專利名稱：三層橫梁mems器件及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件和方法。更具體地，本發(fā)明涉及三層橫梁MEMS器件和相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
靜電MEMS開關(guān)是一種由靜電操作并且利用微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)制造的開關(guān)。MEMS開關(guān)可以控制電、機(jī)械或者光信號(hào)流。MEMS開關(guān)具有用于電訊的典型應(yīng)用，例如DSL開關(guān)矩陣和蜂窩電話、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)以及需要低成本開關(guān)或者低成本、高密度陣列的其它系統(tǒng)。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，許多類型的MEMS開關(guān)和相關(guān)器件可以通過體或者表面微機(jī)械加工技術(shù)或者兩種類型的技術(shù)組合來制造。體微機(jī)械加工通常包括雕刻襯底的一個(gè)或者多個(gè)側(cè)邊以在相同的襯底材料中形成期望的三維結(jié)構(gòu)和器件。該襯底由實(shí)際上可以以體的形式得到的材料構(gòu)成，因此通常是硅或者玻璃。結(jié)合蝕刻掩模和蝕刻停止層來使用濕式和/或干式蝕刻技術(shù)，以形成微型結(jié)構(gòu)。一般在襯底的背面或者正面進(jìn)行蝕刻。蝕刻技術(shù)實(shí)際上通?？梢允歉飨蛲曰蛘吒飨虍愋浴８飨蛲晕g刻對(duì)被蝕刻的材料平面的結(jié)晶取向不敏感(例如使用氫氟酸、硝酸和醋酸(HNA)的混合物作為蝕刻劑的硅蝕刻)。各向異性蝕刻劑例如氫氧化鉀(KOH)、四甲基氫氧化銨(TMAH)和乙二胺焦兒茶酚(ethylenediamine pyrochatechol)(EDP)以不同的速度有選擇地攻擊不同的結(jié)晶取向，因此可以用來在將形成的蝕刻凹槽中限定相對(duì)精確的側(cè)壁。使用蝕刻掩模和蝕刻停止層來防止襯底的預(yù)定區(qū)域被蝕刻。
另一方面，表面微機(jī)械加工通常包括通過在硅晶片的頂部上淀積大量的不同薄膜、但是不對(duì)晶片自身雕刻從而形成三維結(jié)構(gòu)。這些膜通常作為結(jié)構(gòu)層或者犧牲層。結(jié)構(gòu)層通常由多晶硅、氮化硅、二氧化硅、碳化硅或者氧化鋁組成。犧牲層通常由多晶硅、光致抗蝕劑材料、聚酰亞胺、金屬或者各種氧化物，例如PSG(磷硅酸鹽玻璃)和LTO(低溫氧化物)構(gòu)成。依次進(jìn)行淀積、蝕刻和布圖工序，以得到期望的微型結(jié)構(gòu)。在典型的表面微機(jī)械加工工藝中，用絕緣層涂覆硅襯底，在涂覆后的襯底上淀積一個(gè)犧牲層。在該犧牲層中打開窗口，然后淀積和蝕刻結(jié)構(gòu)層。然后有選擇地蝕刻該犧牲層，以形成自立的、可移動(dòng)的微型結(jié)構(gòu)，例如伸出結(jié)構(gòu)層之外的橫梁或者懸臂。通常將該微型結(jié)構(gòu)固定在硅襯底上，并且將該微型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為響應(yīng)于來自適當(dāng)?shù)募?lì)裝置的輸入可以移動(dòng)。
目前許多MEMS開關(guān)設(shè)計(jì)采用用于開關(guān)結(jié)構(gòu)的懸臂橫梁/板，或者采用多個(gè)支撐的橫梁/板形狀。在懸臂橫梁/板情況下，這些MEMS開關(guān)包括一個(gè)可動(dòng)的雙材料橫梁，該雙材料橫梁包括一個(gè)介質(zhì)材料結(jié)構(gòu)層和一個(gè)金屬層。通常，介質(zhì)材料相對(duì)于襯底固定在一端，并且為橫梁提供結(jié)構(gòu)支撐。金屬層附著在介質(zhì)材料的底側(cè)上，并且形成可動(dòng)電極和可動(dòng)觸點(diǎn)。該層可以是襯底的固定件或者附件的一部分。通過施加在該電極和附著于該襯底表面的另一個(gè)電極之間的電壓差在向著襯底的方向激勵(lì)該可動(dòng)橫梁。給兩個(gè)電極施加的電壓差產(chǎn)生靜電場(chǎng)，將橫梁拉向襯底。橫梁和襯底中每個(gè)都具有當(dāng)沒有電壓施加時(shí)通過空氣隙分隔的觸點(diǎn)，其中該開關(guān)處于“斷開”位置。當(dāng)施加電壓差時(shí)，將橫梁拉向襯底并且觸點(diǎn)進(jìn)行電連接，其中該開關(guān)處于“閉合”位置。
目前具有雙材料橫梁的MEMS開關(guān)面對(duì)的問題之一是翹曲或者其它形式的靜態(tài)偏移或者橫梁變形。由于膜內(nèi)的應(yīng)力失配或者應(yīng)力梯度會(huì)引起靜態(tài)變形。在一些平衡溫度，可以平衡失配的影響以實(shí)現(xiàn)平坦的雙材料結(jié)構(gòu)，但這樣不能校正溫度影響。這種失配可以通過具體工藝(即淀積速度、壓力、方法等等)、材料選擇和幾何參數(shù)例如厚度來平衡。由于金屬一般具有比介質(zhì)高的熱膨脹率，該金屬和介質(zhì)的雙材料結(jié)構(gòu)導(dǎo)致功能隨著溫度發(fā)生很大的變化。由于兩種材料的靜態(tài)應(yīng)力的不同狀態(tài)，因此開關(guān)具有高度可變性，會(huì)發(fā)生變形。開關(guān)失效來源于橫梁的變形。當(dāng)(1)在該可動(dòng)觸點(diǎn)和靜止觸點(diǎn)之間不能建立電接觸時(shí)，(2)在沒有任何激勵(lì)的情況下建立了電接觸，或者(3)由于靜態(tài)變形或者由于作為溫度的函數(shù)引入的變形而導(dǎo)致工作參數(shù)處于可接受的范圍之外時(shí)，會(huì)出現(xiàn)開關(guān)失效。當(dāng)可動(dòng)觸點(diǎn)和靜止觸點(diǎn)過早閉合、導(dǎo)致“短路”時(shí)觀察到第二失效模式。由于橫梁的變形，激勵(lì)電壓根據(jù)其從襯底曲線離開或者向襯底曲線靠近而分別增加或者降低。由于該可變性，可得到的電壓可能不適于得到理想的接觸力，因此不適于得到理想的接觸電阻。
目前一些具有雙材料橫梁的MEMS開關(guān)設(shè)計(jì)將用于可移動(dòng)電極的金屬層附著于介質(zhì)材料的頂側(cè)。用于可動(dòng)觸點(diǎn)的金屬層必須仍然在介質(zhì)材料的底側(cè)上。這種設(shè)計(jì)在某些情況下會(huì)起到在可移動(dòng)電極和襯底上的靜電極之間提供分隔的作用；然而，因?yàn)榻饘賹雍透街谝r底表面的電極之間的間隙距離較大，這種設(shè)計(jì)需要更高的用于激勵(lì)的高壓。該有效間隙是靜電極和介質(zhì)之間的間隙和介質(zhì)厚度的總和。因此，這樣的設(shè)計(jì)需要較大的功率消耗，并且產(chǎn)生與介質(zhì)充電相關(guān)的問題。
開發(fā)交叉開關(guān)陣列的普通方法是通過在印刷布線板(PWB)、印刷電路板(PCB)、低溫陶瓷復(fù)合(LTCC)襯底或者聚合物復(fù)合襯底上形成交叉互連結(jié)構(gòu)，接著將開關(guān)附著于該板或者襯底上。可以通過例如焊接、導(dǎo)線連接、突起連接、倒裝和其它附著和電互連方法的方法組合附著該開關(guān)。在該工藝中，交叉互連結(jié)構(gòu)的制造與MEMS開關(guān)工藝結(jié)合為一體，以便在相同襯底上使用相同的工藝制造該交叉互連結(jié)構(gòu)和MEMS開關(guān)。該交叉互連結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是輸入信號(hào)陣列可以與輸出陣列的單(多)個(gè)輸出進(jìn)行電通信。陣列尺寸可以是正方形或者矩形，其中正方形陣列是N輸入和N輸出的N×N陣列，矩形陣列是N輸入和M輸出的N×M陣列。當(dāng)在“閉合”位置激勵(lì)時(shí)，交叉互連的輸入和輸出線通過MEMS開關(guān)電連接。在交叉陣列中的每個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)處，輸入/輸出線具有靜觸點(diǎn)端子。集成的MEMS開關(guān)具有在輸入和輸出線的可動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)之間建立機(jī)械和電連接的功能。輸入和輸出線通過由MEMS開關(guān)建立的觸點(diǎn)通信。另外，如果將開關(guān)附著于交叉陣列的開關(guān)節(jié)點(diǎn)，那么可以按照常用方式在交叉陣列中使用MEMS開關(guān)。由于高可行性的制造工藝必須被低可行性的組裝工藝取代，因此該結(jié)構(gòu)是不期望的。這樣將增加總成本、降低性能、使工藝復(fù)雜和增加尺寸。
因此，希望提供一種用于制造結(jié)構(gòu)部件(例如橫梁、板和薄膜)的工藝，以提高產(chǎn)量、與溫度有關(guān)的性能、激勵(lì)和MEMS開關(guān)的性能。還希望提供一種制造結(jié)構(gòu)部件的工藝，該結(jié)構(gòu)部件能夠抵抗由寄生或者“自”激勵(lì)引起的變形。還希望提供一種制造結(jié)構(gòu)部件的方法，該方法對(duì)工藝變化、膜應(yīng)力和它們的梯度具有魯棒性。此外，希望提供一種在相同的制造工序中形成交叉互連和MEMS開關(guān)的方法。希望提供一種靈活的方法，以便可以形成MEMS開關(guān)且該MEMS開關(guān)可以與以另一種方式制造的交叉互連集成來。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種制造三層橫梁的方法。該方法可以包括在襯底上淀積一個(gè)犧牲層和在該犧牲層上淀積第一導(dǎo)電層。該方法還可以包括通過除去第一導(dǎo)電層的一部分而形成第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)。此外，該方法可以包括在第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)、犧牲層和襯底上淀積一個(gè)結(jié)構(gòu)層，并且形成一個(gè)穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)的通路。此外，該方法可以包括下列步驟在該結(jié)構(gòu)層上和該通路中淀積第二導(dǎo)電層；通過除去第二導(dǎo)電層的一部分形成第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)，其中第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)通過通路與第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)進(jìn)行電通信；并且除去足夠量的犧牲層，以分隔第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)和襯底，其中在第一端由襯底支撐該結(jié)構(gòu)層，并且在相對(duì)的第二端，該結(jié)構(gòu)層自由懸掛在襯底之上。
