18a bis 22b zeigen verschiedene Konfigurationen des Arrays von Aktuator-Höckern 34 und/oder 16a. Insbesondere zeigen 18a bis 22b eine untere Elektrode des MEMS-Balkens 75, die mit einer unteren, festen Aktuator-Elektrode 14" ausgerichtet ist. In diesen Ausführungsformen schließen der MEMS-Balken 75 und die darunterliegende feste Aktuator-Elektrode 14" Isolatormaterial ein, das entweder voll oder partiell eingekapselt ist, wie durch die verschiedenen Kreuzschraffuren angezeigt. In 22a und 22b ist die untere feste Aktuator-Elektrode 14" auf einem Isolatormaterial oder darunterliegenden Substrat 10 gebildet. In jeder der Ausführungsformen landet das Array von Aktuator-Höckern 34 und/oder 16a auf dem Isolatormaterial des jeweiligen MEMS-Balkens 75 oder der unteren festen Aktuator-Elektrode 14", oder auf einem darunterliegenden Substrat. Doch in jeder dieser Ausführungsformen verhindert das Array von Aktuator-Höckern 34 und/oder 16a den Kontakt zwischen dem MEMS-Balken 75 und einer darunterliegenden festen Aktuator-Elektrode 14". Das heißt, das Array von Aktuator-Höckern 34 und/oder 16a gewährleistet, dass zwischen dem MEMS-Balken 75 und der darunterliegenden festen Aktuator-Elektrode 14" ein physischer Zwischenraum vorhanden ist.
In 18a verläuft das Array von Mini-Höckern 34 vom MEMS-Balken 75 nach unten. In 18b verläuft das Array von Mini-Höckern 34 vom MEMS-Balken 75 und in Ausrichtung mit einer Öffnung 75a davon nach unten. Es versteht sich, dass die Breiten- und Passgenauigkeitstoleranzen für die Strukturen, in welchen der Mini-Höcker 34 auf einer Dummy-Form oder in einem Loch 75a im Draht landet, im Layout zu berücksichtigen sind. Wenn der Mini-Höcker 34 zum Beispiel 0,5 Mikrometer breit ist und eine Breitentoleranz von 0,1 Mikrometer und eine Passgenauigkeitstoleranz von +/- 0,1 Mikrometer hat, sollte das Dummy-Strukturelement, auf welchem er landet, mindestens 0,7 Mikrometer breit sein, um den Mini-Höcker voll aufzunehmen, oder das Loch, in welchem er landet, sollte mehr als 0,7 Mikrometer breit sein. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Breite der Mini-Höcker 0,5 Mikrometer, die Passgenauigkeitstoleranz ist +/- 0,1 Mikrometer, und das Loch, in welchem er landet, ist 0,9 +/- 0,1 Mikrometer breit. Das Gleiche gilt für Mini-Höcker, die auf Dummy-Formen landen, wobei es wünschenswert sein kann, dass der Mini-Höcker nicht auf der Ecke einer Dummy-Form landet, und es wünschenswert ist, dass der Mini-Höcker nicht auf einem elektrisch vorgespannten, aktiven Aktuator landet.
In 18c verläuft das Array von Mini-Höckern 34 vom MEMS-Balken 75 und in Ausrichtung sowohl mit der Öffnung 75a als auch mit einer isolierten (Dummy)-Aktuator-Elektrode 14a₃ nach unten. In Ausführungsformen wird an die isolierte (Dummy)-Aktuator-Elektrode 14a₃ keine Spannung angelegt, und da das Array von Mini-Höckern 34 nicht direkt über dem Aktuator-Leiter liegt, ist kein elektrisches Feld durch die Höcker vorhanden, weshalb diese Ausführungsformen eine Balkenauflage über der Aktuator-Elektrode verhindert. Dasselbe Phänomen tritt gleichermaßen auf, wenn das Array von Mini-Höckern 34 (oder 16) über einem Zwischenraum oder einer Öffnung in der Aktuator-Elektrode liegt, siehe z.B. 21b, 21d, 22a und 22b.
In 18d verläuft das Array von Mini-Höckern 34 vom MEMS-Balken 75 und in Ausrichtung sowohl mit der Öffnung 75a als auch mit einer Öffnung 14a₄ zwischen der festen Aktuator-Elektrode 14" nach unten. 18e und 18f entsprechen 18c und 18d mit der Ausnahme, dass der MEMS-Balken über den Mini-Höckern liegt.
