三层横梁mems器件及相关方法

专利名称：三层横梁mems器件及相关方法
技术领域：
本发明一般涉及微型机电系统(MEMS)器件和方法。更具体地，本发明涉及三层横梁MEMS器件和相关方法。
背景技术：
静电MEMS开关是一种由静电操作并且利用微型机电系统(MEMS)技术制造的开关。MEMS开关可以控制电、机械或者光信号流。MEMS开关具有用于电讯的典型应用，例如DSL开关矩阵和蜂窝电话、自动测试设备(ATE)以及需要低成本开关或者低成本、高密度阵列的其它系统。
如本领域技术人员可以理解的，许多类型的MEMS开关和相关器件可以通过体或者表面微机械加工技术或者两种类型的技术组合来制造。体微机械加工通常包括雕刻衬底的一个或者多个侧边以在相同的衬底材料中形成期望的三维结构和器件。该衬底由实际上可以以体的形式得到的材料构成，因此通常是硅或者玻璃。结合蚀刻掩模和蚀刻停止层来使用湿式和/或干式蚀刻技术，以形成微型结构。一般在衬底的背面或者正面进行蚀刻。蚀刻技术实际上通常可以是各向同性或者各向异性。各向同性蚀刻对被蚀刻的材料平面的结晶取向不敏感(例如使用氢氟酸、硝酸和醋酸(HNA)的混合物作为蚀刻剂的硅蚀刻)。各向异性蚀刻剂例如氢氧化钾(KOH)、四甲基氢氧化铵(TMAH)和乙二胺焦儿茶酚(ethylenediamine pyrochatechol)(EDP)以不同的速度有选择地攻击不同的结晶取向，因此可以用来在将形成的蚀刻凹槽中限定相对精确的侧壁。使用蚀刻掩模和蚀刻停止层来防止衬底的预定区域被蚀刻。
另一方面，表面微机械加工通常包括通过在硅晶片的顶部上淀积大量的不同薄膜、但是不对晶片自身雕刻从而形成三维结构。这些膜通常作为结构层或者牺牲层。结构层通常由多晶硅、氮化硅、二氧化硅、碳化硅或者氧化铝组成。牺牲层通常由多晶硅、光致抗蚀剂材料、聚酰亚胺、金属或者各种氧化物，例如PSG(磷硅酸盐玻璃)和LTO(低温氧化物)构成。依次进行淀积、蚀刻和布图工序，以得到期望的微型结构。在典型的表面微机械加工工艺中，用绝缘层涂覆硅衬底，在涂覆后的衬底上淀积一个牺牲层。在该牺牲层中打开窗口，然后淀积和蚀刻结构层。然后有选择地蚀刻该牺牲层，以形成自立的、可移动的微型结构，例如伸出结构层之外的横梁或者悬臂。通常将该微型结构固定在硅衬底上，并且将该微型结构设计为响应于来自适当的激励装置的输入可以移动。
目前许多MEMS开关设计采用用于开关结构的悬臂横梁/板，或者采用多个支撑的横梁/板形状。在悬臂横梁/板情况下，这些MEMS开关包括一个可动的双材料横梁，该双材料横梁包括一个介质材料结构层和一个金属层。通常，介质材料相对于衬底固定在一端，并且为横梁提供结构支撑。金属层附着在介质材料的底侧上，并且形成可动电极和可动触点。该层可以是衬底的固定件或者附件的一部分。通过施加在该电极和附着于该衬底表面的另一个电极之间的电压差在向着衬底的方向激励该可动横梁。给两个电极施加的电压差产生静电场，将横梁拉向衬底。横梁和衬底中每个都具有当没有电压施加时通过空气隙分隔的触点，其中该开关处于“断开”位置。当施加电压差时，将横梁拉向衬底并且触点进行电连接，其中该开关处于“闭合”位置。