根據(jù)第二實(shí)施例，提供一種制造具有三層橫梁的致動(dòng)器(actuator)的方法。該方法可以包括在襯底上形成第一電極和在該第一電極和襯底上淀積一個(gè)犧牲層。該方法還可以包括在該犧牲層上形成第二電極和在第二電極、犧牲層和襯底上淀積一個(gè)結(jié)構(gòu)層。此外，該方法可以包括形成一個(gè)穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)第二電極的通路；在該結(jié)構(gòu)層上和該通路中淀積一個(gè)導(dǎo)電層；和通過除去該導(dǎo)電層的一部分形成一個(gè)導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)，其中該導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)通過該通路與第二電極進(jìn)行電通信。此外，該方法可以包括除去足夠量的犧牲層，以分隔第二電極與襯底，其中在第一端由襯底支撐該結(jié)構(gòu)層，在相對(duì)的第二端，該結(jié)構(gòu)層自由懸掛于襯底之上。
根據(jù)第三實(shí)施例，提供一種制造具有三層橫梁的微型開關(guān)的方法。該方法可以包括在襯底上形成第一電極和在襯底上形成第一觸點(diǎn)。該方法還可以包括在第一電極、第一觸點(diǎn)和襯底上淀積一個(gè)犧牲層。此外，該方法可以包括在該犧牲層上形成第二電極和在該犧牲層上形成第二觸點(diǎn)。此外，該方法可以包括在第二電極、第二觸點(diǎn)和犧牲層上淀積一個(gè)結(jié)構(gòu)層。該方法可以包括形成一個(gè)穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)第二電極的第一導(dǎo)電互連通路，并且形成一個(gè)穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)第二觸點(diǎn)的第二導(dǎo)電互連通路。此外，該方法可以包括在接觸第一互連通路的結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)電極互連和在接觸第二互連通路的結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)觸點(diǎn)互連。
根據(jù)第四實(shí)施例，提供一種制造具有交叉互連的微型開關(guān)的方法。該方法可以包括下列步驟在襯底上形成一個(gè)導(dǎo)電互連；在該導(dǎo)電互連上淀積一個(gè)介質(zhì)層；并形成一個(gè)穿過介質(zhì)層到達(dá)該導(dǎo)電互連的第一導(dǎo)電互連通路。該方法還可以包括在該介質(zhì)層上形成第一觸點(diǎn)，其中第一觸點(diǎn)與第一互連通路連接，并且在襯底上形成第一電極。此外，該方法可以包括下列步驟在第一電極、第一觸點(diǎn)和襯底上淀積一個(gè)犧牲層；在該犧牲層上形成第二電極；并形成一個(gè)穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)第二電極的第一導(dǎo)電互連通路；和形成一個(gè)穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)第二觸點(diǎn)的第二導(dǎo)電互連通路；和在接觸第一互連通路的結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)電極互連。該方法還可以包括在接觸第二互連通路的結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)觸點(diǎn)互連。
根據(jù)第五實(shí)施例，提供一種制造具有交叉互連的微型開關(guān)的方法。該方法可以包括下列步驟在襯底上形成一個(gè)導(dǎo)電互連；在該導(dǎo)電互連上淀積一個(gè)介質(zhì)層；形成穿過該介質(zhì)層到達(dá)該導(dǎo)電互連的第一導(dǎo)電互連通路；和在該介質(zhì)層上形成第一觸點(diǎn)，其中第一觸點(diǎn)與第一互連通路連接。該方法還可以包括在襯底上形成第一電極，在第一電極、第一觸點(diǎn)和襯底上淀積一個(gè)犧牲層。該方法可以包括下列步驟在該犧牲層上形成第二電極；在該犧牲層上形成第二觸點(diǎn)；在第二電極、第二觸點(diǎn)和犧牲層上淀積一個(gè)結(jié)構(gòu)層；形成一個(gè)穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)第二電極的第二導(dǎo)電互連通路；并形成穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)第二觸點(diǎn)的第三導(dǎo)電互連通路。該方法還可以包括在接觸第二互連通路的結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)電極互連和在接觸第三互連通路的結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)觸點(diǎn)互連。
根據(jù)第六實(shí)施例，提供一種制造具有三層橫梁的微型開關(guān)的方法。該方法可以包括下列步驟在襯底上形成第一和第二導(dǎo)電互連；在第一和第二導(dǎo)電互連上淀積至少一個(gè)介質(zhì)層；和形成穿過該至少一個(gè)介質(zhì)層分別到達(dá)第一和第二導(dǎo)電互連的第一和第二導(dǎo)電互連通路。該方法還可以包括在該介質(zhì)層上形成第一和第二觸點(diǎn)，其中第一觸點(diǎn)與第一互連通路連接，第二觸點(diǎn)與第二互連通路連接，并且在襯底上形成第一電極。此外，該方法可以包括下列步驟在第一電極、第一觸點(diǎn)和第二觸點(diǎn)上淀積一個(gè)犧牲層；在該犧牲層上形成第二電極；在該犧牲層上形成第三和第四觸點(diǎn)；在第二電極、第三觸點(diǎn)、第四觸點(diǎn)和犧牲層上淀積一個(gè)結(jié)構(gòu)層；形成穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)第二電極的第三導(dǎo)電互連通路；和形成穿過該結(jié)構(gòu)層分別到達(dá)第三和第四觸點(diǎn)的第四和第五導(dǎo)電互連通路。該方法還可以包括在接觸第三互連通路的結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)電極互連和在接觸第四和第五互連通路的結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)觸點(diǎn)互連。
根據(jù)第七實(shí)施例，提供一種微型結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以包括襯底和一個(gè)由襯底支撐、具有懸掛在襯底之上的上和下表面并且具有與上和下表面對(duì)齊的通路的結(jié)構(gòu)介質(zhì)臂。該結(jié)構(gòu)還可以包括接觸下表面的第一導(dǎo)電元件和接觸上表面并且通過通路與第一導(dǎo)電元件進(jìn)行電通信的第二導(dǎo)電元件。
根據(jù)第八實(shí)施例，提供一種具有導(dǎo)電互連的微型開關(guān)。該開關(guān)可以包括一個(gè)具有第一導(dǎo)電互連和靜電極的襯底；一個(gè)形成在第一導(dǎo)電互連上的第一介質(zhì)層；和一個(gè)附著于第一介質(zhì)層并且與第一導(dǎo)電互連進(jìn)行電通信的第一靜觸點(diǎn)。該開關(guān)還可以包括一個(gè)包括懸掛在第一靜觸點(diǎn)之上的底表面和與該底表面相對(duì)的頂表面的可動(dòng)結(jié)構(gòu)層；一個(gè)附著于該結(jié)構(gòu)層底表面的可動(dòng)電極，由此可動(dòng)電極通過第一間隙與靜電極分隔；和一個(gè)附著于結(jié)構(gòu)層的頂表面并且為了電通信與可動(dòng)電極連接的電極互連。此外，該開關(guān)可以包括一個(gè)附著于該結(jié)構(gòu)層底表面的可動(dòng)觸點(diǎn)，由此該可動(dòng)觸點(diǎn)通過第二間隙與第一靜觸點(diǎn)分隔，并且當(dāng)該結(jié)構(gòu)層移向第一靜觸點(diǎn)時(shí)，該可動(dòng)觸點(diǎn)接觸第一靜觸點(diǎn)。
根據(jù)第九實(shí)施例，提供一種在具有導(dǎo)電互連的開關(guān)中實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能的方法。該方法可以包括提供一個(gè)具有導(dǎo)電互連的開關(guān)。該開關(guān)可以包括一個(gè)襯底，該襯底具有第一和第二導(dǎo)電互連和靜電極以及分別形成在第一和第二導(dǎo)電互連上的第一和第二介質(zhì)層。該開關(guān)還可以包括分別附著于第一和第二介質(zhì)層并且分別與第一和第二導(dǎo)電互連進(jìn)行電通信的第一和第二靜觸點(diǎn)；包括一個(gè)懸掛在第一和第二靜觸點(diǎn)之上的底表面和與該底表面相對(duì)的頂表面的可動(dòng)結(jié)構(gòu)層；和一個(gè)附著于結(jié)構(gòu)層底表面的可動(dòng)電極，由此可動(dòng)電極通過間隙與靜電極分隔。該方法還可以包括一個(gè)附著于結(jié)構(gòu)層頂表面并且為了電通信與可動(dòng)電極連接的電極互連；和一個(gè)附著于結(jié)構(gòu)層底表面的可動(dòng)觸點(diǎn)，該可動(dòng)觸點(diǎn)定位成當(dāng)結(jié)構(gòu)層移向第一和第二靜觸點(diǎn)時(shí)接觸第一和第二靜觸點(diǎn)。此外，該方法可以包括在電極互連和靜電極之間施加電壓，以便越過間隙靜電耦合可動(dòng)電極與靜電極，由此彈性結(jié)構(gòu)層偏向襯底，可動(dòng)觸點(diǎn)接觸第一和靜觸點(diǎn)，用于在第一和第二導(dǎo)電互連之間建立電通信。
因此，一個(gè)目的是提供一種制造具有三層橫梁的MEMS器件的方法和相關(guān)方法。
這里已經(jīng)敘述的目的全部或者部分通過這里描述的三層橫梁MEMS器件和相關(guān)方法來獲得，當(dāng)下面結(jié)合附圖作為最佳方式進(jìn)行描述時(shí)，其它目的將變得顯而易見。


現(xiàn)在將參考

本發(fā)明的例舉的實(shí)施例，其中圖1A-1V示出了一種用于制造具有三層橫梁的MEMS開關(guān)的方法的制造步驟；圖2示出了在“閉合”位置的具有三層橫梁的MEMS開關(guān)的截面?zhèn)纫晥D；和圖3A-3K說明了一種用于制造具有三層橫梁的MEMS開關(guān)的方法的另一個(gè)實(shí)施例的制造步驟。
