專利名稱：微開關(guān)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過MEMS技術(shù)來制造的微開關(guān)器件和通過MEMS技術(shù)來 制造開關(guān)器件的方法。
背景技術(shù)：
在諸如移動(dòng)電話的無線電通信設(shè)備領(lǐng)域中，為求得更高性能而需要并入 的部件的數(shù)目不斷增長，因此對于更小RF電路的需求與日俱增。應(yīng)這樣的 需求，正在通過使用MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)而為減小構(gòu)成電路所必需的 各種部件的尺寸付諸努力。MEMS開關(guān)就是這種部件的實(shí)例。MEMS開關(guān)是這類開關(guān)器件，即這些 開關(guān)器件的各部分是通過MEMS技術(shù)而形成的，因此而具有準(zhǔn)確的細(xì)節(jié)， 例如包括至少一對觸點(diǎn)，所述觸點(diǎn)機(jī)械地?cái)嚅_和閉合，由此而提供開關(guān)動(dòng) 作；以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為用于觸點(diǎn)對的機(jī)械斷開-閉合操作的致 動(dòng)器來工作。在開關(guān)操作、特別是針對吉赫(GigaHertz)范圍內(nèi)的高頻信號的 開關(guān)操作中，由于接觸對所實(shí)現(xiàn)的機(jī)械分離和受益于機(jī)械開關(guān)而實(shí)現(xiàn)的更小 的寄生電容(parasitic capacity),MEMS開關(guān)與例如由PIN 二極管和MESFET 提供的其它開關(guān)器件相比，在開關(guān)斷開時(shí)能提供更高的隔離，而在開關(guān)閉合 時(shí)能提供更低的插入損耗。在例如JP-A-2004-1186、 JP-A-2004-311394、 JP-A-2005-293918和JP-A-2005-528751中均公開了 MEMS開關(guān)。圖19至圖23示出了現(xiàn)有的微開關(guān)器件X3。圖19是微開關(guān)器件X3的 平面圖，而圖20是微開關(guān)器件X3的部分平面圖。圖21至圖23是分別沿著 圖19中的線XXI-XXI、 XXII-XXII和XXIII-XXIII所得的剖面圖。微開關(guān)器件X3包括基部襯底S3、固定件31、可移動(dòng)部件32、接觸電 極33、接觸電極對34 (在圖20中以虛線示出)、驅(qū)動(dòng)器電極35和驅(qū)動(dòng)器 電極36 (在圖20中以虛線示出)。如圖21至圖23中所示，固定件31經(jīng)由邊界層37接合到基部襯底S3。固定件31和基部襯底S3由單晶硅形成，而邊界層37由二氧化硅形成。例如，如圖19、圖20或者圖23中所示，可移動(dòng)部件32具有固定到固 定件31的固接端(stationary end) 32a，以及自由端(free end) 32b?？梢苿?dòng) 部件沿著基部襯底S3延伸，并且由固定件31通過狹縫38將其包圍?？梢?動(dòng)部件32由單晶硅形成。如圖20和圖23中所示，接觸電極33位于可移動(dòng)部件32的自由端32b 附近。如圖21和圖23中所示，各接觸電極34形成在固定件31上并且具有 面對接觸電極33的區(qū)域。各接觸電極34也經(jīng)由預(yù)定布線(未圖示)與被選 作開關(guān)操作對象的預(yù)定電路連接。接觸電極33、 34由預(yù)定導(dǎo)電材料形成。例如，如圖20和圖22中所示，驅(qū)動(dòng)器電極35位于可移動(dòng)部件32上。 驅(qū)動(dòng)器電極35也與放置在可移動(dòng)部件32上和固定件31上的布線39連接。 驅(qū)動(dòng)器電極35和布線39由預(yù)定導(dǎo)電材料形成。如上所述的驅(qū)動(dòng)器電極35 和布線39借助薄膜形成技術(shù)來形成，而在它們的形成工序中，內(nèi)部應(yīng)力會(huì) 在驅(qū)動(dòng)器電極35和布線39中產(chǎn)生。因?yàn)樗鰞?nèi)部應(yīng)力，驅(qū)動(dòng)器電極35和 布線39，以及與它們接合的可移動(dòng)部件32巻曲成如圖23中所示的形狀。具 體而言，可移動(dòng)部件32的巻曲或者變形使得可移動(dòng)部件32的自由端32b更 靠近接觸電極34。自由端32b面對接觸電極34的位移量依賴于可移動(dòng)部件 32的長度和彈簧常數(shù)，其范圍約為lpm至l(Him。如圖22中所示，將驅(qū)動(dòng)器電極36的端部與固定件31接合，以便在驅(qū) 動(dòng)器電極35上方進(jìn)行橋接。并且，驅(qū)動(dòng)器電極36經(jīng)由預(yù)定布線(未圖示) 接地。驅(qū)動(dòng)器電極36由預(yù)定導(dǎo)電材料形成。在如上述設(shè)置的微開關(guān)器件X3中，當(dāng)經(jīng)由布線39向驅(qū)動(dòng)器電極35施 加電勢時(shí)，在驅(qū)動(dòng)器電極35、 36之間產(chǎn)生靜電吸引力。當(dāng)施加的電勢充分 高時(shí)，沿著基部襯底S3延伸的可移動(dòng)部件32彈性地變形，直至接觸電極33 與兩個(gè)接觸電極34發(fā)生接觸，由此實(shí)現(xiàn)微開關(guān)器件X3的閉合狀態(tài)。