In 19a verläuft das Array von Mini-Höckern 16a von der festen Aktuator-Elektrode 14" und in Ausrichtung mit dem MEMS-Balken 75 nach oben. In 19b verläuft das Array von Mini-Höckern 16a von der festen Aktuator-Elektrode 14" und in Ausrichtung mit der Öffnung 75a des MEMS-Balkens 75 nach oben. In 19c verläuft das Array von Aktuator-Balken 16a von der festen Aktuator-Elektrode 14" und in Ausrichtung mit einem isolierten Abschnitt 75b des MEMS-Balkens 75 nach oben.
In 20a ist das Array von Mini-Höckern 16a aus Metall oder Metalllegierung und verläuft von der festen Aktuator-Elektrode 14" und in Ausrichtung mit dem MEMS-Balken 75 nach oben. In 20b ist das Array von Mini-Höckern 16a aus Metall oder Metalllegierung und verläuft von der festen Aktuator-Elektrode 14" und in Ausrichtung mit der Öffnung 75a des MEMS-Balkens 75 nach oben. In 20c ist das Array von Aktuator-Balken 16a aus Metall oder Metalllegierung und verläuft von der festen Aktuator-Elektrode 14" und in Ausrichtung mit einem isolierten Abschnitt 75b des MEMS-Balkens 75 nach oben. In Ausführungsformen ist das Metall oder die Metalllegierung der Balken 16a bevorzugt aus dem gleichen Material wie die in den oben beschriebenen Prozessen gebildete feste Aktuator-Elektrode 14".
In 21a ist das Array von Mini-Höckern 34 aus Metall oder Metalllegierung und verläuft vom MEMS-Balken 75 nach unten. In 21b ist das Array von Mini-Höckern 34 aus Metall oder Metalllegierung und verläuft vom MEMS-Balken 75 und in Ausrichtung mit einer Öffnung 14"a zwischen den Aktuator-Elektroden 14" nach unten. In 21c ist das Array von Mini-Höckern 34 aus Metall oder Metalllegierung und verläuft vom MEMS-Balken 75 nach unten und in Ausrichtung sowohl mit der isolierten Aktuator-Elektrode 14a₃ nach unten. In 21d ist das Array von Mini-Höckern 34 aus Metall oder Metalllegierung und verläuft vom MEMS-Balken 75 nach unten und ist mit der Öffnung 14a₄ zwischen der festen Aktuator-Elektrode 14" ausgerichtet.
In 22a ist das Array von Mini-Höckern 34 aus Metall oder Metalllegierung und verläuft vom MEMS-Balken 75 und in Ausrichtung mit der isolierten Aktuator-Elektrode 14a₃ nach unten. In 22b ist das Array von Mini-Höckern 34 aus Metall oder Metalllegierung und verläuft vom MEMS-Balken 75 und in Ausrichtung mit der Öffnung 14a₄ zwischen der festen Aktuator-Elektrode 14" nach unten.
23a bis 23d zeigen verschiedene Layouts für die feste Aktuator-Elektrode 14" und den MEMS-Balken. In diesen Ausführungsformen sind die Formen der verschiedenen Strukturen rund; obwohl auch andere Abmessungen wie zum Beispiel oval, dreieckig, achteckig, ein Quadrat, Fünf-, Sechs-, Sieben-, Achteck oder andere offene Formen für die vorliegende Erfindung in Frage kommen. 23a zeigt die feste Aktuator-Elektrode 14" und eine isolierte Aktuator-Elektrode 14a₃. In Ausführungsformen kann 23a auch für den Aktuator-Höcker 16a repräsentativ sein. Ein Zwischenraum 14a₄ ist zwischen der festen Aktuator-Elektrode 14" und der isolierten Aktuator-Elektrode 14a₃ (oder dem Aktuator-Höcker 16a) angeordnet. In Ausführungsformen ist die isolierte Aktuator-Elektrode 14a₃ (z.B. einzeln elektrisch schwebend) etwa 5 µm und der Zwischenraum zwischen dem Zwischenraum 14a₄ ist auch etwa 5 µm, obwohl auch andere Abmessungen für die vorliegende Erfindung in Frage kommen.
23b zeigt die Öffnung 14a₄ in der festen Aktuator-Elektrode 14". In Ausführungsformen ist die Öffnung 14a₄ etwa 1,5 µm, obwohl auch andere Abmessungen für die vorliegende Erfindung in Frage kommen.
23c zeigt einen Aktuator-Höcker 34 (des Arrays von Höckern), der von der unteren Verdrahtungsschicht 38 des MEMS-Balkens verläuft. In diesen Ausführungsformen ist der Aktuator-Höcker 34 etwa 0,5 µm. In 23d verläuft der Aktuator-Höcker 34 (des Arrays von Höckern) in Ausrichtung mit einer Öffnung 75a von der unteren Verdrahtungsschicht 38 des MEMS-Balkens.