發(fā)明詳述為了這里的描述，應(yīng)理解當(dāng)提到淀積或者形成在另一個(gè)部件“上”的部件例如層或者襯底時(shí)，那個(gè)部件可以直接在另一個(gè)部件上，也可以存在插入部件(例如一個(gè)或者多個(gè)緩沖層或者過渡層、夾層、電極或者觸點(diǎn))。此外，應(yīng)該理解，交替使用術(shù)語“設(shè)置在…上”和“形成在…上”來描述給定部件如何可以相對(duì)于另一個(gè)部件定位。因此，應(yīng)該理解術(shù)語“設(shè)置在…上”和“形成在…上”對(duì)材料傳送、淀積或者制造的具體方法不會(huì)產(chǎn)生任何限制。
可以通過濺射、CVD或者蒸發(fā)形成各種金屬觸點(diǎn)、互連、導(dǎo)電通路和電極。如果采用金、鎳、銅或者軟磁合金(PERMALLOYTM)(NixFey)作為金屬元件，那么可以進(jìn)行電鍍工藝以將金屬傳送到期望的表面。在各種金屬的電鍍中使用的化學(xué)溶液是通常熟知的。一些金屬例如金會(huì)需要適當(dāng)?shù)闹虚g粘附層以防止剝離。經(jīng)常使用的粘附材料的例子包括鉻、鈦或者合金，例如鈦鎢合金(TiW)。為了防止空隙或者晶粒間的擴(kuò)散，在不同層之間可能會(huì)需要擴(kuò)散阻擋層。適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散阻擋層包括氮化鈦(TiN)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、氮化鉭(TaN)或者其任意的組合。另外，可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何其它適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散阻擋層。例如，可以使用鎳作為沿著金金屬化的晶粒邊界擴(kuò)散的鉻粘附層的擴(kuò)散阻擋層。
根據(jù)這里描述的本發(fā)明的制造、例如微機(jī)械加工，可以采用傳統(tǒng)光刻技術(shù)。因此，基本的光刻工藝步驟例如光致抗蝕劑材料應(yīng)用、曝光和顯影劑的使用在這里不再詳細(xì)描述。
同樣，可以適當(dāng)采用通常熟知的蝕刻工藝，以便有選擇地除去材料或者材料區(qū)域。成像的光致抗蝕劑材料層通常用作掩模模板?？梢灾苯訉D形蝕刻到襯底的體中或者蝕刻到薄膜或者層中，然后將其用作后續(xù)蝕刻步驟的掩模。
在具體的制造步驟中采用的蝕刻工藝的類型(例如濕式、干式、各向同性、各向異性、各向異性晶向相關(guān))、蝕刻速率和所用蝕刻劑的類型將取決于待除去的材料的成份、待使用的任何掩?；蛘呶g刻停止層的成份和待形成的蝕刻區(qū)域的輪廓。作為例子，通?？梢詫⒕酆衔g刻(poly-etch)(HF:HNO3:CH3COOH)用于各向同性濕式蝕刻?？梢詫A金屬的氫氧化物(例如KOH)、簡(jiǎn)單的氫氧化銨(NH4OH)、四基(四甲基)氫氧化銨((CH3)4NOH，還有熟知的商業(yè)名為TMAH)和乙二胺在水中與焦兒茶酚混合的乙二胺焦兒茶酚(EDP)用于各向異性濕式蝕刻，以制造V形或者錐形的溝、槽或者空腔。氮化硅通?？梢杂米鞯挚筀OH蝕刻的掩膜材料，因此可以與硅的有選擇蝕刻結(jié)合使用。使用KOH緩慢蝕刻二氧化硅，因此如果蝕刻時(shí)間短，那么二氧化硅可以用作掩膜層。而KOH將蝕刻未摻雜的硅，因此可以使用重?fù)诫s(p++)的硅作為抵抗KOH以及其它堿性蝕刻劑和EDP的蝕刻停止層。氧化硅和氮化硅可以用作抵抗TMAH和EDP的掩膜。根據(jù)本發(fā)明用來形成觸點(diǎn)和互連的優(yōu)選金屬是能夠抗EDP的金及其合金。隨同形成金部件而涂覆的粘附層(例如鉻)也能夠抗EDP。
可以使用通常熟知的濕式蝕刻劑來蝕刻如銅、金、二氧化硅等材料和如粘附和阻擋材料的次生材料(secondary material)。例如，可以在20-50℃的溫度范圍內(nèi)利用KI3的水溶液蝕刻金。作為另一個(gè)例子，可以在硝酸銨高鈰、硝酸和H2O的溶液中在25℃濕式蝕刻鉻(普通的粘附層)。此外，例如，可以在硝酸的稀溶液中在25℃蝕刻銅。蝕刻二氧化硅的常用方法是利用HF的各種水溶液或者用氟化銨緩沖的HF溶液。
顯而易見，可以在氫氧化物溶液中進(jìn)行電化學(xué)蝕刻來取代定時(shí)濕式蝕刻。例如，如果使用p型硅晶片作為襯底，那么可以通過外延生長(zhǎng)n型硅停止層來建立蝕刻停止層，以便形成p-n結(jié)二極管?？梢栽趎型層和設(shè)置在溶液中的電極之間施加電壓，以反向偏置p-n結(jié)。結(jié)果，通過掩膜向下蝕刻體p型硅，直到p-n結(jié)，在n型層停止。此外，光伏和直流電蝕刻停止技術(shù)也是適合的。
也可以使用干式蝕刻技術(shù)例如等離子相(plasma-phase)蝕刻和反應(yīng)離子蝕刻(RIE)除去硅及其氧化物和氮化物以及各種金屬?？梢允褂蒙罘磻?yīng)離子蝕刻(DRIE)各向異性地蝕刻體層中的深的、垂直的溝槽。二氧化硅一般用作抗DRIE的蝕刻停止層，因此根據(jù)本發(fā)明的方法可以使用包含埋置二氧化硅層的結(jié)構(gòu)例如絕緣體上硅(SOI)晶片作為制造微型結(jié)構(gòu)的起始襯底。作為干式蝕刻工藝的例子，可以在包含CF4+O2、CHF3、C2F6或者C3F8的化學(xué)組合物中蝕刻二氧化硅。作為另一個(gè)例子，可以利用C2Cl2F4或者C4Cl2F4+O2干式蝕刻金。
另一個(gè)用來蝕刻的布圖工藝是剝離(lift-off)。在剝離工藝中，使用常規(guī)的光刻技術(shù)形成想要圖形的負(fù)圖像。剝離工藝一般用來布圖淀積的連續(xù)金屬膜或者當(dāng)需要粘附層和擴(kuò)散阻擋層時(shí)淀積的金屬膜。此外，可以將其用于布圖其它材料。在用于布圖的區(qū)和光致抗蝕劑材料掩膜(負(fù)圖像)的頂上淀積該金屬。除去光致抗蝕劑材料和頂上的金屬以留下期望的金屬圖形。
這里所使用的術(shù)語“導(dǎo)電的”通常包含導(dǎo)電和半導(dǎo)電的材料。
下面將參考附圖描述例子。
圖1A-1V將描述根據(jù)本發(fā)明的表面微機(jī)械加工工藝制造具有三層橫梁的MEMS開關(guān)的方法。這里所描述的制造方法可以用來制造其它的MEMS器件，例如加速計(jì)、壓力傳感器、光開關(guān)、變?nèi)荻O管(可變電容器)、可變電感器和相移器。該制造方法可以應(yīng)用于具有三層結(jié)構(gòu)的MEMS開關(guān)，其中三層結(jié)構(gòu)可以是雙支撐的橫梁(在兩端附著于襯底)、板/隔板(具有以不同方式限制的邊緣，例如具有限制的四個(gè)邊緣)、通過多個(gè)柔性支撐體例如扭曲橫梁、折疊或者未折疊的橫梁懸掛的剛性板和本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它懸掛系統(tǒng)。具體參考圖1A，提供起始晶片或者襯底100，優(yōu)選包括硅。用作起始襯底100的材料的非限制性例子包括硅(處于單晶、多晶或者非晶體形式)、氮氧化硅、玻璃、石英、藍(lán)寶石、氧化鋅、氧化鋁、二氧化硅或者為二元、三元或者四元形式的各個(gè)III-V族化合物之一(例如，GaAs、InP、GaN、AlN、AlGaN、InGaAs等等)?？梢酝ㄟ^已知的雜質(zhì)摻雜方法調(diào)節(jié)硅層的導(dǎo)電率?？梢允褂酶鞣N形式的硅氧化物(例如，SiO2、其它的硅氧化物和硅酸鹽玻璃)作為結(jié)構(gòu)層、絕緣層或者蝕刻停止層。如本領(lǐng)域熟知的，可以優(yōu)選在氫氟酸(HF)中蝕刻這些氧化物，以形成期望的輪廓。用于向襯底添加氧化物材料的各種方法是本領(lǐng)域熟知的。例如，可以干式或者濕式氧化工藝通過在高溫氧化硅而熱生長(zhǎng)二氧化硅?？梢酝ㄟ^化學(xué)汽相淀積(CVD)以及例如濺射的物理汽相淀積(PVD)或者一些通過類似于用來淀積聚合物和光致抗蝕劑材料的旋涂工藝淀積氧化物和玻璃以及硅基薄膜，所述玻璃包括磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼硅酸鹽玻璃(BSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG，也稱為低溫氧化物或者LTO)，所述化學(xué)汽相淀積包括大氣壓CVD(APCVD)、低壓CVD(LPCVD)和低壓等離子增強(qiáng)型CVD(PECVD)?？梢允褂没瘜W(xué)計(jì)量(stoichiometric)和非化學(xué)計(jì)量氮化硅作為絕緣膜或者作為與堿性蝕刻溶液結(jié)合的掩模層，并且通常使用適當(dāng)?shù)腃VD法淀積。如果選擇的起始襯底100的成份是導(dǎo)電或者半導(dǎo)電材料，那么在襯底100的頂表面上、或者至少在要形成電觸點(diǎn)或者導(dǎo)電區(qū)的部分頂表面上淀積非導(dǎo)電的第一介質(zhì)層102。接著，淀積第一光刻掩模層或者犧牲層104，并使其厚度均勻以平整犧牲層104的頂表面。
參見圖1B-1C，示出了通過剝離布圖工藝來產(chǎn)生第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106的工藝。在該實(shí)施例中，第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106是適于與其它電器件通信的交叉互連。該導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106延伸到層面(page)中，到達(dá)的深度大于橫截面寬度。另外，第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106可以延伸到距離等于或者小于其橫截面寬度的層面中。在另一個(gè)方案中，第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106可以代表接地板，該接地板將在所有方向延伸，以完全位于MEMS微型結(jié)構(gòu)的下面。另外，第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106可以是固定或者可變電容器的固定板、單獨(dú)限制電感線圈的平面線圈(圓形或者矩形)的一部分，或者當(dāng)其與其它層電連接時(shí)，它是三維線圈的一部分。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于導(dǎo)電的任何其它適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電微型結(jié)構(gòu)。