在閉合 狀態(tài)下，接觸電極對34通過接觸電極33而彼此電連接，以允許電流經(jīng)過接 觸電極34。以這一方式，就可以實(shí)現(xiàn)例如高頻信號的導(dǎo)通(ON)狀態(tài)。另一方面，在微開關(guān)器件X3采用閉合狀態(tài)時(shí)，如果取消驅(qū)動(dòng)器電極35 上電勢的施加，由此而取消了作用在驅(qū)動(dòng)器電極35、 36之間的靜電吸引力， 那么可移動(dòng)部件32就返回到它的自然狀態(tài)，從而導(dǎo)致接觸電極33脫離接觸電極34。以這一方式，即可實(shí)現(xiàn)如圖21和圖23中所示的微開關(guān)器件X3的 斷開狀態(tài)。在斷開狀態(tài)下，接觸電極對34彼此電性分離，從而阻止電流經(jīng) 過接觸電極34。以這一方式，即可實(shí)現(xiàn)例如高頻信號的關(guān)斷(OFF)狀態(tài)。 一般而言，微開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)當(dāng)為低電壓。對于靜電驅(qū)動(dòng)型微開 關(guān)器件，可以通過減小在協(xié)同工作的驅(qū)動(dòng)器電極之間的間隙來有效地降低驅(qū) 動(dòng)電壓。在驅(qū)動(dòng)器電極之間的靜電吸引力與驅(qū)動(dòng)器電極之間的距離(間隙) 的平方成比例，這意味著驅(qū)動(dòng)器電極之間的距離越小，為生成靜電吸引力(即 驅(qū)動(dòng)力)所需要的電壓就越小。然而，在現(xiàn)有微開關(guān)器件X3中，很難或者 甚至不可能通過減小驅(qū)動(dòng)器電極35、 36之間的間隙G來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓的充 分降低。在微開關(guān)器件X3中，如上所述，可移動(dòng)部件32的自由端32b因可移動(dòng) 部件32的變形或者巻曲而與接觸電極34靠近。出于這一原因，如圖23中 所示，當(dāng)器件在非工作狀態(tài)或者斷開狀態(tài)下時(shí)，在驅(qū)動(dòng)器電極35、 36之間 的間隙G隨著它們與接觸電極33、 34之間距離的增加而變寬。具體而言， 在驅(qū)動(dòng)器電極35距接觸電極33、 34較遠(yuǎn)的一側(cè)的位置上，距離D1為在此 位置的驅(qū)動(dòng)器電極35、 36之間的距離，而在驅(qū)動(dòng)器電極35距接觸電極33、 34較近的一側(cè)的位置上，距離D2為在此位置的驅(qū)動(dòng)器電極35、 36之間的 距離，則距離Dl大于距離D2。參照圖20，在驅(qū)動(dòng)器電極35具有200|am的 長度L1的情形下，距離Dl與距離D2之差有時(shí)可能有2pm之大。換言之， 如果驅(qū)動(dòng)器電極35的長度L4為20(Vm，則即使距離D2被制作得盡可能小， 距離Dl仍可能比距離D2大2pm之多。在如上述這樣的驅(qū)動(dòng)器電極35、 36 中，在驅(qū)動(dòng)器電極35距接觸電極33、 34較遠(yuǎn)的一側(cè)的位置上生成的靜電吸 引力的值，實(shí)質(zhì)上小于在驅(qū)動(dòng)器電極35距接觸電極33、 34較近的一側(cè)的位 置上生成的靜電吸引力的值。如上所述，在微開關(guān)器件X3中，由于距離D1違愿地大于距離D2，因 此不可能使驅(qū)動(dòng)器電極35、 36之間的間隙G充分減小，結(jié)果有的時(shí)候就不 能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓的充分降低。發(fā)明內(nèi)容在上述背景之下提出本發(fā)明。因此本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供適用于降低驅(qū)動(dòng)電壓的微開關(guān)器件。本發(fā)明的另一目的在于提供用于制造這種微開關(guān) 器件的方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種微開關(guān)器件，所述微開關(guān)器件包括基 部襯底，接合到基部襯底的固定件，以及包含有固定到固定件的固接端的可 移動(dòng)部件，其中可移動(dòng)部件沿著基部襯底延伸。所述微開關(guān)器件還包括可 移動(dòng)接觸電極，設(shè)置在可移動(dòng)部件上背對基部襯底的表面上；固接接觸電極 對，各固接接觸電極包括面對可移動(dòng)接觸電極的區(qū)域，并且各固接接觸電極被接合到固定件上；可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極，設(shè)置在可移動(dòng)部件上背對基部襯底 的表面上，并位于可移動(dòng)接觸電極與固接端之間；以及固接驅(qū)動(dòng)器電極，接 合到固定件上，并且包括具有面對可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極的區(qū)域的增高部分。增 高部分具有由面對可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極的兩個(gè)或者多個(gè)臺階提供的臺階結(jié)構(gòu)， 其中臺階被設(shè)置為當(dāng)這些臺階距可移動(dòng)接觸電極越遠(yuǎn)時(shí)就越靠近基部襯底。