Wie nun zu ersehen ist, wird die MEMS-Aktuator-Haftreibung während der periodischen Betätigung oder des spannungsbedingten Niederhaltens des MEMS-Balkens allgemein durch Verkleinern der Aktuator-Kontaktfläche oder Verringern des elektrischen Felds zwischen dem MEMS-Balken und festen Aktuator-Elektroden, wenn sie in Kontakt sind, reduziert. Demnach reduziert oder beseitigt die vorliegende Erfindung die MEMS-Aktuator-Haftreibung, indem sie das Array von Mini-Höckern so auslegt, dass die Kontaktfläche der Aktuatoren derart reduziert wird, dass nur die Mini-Höcker in Kontakt sind. Zudem kann das elektrische Feld durch das Aktuator-Oxid zwischen in Kontakt befindlichen MEMS-Balken und festen Aktuatoren verringert werden, indem über und/oder unter den Mini-Höckern keine elektrisch vorgespannte Aktuator-Verdrahtung angeordnet wird; und das elektrische Feld durch das Aktuator-Oxid kann beseitigt werden, indem die Mini-Höcker auf Dummy-Formen landen. Dies wird in Tabelle 1 unten für die Layouts in 18 bis 22 zusammengefasst. TABELLE 1

Nur verkleinerte	Durch kontaktiertes	Durch kontaktiertes
Kontaktfläche	Aktuator-Oxid verkleinerte Kontaktfläche und elektrisches Feld	Aktuator-Oxid verkleinerte Kontaktfläche und beseitigtes elektrisches Feld

Repräsentative	Repräsentative Strukturen,	Repräsentative Strukturen,
Strukturen, die in 18a, 19a, 20a und 21a gezeigt werden.	die in 18b, 19b, 20b und 21b gezeigt werden.	die in 18c, 18d, 18e, 18f, 19c, 20c, 21c, 21d, 22a und 22b gezeigt werden.

24a, 24b, 25a und 25b zeigen verschiedene Draufsichten der Strukturen, die Aspekten der vorliegenden Erfindung gemäß gefertigt wurden, und zeigen vier fertige MEMS-Einheiten mit getrennten Elektroden für die Betätigung und das Signal. Zur Betätigung kann zum Beispiel eine Gleichstrom-Vorspannung verwendet werden, und das Signal kann ein HF-Signal sein. 24a und 24b zeigen Draufsichten einer ersten erfindungsgemäßen Struktur, die ein MEMS-Brückenbalken ist, während 25a und 25b zwei andere Querschnittsansichten von oben einer zweiten erfindungsgemäßen Struktur zeigen, die ein MEMS-Auslegerbalken ist. Diese Zeichnungen sind vereinfacht und können seitliche Federn oder andere Strukturen einschließen, um die elektrische Leistung oder Zuverlässigkeit des MEMS zu erhöhen, wie dem Fachmann bekannt ist.
In beiden Fällen schließt der MEMS-Balken Metall/Isolator/Metall mit einer zusätzlichen, optionalen dünnen Isolatorschicht unter und über dem Stapel ein, wenn die MEMS-Einheit ein Kondensator ist. Um einen MEMS-Kondensator zu bilden, ist auf mindestens einer der in Kontakt kommenden Elektroden ein Isolator erforderlich. Eine beispielhafte Ausführungsform verwendet eine untere und obere Metalldicke von 0,5 µm und eine Isolatordicke von 2 µm mit einer Isolatorschicht von 80 nm über und unter dem Balken, wenn die Einheit ein Kondensator ist. Zudem sind die Aktuatoren im MEMS-Balken oder in den festen Drähten unter dem MEMS-Balken mit Masse verbunden, sodass der MEMS-Balken betätigt und nach unten gebogen wird, wenn die Betätigungsspannung zwischen den Aktuatoren angelegt wird, die nicht mit Masse verbunden sind, wie dem Fachmann bekannt ist. In einer anderen Ausführungsform sind die Aktuatoren und festen Kondensator-Verdrahtungsebenen und/oder MEMS-Balken-Verdrahtungsebenen miteinander verbunden und müssen durch eine Gleichstrom-Masse wie z.B. einen Induktor mit Masse verbunden sein. Diese Ausführungsform, die ein einfacheres Layout mit kombiniertem Aktuator- und Kondensatorkopf-Entwurf verwendet, führt zu einer größeren Kondensatorkopf- oder ohmschen Kontaktkopffläche, bewirkt aber, dass das HF- oder Wechselstrom-Signal und die Betätigungs-Gleichspannung beide an den Kondensatorkopf oder ohmschen Kontakt angelegt werden. In dieser Ausführungsform kann ein optionaler Induktor angeschlossen werden, um eine Gleichstrom-Masse und Wechselstrom-Trennung bereitzustellen, wie dem Fachmann bekannt ist.