具體參考圖1B，如圖所示布圖第一光刻掩模104。在第一犧牲層104和第一介電層102的暴露部分上淀積第一導(dǎo)電層108。第一導(dǎo)電層108包含金或者本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料。淀積第一導(dǎo)電層108的非限制性的例子包括濺射、蒸發(fā)、電鍍和本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何其它適當(dāng)方法。第一導(dǎo)電層108包括本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何適當(dāng)?shù)恼掣讲牧虾蛿U(kuò)散阻擋層材料。粘附材料促進(jìn)了第一導(dǎo)電層108與第一介質(zhì)層102的粘附和任何后續(xù)的介質(zhì)層的粘附。擴(kuò)散阻擋層抑制了第一導(dǎo)電層108向第一介質(zhì)層102和后續(xù)的導(dǎo)體或者介質(zhì)層的擴(kuò)散。
接著，除了形成第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106的部分之外，使用剝離技術(shù)除去剩余的第一光刻掩模層104和第一導(dǎo)電層108。該剝離技術(shù)包括浸在溶液中以除去第一光刻掩模層104和第一導(dǎo)電層106的不想要的部分。由此，參考圖1C，第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106剩余部分形成在襯底100上，以執(zhí)行電互連、接地/屏蔽平面或者散熱的功能。布圖第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106的其它非限制性的例子包括蝕刻、研磨、電鍍、非電鍍和本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何其它適當(dāng)?shù)姆椒ā?br> 參考圖1D，在第一介電層102和第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106上淀積第二介質(zhì)層110。第二介質(zhì)層110與第一介質(zhì)層102和第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106共形。另外，可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何適當(dāng)方法過淀積(overdeposited)和平整化第一介電層102。淀積第二介質(zhì)層110之后可以執(zhí)行平整技術(shù)例如化學(xué)機(jī)械平整(CMP)，以為后續(xù)層提供平整的表面。另一個(gè)平整方法是使用自平整的旋涂介質(zhì)。如圖1D所示，不平整第二介質(zhì)層110。如果不平整該表面，那么第二介質(zhì)層110的淀積厚度將限定中間介質(zhì)層的厚度。如果平整該表面，那么該介質(zhì)的厚度將淀積到厚于第一導(dǎo)電層108和第二介質(zhì)層110的厚度。CMP工藝可以除去過量材料，直到該表面平整，并且得到想要的中間介質(zhì)層厚度。
參見圖1E-1G，示出了形成凹陷112以放置第一導(dǎo)電通路114和第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116的工藝。在該實(shí)施例中，第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116是用于提供與其它電器件電連接的交叉互連。另外，第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何其它適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電微型結(jié)構(gòu)。具體參考圖1E，進(jìn)行蝕刻和布圖工藝以形成穿過第二介質(zhì)層110到達(dá)第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106的凹陷112。參考圖1F，在第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106上和凹陷112中淀積到達(dá)第二介質(zhì)層110的第二導(dǎo)電層118。因此，用導(dǎo)電材料填充凹陷112，以形成第一導(dǎo)電通路114。第一導(dǎo)電通路114執(zhí)行與第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106的電互連的功能，如下面更詳細(xì)描述的。在另一實(shí)施例中，可以通過在凹陷112中淀積栓塞金屬進(jìn)行與第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106的電互連。該栓塞材料可以不同于第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106或者第二導(dǎo)電層118的材料。第二導(dǎo)電層118包括任何適當(dāng)?shù)恼掣讲牧虾蛿U(kuò)散阻擋層材料。該粘附材料促進(jìn)第二導(dǎo)電層108與第二介質(zhì)層110的粘附和與任何后續(xù)介質(zhì)層的粘附。該擴(kuò)散阻擋層抑制了第二導(dǎo)體層118向第一導(dǎo)體層108、第二介質(zhì)層110和后續(xù)的導(dǎo)體或者介質(zhì)層的擴(kuò)散。
現(xiàn)在參考圖1G，示出了通過布圖和蝕刻第二導(dǎo)電層118形成的第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116。如下面更詳細(xì)地描述，第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116執(zhí)行電互連。第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116可以延伸到深度比第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116的橫截面寬度大的層面。在該交叉互連的實(shí)施例中，第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116將垂直于第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106延伸(向左和右)。另外，第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116可以延伸到距離大約為橫截面寬度數(shù)量級(jí)的層面深度。在該實(shí)施例中，第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116的目的僅用于第一導(dǎo)電層108和第二導(dǎo)電層118之間的電連接。在另一個(gè)應(yīng)用中，第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116可以代表接地板，該接地板將向所有方向延伸以使完全位于該MEMS開關(guān)的下面。另外，第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116可以是固定或者可變電容器的固定板或者單獨(dú)限定電感線圈的平面線圈的一部分，或者是當(dāng)其電連接到其它層時(shí)的三維線圈的一部分。此外，第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何適當(dāng)?shù)奈⑿徒Y(jié)構(gòu)。蝕刻掉延伸到第二介質(zhì)層110表面之外的第一導(dǎo)電通路114的部分。
在如上所述用于形成第一導(dǎo)電通路114和第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116的工藝中，第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116和第一導(dǎo)電通路114同時(shí)形成。另外，可以獨(dú)立于第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116而淀積用于第一導(dǎo)電通路114的材料。淀積和布圖第一導(dǎo)電通路114的目的是填充第一導(dǎo)電通路114直到第二介質(zhì)層110的表面。接著，如上所述淀積和布圖第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116?？蛇x擇用來淀積和布圖第一導(dǎo)電通路114的工藝是使用大馬士革工藝。在大馬士革工藝中，如上所述平整第二介質(zhì)層110。進(jìn)行蝕刻和布圖工藝以形成穿過第二介質(zhì)層110的凹陷112，該凹陷112到達(dá)第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106或者在第一導(dǎo)電層108中的其它布圖的微型結(jié)構(gòu)。除了凹陷112，第二介質(zhì)層110的表面是平面。在第二介質(zhì)層110上淀積第二導(dǎo)電層118，在第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106上和凹陷112中淀積到達(dá)第二介質(zhì)層110的第二導(dǎo)電層118。用導(dǎo)電材料填充凹陷112，以形成第一導(dǎo)電通路114?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄆ秸诙?dǎo)電層118?？梢栽诘矸e第二導(dǎo)電層118之后執(zhí)行平整技術(shù)例如化學(xué)機(jī)械平整(CMP)，以除去第二導(dǎo)電層118的除了形成第一導(dǎo)電通路114的導(dǎo)電材料之外的所有導(dǎo)電材料。如上所述布圖和形成第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116。
參考圖1H，在第二介質(zhì)層110、第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116和第一導(dǎo)電通路114上淀積第三介質(zhì)層120，以產(chǎn)生共形表面。另外，如上所述可以平整第三介質(zhì)層120的表面。
