[发明专利]MEMS制造中的多材料辅助金属化方案

说明书

本申请提供了制造MEMS的处理，利用了被集成到最终MEMS结构的主金属以及两种或更多种牺牲性辅助金属，辅助金属在机加工期间给主金属构件提供结构支撑。第一辅助金属被薄薄地镀在主金属周围和衬底的整个表面上方而不使用光刻。第二辅助金属然后被厚厚地镀在所沉积的第一辅助金属上方而不使用光刻。另外，还公开了使第一辅助金属在主金属特征之间的沉积速率增大的技术，其防止空洞化并从而增强机加工期间主金属的结构支撑。

相关申请的交叉引用

本申请涉及2009年10月29日由与本专利申请相同的发明人提交的题为“ASuperfilling Secondary Metallization Process in MEMS Fabrication”的美国申请No.12/608857。美国申请No.12/608857的全部内容通过引用方式明确结合于此，并被转让给与本专利申请相同的受让人。

技术领域

本申请中的教导涉及在微电机系统(下文中称为“MEMS”)的制造过程中利用至少两种不同的辅助(secondary)金属(即第一和第二辅助金属)的新方法。

背景技术

MEMS在本领域中也称为“微机械”，通常由单独的多个构件组成并且尺寸范围一般从5微米到毫米级。它们可以由对数据进行处理的中央单元(微处理器)和与外部进行交互的若干构件(例如微传感器)组成。

根据现有技术的方法，MEMS的构件可以用光刻术和牺牲层形成。例如，授权给Guckel的美国专利5,190,637(下文中称为“Guckel”)中公开了能够生产基本上任意三维形状的多掩模曝光，该文献通过引用方式全文结合于此。根据Guckel，向镀覆基体(platingbase)施加能够由辐射曝光的光刻胶层。然后用掩模使光刻胶曝光于辐射。该掩模使得辐射能够仅仅对光刻胶的某些被限定区域进行“曝光”。随后的显影除去由曝光所选择的光刻胶以产生空腔，该空腔复制了曝光掩模的平面图。然后，光刻胶中形成的空腔由主金属(primary metal)填充，该主金属被电镀到经曝光的镀覆基体上。然后除去剩余的光刻胶，并在主金属和镀覆基体的整体的上方电镀辅助金属(secondary metal)(牺牲性金属)。然后由机械装置把主金属和辅助金属机加工到把主金属暴露出来的高度，并对表面进行平面化，以进行随后的处理。在机加工之后，另一个光刻胶层可以被施加到主金属和辅助金属上，然后用与上文相同的过程对这个光刻胶也进行图案化。在主金属已被电镀到光刻胶中产生的空腔中后，除去光刻胶的其余部分，并在第一辅助金属、任何暴露的第一辅助金属和新添加的第二辅助金属的整体上方电镀辅助金属。第二主金属和第二辅助金属都被机加工到第二层主金属所需的厚度，重复这种处理，直到已经形成所需数目的层，在主金属中产生所需的微结构。一旦形成了这种微结构，镀覆表面和主金属、辅助金属的整体被暴露于蚀刻剂，该蚀刻剂选择性地蚀刻掉辅助金属但不蚀刻主金属，从而只留下主金属和镀覆表面。

根据Guckel的教导，辅助金属被与光刻胶结合使用，因为其在机加工过程中给主金属赋予了结构稳定性。机加工一般不能仅用光刻胶和主金属完成，因为光刻胶在机械性能方面较弱，可能不足以支撑主金属以免在机械加工处理(可能包括磨削、研磨(lapping)、抛光、化学机械抛光、放电加工或者任何其他常遇到的机加工处理)中遭到大的横向(lateral)力的破坏。辅助金属赋予的另一优点是它方便地给突出于下方主金属结构之上的后续主金属层提供了导电镀覆基体。否则，在上方镀可能需要额外的薄膜籽晶层(seedlayer)沉积步骤。

但是，在单一衬底上构建多个微结构或横向很大的微结构(例如对要被用作半导体测试探针头的MEMS进行制造)时，使用Guckel方法存在显著的问题。根据Guckel的教导在镀覆表面(例如陶瓷)的整体上镀覆辅助金属使得镀覆基体在额外的牺牲性金属的应力作用下弯折和翘曲(warp)。这回过头来造成了两个有关的问题：1)很难(或者不可能)把不同的层机加工成均匀的厚度；2)很难(或者不可能)执行光刻，因为微光刻要求平坦表面。