目前具有双材料横梁的MEMS开关面对的问题之一是翘曲或者其它形式的静态偏移或者横梁变形。由于膜内的应力失配或者应力梯度会引起静态变形。在一些平衡温度，可以平衡失配的影响以实现平坦的双材料结构，但这样不能校正温度影响。这种失配可以通过具体工艺(即淀积速度、压力、方法等等)、材料选择和几何参数例如厚度来平衡。由于金属一般具有比介质高的热膨胀率，该金属和介质的双材料结构导致功能随着温度发生很大的变化。由于两种材料的静态应力的不同状态，因此开关具有高度可变性，会发生变形。开关失效来源于横梁的变形。当(1)在该可动触点和静止触点之间不能建立电接触时，(2)在没有任何激励的情况下建立了电接触，或者(3)由于静态变形或者由于作为温度的函数引入的变形而导致工作参数处于可接受的范围之外时，会出现开关失效。当可动触点和静止触点过早闭合、导致“短路”时观察到第二失效模式。由于横梁的变形，激励电压根据其从衬底曲线离开或者向衬底曲线靠近而分别增加或者降低。由于该可变性，可得到的电压可能不适于得到理想的接触力，因此不适于得到理想的接触电阻。
目前一些具有双材料横梁的MEMS开关设计将用于可移动电极的金属层附着于介质材料的顶侧。用于可动触点的金属层必须仍然在介质材料的底侧上。这种设计在某些情况下会起到在可移动电极和衬底上的静电极之间提供分隔的作用；然而，因为金属层和附着于衬底表面的电极之间的间隙距离较大，这种设计需要更高的用于激励的高压。该有效间隙是静电极和介质之间的间隙和介质厚度的总和。因此，这样的设计需要较大的功率消耗，并且产生与介质充电相关的问题。
开发交叉开关阵列的普通方法是通过在印刷布线板(PWB)、印刷电路板(PCB)、低温陶瓷复合(LTCC)衬底或者聚合物复合衬底上形成交叉互连结构，接着将开关附着于该板或者衬底上。可以通过例如焊接、导线连接、突起连接、倒装和其它附着和电互连方法的方法组合附着该开关。在该工艺中，交叉互连结构的制造与MEMS开关工艺结合为一体，以便在相同衬底上使用相同的工艺制造该交叉互连结构和MEMS开关。该交叉互连结构的优点是输入信号阵列可以与输出阵列的单(多)个输出进行电通信。阵列尺寸可以是正方形或者矩形，其中正方形阵列是N输入和N输出的N×N阵列，矩形阵列是N输入和M输出的N×M阵列。当在“闭合”位置激励时，交叉互连的输入和输出线通过MEMS开关电连接。在交叉阵列中的每个开关节点处，输入/输出线具有静触点端子。集成的MEMS开关具有在输入和输出线的可动触点和静触点之间建立机械和电连接的功能。输入和输出线通过由MEMS开关建立的触点通信。另外，如果将开关附着于交叉阵列的开关节点，那么可以按照常用方式在交叉阵列中使用MEMS开关。由于高可行性的制造工艺必须被低可行性的组装工艺取代，因此该结构是不期望的。这样将增加总成本、降低性能、使工艺复杂和增加尺寸。
因此，希望提供一种用于制造结构部件(例如横梁、板和薄膜)的工艺，以提高产量、与温度有关的性能、激励和MEMS开关的性能。还希望提供一种制造结构部件的工艺，该结构部件能够抵抗由寄生或者“自”激励引起的变形。还希望提供一种制造结构部件的方法，该方法对工艺变化、膜应力和它们的梯度具有鲁棒性。此外，希望提供一种在相同的制造工序中形成交叉互连和MEMS开关的方法。希望提供一种灵活的方法，以便可以形成MEMS开关且该MEMS开关可以与以另一种方式制造的交叉互连集成来。

发明内容