參考圖1I-1K，示出了用于延伸第一導(dǎo)電通路114和形成第二導(dǎo)電通路122的工序。具體參考圖1I，進(jìn)行蝕刻和布圖工序，以形成凹陷124和126。凹陷124從第三介質(zhì)層120的頂表面向第一導(dǎo)電通路114延伸。凹陷126從第三介質(zhì)層120的頂表面向第一導(dǎo)電通路114延伸。參考圖1J，在第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116、第一導(dǎo)電通路114和第三介質(zhì)層120上淀積第三導(dǎo)電層128。第三導(dǎo)電層128填充凹陷124和126?，F(xiàn)在參考圖1K，布圖和蝕刻第三導(dǎo)電層128(圖1J所示)，以通過上述方法形成到達(dá)第一導(dǎo)電通路114和第二導(dǎo)電通路122的延伸。第二導(dǎo)電通路122執(zhí)行與第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116的電互連的功能。另外，可以通過上述大馬士革技術(shù)或者通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它適當(dāng)方法形成第二導(dǎo)電通路122和與第一導(dǎo)電通路114的連接。
參考圖1L-1M，示出了用于制造第一靜觸點(diǎn)130、第二靜觸點(diǎn)132和靜電極134的工序。參考圖1L，在第一導(dǎo)電通路114、第二導(dǎo)電通路122和第三介質(zhì)層120上淀積導(dǎo)電層。按照上述方式布圖該導(dǎo)電層。參考圖1M，同時(shí)形成第一靜觸點(diǎn)130、第二靜觸點(diǎn)132和靜電極134。另外，也可以在形成靜電極134之前或者之后形成第一靜觸點(diǎn)130、第二靜觸點(diǎn)132。這種形成順序?qū)⒃试S第一靜觸點(diǎn)130和第二靜觸點(diǎn)132由不同的導(dǎo)電材料形成、由不同的布圖方法布圖或者由與靜電極134不同的淀積方法淀積。例如，可以通過蒸發(fā)淀積和蝕刻形成第一靜觸點(diǎn)130。另外，可以形成通路栓塞、接線柱、桿、電互連、傳輸線、波導(dǎo)、靜態(tài)激勵(lì)電極(stationary actuation electrode)、靜觸點(diǎn)電極、電極互連或者本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。在該工序中同時(shí)形成第一靜觸點(diǎn)130、第二靜電極132和靜電極134。另外，可以在分隔的工序中形成部件130、132和134。
第一靜觸點(diǎn)130、第二靜觸點(diǎn)132和靜電極134包括導(dǎo)電材料例如金或者本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它適當(dāng)金屬。另外，第一靜電極130、第二靜電極132和靜電極134可以包括半導(dǎo)體例如多晶硅、導(dǎo)電聚合物或者本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何其它適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料。如果第一靜觸點(diǎn)130和第二靜觸點(diǎn)132由與靜電極134不同的材料制成，那么優(yōu)選靜電極134由具有非常低導(dǎo)電率的材料制成。第一靜觸點(diǎn)130和第二靜觸點(diǎn)132應(yīng)由具有非常高導(dǎo)電率的材料制成，例如銅、鋁、金或者它們的合金或者組合物。
參考圖1N，淀積均勻厚度的第一犧牲層136，使得其頂表面優(yōu)選為平整。第一犧牲層136限定了部件130、132及134和下面詳細(xì)描述的將形成在其上的三層橫梁結(jié)構(gòu)之間的間隙。第一犧牲層136包括聚合物。另外，第一犧牲層136可以是金屬、半導(dǎo)體、介質(zhì)或者本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何其它適當(dāng)?shù)牟牧?，使得除去化學(xué)試劑之外與其它的電和結(jié)構(gòu)材料兼容。首先，第一犧牲層136限定了襯底100上的部件和三層橫梁結(jié)構(gòu)之間的間隙。另外，導(dǎo)電材料可以形成電互連、傳輸線、波導(dǎo)、固定電容器極板或者固定電感器元件。另外，作為三層橫梁結(jié)構(gòu)的機(jī)械支撐體或者彈性部件，可以使用介質(zhì)或者聚合物犧牲層來限定中間介質(zhì)層，以增加固定電容器極板之間的電容、增加靜電極之間的絕緣。在這些實(shí)施例中，在下面更詳細(xì)描述的清除(release)蝕刻過程中，優(yōu)選第一犧牲層136受三層橫梁結(jié)構(gòu)的層保護(hù)。
參考圖1O-1P，示出了用于制造可動(dòng)電極138的工序。參考圖1O，在第一犧牲層136上淀積第四導(dǎo)電層140。如上所述布圖第四導(dǎo)電層140。參考圖1P，形成可動(dòng)電極138?？蓜?dòng)電極138包括導(dǎo)電材料例如金或者任何其它適當(dāng)?shù)慕饘?。另外，可?dòng)電極138包括半導(dǎo)體例如多晶硅、導(dǎo)電型聚合物或者本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何其它適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料。另外，可以布圖第四導(dǎo)電層140以形成可動(dòng)的觸點(diǎn)電極、可動(dòng)的觸點(diǎn)桿(contact bar)、可變電容器的可動(dòng)極板、可變電感器的可動(dòng)電感器、空氣橋傳輸線/波導(dǎo)的部分、電互連、電極互連層、三層橫梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件，而且作為下面描述的結(jié)構(gòu)層和襯底100之間的附著部分的一部分。
圖1Q-1R示出了用于制造結(jié)構(gòu)層142的工序，所述結(jié)構(gòu)層142用于提供橫梁結(jié)構(gòu)并且將橫梁連接到襯底100上。具體參考圖1Q，如圖所示布圖和蝕刻(干或者濕蝕)第一犧牲層136，直到第三介質(zhì)層120，用于形成將橫梁附著到襯底100并且將橫梁懸掛在部件130、132和134上的結(jié)構(gòu)。另外，可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它適當(dāng)方法例如剝離、電鍍、非電鍍或者曝光和灰化來布圖第一犧牲層。首先，第一犧牲層138的布圖限定了三層橫梁結(jié)構(gòu)的附著部分相對(duì)于襯底100的位置。另外，布圖第一結(jié)構(gòu)層142以形成用于電互連、傳輸線、波導(dǎo)、固定電容器板、固定電感器元件或者中間介質(zhì)層的絕緣界面。參考圖1R，在第三介質(zhì)層120、第一犧牲層136和可動(dòng)電極138上淀積結(jié)構(gòu)層142。結(jié)構(gòu)層142優(yōu)選包括可以通過濺射、蒸發(fā)、旋涂、氧化或者本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它適當(dāng)方法淀積的二氧化硅。另外，結(jié)構(gòu)層142可以包括氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、聚合物或者本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何其它適當(dāng)?shù)姆菍?dǎo)電、彈性材料。結(jié)構(gòu)層142是彈性的，并且提供了想要的靜觸點(diǎn)130及132和下面描述的橫梁上的觸點(diǎn)之間的絕緣。此外，結(jié)構(gòu)層142提供了靜電極134和如下所述的橫梁上可動(dòng)電極之間的絕緣。
圖1S-1U示出了用于同時(shí)制造下面的導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)的工序第一可動(dòng)觸點(diǎn)144、第二可動(dòng)觸點(diǎn)146、第一互連148、第二互連150、電極互連152、第三互連154和一個(gè)電連接156。優(yōu)選，可動(dòng)電極138為180×350微米。另外，可動(dòng)電極138可以是任何其它適當(dāng)?shù)某叽?。這些尺寸是由希望的功能性和可制造性需求確定的。優(yōu)選，電極互連152的尺寸為為180×350微米。具體參考圖1S，蝕刻穿過結(jié)構(gòu)層142的凹陷158、160和162。此外，將凹陷164蝕刻到結(jié)構(gòu)層142中。通過結(jié)構(gòu)層142來布圖和蝕刻凹陷158，并且將凹陷158蝕刻到第一犧牲層136中，用于形成第一互連148和第一可動(dòng)觸點(diǎn)144。第一可動(dòng)觸點(diǎn)144和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146包括導(dǎo)電材料例如銅、金、鋁、它們的合金和組合物，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何其它適當(dāng)?shù)慕饘佟?br> 將凹陷158蝕刻到第一犧牲層136中，使得第一可動(dòng)觸點(diǎn)144延伸到結(jié)構(gòu)層142之外。穿過結(jié)構(gòu)層142來布圖和蝕刻凹陷160，并且將凹陷160蝕刻到第一犧牲層136中，用于形成第二互連150和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146。將凹陷160蝕刻到第一犧牲層136中，使得第二可動(dòng)觸點(diǎn)146延伸到結(jié)構(gòu)層142之外。通過結(jié)構(gòu)層142來布圖和蝕刻凹陷162，用于形成到達(dá)可動(dòng)電極138的第三互連154。穿過結(jié)構(gòu)層142來布圖和蝕刻凹陷164，以形成橫梁的懸掛端和橫梁的非限制側(cè)?？梢酝ㄟ^干式或者濕式蝕刻工藝蝕刻或者通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它適當(dāng)方法來布圖凹陷158、160、162和164。凹陷158、160、162和164的同時(shí)制造使整個(gè)工藝在光刻步驟和掩模層的數(shù)量方面簡(jiǎn)單化。另外，可以證明形成穿過結(jié)構(gòu)層142并且進(jìn)入第一犧牲層136以形成第一互連148和第一可動(dòng)觸點(diǎn)144是有利的。穿過結(jié)構(gòu)層142的凹陷160、162和164的形成需要與進(jìn)入第一犧牲層136的形成工序不同的工序。此外，由于僅需要穿過結(jié)構(gòu)層142而不穿過第一犧牲層136來形成，所以可以在另一個(gè)步驟中形成凹陷164。此外，可以通過在橫梁的自由端并且沿著側(cè)邊而不在附著于襯底100的結(jié)構(gòu)層部分上布圖和蝕刻結(jié)構(gòu)層142來形成凹陷164。必須由簡(jiǎn)單性和兼容性來確定另外的步驟順序。另外，第一可動(dòng)觸點(diǎn)144和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146可以由第四導(dǎo)電層140中的另一個(gè)圖形形成。另外，可以在第一犧牲層136中布圖和形成第一可動(dòng)觸點(diǎn)144和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146。此外，第四導(dǎo)電層140中的圖形可以與如在第一犧牲層136中形成的第一可動(dòng)觸點(diǎn)144和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146的圖形一致?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法布圖和形成第一可動(dòng)觸點(diǎn)144和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146。