當(dāng)本發(fā)明的微開關(guān)器件在非工作狀態(tài)或者斷開狀態(tài)下時(shí)，可移動(dòng)部件處 于變形或者巻曲狀態(tài)，與先前所述的現(xiàn)有微開關(guān)器件的變形或者巻曲方式基 本相同；即，自由端作為遠(yuǎn)離固接端的端部而更靠近固接接觸電極。然而， 根據(jù)本發(fā)明的微開關(guān)器件，固接驅(qū)動(dòng)器電極的增高部分具有如前所述的臺階 結(jié)構(gòu)(其中比其它臺階距可移動(dòng)接觸電極更遠(yuǎn)的臺階更靠近基部襯底)。這 一設(shè)置適用于充分減少兩個(gè)距離之差，所述兩個(gè)距離即在距可移動(dòng)接觸電極 較遠(yuǎn)的一側(cè)的驅(qū)動(dòng)器電極之間的距離(第一距離)以及在距可移動(dòng)接觸電極 較近的一側(cè)的驅(qū)動(dòng)器電極之間的距離(第二距離)。因此，根據(jù)本發(fā)明的微 開關(guān)器件，可使第一距離等于第二距離。根據(jù)上述本發(fā)明的微開關(guān)器件，就 可使驅(qū)動(dòng)器電極之間的間隙充分減小。因此，本發(fā)明的微開關(guān)器件適用于降 低驅(qū)動(dòng)電壓。優(yōu)選地，固接驅(qū)動(dòng)器電極包括從增高部分朝向可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極突出的 突出物，此處突出物可與可移動(dòng)部件發(fā)生接觸和脫離接觸。更優(yōu)選地，設(shè)置 在可移動(dòng)部件上的可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極在對應(yīng)于上述突出物的位置上形成有 用于部分暴露可移動(dòng)部件的開口。這一設(shè)置適用于在微開關(guān)器件切換到閉合 狀態(tài)、即固接接觸電極通過可移動(dòng)接觸電極而進(jìn)行橋接時(shí)，防止兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器 電極彼此接觸。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于通過處理具有層疊結(jié)構(gòu)的材料襯底來制造上述第一方面的微開關(guān)器件的方法，所述層疊結(jié)構(gòu)包括第一層、第 二層和位于第一層與第二層之間的中間層。根據(jù)這一方法實(shí)施以下步驟。首 先，在第一層上的將要制成可移動(dòng)部件的第一部分形成可移動(dòng)接觸電極和可 移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極。然后，通過設(shè)定各向異性蝕刻而將第一層蝕刻至中間層， 以形成固定件和可移動(dòng)部件。在這一步驟中，使用掩模圖案來進(jìn)行各向異性 蝕刻，以掩蔽第一層中的第一部分和將要制成固定件的第二部分。然后，形 成犧牲膜以覆蓋材料襯底的第一層這一側(cè)。之后，在犧牲膜中形成預(yù)定數(shù)目 的凹陷，用以形成臺階結(jié)構(gòu)的增高部分("凹陷形成步驟")。凹陷的位置對 應(yīng)于可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極的位置。然后，在犧牲膜中制作多個(gè)開口，用于暴露 固定件中將要接合固接接觸電極對和固接驅(qū)動(dòng)器電極的區(qū)域("開口形成步 驟")。然后，以如下方式形成固接驅(qū)動(dòng)器電極和固接接觸電極對，即，將 固接驅(qū)動(dòng)器電極接合到固定件，并且至少包括具有經(jīng)由犧牲膜而面對可移動(dòng) 驅(qū)動(dòng)器電極的區(qū)域的增高部分，而固接接觸電極對中的各固接接觸電極被接 合到固定件，并且具有經(jīng)由犧牲膜而面對可移動(dòng)接觸電極的區(qū)域。然后，去 除犧牲膜("犧牲膜去除步驟")，進(jìn)而通過蝕刻來去除設(shè)置在第二層與可移 動(dòng)部件之間的中間層("層蝕刻步驟")。凹陷形成步驟可以在開口形成步驟 之前或者之后實(shí)施。可以基本上連續(xù)地實(shí)施犧牲膜去除步驟和層蝕刻步驟， 從而作為單個(gè)工序。本發(fā)明的方法能夠適當(dāng)制造第一方面的微開關(guān)器件。優(yōu)選地，本發(fā)明的方法還包括以下步驟在犧牲膜中形成凹陷，所述凹 陷用于形成從增高部分面對可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極突出的突出物。這一附加步驟 可以在凹陷形成步驟之前、或者與所述步驟同時(shí)、或者在所述步驟之后實(shí)施。 根據(jù)包括這一附加步驟的方法，所得到的固接驅(qū)動(dòng)器電極除了增高部分之外 還具有突出物。本發(fā)明所提供的微開關(guān)器件可以有效降低其驅(qū)動(dòng)電壓。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將因下文參照附圖給出的具體描述而變得明顯。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的微開關(guān)器件的平面圖。