In diesen beiden Szenarien hindert das Array von Aktuator-Höckern den MEMS-Balken-Aktuator daran, mit den Aktuator-Elektroden in Kontakt zu kommen. Auch die Wahrscheinlichkeit der Balken-Haftreibung nach wiederholter Betätigung reduziert das Array von Aktuator-Höckern wesentlich. Darüber hinaus kann dieses Array von Aktuator-Höckern die Gesamtlebensdauer des MEMS-Balkens erhöhen, indem es z.B. die Lichtbogenbildung reduziert.
24a und 24b zeigen Draufsichten verschiedener Querschnitte einer MEMS-Brückenstruktur, die Aspekten der vorliegenden Erfindung gemäß gefertigt wurde. Wie in 24a gezeigt, weist der MEMS-Balken eine oder mehrere Metallschichten auf, die zwischen einem dünnen Dielektrikum liegen; 24b zeigt eine feste Verdrahtungsebene am Boden des Hohlraums unter dem MEMS-Balken. Der zentrale Bereich des Balkens und die feste Drahtebene sind der Kondensatorkopf. In Ausführungsformen können der zentrale Bereich des Balkens und die feste Drahtebene aus einem freiliegenden Metall sein, um einen ohmschen Kontakt zu bilden. Im Inneren des MEMS-Hohlraums, jedoch vom Kondensatorkopf versetzt, befinden sich Aktuatoren. Wenn eine ausreichende Gleichspannung zwischen den Aktuatoren im MEMS-Balken und der festen Drahtebene angelegt wird, gibt der MEMS-Balken derart nach, dass der Kondensatorkopf des Balkens mit dem Kondensatorkopf der festen Drahtebene in Kontakt kommt, wodurch die Kapazität zwischen den Kondensatorköpfen signifikant erhöht wird. Eine ähnliche Konfiguration kann verwendet werden, um einen ohmschen Kontaktschalter zu bilden, was an Stelle von Kondensatorköpfen freiliegende Metallkontakte erfordert.
Auch wenn in 24a und 24b ein Brückenbalken gezeigt wird, können auch MEMS-Einheiten mit einer Ausleger- oder beweglichen Balkenkonfiguration gebildet werden. Eine Auslegerbalkenkonfiguration mit Aktuatoren 115 und 115' und einem Kondensatorkopf 110 wird zum Beispiel in 25a und 25b gezeigt. Es versteht sich, dass Drähte im MEMS-Balken zu dem (den) festen Ende(n) des MEMS-Balkens geführt sind. Drähte im festen Draht unter dem MEMS-Balken können mit Durchkontakten unter den Drähten verbunden sein oder in der gleichen Ebene wie die Drähte geführt sein.
26 ist ein Ablaufplan eines Entwurfsprozesses, der zum Entwurf, zur Herstellung und/oder zum Testen von Halbleitern verwendet wird. 26 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Entwurfsflusses 900, der zum Beispiel verwendet wird, um eine integrierte Halbleiter-IC-Logik zu entwerfen, zu simulieren, zu testen, zu layouten und herzustellen. Der Entwurfsfluss 900 schließt Prozesse, Maschinen und/oder Mechanismen zur Verarbeitung von Entwurfsstrukturen oder Einheiten ein, um logische oder auf andere Weise funktional äquivalente Darstellungen der Entwurfsstrukturen und/oder Einheiten zu erzeugen, die oben beschrieben und in 1 bis 25b gezeigt wurden. Die Entwurfsstrukturen, die durch den Entwurfsfluss 900 bearbeitet und/oder generiert werden, können auf maschinenlesbaren Übertragungs- und Speichermedien codiert sein, um Daten und/oder Befehle einzuschließen, die eine logische, strukturelle, mechanische oder andere funktional äquivalente Darstellung von Hardwarekomponenten, Schaltungen, Einheiten oder Systemen generieren, wenn sie ausgeführt oder auf andere Weise auf einem Datenverarbeitungssystem verarbeitet werden. Maschinen schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, jede Maschine ein, die in einem IC-Entwurfsprozess verwendet wird, um eine Schaltung, eine Komponente, eine Einheit oder ein System zu entwerfen, herzustellen oder zu simulieren. Zum Beispiel können Maschinen einschließen: Lithografiemaschinen, Maschinen und/oder Ausrüstung zur Maskenerzeugung (z.B. Elektronenstrahlschreiber), Computer oder Ausrüstung zum Simulieren von Entwurfsstrukturen, jede Einheit, die im Herstellungs- und Testprozess verwendet wird, oder jede Maschine, um funktional äquivalente Darstellungen der Entwurfsstrukturen in einem Medium zu programmieren (z.B. eine Maschine zur Programmierung eines programmierbaren Gate-Arrays).