根据一个实施例，提供一种制造三层横梁的方法。该方法可以包括在衬底上淀积一个牺牲层和在该牺牲层上淀积第一导电层。该方法还可以包括通过除去第一导电层的一部分而形成第一导电微型结构。此外，该方法可以包括在第一导电微型结构、牺牲层和衬底上淀积一个结构层，并且形成一个穿过该结构层到达第一导电微型结构的通路。此外，该方法可以包括下列步骤在该结构层上和该通路中淀积第二导电层；通过除去第二导电层的一部分形成第二导电微型结构，其中第二导电微型结构通过通路与第一导电微型结构进行电通信；并且除去足够量的牺牲层，以分隔第一导电微型结构和衬底，其中在第一端由衬底支撑该结构层，并且在相对的第二端，该结构层自由悬挂在衬底之上。
根据第二实施例，提供一种制造具有三层横梁的致动器(actuator)的方法。该方法可以包括在衬底上形成第一电极和在该第一电极和衬底上淀积一个牺牲层。该方法还可以包括在该牺牲层上形成第二电极和在第二电极、牺牲层和衬底上淀积一个结构层。此外，该方法可以包括形成一个穿过该结构层到达第二电极的通路；在该结构层上和该通路中淀积一个导电层；和通过除去该导电层的一部分形成一个导电微型结构，其中该导电微型结构通过该通路与第二电极进行电通信。此外，该方法可以包括除去足够量的牺牲层，以分隔第二电极与衬底，其中在第一端由衬底支撑该结构层，在相对的第二端，该结构层自由悬挂于衬底之上。
根据第三实施例，提供一种制造具有三层横梁的微型开关的方法。该方法可以包括在衬底上形成第一电极和在衬底上形成第一触点。该方法还可以包括在第一电极、第一触点和衬底上淀积一个牺牲层。此外，该方法可以包括在该牺牲层上形成第二电极和在该牺牲层上形成第二触点。此外，该方法可以包括在第二电极、第二触点和牺牲层上淀积一个结构层。该方法可以包括形成一个穿过该结构层到达第二电极的第一导电互连通路，并且形成一个穿过该结构层到达第二触点的第二导电互连通路。此外，该方法可以包括在接触第一互连通路的结构层上形成一个电极互连和在接触第二互连通路的结构层上形成一个触点互连。
根据第四实施例，提供一种制造具有交叉互连的微型开关的方法。该方法可以包括下列步骤在衬底上形成一个导电互连；在该导电互连上淀积一个介质层；并形成一个穿过介质层到达该导电互连的第一导电互连通路。该方法还可以包括在该介质层上形成第一触点，其中第一触点与第一互连通路连接，并且在衬底上形成第一电极。此外，该方法可以包括下列步骤在第一电极、第一触点和衬底上淀积一个牺牲层；在该牺牲层上形成第二电极；并形成一个穿过该结构层到达第二电极的第一导电互连通路；和形成一个穿过该结构层到达第二触点的第二导电互连通路；和在接触第一互连通路的结构层上形成一个电极互连。该方法还可以包括在接触第二互连通路的结构层上形成一个触点互连。
根据第五实施例，提供一种制造具有交叉互连的微型开关的方法。该方法可以包括下列步骤在衬底上形成一个导电互连；在该导电互连上淀积一个介质层；形成穿过该介质层到达该导电互连的第一导电互连通路；和在该介质层上形成第一触点，其中第一触点与第一互连通路连接。该方法还可以包括在衬底上形成第一电极，在第一电极、第一触点和衬底上淀积一个牺牲层。该方法可以包括下列步骤在该牺牲层上形成第二电极；在该牺牲层上形成第二触点；在第二电极、第二触点和牺牲层上淀积一个结构层；形成一个穿过该结构层到达第二电极的第二导电互连通路；并形成穿过该结构层到达第二触点的第三导电互连通路。该方法还可以包括在接触第二互连通路的结构层上形成一个电极互连和在接触第三互连通路的结构层上形成一个触点互连。