圖2是示出了圖1的微開關(guān)器件在省略一些部件后的平面圖。圖3是沿著圖i中的線ni-ni所得的剖面圖。圖4是沿著圖1中的線iv-iv所得的剖面圖。 圖5是沿著圖1中的線V-V所得的剖面圖。圖6示出了從基部襯底觀察到的驅(qū)動(dòng)器電極(固接驅(qū)動(dòng)器電極)。圖7示出了制造圖1中所示微開關(guān)器件的方法的步驟。圖8示出了繼圖7的步驟之后的步驟。圖9示出了繼圖8的步驟之后的步驟。圖10示出了繼圖9的步驟之后的步驟。圖11示出了繼圖10的步驟之后的步驟。圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的微開關(guān)器件的平面圖。圖13是示出了圖12的器件在省略一些部件后的平面圖。圖14是沿著圖12中的線XIV-XIV所得的剖面圖。圖15是沿著圖12中的線xv-xv所得的剖面圖。圖16是沿著圖12中的線XVI-XVI所得的剖面圖。圖17示出了從基部襯底觀察到的驅(qū)動(dòng)器電極(固接驅(qū)動(dòng)器電極)。圖18是示出了圖12中所示器件的閉合狀態(tài)的剖面圖。圖19是示出了現(xiàn)有微開關(guān)器件的平面圖。圖20是示出了圖19的微開關(guān)器件在省略一些部件后的平面圖。圖21是沿著圖19中的線xxi-xxi所得的剖面圖。圖22是沿著圖19中的線xxn-xxn所得的剖面圖。 圖23是沿著圖19中的線xxni-xxm所得的剖面圖。
具體實(shí)施方式
圖1至圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的微開關(guān)器件X1。圖1是微 開關(guān)器件X1的平面圖，而圖2是微開關(guān)器件X1的部分平面圖。圖3至圖5分別是沿著圖i中的線m-ni、 iv-iv和v-v所得的剖面圖。微開關(guān)器件X1包括基部襯底S1、固定件ll、可移動(dòng)部件12、接觸電 極13、接觸電極對14 (在圖2中以虛線示出)、驅(qū)動(dòng)器電極15和驅(qū)動(dòng)器電 極16 (在圖2中以虛線示出)。如圖3至圖5中所示，固定件11經(jīng)由邊界層17接合到基部襯底Sl。固定件11例如由單晶硅形成。用于固定件11的硅材料優(yōu)選地具有不小于1000 歐姆，厘米的電阻率。邊界層17例如由二氧化硅形成。例如，如圖1、圖2或者圖5中所示，可移動(dòng)部件12具有固定到固定件 11的固接端12a，以及自由端12b，所述可移動(dòng)部件12沿著基部襯底S1延 伸，并且由固定件11通過狹縫18將其包圍?？梢苿?dòng)部件12具有如圖3和 圖4中所示的不大于15pm的厚度T。再如圖2中所示，可移動(dòng)部件12具有 例如為500pm至1200,的長度"和例如lOOpm至400nm的長度L2。狹 縫18具有例如1.5pm至2.5pm的寬度?？梢苿?dòng)部件12例如由單晶硅形成。根據(jù)本發(fā)明，接觸電極13用作可移動(dòng)接觸電極，而如圖2中所示，所 述接觸電極13設(shè)置于可移動(dòng)部件12上的自由端12b附近。接觸電極13具 有例如為0.5拜至2.0阿的厚度范圍，這樣的優(yōu)選厚度范圍是為了減小接觸 電極13的電阻率。接觸電極13由預(yù)定導(dǎo)電材料形成，并且具有例如由Mo 底層膜和其上形成的Au膜提供的層疊結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，各接觸電極14用作固接接觸電極，各接觸電極14如圖3 和圖5中所示構(gòu)建在固定件11上，并且具有面對接觸電極13的突出物14a。 突出物14a具有0.5pm至5jim的突出長度。各接觸電極14經(jīng)由預(yù)定布線(未 圖示)與選擇作為開關(guān)操作對象的預(yù)定電路連接。接觸電極14可以由Au形 成。根據(jù)本發(fā)明，驅(qū)動(dòng)器電極15用作可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極，并且所述驅(qū)動(dòng)器 電極15如圖2中所示構(gòu)建于可移動(dòng)部件12上。驅(qū)動(dòng)器電極15具有例如50pm 至300pm的長度L3。在圖2中，所述驅(qū)動(dòng)器電極15與放置在可移動(dòng)部件 12上和固定件11上的布線19連接。驅(qū)動(dòng)器電極15和布線19可以由與接觸 電極13相同的材料形成。如上所述的驅(qū)動(dòng)器電極15和布線19借助下面將敘及的薄膜形成技術(shù)來 形成，而在它們的形成工序中，內(nèi)部應(yīng)力會(huì)在驅(qū)動(dòng)器電極15和布線19中產(chǎn) 生。因?yàn)樗鰞?nèi)部應(yīng)力，驅(qū)動(dòng)器電極15和布線19以及與它們接合的可移動(dòng) 部件12發(fā)生如圖5中所示的形變。換言之，可移動(dòng)部件12的自由端12b因 可移動(dòng)部件12的變形或者巻曲而更靠近接觸電極14。自由端12b朝向接觸 電極14的位移量依賴于可移動(dòng)部件12的長度和彈簧常數(shù)，其范圍約為lpm 至10pm。根據(jù)本發(fā)明，驅(qū)動(dòng)器電極16用作固接驅(qū)動(dòng)器電極，其兩端如圖4中所 示接合到固定件11,并且具有橋接在驅(qū)動(dòng)器電極15上方的增高部分16A。 