Der Entwurfsfluss 900 kann je nach Typ der entworfenen Darstellung unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann sich ein Entwurfsfluss 900 zum Aufbau eines anwendungsspezifischen ICs (ASIC) von einem Entwurfsfluss 900 zum Entwurf einer Standardkomponente oder von einem Entwurfsfluss 900 zum Instanziieren des Entwurfs in ein programmierbares Array unterscheiden, zum Beispiel in ein programmierbares Gate-Array (PGA) oder ein frei programmierbares Gate-Array (FPGA), das von Altera® Inc. oder Xilinx® Inc. angeboten wird.
26 veranschaulicht mehrere solcher Entwurfsstrukturen einschließlich einer Eingabeentwurfsstruktur 920, die bevorzugt durch einen Entwurfsprozess 910 verarbeitet wird. Die Entwurfsstruktur 920 kann eine logische Simulationsentwurfsstruktur sein, die vom Entwurfsprozess 910 generiert und verarbeitet wird, um eine logisch äquivalente funktionale Darstellung einer Hardwareeinheit zu erzeugen. Die Entwurfsstruktur 920 kann auch oder alternativ dazu Daten und/oder Programmbefehle aufweisen, die eine funktionale Darstellung der physischen Struktur einer Hardwareeinheit generieren, wenn sie vom Entwurfsprozess 910 verarbeitet werden. Unabhängig davon, ob sie funktionale und/oder strukturelle Entwurfsmerkmale darstellt, kann die Entwurfsstruktur 920 durch elektronischen computergestützten Entwurf (ECAD) erzeugt werden, wie sie von einem Core-Entwickler/Entwerfer realisiert wird. Wenn sie auf einem maschinenlesbaren Datenübertragungs-, Gate-Array-, oder Speichermedium codiert ist, können ein oder mehrere Hardware- und/oder Softwaremodule im Entwurfsprozess 910 auf die Entwurfsstruktur 920 zugreifen und diese verarbeiten, um ein elektronisches Bauteil, eine Schaltung, ein elektronisches oder logisches Modul, eine Vorrichtung, eine Einheit oder ein System wie die in 1 bis 25b gezeigten zu simulieren oder auf andere Weise funktional darzustellen. Als solche kann die Entwurfsstruktur 920 Dateien oder andere Datenstrukturen einschließlich menschen- und/oder maschinenlesbarer Quellcodes, kompilierter Strukturen und computerausführbarer Codestrukturen aufweisen, die Schaltungen oder andere logische Hardware-Entwurfsebenen funktional simulieren oder auf andere Weise darstellen, wenn sie von einem Entwurfs- oder Simulationsdatenverarbeitungssystem verarbeitet werden. Diese Datenstrukturen können Hardwarebeschreibungssprache (HDL)-Entwurfsentitäten oder andere Datenstrukturen einschließen, die mit niedrigeren HDL-Entwurfssprachen wie Verilog und VHDL und/oder höheren Entwurfssprachen wie C oder C++ konform und/oder kompatibel sind.
Der Entwurfsprozess 910 verwendet und integriert bevorzugt Hardware- und/oder Softwaremodule zur Synthetisierung, Übersetzung oder sonstigen Verarbeitung eines funktionalen Entwurfs/Simulationsäquivalents der in 1 bis 25b gezeigten Bauteile, Schaltungen, Einheiten oder logischen Strukturen, um eine Netzliste 980 zu generieren, die Entwurfsstrukturen wie die Entwurfsstruktur 920 enthalten kann. Die Netzliste 980 kann zum Beispiel kompilierte oder auf andere Weise verarbeitete Datenstrukturen aufweisen, die eine Liste von Verdrahtungen, diskreten Bauteilen, Logikschaltungen, Steuerschaltungen, E/A-Geräten, Modellen usw. darstellen, welche die Verbindungen zu anderen Elementen und Schaltungen in einem IC-Entwurf beschreiben. Die Netzliste 980 kann mithilfe eines iterativen Prozesses generiert werden, in welchem die Netzliste 980 abhängig von den Entwurfsspezifikationen und -parametern für die Einheit ein oder mehrmals synthetisch neu erstellt wird. Wie bei anderen Entwurfsstrukturtypen, die hierin beschrieben wurden, kann die Netzliste 980 auf einem maschinenlesbaren Datenspeichermedium aufgezeichnet werden oder in ein programmierbares Gate-Array programmiert werden. Das Medium kann ein nicht flüchtiges Speichermedium wie z.B. ein magnetisches oder optisches Plattenlaufwerk, ein programmierbares Gate-Array, ein Compact-Flash- oder ein anderer Flash-Speicher sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Medium ein System- oder Cachespeicher, Pufferspeicher oder elektrisch oder optisch leitende Einheiten und Materialien sein, auf welchen Datenpakete über das Internet oder andere netzwerkgeeignete Mittel übertragen und zwischengespeichert werden können.