根据第六实施例，提供一种制造具有三层横梁的微型开关的方法。该方法可以包括下列步骤在衬底上形成第一和第二导电互连；在第一和第二导电互连上淀积至少一个介质层；和形成穿过该至少一个介质层分别到达第一和第二导电互连的第一和第二导电互连通路。该方法还可以包括在该介质层上形成第一和第二触点，其中第一触点与第一互连通路连接，第二触点与第二互连通路连接，并且在衬底上形成第一电极。此外，该方法可以包括下列步骤在第一电极、第一触点和第二触点上淀积一个牺牲层；在该牺牲层上形成第二电极；在该牺牲层上形成第三和第四触点；在第二电极、第三触点、第四触点和牺牲层上淀积一个结构层；形成穿过该结构层到达第二电极的第三导电互连通路；和形成穿过该结构层分别到达第三和第四触点的第四和第五导电互连通路。该方法还可以包括在接触第三互连通路的结构层上形成一个电极互连和在接触第四和第五互连通路的结构层上形成一个触点互连。
根据第七实施例，提供一种微型结构。该结构可以包括衬底和一个由衬底支撑、具有悬挂在衬底之上的上和下表面并且具有与上和下表面对齐的通路的结构介质臂。该结构还可以包括接触下表面的第一导电元件和接触上表面并且通过通路与第一导电元件进行电通信的第二导电元件。
根据第八实施例，提供一种具有导电互连的微型开关。该开关可以包括一个具有第一导电互连和静电极的衬底；一个形成在第一导电互连上的第一介质层；和一个附着于第一介质层并且与第一导电互连进行电通信的第一静触点。该开关还可以包括一个包括悬挂在第一静触点之上的底表面和与该底表面相对的顶表面的可动结构层；一个附着于该结构层底表面的可动电极，由此可动电极通过第一间隙与静电极分隔；和一个附着于结构层的顶表面并且为了电通信与可动电极连接的电极互连。此外，该开关可以包括一个附着于该结构层底表面的可动触点，由此该可动触点通过第二间隙与第一静触点分隔，并且当该结构层移向第一静触点时，该可动触点接触第一静触点。
根据第九实施例，提供一种在具有导电互连的开关中实现开关功能的方法。该方法可以包括提供一个具有导电互连的开关。该开关可以包括一个衬底，该衬底具有第一和第二导电互连和静电极以及分别形成在第一和第二导电互连上的第一和第二介质层。该开关还可以包括分别附着于第一和第二介质层并且分别与第一和第二导电互连进行电通信的第一和第二静触点；包括一个悬挂在第一和第二静触点之上的底表面和与该底表面相对的顶表面的可动结构层；和一个附着于结构层底表面的可动电极，由此可动电极通过间隙与静电极分隔。该方法还可以包括一个附着于结构层顶表面并且为了电通信与可动电极连接的电极互连；和一个附着于结构层底表面的可动触点，该可动触点定位成当结构层移向第一和第二静触点时接触第一和第二静触点。此外，该方法可以包括在电极互连和静电极之间施加电压，以便越过间隙静电耦合可动电极与静电极，由此弹性结构层偏向衬底，可动触点接触第一和静触点，用于在第一和第二导电互连之间建立电通信。
因此，一个目的是提供一种制造具有三层横梁的MEMS器件的方法和相关方法。
这里已经叙述的目的全部或者部分通过这里描述的三层横梁MEMS器件和相关方法来获得，当下面结合附图作为最佳方式进行描述时，其它目的将变得显而易见。


现在将参考

本发明的例举的实施例，其中图1A-1V示出了一种用于制造具有三层横梁的MEMS开关的方法的制造步骤；图2示出了在“闭合”位置的具有三层横梁的MEMS开关的截面侧视图；和图3A-3K说明了一种用于制造具有三层横梁的MEMS开关的方法的另一个实施例的制造步骤。