如圖5中以及圖6中所示，增高部分16A在面對驅(qū)動(dòng)器電極15的一側(cè)具有 由多個(gè)臺階16a'提供的臺階結(jié)構(gòu)16a。圖6是從基部襯底Sl的一側(cè)觀察到的 驅(qū)動(dòng)器電極16的平面圖。臺階結(jié)構(gòu)16a中的臺階16a'距接觸電極13越遠(yuǎn)， 就越靠近基部襯底S1。臺階的數(shù)目在本實(shí)施例中為三個(gè)；然而，所述數(shù)目可 以是四個(gè)或者更多。參照圖5，在驅(qū)動(dòng)器電極15距接觸電極13較遠(yuǎn)的一側(cè) 的一個(gè)位置上，距離D1為在此位置處的驅(qū)動(dòng)器電極15、 16之間的距離，而 在驅(qū)動(dòng)器電極15距接觸電極13較近的一側(cè)的一個(gè)位置上，距離D2為在此 位置處的驅(qū)動(dòng)器電極15、 16之間的距離。優(yōu)選地，這兩個(gè)距離具有l(wèi)pm至 3pm的數(shù)值。優(yōu)選地，距離D1與距離D1之差不大與0.2pm。如上所述的驅(qū) 動(dòng)器電極16經(jīng)由預(yù)定布線(未圖示)接地。驅(qū)動(dòng)器電極16可以由與接觸電 極14相同的材料形成。在如上述設(shè)置的微開關(guān)器件X1中，當(dāng)經(jīng)由布線19向驅(qū)動(dòng)器電極15施 加電勢時(shí)，在驅(qū)動(dòng)器電極15、 16之間產(chǎn)生靜電吸引力。當(dāng)施加的電勢充分 高時(shí)，可移動(dòng)部件12彈性地變形，直至接觸電極13與接觸電極對14發(fā)生 接觸，由此實(shí)現(xiàn)微開關(guān)器件X1的閉合狀態(tài)。在閉合狀態(tài)下，接觸電極對14 通過接觸電極13而彼此彈性地接觸，以允許電流經(jīng)過接觸電極14。以這一 方式，就可以實(shí)現(xiàn)例如高頻信號的導(dǎo)通狀態(tài)。另一方面，對于當(dāng)前采用閉合狀態(tài)的微開關(guān)器件XI，如果取消了驅(qū)動(dòng) 器電極15上電勢的施加，由此而取消作用在驅(qū)動(dòng)器電極15、 16之間的靜電 吸引力，那么可移動(dòng)部件12就返回到它的自然狀態(tài)，導(dǎo)致接觸電極13脫離 接觸電極14。以這一方式，即可實(shí)現(xiàn)如圖3和圖5中所示的微開關(guān)器件X1 的斷開狀態(tài)。在斷開狀態(tài)下，接觸電極對14彼此電性分離，以防止電流經(jīng) 過接觸電極14。以這一方式，即可實(shí)現(xiàn)例如高頻信號的關(guān)斷狀態(tài)。通過實(shí)施 一系列前述的閉合狀態(tài)實(shí)現(xiàn)程序，還可以將采用如上所述的斷開狀態(tài)的微開 關(guān)器件X1再次切換到閉合狀態(tài)。如前所述，根據(jù)微開關(guān)器件XI，在接觸電極13與兩個(gè)接觸電極14發(fā) 生接觸的閉合狀態(tài)與接觸電極13脫離兩個(gè)接觸電極14的斷開狀態(tài)之間可以 有選擇地切換。在微開關(guān)器件X1的非工作狀態(tài)或者斷開狀態(tài)下，可移動(dòng)部件12處于變 形或者巻曲狀態(tài)。然而，在微開關(guān)器件XI中，驅(qū)動(dòng)器電極16的增高部分 16A具有臺階結(jié)構(gòu)16a(其中距接觸電極13越遠(yuǎn)的臺階16a'越靠近基部襯底 Sl)。這一設(shè)置適用于充分地減小在距接觸電極13較遠(yuǎn)的一側(cè)的驅(qū)動(dòng)器電 極15、 16之間的距離D1與在距接觸電極13較近的一側(cè)的驅(qū)動(dòng)器電極15、 16之間的距離D2的距離之差。因此，根據(jù)微開關(guān)器件X1，可使距離D1等 于距離D2。因?yàn)樵隍?qū)動(dòng)器電極15、 16之間的靜電吸引力與驅(qū)動(dòng)器電極15、 16之間的距離(間隙G)的平方成比例，這意味著在驅(qū)動(dòng)器電極15、 16之 間的距離越小，為生成預(yù)定靜電吸引力(即驅(qū)動(dòng)力)所需要的電壓就越小。 因此，根據(jù)上述微開關(guān)器件X1，就可使間隙G在驅(qū)動(dòng)器電極15、 16之間充 分地減小，因此微開關(guān)器件X1適用于降低驅(qū)動(dòng)電壓。圖7至圖11以一系列剖面圖示出制造微開關(guān)器件X1的方法，所述系列 剖面示了與圖5所示的截面相對應(yīng)的截面的變化。在本方法中，首先制備如圖7(a)中所示的材料襯底sr。所述材料襯底sr是具有層疊結(jié)構(gòu)的soi襯底(絕緣體上硅)，所述層疊結(jié)構(gòu)包括第一層21、第二層22和其間的中 間層23。在本實(shí)施例中，第一層21具有15pm的厚度，第二層22具有525pm 的厚度，而中間層23具有4pm的厚度。第一層21例如由單晶硅形成，并且 被制成固定件11和可移動(dòng)部件12。第二層22例如由單晶硅形成，并且被制 成基部襯底S1。中間層23例如由二氧化硅形成，并且被制成邊界層。接著，如圖7(b)中所示，通過使用例如濺射法，在第一層21上形成導(dǎo) 電膜24: S卩，在第一層21上形成Mo膜，然后在其上形成Au膜。Mo膜具 有例如30nm的厚度，而Au膜具有例如500nm的厚度。接著，如圖7(c)中所示，通過光刻在導(dǎo)電膜24上形成抗蝕劑圖案25、 26:即，抗蝕劑圖案25具有用于接觸電極13的圖案。