需要可動(dòng)觸點(diǎn)144和146來建立第一靜觸點(diǎn)130和第二靜觸點(diǎn)132之間的電通信。所述電通信在第一可動(dòng)觸點(diǎn)144大約接近第一靜觸點(diǎn)130并且當(dāng)?shù)诙蓜?dòng)觸點(diǎn)大約接近第一靜觸點(diǎn)130時(shí)建立。通過包括第一靜觸點(diǎn)130、第一可動(dòng)觸點(diǎn)144、第一互連148(下面更詳細(xì)描述的電連接)、第二互連150(下面更詳細(xì)描述的電連接)和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146實(shí)現(xiàn)該電通信。在截面平面圖中示出了第一可動(dòng)觸點(diǎn)144和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146，第一可動(dòng)觸點(diǎn)144離橫梁的自由端和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146最近。在該實(shí)施例中，第一可動(dòng)觸點(diǎn)144建立了與第一靜觸點(diǎn)130的接觸，第二可動(dòng)觸點(diǎn)146建立了與第二靜觸點(diǎn)132的接觸。另外，該主體結(jié)構(gòu)具有沿著橫梁的長(zhǎng)邊且位于相同位置的第一可動(dòng)觸點(diǎn)144和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146。在該結(jié)構(gòu)中，可動(dòng)觸點(diǎn)144和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146彼此相對(duì)分開，如圖1U所示?？蓜?dòng)觸點(diǎn)144和146分別建立了與靜觸點(diǎn)130和132的接觸。
在另一個(gè)實(shí)施例中，存在單個(gè)的可動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)。在該實(shí)施例中，第二可動(dòng)觸點(diǎn)作為在橫梁的固定端處的靜態(tài)觸點(diǎn)。該靜態(tài)觸點(diǎn)通過結(jié)構(gòu)層142中的通路在橫梁的固定端建立了與第二可動(dòng)觸點(diǎn)146的電連接。在該實(shí)施例中，第二可動(dòng)觸點(diǎn)146和靜態(tài)觸點(diǎn)之間的電連接將從橫梁自由端處的第二可動(dòng)觸點(diǎn)146到橫梁固定端處的靜態(tài)觸點(diǎn)橫穿橫梁的長(zhǎng)邊。
參考圖1T，在第一犧牲層136和結(jié)構(gòu)層142上淀積第五導(dǎo)電層166。通過如上所述的方法來布圖第五導(dǎo)電層166。
參考圖1U，形成電極互連152和電連接156。電極互連152是與可變電極138匹配的結(jié)構(gòu)。在另一個(gè)方案中，精確地匹配電極互連152和可變電極138的幾何形狀和尺寸。這些結(jié)構(gòu)的精確匹配提供了對(duì)由橫梁的變形引發(fā)的膜應(yīng)力和溫度的更強(qiáng)的魯棒性。在另一個(gè)方案中，為了獲得對(duì)由橫梁變形引發(fā)的膜應(yīng)力和溫度的同樣的魯棒性，設(shè)計(jì)電極互連152和可變電極138，以使其結(jié)構(gòu)類似但幾何形狀和尺寸不同。設(shè)計(jì)電極互連152的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，使其類似于可變電極138，以最小化由于獨(dú)立于幾何形狀和尺寸匹配的膜應(yīng)力和溫度而引起的效應(yīng)和變化。如圖所示，電連接164經(jīng)由第一互連148和第二互連150連接第一可動(dòng)觸點(diǎn)144和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146。電極互連152經(jīng)由電連接164提供與電壓源(未示出)的電連接?？勺冸姌O138經(jīng)由另一個(gè)電連接(未示出)提供與電壓源的電連接。
參考圖1V，示出了制造MEMS開關(guān)的最后步驟。在該步驟中，除去第一犧牲層136以形成三層橫梁，通常表示為168?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何適當(dāng)方法除去第一犧牲層136。
示出了處于“斷開”位置的該MEMS開關(guān)，其中在第一可動(dòng)觸點(diǎn)144和第一靜觸點(diǎn)130之間以及在第二可動(dòng)觸點(diǎn)146和第二靜觸點(diǎn)132之間存在間隙。在處于“斷開”位置時(shí)，在第一可動(dòng)觸點(diǎn)144和第一靜觸點(diǎn)130之間和第二可動(dòng)觸點(diǎn)146和第二靜觸點(diǎn)132之間沒有建立電連接。MEMS開關(guān)向“閉合”位置的移動(dòng)會(huì)受到由電壓源在靜電極134和電連接156之間施加的電壓的影響。通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的適當(dāng)方法可以將電壓源電連接到靜電極134和電連接156。由于可變電極138通過電極互連152、第三互連154與電連接156電連接，因此通過施加的電壓給可變電極138供電。當(dāng)施加電壓時(shí)，在靜電極134和可變電極138上產(chǎn)生相等并且極性相反的電荷。相對(duì)電極上的電荷分布產(chǎn)生靜電力，該靜電力由目前變形橫梁的靜電力來平衡。當(dāng)電壓增加時(shí)，電荷在橫梁的整個(gè)表面以非均勻和非線性的方式增加，直到達(dá)到不穩(wěn)定點(diǎn)。通過彈性力不能保持與靜電力的平衡來確定該穩(wěn)定點(diǎn)，并且橫梁吸合(snap through)直到建立電接觸。此時(shí)，電壓可以繼續(xù)增加，由此增加接觸力并且減小接觸電阻，直到橫梁的絕緣界限的極限。該絕緣界限由介質(zhì)擊穿電壓、氣體放電或擊穿或者其中橫梁二次吸合以致短路電極的彈性破壞來確定。可以應(yīng)用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法使該絕緣最大化。另外，可以降低電壓直到達(dá)到釋放電壓，橫梁從襯底跳離，以“斷開”接觸。釋放電壓一般比確定觸點(diǎn)閉合的牽引電壓(pull in voltage)小。不需要電壓-時(shí)間函數(shù)的單調(diào)變化(monotonic excursion)以便于此操作，使得開關(guān)瞬時(shí)工作。結(jié)構(gòu)類似地設(shè)置電連接156和靜電極134，使得在“斷開”位置該橫梁大部分是平坦的。此外，由于整個(gè)橫梁的熱機(jī)械平衡，該結(jié)構(gòu)同樣增強(qiáng)了溫度特性。
參考圖2，示出了所制造的處于“閉合”位置的MEMS開關(guān)，其中第一可變觸點(diǎn)144接觸第一靜觸點(diǎn)130，第二可變觸點(diǎn)146接觸第二靜觸點(diǎn)132。因此，在處于“閉合”位置時(shí)，在第一可變觸點(diǎn)144和第一靜觸點(diǎn)130之間以及第二可變觸點(diǎn)146和第二靜觸點(diǎn)132之間建立了電連接。此外，通過部件148、150和164在第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)106和第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)116之間建立了電連接。當(dāng)在可變電極138和靜電極134之間施加的電壓減小、足以使得結(jié)構(gòu)層142的反作用力(reflexive force)使橫梁168返回到自然位置時(shí)，該MEMS開關(guān)返回到“斷開”位置。
參考圖3A-3K，下面將描述根據(jù)本發(fā)明的表面微機(jī)械加工工藝制造具有3層橫梁的MEMS開關(guān)的方法的另一個(gè)實(shí)施例。具體參考圖3A，提供襯底300。襯底300包括硅。另外，襯底300可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何其它適當(dāng)材料。如果選擇襯底300的成份使其為導(dǎo)電或者半導(dǎo)電材料，那么在襯底300的頂表面上或者至少在頂表面需要有電觸點(diǎn)或者導(dǎo)電區(qū)的部分上淀積非導(dǎo)電的第一介質(zhì)層302。
參見圖3B-3C，示出了用于制造靜觸點(diǎn)304和靜電極306的工序。參考圖3B，在第一介質(zhì)層302上淀積第一導(dǎo)電層308。如上所述布圖第一導(dǎo)電層308。參考圖3C，同時(shí)形成靜觸點(diǎn)304和靜電極306。另外，可以在不同的工序中形成靜觸點(diǎn)304和靜電極306。
參考圖3D，淀積犧牲層310到均勻厚度，使得其頂表面優(yōu)選平整。犧牲層310限定了靜觸點(diǎn)304及靜電極306和下面詳細(xì)描述的三層橫梁結(jié)構(gòu)之間的間隙。犧牲層310包括聚合物。另外，犧牲層310可以是金屬、介質(zhì)或者本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何其它適當(dāng)材料，使得除去化學(xué)試劑之外與其它電和結(jié)構(gòu)材料兼容。
另外，可以布圖和蝕刻犧牲層310，使得觸點(diǎn)突起凹陷在形成在橫梁結(jié)構(gòu)底側(cè)上的結(jié)構(gòu)以下，或者來形成更大的凹陷結(jié)構(gòu)。另外，可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它適當(dāng)方法形成凹陷。