发明详述为了这里的描述，应理解当提到淀积或者形成在另一个部件“上”的部件例如层或者衬底时，那个部件可以直接在另一个部件上，也可以存在插入部件(例如一个或者多个缓冲层或者过渡层、夹层、电极或者触点)。此外，应该理解，交替使用术语“设置在…上”和“形成在…上”来描述给定部件如何可以相对于另一个部件定位。因此，应该理解术语“设置在…上”和“形成在…上”对材料传送、淀积或者制造的具体方法不会产生任何限制。
可以通过溅射、CVD或者蒸发形成各种金属触点、互连、导电通路和电极。如果采用金、镍、铜或者软磁合金(PERMALLOYTM)(NixFey)作为金属元件，那么可以进行电镀工艺以将金属传送到期望的表面。在各种金属的电镀中使用的化学溶液是通常熟知的。一些金属例如金会需要适当的中间粘附层以防止剥离。经常使用的粘附材料的例子包括铬、钛或者合金，例如钛钨合金(TiW)。为了防止空隙或者晶粒间的扩散，在不同层之间可能会需要扩散阻挡层。适当的扩散阻挡层包括氮化钛(TiN)、钼(Mo)、镍(Ni)、氮化钽(TaN)或者其任意的组合。另外，可以使用本领域技术人员熟知的任何其它适当的扩散阻挡层。例如，可以使用镍作为沿着金金属化的晶粒边界扩散的铬粘附层的扩散阻挡层。
根据这里描述的本发明的制造、例如微机械加工，可以采用传统光刻技术。因此，基本的光刻工艺步骤例如光致抗蚀剂材料应用、曝光和显影剂的使用在这里不再详细描述。
同样，可以适当采用通常熟知的蚀刻工艺，以便有选择地除去材料或者材料区域。成像的光致抗蚀剂材料层通常用作掩模模板。可以直接将图形蚀刻到衬底的体中或者蚀刻到薄膜或者层中，然后将其用作后续蚀刻步骤的掩模。
在具体的制造步骤中采用的蚀刻工艺的类型(例如湿式、干式、各向同性、各向异性、各向异性晶向相关)、蚀刻速率和所用蚀刻剂的类型将取决于待除去的材料的成份、待使用的任何掩模或者蚀刻停止层的成份和待形成的蚀刻区域的轮廓。作为例子，通常可以将聚合蚀刻(poly-etch)(HF:HNO3:CH3COOH)用于各向同性湿式蚀刻。可以将碱金属的氢氧化物(例如KOH)、简单的氢氧化铵(NH4OH)、四基(四甲基)氢氧化铵((CH3)4NOH，还有熟知的商业名为TMAH)和乙二胺在水中与焦儿茶酚混合的乙二胺焦儿茶酚(EDP)用于各向异性湿式蚀刻，以制造V形或者锥形的沟、槽或者空腔。氮化硅通常可以用作抵抗KOH蚀刻的掩膜材料，因此可以与硅的有选择蚀刻结合使用。使用KOH缓慢蚀刻二氧化硅，因此如果蚀刻时间短，那么二氧化硅可以用作掩膜层。而KOH将蚀刻未掺杂的硅，因此可以使用重掺杂(p++)的硅作为抵抗KOH以及其它碱性蚀刻剂和EDP的蚀刻停止层。氧化硅和氮化硅可以用作抵抗TMAH和EDP的掩膜。根据本发明用来形成触点和互连的优选金属是能够抗EDP的金及其合金。随同形成金部件而涂覆的粘附层(例如铬)也能够抗EDP。
可以使用通常熟知的湿式蚀刻剂来蚀刻如铜、金、二氧化硅等材料和如粘附和阻挡材料的次生材料(secondary material)。例如，可以在20-50℃的温度范围内利用KI3的水溶液蚀刻金。作为另一个例子，可以在硝酸铵高铈、硝酸和H2O的溶液中在25℃湿式蚀刻铬(普通的粘附层)。此外，例如，可以在硝酸的稀溶液中在25℃蚀刻铜。蚀刻二氧化硅的常用方法是利用HF的各种水溶液或者用氟化铵缓冲的HF溶液。