而抗蝕劑圖案26具 有用于驅(qū)動(dòng)器電極15和布線19的圖案。接著，如圖8(a)中所示，通過使用抗蝕劑圖案25、 26作為掩模，對導(dǎo)電 膜24實(shí)施蝕刻，以在第一層21上形成接觸電極13、驅(qū)動(dòng)器電極15和布線 19。在本步驟中應(yīng)用的蝕刻方法可以是離子銑(ion milling)(通過例如Ar 離子而進(jìn)行物理蝕刻)法。離子銑法也可以用作稍后將述及的蝕刻金屬材料 的方法。接著，去除抗蝕劑圖案25、 26。隨后，如圖8(b)中所示，蝕刻第一層 21以形成狹縫18。具體而言，通過光刻在第一層21上形成預(yù)定抗蝕劑圖案， 然后使用所述抗蝕劑圖案作為掩模，對第一層21實(shí)施各向異性蝕刻。其應(yīng) 用的蝕刻方法可以是反應(yīng)離子蝕刻(reactive ion etching)法。在本步驟中， 圖案化固定件11和可移動(dòng)部件12。接著，如圖8(c)中所示，在材料襯底S1，的第一層21這一側(cè)形成掩蔽狹 縫18的犧牲層27。犧牲層例如由二氧化硅形成。通過諸如等離子體CVD法、 濺射法等來形成犧牲層27。接著，如圖9(a)中所示，在犧牲層27中與驅(qū)動(dòng)器電極15相對應(yīng)的位置 形成凹陷27a。具體而言，通過光刻在犧牲層27上形成預(yù)定抗蝕劑圖案，然 后使用所述抗蝕劑圖案作為掩模，對犧牲層27實(shí)施蝕刻。所述蝕刻可以是 濕蝕刻法。對于濕蝕刻法，可以通過例如緩沖(buffered)氫氟酸(BHF)來 提供蝕刻劑。稍后述及的其它凹陷也可以通過與凹陷27a相同的形成方法來 形成。凹陷27a用于在驅(qū)動(dòng)器電極16的增高部分16A的臺階結(jié)構(gòu)16a中形 成臺階。凹陷27a具有0.5iam至3pm的深度。接著，如圖9(b)中所示，在犧牲層27中與驅(qū)動(dòng)器電極15相對應(yīng)的位置 形成凹陷27b。凹陷27b用于在驅(qū)動(dòng)器電極16的增高部分16A的臺階結(jié)構(gòu) 16a中形成臺階。凹陷27b具有0.2pm至l^im的深度。接著，如圖9(c)中所示，在犧牲層27中與驅(qū)動(dòng)器電極15相對應(yīng)的位置 形成凹陷27c。凹陷27c用于在驅(qū)動(dòng)器電極16的增高部分16A的臺階結(jié)構(gòu) 16a中形成臺階。凹陷27c具有0.2^im至l^m的深度。接著，如圖10(a)中所示，在犧牲層27中與接觸電極13相對應(yīng)的位置形 成凹陷27d。凹陷27d用于形成接觸電極14中的突出物14a。凹陷27d具有 0.5jim至5jim的深度。接著，如圖10(b)中所示，圖案化犧牲層27，以制作開口 27e。具體而言， 通過光刻在犧牲層27上形成預(yù)定抗蝕劑圖案，然后使用所述抗蝕劑圖案作 為掩模來蝕刻犧牲層27。此蝕刻可以是濕蝕刻法。開口 27e在固定件11中 暴露出用于接合接觸電極14的區(qū)域。在本步驟中，其它開口 (未示出)也 通過圖案化犧牲層27來制作，以便在固定件11中暴露用于接合驅(qū)動(dòng)器電極 16的區(qū)域。接著，在已經(jīng)形成犧牲層27的材料襯底S1，的表面上形成底層膜(未圖 示)，所述底層膜將在電鍍工序中用于供電。隨后，如圖10(c)中所示，形成 抗蝕劑圖案28。通過例如濺射法來形成底層膜g卩，先形成Mo膜至50nm、 然后在其上形成Au膜至500nm的厚度?？刮g劑圖案28具有用于形成接觸 電極14的開口 28a和用于形成驅(qū)動(dòng)器電極16的開口 28b。接著，如圖ll(a)中所示，形成接觸電極14和驅(qū)動(dòng)器電極16。具體而言， 在底層膜上未被抗蝕劑圖28覆蓋的位置實(shí)施電鍍，以生長例如Au。接著，如圖ll(b)中所示，蝕刻掉抗蝕劑圖案28。隨后，蝕刻掉用于電 鍍的底層膜上的部分?？梢酝ㄟ^濕蝕刻法來進(jìn)行這些蝕刻工序中的各蝕刻工 序。接著，如圖ll(c)中所示，去除犧牲層27和中間層23的部分。具體而言， 對犧牲層27和中間層23實(shí)施濕蝕刻。在這一蝕刻工序中，先去除犧牲層27， 隨后從暴露于狹縫18的那部分開始，蝕刻中間層23的部分。 一旦適當(dāng)?shù)匦?成了可將整個(gè)可移動(dòng)部件12從第二層22分離的間隙，即可停止蝕刻工序。 作為所述去除工序的結(jié)果，在中間層23中保留了邊界層17。第二層22則留 下為基部襯底S1。一旦這一步驟結(jié)束，可移動(dòng)部件12就已經(jīng)被巻曲。內(nèi)部應(yīng)力也已經(jīng)產(chǎn) 生于如上述方式所形成的驅(qū)動(dòng)器電極15和布線19中，而這一內(nèi)部應(yīng)力會(huì)在 驅(qū)動(dòng)器電極15和布線19中、以及在可移動(dòng)部件12中造成巻曲。具體而言， 在可移動(dòng)部件12中的巻曲使可移動(dòng)部件12的自由端12b更靠近接觸電極 14。接著，根據(jù)需要實(shí)施濕蝕刻以去除底層膜(例如Mo膜)余留在接觸電 極14和驅(qū)動(dòng)器電極16的下表面上的小部分。隨后，通過超臨界干燥法來干 燥整個(gè)表面。超臨界干燥法能夠避免粘著現(xiàn)象，即，例如避免了可移動(dòng)部件 12粘著到基部襯底Sl這一問題。微開關(guān)器件XI可以通過遵循上述步驟來制造。根據(jù)本方法，通過應(yīng)用 電鍍法，可以將具有面對接觸電極13的部分的接觸電極14厚厚地形成于犧 牲層27上。