Der Entwurfsprozess 910 kann Hardware- und Softwaremodule zur Verarbeitung verschiedener Eingabedatenstrukturtypen einschließlich der Netzliste 980 einschließen. Diese Datenstrukturtypen können sich zum Beispiel in Bibliothekselementen 930 befinden und einen Satz häufig verwendeter Elemente, Schaltungen und Einheiten enthalten, einschließlich Modelle, Layouts und symbolischer Darstellungen für eine bestimmte Herstellungstechnologie (z.B. verschiedene Technologie-Knoten, 32 nm, 45 nm, 90 nm usw.). Die Datenstrukturtypen können außerdem Entwurfsspezifikationen 940, Charakterisierungsdaten 950, Prüfdaten 960, Entwurfsregeln 970 und Testdatendateien 985 einschließen, die Eingabetestmuster, Ausgabetestergebnisse und andere Testinformation enthalten. Der Entwurfsprozess 910 kann außerdem zum Beispiel Standardprozesse für den mechanischen Entwurf wie z.B. Belastungsanalyse, Thermoanalyse, Simulation mechanischer Ereignisse, Prozesssimulation für Arbeitsgänge wie Gießen, Formpressen und Druckgussformen usw. einschließen. Ein Fachmann auf dem Gebiet des mechanischen Entwurfs wird das Ausmaß der möglichen Tools und Anwendungen für den mechanischen Entwurf erkennen, die im Entwurfsprozess 910 verwendet werden, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Der Entwurfsprozess 910 kann auch Module zur Durchführung von Standardprozessen für den Schaltungsentwurf wie z.B. Timing-Analyse, Prüfung, Entwurfsregelprüfung, Positionier- und Leitwege-Operationen usw. aufweisen.
Der Entwurfsprozess 910 verwendet und integriert logische und physische Entwurfstools wie z.B. HDL-Compiler und Tools zum Aufbau von Simulationsmodellen, um die Entwurfsstruktur 920 mit einigen oder allen der beschriebenen Datenstrukturen zusammen mit dem zusätzlichen mechanischen Entwurf oder Daten (falls zutreffend) zu verarbeiten, um eine zweite Entwurfsstruktur 990 zu erzeugen.
Die Entwurfsstruktur 990 liegt auf einem Speichermedium oder programmierbaren Gate-Array in einem Datenformat vor, das für den Austausch von Daten über mechanische Einheiten und Strukturen verwendet wird (z.B. Information, die in einem IGES-, DXF-, Parasolid XT-, JT-, DRG-Format oder jedem anderen Format gespeichert ist, das für die Speicherung und Wiedergabe solcher mechanischer Entwurfsstrukturen geeignet ist). Der Entwurfsstruktur 920 entsprechend umfasst die Entwurfsstruktur 990 bevorzugt eine oder mehrere Dateien, Datenstrukturen oder andere computercodierte Daten oder Befehle, die auf Übertragungs- oder Datenspeichermedien vorliegen und eine logische oder andere funktional äquivalente Form einer oder mehrerer der in 1 bis 25b gezeigten Ausführungsformen der Erfindung generieren, wenn sie von einem ECAD-System ausgeführt werden. In einer Ausführungsform kann die Entwurfsstruktur 990 ein kompiliertes, ausführbares HDL-Simulationsmodell aufweisen, das die in 1 bis 25b gezeigten Einheiten funktional simuliert.
Die Entwurfsstruktur 990 kann auch ein Datenformat verwenden, das für den Austausch von Daten über das Layout integrierter Schaltungen verwendet wird (z.B. Information, die in einem GDSII- (GDS2-), GL1-, OASIS-, Map-Dateien-Format oder jedem anderen geeigneten Format zum Speichern solcher Entwurfsdatenstrukturen gespeichert ist). Die Entwurfsstruktur 990 kann Informationen wie zum Beispiel symbolische Daten, Map-Dateien, Testdatendateien, Entwurfsinhaltsdateien, Fertigungsdaten, Layout-Parameter, Verdrahtungen, Metalllagen, Durchkontakte, Formen, Daten für das Routing durch die Fertigungslinie und alle sonstigen Daten aufweisen, die von einem Hersteller oder anderen Entwerfer/Entwickler benötigt werden, um eine Einheit oder eine Struktur herzustellen, wie oben beschrieben und in 1 bis 25b gezeigt. Die Entwurfsstruktur 990 kann dann zu einem Schritt 995 übergehen, wo die Entwurfsstruktur 990 zum Beispiel an das Tapeout gegeben wird, zur Fertigung freigegeben wird, an einen Maskenhersteller übergeben wird, an ein anderes Entwurfsbüro gesendet wird, an den Kunden zurückgesendet wird, usw.