显而易见，可以在氢氧化物溶液中进行电化学蚀刻来取代定时湿式蚀刻。例如，如果使用p型硅晶片作为衬底，那么可以通过外延生长n型硅停止层来建立蚀刻停止层，以便形成p-n结二极管。可以在n型层和设置在溶液中的电极之间施加电压，以反向偏置p-n结。结果，通过掩膜向下蚀刻体p型硅，直到p-n结，在n型层停止。此外，光伏和直流电蚀刻停止技术也是适合的。
也可以使用干式蚀刻技术例如等离子相(plasma-phase)蚀刻和反应离子蚀刻(RIE)除去硅及其氧化物和氮化物以及各种金属。可以使用深反应离子蚀刻(DRIE)各向异性地蚀刻体层中的深的、垂直的沟槽。二氧化硅一般用作抗DRIE的蚀刻停止层，因此根据本发明的方法可以使用包含埋置二氧化硅层的结构例如绝缘体上硅(SOI)晶片作为制造微型结构的起始衬底。作为干式蚀刻工艺的例子，可以在包含CF4+O2、CHF3、C2F6或者C3F8的化学组合物中蚀刻二氧化硅。作为另一个例子，可以利用C2Cl2F4或者C4Cl2F4+O2干式蚀刻金。
另一个用来蚀刻的布图工艺是剥离(lift-off)。在剥离工艺中，使用常规的光刻技术形成想要图形的负图像。剥离工艺一般用来布图淀积的连续金属膜或者当需要粘附层和扩散阻挡层时淀积的金属膜。此外，可以将其用于布图其它材料。在用于布图的区和光致抗蚀剂材料掩膜(负图像)的顶上淀积该金属。除去光致抗蚀剂材料和顶上的金属以留下期望的金属图形。
这里所使用的术语“导电的”通常包含导电和半导电的材料。
下面将参考附图描述例子。
图1A-1V将描述根据本发明的表面微机械加工工艺制造具有三层横梁的MEMS开关的方法。这里所描述的制造方法可以用来制造其它的MEMS器件，例如加速计、压力传感器、光开关、变容二极管(可变电容器)、可变电感器和相移器。该制造方法可以应用于具有三层结构的MEMS开关，其中三层结构可以是双支撑的横梁(在两端附着于衬底)、板/隔板(具有以不同方式限制的边缘，例如具有限制的四个边缘)、通过多个柔性支撑体例如扭曲横梁、折叠或者未折叠的横梁悬挂的刚性板和本领域技术人员熟知的其它悬挂系统。具体参考图1A，提供起始晶片或者衬底100，优选包括硅。用作起始衬底100的材料的非限制性例子包括硅(处于单晶、多晶或者非晶体形式)、氮氧化硅、玻璃、石英、蓝宝石、氧化锌、氧化铝、二氧化硅或者为二元、三元或者四元形式的各个III-V族化合物之一(例如，GaAs、InP、GaN、AlN、AlGaN、InGaAs等等)。可以通过已知的杂质掺杂方法调节硅层的导电率。可以使用各种形式的硅氧化物(例如，SiO2、其它的硅氧化物和硅酸盐玻璃)作为结构层、绝缘层或者蚀刻停止层。如本领域熟知的，可以优选在氢氟酸(HF)中蚀刻这些氧化物，以形成期望的轮廓。用于向衬底添加氧化物材料的各种方法是本领域熟知的。例如，可以干式或者湿式氧化工艺通过在高温氧化硅而热生长二氧化硅。可以通过化学汽相淀积(CVD)以及例如溅射的物理汽相淀积(PVD)或者一些通过类似于用来淀积聚合物和光致抗蚀剂材料的旋涂工艺淀积氧化物和玻璃以及硅基薄膜，所述玻璃包括磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG，也称为低温氧化物或者LTO)，所述化学汽相淀积包括大气压CVD(APCVD)、低压CVD(LPCVD)和低压等离子增强型CVD(PECVD)。可以使用化学计量(stoichiometric)和非化学计量氮化硅作为绝缘膜或者作为与碱性蚀刻溶液结合的掩模层，并且通常使用适当的CVD法淀积。如果选择的起始衬底100的成份是导电或者半导电材料，那么在衬底100的顶表面上、或者至少在要形成电触点或者导电区的部分顶表面上淀积非导电的第一介质层102。接着，淀积第一光刻掩模层或者牺牲层104，并使其厚度均匀以平整牺牲层104的顶表面。