因此，能賦予接觸電極對14以充分的厚度，用于實(shí)現(xiàn)期望的低 電阻率。厚的接觸電極14適用于降低微開關(guān)器件X1的插入損耗。圖12至圖16示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的微開關(guān)器件X2。圖12是微開關(guān)器件X2的平面圖，圖13是微開關(guān)器件X2的部分平面圖，而圖14 至圖16是沿著圖12中的線XIV-XIV、 XV-XV和XVI-XVI所得的剖面圖。微開關(guān)器件X2包括基部襯底Sl、固定件11、可移動(dòng)部件12、接觸電 極13、接觸電極對14 (在圖13中以虛線示出)、驅(qū)動(dòng)器電極15'和驅(qū)動(dòng)器 電極16，(在圖13中以虛線示出)。微開關(guān)器件X2與微開關(guān)器件XI不同 之處在于，它具有不同于驅(qū)動(dòng)器電極15的驅(qū)動(dòng)器電極15'和不同于驅(qū)動(dòng)器電 極16的驅(qū)動(dòng)器電極16'。根據(jù)本發(fā)明，驅(qū)動(dòng)器電極15，用作可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極，并且如圖13中所 示位于可移動(dòng)部件12上。根據(jù)本實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)器電極15，具有八角(octagonal) 形開口 15a。用于驅(qū)動(dòng)器電極15'的所有其它設(shè)置都與用于驅(qū)動(dòng)器電極15的 設(shè)置相同。根據(jù)本發(fā)明，驅(qū)動(dòng)器電極16'用作固接驅(qū)動(dòng)器電極，其兩端如圖15中所 示接合到固定件11，并且具有橋接在驅(qū)動(dòng)器電極15，上方的增高部分16A。 如圖16以及如圖17中所示，增高部分16A在面對驅(qū)動(dòng)器電極15'的一側(cè)具 有由多個(gè)臺階16a'提供的臺階結(jié)構(gòu)16a。圖17是從基部襯底Sl的一側(cè)觀察 到的驅(qū)動(dòng)器電極16，的平面圖。驅(qū)動(dòng)器電極16'還具有從增高部分16A朝向驅(qū) 動(dòng)器電極15'突出的多個(gè)突出物16B。在微開關(guān)器件X2處于其閉合狀態(tài)下時(shí)， 各突出物16B可與可移動(dòng)部件12接觸。在圖13中，以實(shí)心圓示出在可移動(dòng) 部件12中可與突出物16B接觸的區(qū)域。用于驅(qū)動(dòng)器電極16'和其臺階結(jié)構(gòu) 16a的所有其它設(shè)置與先前描述的驅(qū)動(dòng)器電極16的設(shè)置相同。在微開關(guān)器件X2的非工作狀態(tài)或者斷開狀態(tài)下，可移動(dòng)部件12處于變 形或者巻曲狀態(tài)。然而，由于在微開關(guān)器件X2中，驅(qū)動(dòng)器電極16'的增高部 分16A具有臺階結(jié)構(gòu)16a (其中距接觸電極13越遠(yuǎn)的臺階16a'越靠近基部 襯底S1)。這一設(shè)置適用于充分地減少在距接觸電極13較遠(yuǎn)的一側(cè)的驅(qū)動(dòng) 器電極15、16之間的距離D1與距接觸電極13較近的一側(cè)的驅(qū)動(dòng)器電極15、 16之間的距離D2的距離之差。因此，根據(jù)微開關(guān)器件X2，恰如微開關(guān)器 件X1—樣，可使間隙G在驅(qū)動(dòng)器電極15、 16之間充分減小，因此微開關(guān) 器件X2可適用于降低驅(qū)動(dòng)電壓。此外，根據(jù)微開關(guān)器件X2，當(dāng)器件處于如圖18中所示的閉合狀態(tài)下時(shí)， 突出物16B與可移動(dòng)兩件12發(fā)生接觸。這就可以避免由于驅(qū)動(dòng)器電極15'、16'之間的接觸而造成的短路。
權(quán)利要求
1.一種微開關(guān)器件，包括基部襯底；固定件，接合到所述基部襯底；可移動(dòng)部件，包括固定到所述固定件的固接端，所述可移動(dòng)部件沿著所述基部襯底延伸；可移動(dòng)接觸電極，設(shè)置在所述可移動(dòng)部件背對所述基部襯底的表面上；固接接觸電極對，各固接接觸電極包括面對所述可移動(dòng)接觸電極的區(qū)域，所述固接接觸電極接合到所述固定件；可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極，設(shè)置在所述可移動(dòng)部件背對所述基部襯底的表面上，并位于所述可移動(dòng)接觸電極與所述固接端之間；以及固接驅(qū)動(dòng)器電極，接合到所述固定件，并且包括具有面對所述可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極的區(qū)域的增高部分；其中所述增高部分具有由面對所述可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極的臺階提供的臺階結(jié)構(gòu)，所述臺階距所述可移動(dòng)接觸電極越遠(yuǎn)，所述臺階越靠近所述基部襯底。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微開關(guān)器件，其中所述固接驅(qū)動(dòng)器電極包括 從所述增高部分朝向所述可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極突出的突出物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微開關(guān)器件，其中在所述可移動(dòng)部件上的所 述可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極形成有用于部分暴露所述可移動(dòng)部件的開口，所述開口 的位置與所述突出物的位置相對應(yīng)。