Das oben beschriebene Verfahren wird in der Fertigung von Chips mit integriertem Schaltkreis verwendet. Die resultierenden Chips mit integriertem Schaltkreis können vom Hersteller in Form eines Rohwafers (das heißt, als Einzelwafer mit mehreren gehäuselosen Chips), als nackter Chip oder als Chip mit Gehäuse verteilt werden. Im letzteren Fall ist der Chip in ein Einzelchipgehäuse (wie z.B. ein Kunststoffträger mit Anschlüssen, die mit einer Hauptplatine oder an einem anderen übergeordneten Träger verbunden sind) oder in ein Mehrchipgehäuse (wie z.B. ein Keramikträger, der Oberflächenverbindungen oder Innenlagenverbindungen oder beides aufweist) montiert. In jedem Fall wird der Chip dann mit anderen Chips, diskreten Schaltelementen und/oder anderen Signalverarbeitungseinheiten als Teil (a) eines Zwischenprodukts wie z.B. einer Hauptplatine oder (b) eines Endprodukts integriert. Das Endprodukt kann jedes Produkt sein, das Chips mit integrierten Schaltungen einschließt, von Spielzeugen und anderen einfachen Anwendungen bis hin zu hochentwickelten Computerprodukten, die eine Anzeige, eine Tastatur oder ein anderes Eingabegerät und einen Zentralprozessor aufweisen.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung in keiner Weise einschränken. Die Singularformen „ein, eine“ und „der, die, das“, wie sie hierin verwendet werden, schließen auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes besagt. Ferner versteht es sich, dass die Ausdrücke „aufweist“ und/oder „aufweisend“, wenn sie in dieser Patentschrift verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Funktionen, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder den Zusatz einer oder mehrerer anderer Funktionen, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Vorgänge und Entsprechungen aller Mittel oder Schritt-plus-Funktion-Elemente in den folgenden Ansprüchen, falls zutreffend, sollen alle Strukturen, Materialien und Vorgänge zur Durchführung der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen einschließen, wie spezifisch beansprucht. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll der Veranschaulichung und Beschreibung dienen, ohne aber erschöpfend oder auf die Erfindung in der offenbarten Form beschränkt zu sein. Dem Fachmann werden viele Modifikationen und Varianten einfallen, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und die praktische Anwendung am besten zu erklären, und um anderen Fachleuten das Verständnis der Erfindung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen zu ermöglichen, wie sie für die vorgesehene spezifische Anwendung geeignet sind. Auch wenn die Erfindung in Bezug auf Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann daher erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen und im Geist und Umfang der beigefügten Ansprüche in die Praxis umgesetzt werden kann.

Claims

Verfahren zum Bilden einer MEMS-Struktur, aufweisend: Strukturieren einer Verdrahtungsschicht auf einem Substrat, um feste Aktuator-Elektroden und einen Kontaktpunkt zu bilden; Bilden eines Opfermaterials auf der Verdrahtungsschicht; Strukturieren des Opfermaterials mit einem Array von Gräben über der Verdrahtungsschicht, wobei die Gräben auf eine vorbestimmte Höhe und Breite dimensioniert sind; Füllen des Arrays von Gräben mit Material; Bilden eines MEMS-Balkens über dem gefüllten Array von Gräben und in Kontakt mit dem Material in dem Array von Gräben; Bilden von zusätzlichem Opfermaterial über dem MEMS-Balken; Bilden eines Deckels über dem zusätzlichen Opfermaterial über dem MEMS-Balken; Bilden mindestens eines Austreiblochs in dem Deckel; und Austreiben des Opfermaterials unter dem MEMS-Balken und des zusätzlichen Opfermaterials über dem MEMS-Balken derart, dass das Material in dem Array von Gräben von einer Unterseite des MEMS-Balkens frei hängt, um ein Array von Aktuator-Höckern mit der vorbestimmten Höhe und Breite zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Array von Aktuator-Höckern in direktem Kontakt mit einem loslatormaterial ist und von dem Isolatormaterial aus verläuft, das eine Unterseite des MEMS-Balkens bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Array von Aktuator-Höckern