參考圖3E-3F，示出了用于制造可變觸點(diǎn)312和可變電極314的工序。參考圖3E，在犧牲層310中蝕刻溝槽316、318和320。在犧牲層310中分別蝕刻用于可變觸點(diǎn)312和可變電極314的溝槽316和318。形成溝槽320，用于形成將橫梁附著于襯底300并且將橫梁懸掛在部件304和306之上的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在參考圖3F，在犧牲層310上淀積導(dǎo)電層，直到填充溝槽316和318。接著，如上所述布圖導(dǎo)電層，一般形成可變觸點(diǎn)312和可變電極314。
參考圖3G，在可變觸點(diǎn)312、可變電極314、犧牲層310和第一介質(zhì)層302上淀積結(jié)構(gòu)層322。在該實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)層322包括氧化物。
參考圖3H-3J，示出了用于同時(shí)制造下列導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)的工序觸點(diǎn)互連324、電極互連326和互連通路328和330。具體參考圖3G，分別將凹陷332和334蝕刻到結(jié)構(gòu)層322中，用于形成互連通路328和330。穿過結(jié)構(gòu)層322將凹陷332和334蝕刻到可變觸點(diǎn)312和可變電極314。
現(xiàn)在參考圖3I，在結(jié)構(gòu)層322上淀積第二導(dǎo)電層336，并且如圖所示進(jìn)入凹陷332和334，用于形成從可變觸點(diǎn)312和可變電極314到結(jié)構(gòu)層322頂表面的電連接。接著，布圖第二導(dǎo)電層336，用于形成觸點(diǎn)互連324和電極互連326，如圖3J所示?？梢酝ㄟ^其它導(dǎo)電層在如上所述淀積第二導(dǎo)電層336之前形成互連通路328和330。
在本實(shí)施例中靜觸點(diǎn)304、靜電極306、可變觸點(diǎn)312、可變電極314、電極互連326、觸點(diǎn)互連324和互連通路328及330包括金屬。優(yōu)選，可變電極314和電極互連326由相同材料制造并且具有相同的尺寸，以便執(zhí)行兩個(gè)功能。首先，它提供結(jié)構(gòu)層322兩側(cè)的機(jī)械平衡。由于以相同的方式淀積膜以產(chǎn)生對(duì)稱的應(yīng)力場(chǎng)，并且由于熱膨脹特性是對(duì)稱的，因此由于彈性對(duì)稱而提供了機(jī)械平衡。通過使用相同的材料并且使用相同的尺寸保持該彈性對(duì)稱性。通過電極相同的材料并且使用相同的工藝和厚度產(chǎn)生對(duì)稱的應(yīng)力場(chǎng)。由于結(jié)構(gòu)層332的任一側(cè)上都是相同的材料，因此該對(duì)稱的熱膨脹特性使開關(guān)的工作相對(duì)于溫度的任何變化都最小。這意味著MEMS開關(guān)表現(xiàn)的任何功能變化都主要取決于工藝變化，該工藝變化可以通過適當(dāng)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)而使其最小。其次，它有利于觸點(diǎn)的電流承載能力。優(yōu)選該三層橫梁具有通過相同的工序、以相同的幾何形狀布圖、淀積為相同厚度的相同類型的金屬，而使用不同的材料應(yīng)與適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和特性相適應(yīng)。為了解決觸點(diǎn)粘附、冷焊或者熱焊問題，靜觸點(diǎn)304、靜電極306、可變電極314、可變觸點(diǎn)312、電極互連326、觸點(diǎn)互連324和互連通路328及330可以是不同的材料或者相同材料的不同合金。選擇材料使接觸電阻最小，并且使例如靜態(tài)阻力等的失效最少。
參考圖3K，圖3K示出了制造MEMS開關(guān)的最后步驟。在該步驟中，除去犧牲層310以形成三層橫梁，通常表示為338?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何適當(dāng)?shù)姆椒ǔ奚鼘?10。
說明了在“斷開位置”的MEMS開關(guān)。在“閉合”位置，橫梁338向襯底300偏斜，可變觸點(diǎn)312接觸靜觸點(diǎn)304。如上所述，可以在電極互連326和靜電極306之間施加電壓，用于將MEMS開關(guān)移到“閉合”位置。
應(yīng)該理解，在不離開本發(fā)明范圍的情況下，可以改變本發(fā)明的各個(gè)細(xì)節(jié)。上述開關(guān)實(shí)施例可以應(yīng)用到懸臂橫梁、雙支撐橫梁、板或者本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它熟知類型開關(guān)的幾何形狀。此外，前面的描述僅用于說明的目的，而不是要限制由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種制造三層橫梁的方法，包括(a)在襯底上淀積一個(gè)犧牲層；(b)在該犧牲層上淀積第一導(dǎo)電層；(c)通過除去該第一導(dǎo)電層的一部分而形成第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)；(d)在該第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)和該犧牲層上淀積一個(gè)結(jié)構(gòu)層；(e)形成穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)該第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)的通路；(f)在該結(jié)構(gòu)層上和該通路中淀積第二導(dǎo)電層；(g)通過除去該第二導(dǎo)電層的一部分形成第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)，其中該第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)通過該通路與該第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)進(jìn)行電通信；和(h)除去足夠量的該犧牲層，以分隔該第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)和該襯底，其中該結(jié)構(gòu)層在第一端由該襯底支撐，并且在相對(duì)的第二端，該結(jié)構(gòu)層自由懸掛在該襯底之上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底由從硅、二氧化硅、玻璃、石英、藍(lán)寶石、氧化鋅、氧化鋁、III-V族化合物及其合金組成的一組中選擇的一種材料構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)由從金、鎳、軟磁合金(NixFey)及其合金組成的一組中選擇的一種材料構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)由從金、鎳、軟磁合金(NixFey)及其合金組成的一組中選擇的一種材料構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)層由從多晶硅、氮化硅、二氧化硅、碳化硅、鋁及其合金組成的一組中選擇的一種材料構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)和所述第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)具有基本上相同的形狀和尺寸。
7.一種制造具有三層橫梁的致動(dòng)器(actuator)的方法，包括(a)在襯底上形成第一電極；(b)在該第一電極和該襯底上淀積一個(gè)犧牲層；(c)在該犧牲層上形成第二電極；(d)在該第二電極和該犧牲層上淀積一個(gè)結(jié)構(gòu)層；(e)形成穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)該第二電極的通路；(f)在該結(jié)構(gòu)層上和該通路中淀積一個(gè)導(dǎo)電層；(g)通過除去該導(dǎo)電層的一部分形成一個(gè)導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)，其中該導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)通過該通路與該第二電極進(jìn)行電通信；和(h)除去足夠量的該犧牲層，以分隔該第二電極與該襯底，其中該結(jié)構(gòu)層在第一端由該襯底支撐，在相對(duì)的第二端，該結(jié)構(gòu)層自由懸掛于該襯底之上。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述襯底由從硅、二氧化硅、玻璃、石英、藍(lán)寶石、氧化鋅、氧化鋁、III-V族化合物及其合金組成的一組中選擇的一種材料構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一電極由從金、鎳、軟磁合金(NixFey)及其合金組成的一組中選擇的一種材料構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二電極由從金、鎳、軟磁合金(NixFey)及其合金組成的一組中選擇的一種材料構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一電極和所述第二電極具有基本上相同的形狀和尺寸。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括提供一個(gè)具有在所述第一電極和所述導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)之間電連接的電壓源。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括提供當(dāng)在所述第一電極和所述導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)之間施加電壓時(shí)用于接觸的第一觸點(diǎn)和第二觸點(diǎn)，該第一觸點(diǎn)附著于所述結(jié)構(gòu)層上，且該第二觸點(diǎn)附著于所述襯底上。
14.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一電極從淀積在所述襯底上的一個(gè)導(dǎo)電材料層中形成。
15.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二電極從淀積在所述襯底上的一個(gè)導(dǎo)電材料層中形成。