4. 一種用于通過處理具有層疊結(jié)構(gòu)的材料襯底來制造微開關(guān)器件的方 法，所述層疊結(jié)構(gòu)包括第一層、第二層和位于所述第一層與所述第二層之間 的中間層，所述微開關(guān)器件包括基部襯底；固定件，接合到所述基部襯底； 可移動(dòng)部件，包括固定到所述固定件的固接端，并且沿著所述基部襯底延伸； 可移動(dòng)接觸電極，設(shè)置在所述可移動(dòng)部件背對所述基部襯底的表面上；固接 接觸電極對，各固接接觸電極包括面對所述可移動(dòng)接觸電極的區(qū)域，并且各 固接接觸電極接合到所述固定件；可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極，設(shè)置在所述可移動(dòng)部 件背對所述基部襯底的表面上，并位于所述可移動(dòng)接觸電極與所述固接端之間；以及固接驅(qū)動(dòng)器電極，接合到所述固定件，并且包括具有面對所述可移 動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極的區(qū)域的增高部分，其中所述增高部分具有由面對所述可移動(dòng) 驅(qū)動(dòng)器電極的臺階所提供的臺階結(jié)構(gòu)，所述臺階距所述可移動(dòng)接觸電極越 遠(yuǎn)，所述臺階越靠近所述基部襯底； 所述方法包括以下步驟在所述第一層的將要制成所述可移動(dòng)部件的第一部分上，形成所述可移 動(dòng)接觸電極和所述可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極；對所述第一層進(jìn)行各向異性蝕刻直至到達(dá)所述中間層，以此來形成所述 固定件和所述可移動(dòng)部件，所述各向異性蝕刻經(jīng)由掩模圖案來實(shí)施，所述掩 模圖案掩蔽所述第一層中的所述第一部分和將要制成所述固定件的第二部 分；形成覆蓋所述材料襯底的第一層這一側(cè)的犧牲膜；在所述犧牲膜中形成一凹陷，用于形成所述臺階結(jié)構(gòu)的所述增高部分， 所述凹陷的位置與所述可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極的位置相對應(yīng)；在所述犧牲膜中制作多個(gè)開口，用于暴露所述固定件中將要接合所述固 接接觸電極對和所述固接驅(qū)動(dòng)器電極的區(qū)域；形成所述固接驅(qū)動(dòng)器電極和所述固接接觸電極對，所述固接驅(qū)動(dòng)器電極 接合到所述固定件，并且至少包括具有經(jīng)由所述犧牲膜而面對所述可移動(dòng)驅(qū) 動(dòng)器電極的區(qū)域的所述增高部分，所述固接接觸電極對中的各固接接觸電極 接合到所述固定件，并且具有經(jīng)由所述犧牲膜而面對所述可移動(dòng)接觸電極的 區(qū)域；去除所述犧牲膜；以及通過蝕刻來去除位于所述第二層與所述可移動(dòng)部件之間的所述中間層。 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括以下步驟在所述犧牲膜中形成一凹陷，所述凹陷用于形成從所述增高部分朝向所述可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極突出的突出物。
全文摘要
一種微開關(guān)器件及其制造方法，所述微開關(guān)器件包括基部襯底；位于襯底上的固定件；可移動(dòng)部件，具有固定到固定件的端部，并且沿著襯底延伸；可移動(dòng)接觸電極，設(shè)置在可移動(dòng)部件上并且背對襯底；固接接觸電極對，接合到固定件，并且包括面對可移動(dòng)接觸電極的區(qū)域；可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極，設(shè)置在可移動(dòng)部件上背對襯底的表面上，并位于可移動(dòng)接觸電極與固接端之間；以及固接驅(qū)動(dòng)器電極，接合到固定件，并且包括具有面對可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極的區(qū)域的增高部分。增高部分具有面對可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電極的臺階，其中距可移動(dòng)接觸電極越遠(yuǎn)的臺階越靠近襯底。本發(fā)明所提供的微開關(guān)器件可以有效降低其驅(qū)動(dòng)電壓。
文檔編號B81B3/00GK101224865SQ200710196910
公開日2008年7月23日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
發(fā)明者三島直之, 上田知史, 中谷忠司, 米澤游, 阮俊英 申請人:富士通株式會(huì)社