in Ausrichtung mit den festen Aktuator-Elektroden unter dem MEMS-Balken gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Array von Aktuator-Höckern in Ausrichtung mit Zwischenräumen oder Öffnungen zwischen den festen Aktuator-Elektroden unter dem MEMS-Balken gebildet ist, derart, dass es auf dem Substrat landet, wenn der MEMS-Balken nach unten betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Array von Aktuator-Höckern in Ausrichtung mit Dummy-Aktuator-Elektroden in einer festen Aktuator-Ebene unter dem MEMS-Balken gebildet ist; und die Dummy-Aktuator-Elektroden auf der Verdrahtungsschicht gebildet sind als eines von: einzeln elektrisch schwebenden Elektroden; und verbundenen, einzeln elektrisch schwebenden Elektroden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die einzeln elektrisch schwebenden Elektroden und die verbundenen, einzeln elektrisch schwebenden Elektroden auf eine bekannte Spannung vorgespannt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Array von Aktuator-Höckern in Ausrichtung mit Isolatormaterial zwischen Abschnitten der festen Aktuator-Elektroden gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Array von Aktuator-Höckern alle mit einer einheitlichen Höhe und Breite gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Array von Aktuator-Höckern mithilfe von mindestens einem von verschiedenen Ätzraten und Maskierungsschritten mit unterschiedlichen Höhen und Breiten gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Aktuator-Höcker, die am weitesten von dem Kontaktpunkt entfernt sind, tiefer gebildet werden als die Aktuator-Höcker, die näher an dem Kontaktpunkt gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Array von Aktuator-Höckern unter Isolatormaterial zwischen Abschnitten von Leitermaterial gebildet wird, aus welchem der MEMS-Balken gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein zusätzliches Array von Aktuator-Höckern auf der Verdrahtungsschicht gebildet wird und zu dem MEMS-Balken hin verläuft.
MEMS-Struktur, aufweisend: einen ersten Satz Drähte auf einem Substrat, der feste Aktuator-Elektroden und einen Kontakt aufweist; einen MEMS-Balken mit einem zweiten Satz Drähte über dem ersten Satz Drähte; und ein Array von Mini-Höckern zwischen dem ersten Satz Drähte und dem zweiten Satz Drähte, wobei das Array von Mini-Höckern verhindert, dass Abschnitte des zweiten Satzes Drähte bei Betätigung mit den festen Aktuator-Elektroden in Kontakt kommen, wobei das Array von Mini-Höckern unterschiedliche Höhen und Breiten aufweist, wobei Mini-Höcker des Arrays von Mini-Höckern, die am weitesten von dem Kontakt entfernt sind, breiter und länger gebildet sind als Mini-Höcker des Arrays von Mini-Höckern, die näher an dem Kontakt liegen.
MEMS-Struktur nach Anspruch 13, wobei das Array von Mini-Höckern in direktem Kontakt mit einem loslatormaterial ist und von dem Isolatormaterial aus verläuft, das eine Unterseite des MEMS-Balkens bildet.
MEMS-Struktur nach Anspruch 13, wobei das Array von Mini-Höckern in Ausrichtung mit den festen Aktuator-Elektroden unter dem MEMS-Balken gebildet ist.
MEMS-Struktur nach Anspruch 13, wobei das Array von Mini-Höckern in Ausrichtung mit Zwischenräumen oder Öffnungen zwischen den festen Aktuator-Elektroden unter dem MEMS-Balken gebildet ist, derart, dass es auf dem Substrat landet, wenn der MEMS-Balken nach unten betätigt wird.
MEMS-Struktur nach Anspruch 13, wobei: das Array von Mini-Höckern in Ausrichtung mit Dummy-Aktuator-Elektroden in einer festen Aktuator-Ebene unter dem MEMS-Balken ist; und die Dummy-Aktuator-Elektroden eines sind von: einzeln elektrisch schwebenden Elektroden; und verbundenen, einzeln elektrisch schwebenden Elektroden.
MEMS-Struktur nach Anspruch 13, wobei das Array von Mini-Höckern in Ausrichtung mit Isolatormaterial zwischen Abschnitten der festen Aktuator-Elektroden ist.
MEMS-Struktur nach Anspruch 13, wobei das Array von Mini-Höckern in Öffnungen des zweiten Satzes Drähte und in Kontakt mit Isolatormaterial gebildet ist, aus welchem der MEMS-Balken gebildet ist.
MEMS-Struktur nach Anspruch 13, wobei das Array von Mini-Höckern auf den festen Aktuator-Elektroden liegt und zum MEMS-Balken hin verläuft.