16.一種制造具有三層橫梁的微型開關(guān)的方法，包括(a)在襯底上形成第一電極；(b)在該襯底上形成第一觸點(diǎn)；(c)在該第一電極、該第一觸點(diǎn)和該襯底上淀積一個(gè)犧牲層；(d)在該犧牲層上形成第二電極；(e)在該犧牲層上形成第二觸點(diǎn)；(f)在該第二電極、該第二觸點(diǎn)和該犧牲層上淀積一個(gè)結(jié)構(gòu)層；(g)形成穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)該第二電極的第一導(dǎo)電互連通路；(h)形成穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)該第二觸點(diǎn)的第二導(dǎo)電互連通路；(i)在接觸該第一互連通路的該結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)電極互連；和(j)在接觸該第二互連通路的該結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)觸點(diǎn)互連。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述電極互連和所述第二電極具有基本上相同的形狀和尺寸。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述觸點(diǎn)互連和所述第二觸點(diǎn)具有基本上相同的形狀和尺寸。
19.一種制造具有交叉互連的微型開關(guān)的方法，包括(a)在襯底上形成一個(gè)導(dǎo)電互連；(b)在該導(dǎo)電互連上淀積一個(gè)介質(zhì)層；(c)形成穿過該介質(zhì)層到達(dá)該導(dǎo)電互連的第一導(dǎo)電互連通路；(d)在該介質(zhì)層上形成第一觸點(diǎn)，其中該第一觸點(diǎn)與該第一互連通路連接；(e)在該襯底上形成第一電極；(f)在該第一電極、該第一觸點(diǎn)和該襯底上淀積一個(gè)犧牲層；(g)在該犧牲層上形成第二電極；(h)在該犧牲層上形成第二觸點(diǎn)；(i)在該第二電極、該第二觸點(diǎn)和該犧牲層上淀積一個(gè)結(jié)構(gòu)層；(j)形成穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)該第二電極的第二導(dǎo)電互連通路；(k)形成穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)該第二觸點(diǎn)的第三導(dǎo)電互連通路；(l)在接觸該第二互連通路的該結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)電極互連；和(m)在接觸該第三互連通路的該結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)觸點(diǎn)互連。
20.一種制造具有三層橫梁的微型開關(guān)的方法，包括(a)在襯底上形成第一和第二導(dǎo)電互連；(b)在該第一和該第二導(dǎo)電互連上淀積至少一個(gè)介質(zhì)層；(c)分別形成穿過該至少一個(gè)介質(zhì)層到達(dá)該第一和該第二導(dǎo)電互連的第一和第二導(dǎo)電互連通路；(d)在該介質(zhì)層上形成第一和第二觸點(diǎn)，其中該第一觸點(diǎn)與該第一互連通路連接，該第二觸點(diǎn)與該第二互連通路連接；(e)在該襯底上形成第一電極；(f)在該第一電極、該第一觸點(diǎn)和該第二觸點(diǎn)上淀積一個(gè)犧牲層；(g)在該犧牲層上形成第二電極；(h)在該犧牲層上形成第三和第四觸點(diǎn)；(i)在該第二電極、該第三觸點(diǎn)、該第四觸點(diǎn)和該犧牲層上淀積一個(gè)結(jié)構(gòu)層；(j)形成穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)該第二電極的第三導(dǎo)電互連通路；(k)分別形成穿過該結(jié)構(gòu)層到達(dá)該第三和該第四觸點(diǎn)的第四和第五導(dǎo)電互連通路；(l)在接觸該第三互連通路的該結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)電極互連；和(m)在接觸該第四和該第五互連通路的該結(jié)構(gòu)層上形成一個(gè)觸點(diǎn)互連。
21.一種微型結(jié)構(gòu)，包括(a)一個(gè)襯底；(b)一個(gè)由該襯底支撐、具有懸掛在該襯底之上的上和下表面并且具有與上和下表面對(duì)齊的一個(gè)通路的結(jié)構(gòu)介質(zhì)臂；(c)接觸下表面的第一導(dǎo)電元件；和(d)接觸上表面并且通過該通路與該第一導(dǎo)電元件進(jìn)行電通信的第二導(dǎo)電元件。
22.一種具有導(dǎo)電互連的微型開關(guān)，該開關(guān)包括(a)一個(gè)具有第一導(dǎo)電互連和一個(gè)靜電極的襯底；(b)一個(gè)形成在該第一導(dǎo)電互連上的第一介質(zhì)層；(c)一個(gè)附著于該第一介質(zhì)層并且與該第一導(dǎo)電互連進(jìn)行電通信的第一靜觸點(diǎn)；(d)一個(gè)包括懸掛在第一靜觸點(diǎn)之上的底表面和與該底表面相對(duì)的頂表面的可動(dòng)結(jié)構(gòu)層；(e)一個(gè)附著于該結(jié)構(gòu)層底表面的可動(dòng)電極，由此該可動(dòng)電極通過第一間隙與該靜電極分隔；(f)一個(gè)附著于該結(jié)構(gòu)層的頂表面并且為了電通信與該可動(dòng)電極連接的電極互連；和(g)一個(gè)附著于該結(jié)構(gòu)層底表面的可動(dòng)觸點(diǎn)，由此該可動(dòng)觸點(diǎn)通過第二間隙與該第一靜觸點(diǎn)分隔，并且該可動(dòng)觸點(diǎn)定位成當(dāng)該結(jié)構(gòu)層移向該第一靜觸點(diǎn)時(shí)接觸該第一靜觸點(diǎn)。
23.如權(quán)利要求22所述的開關(guān)，進(jìn)一步包括形成在所述結(jié)構(gòu)層頂表面上并且與所述可動(dòng)觸點(diǎn)電通信的觸點(diǎn)互連。
24.如權(quán)利要求21所述的開關(guān)，進(jìn)一步包括(a)一個(gè)附著于所述襯底的第二導(dǎo)電互連；(b)一個(gè)形成在該第二導(dǎo)電互連上的第二介質(zhì)層；和(c)一個(gè)附著于該第二介質(zhì)層、與該第二導(dǎo)電互連進(jìn)行電通信并且定位成當(dāng)所述結(jié)構(gòu)層移向所述第一靜觸點(diǎn)時(shí)與所述第一靜觸點(diǎn)同時(shí)接觸所述可動(dòng)觸點(diǎn)的第二靜觸點(diǎn)，由此所述第一和該第二導(dǎo)電互連通過所述可動(dòng)觸點(diǎn)和所述第一及該第二靜觸點(diǎn)進(jìn)行電通信。
25.如權(quán)利要求24所述的開關(guān)，進(jìn)一步包括形成在所述結(jié)構(gòu)層的頂表面上并且與所述可動(dòng)觸點(diǎn)進(jìn)行電通信的觸點(diǎn)互連。
26.如權(quán)利要求25所述的開關(guān)，其中所述可動(dòng)觸點(diǎn)包括附著于所述觸點(diǎn)互連并且通過所述觸點(diǎn)互連進(jìn)行電通信的第一和第二觸點(diǎn)部分，其中該第一和該第二觸點(diǎn)部分定位成當(dāng)所述結(jié)構(gòu)層移動(dòng)時(shí)分別接觸所述第一和所述第二靜觸點(diǎn)。
27.一種在具有導(dǎo)電互連的開關(guān)中實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能的方法，該方法包括(a)提供一個(gè)具有導(dǎo)電互連的開關(guān)，該開關(guān)包括(i)一個(gè)具有第一和第二導(dǎo)電互連和靜電極的襯底；(ii)分別形成在該第一和該第二導(dǎo)電互連上的第一和第二介質(zhì)層；(iii)分別附著于該第一和該第二介質(zhì)層并且分別與該第一和該第二導(dǎo)電互連進(jìn)行電通信的第一和第二靜觸點(diǎn)；(iv)一個(gè)包括懸掛在該第一和該第二靜觸點(diǎn)之上的底表面和與該底表面相對(duì)的頂表面的可動(dòng)結(jié)構(gòu)層；(v)一個(gè)附著于該結(jié)構(gòu)層底表面的可動(dòng)電極，由此該可動(dòng)電極通過間隙與該靜電極分隔；(vi)一個(gè)附著于該結(jié)構(gòu)層頂表面并且為了電通信與該可動(dòng)電極連接的電極互連；和(vii)一個(gè)附著于該結(jié)構(gòu)層底表面的可動(dòng)觸點(diǎn)，該可動(dòng)觸點(diǎn)定位成當(dāng)該結(jié)構(gòu)層移向該第一和該第二靜觸點(diǎn)時(shí)接觸該第一和該第二靜觸點(diǎn)；和(b)在該電極互連和該靜電極之間施加電壓，以越過間隙靜電耦合該可動(dòng)電極與該靜電極，由此該彈性結(jié)構(gòu)層偏向該襯底，該可動(dòng)觸點(diǎn)接觸該第一和靜觸點(diǎn)，用于在該第一和該第二導(dǎo)電互連之間建立電通信。
全文摘要
一種用于制造三層橫梁MEMS器件的方法，包括在襯底上淀積犧牲層(310)，和移去犧牲層(310)上的第一導(dǎo)電層的一部分來形成第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)(312)；在第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)(312)、犧牲層(310)和襯底(300)上淀積結(jié)構(gòu)層(322)，并且形成一個(gè)穿過結(jié)構(gòu)層(322)到達(dá)第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)(312)的通路；在結(jié)構(gòu)層(322)上和通路中淀積第二導(dǎo)電層(336)；通過移去第二導(dǎo)電層(336)的一部分來形成第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)(324)，其中第二導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)(324)通過該通路與第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)(312)電通信；并且移去足夠量的犧牲層(310)以使第一導(dǎo)電微型結(jié)構(gòu)(312)和該襯底分開，其中在第一端由襯底支撐結(jié)構(gòu)層(322)且在相對(duì)的第二端在襯底的上方自由懸掛。
文檔編號(hào)H01H61/04GK1695233SQ02826975
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月9日
發(fā)明者肖恩·J·坎寧安, 斯韋特蘭娜·塔蒂克-盧奇克 申請(qǐng)人:圖恩斯通系統(tǒng)公司, 維斯普瑞公司