参见图1B-1C，示出了通过剥离布图工艺来产生第一导电微型结构106的工艺。在该实施例中，第一导电微型结构106是适于与其它电器件通信的交叉互连。该导电微型结构106延伸到层面(page)中，到达的深度大于横截面宽度。另外，第一导电微型结构106可以延伸到距离等于或者小于其横截面宽度的层面中。在另一个方案中，第一导电微型结构106可以代表接地板，该接地板将在所有方向延伸，以完全位于MEMS微型结构的下面。另外，第一导电微型结构106可以是固定或者可变电容器的固定板、单独限制电感线圈的平面线圈(圆形或者矩形)的一部分，或者当其与其它层电连接时，它是三维线圈的一部分。在另一个实施例中，第一导电微型结构106可以是本领域技术人员熟知的用于导电的任何其它适当的导电微型结构。
具体参考图1B，如图所示布图第一光刻掩模104。在第一牺牲层104和第一介电层102的暴露部分上淀积第一导电层108。第一导电层108包含金或者本领域技术人员熟知的任何适当的导电材料。淀积第一导电层108的非限制性的例子包括溅射、蒸发、电镀和本领域技术人员熟知的任何其它适当方法。第一导电层108包括本领域技术人员熟知的任何适当的粘附材料和扩散阻挡层材料。粘附材料促进了第一导电层108与第一介质层102的粘附和任何后续的介质层的粘附。扩散阻挡层抑制了第一导电层108向第一介质层102和后续的导体或者介质层的扩散。
接着，除了形成第一导电微型结构106的部分之外，使用剥离技术除去剩余的第一光刻掩模层104和第一导电层108。该剥离技术包括浸在溶液中以除去第一光刻掩模层104和第一导电层106的不想要的部分。由此，参考图1C，第一导电微型结构106剩余部分形成在衬底100上，以执行电互连、接地/屏蔽平面或者散热的功能。布图第一导电微型结构106的其它非限制性的例子包括蚀刻、研磨、电镀、非电镀和本领域技术人员熟知的任何其它适当的方法。
参考图1D，在第一介电层102和第一导电微型结构106上淀积第二介质层110。第二介质层110与第一介质层102和第一导电微型结构106共形。另外，可以通过本领域技术人员熟知的任何适当方法过淀积(overdeposited)和平整化第一介电层102。淀积第二介质层110之后可以执行平整技术例如化学机械平整(CMP)，以为后续层提供平整的表面。另一个平整方法是使用自平整的旋涂介质。如图1D所示，不平整第二介质层110。如果不平整该表面，那么第二介质层110的淀积厚度将限定中间介质层的厚度。如果平整该表面，那么该介质的厚度将淀积到厚于第一导电层108和第二介质层110的厚度。CMP工艺可以除去过量材料，直到该表面平整，并且得到想要的中间介质层厚度。
参见图1E-1G，示出了形成凹陷112以放置第一导电通路114和第二导电微型结构116的工艺。在该实施例中，第二导电微型结构116是用于提供与其它电器件电连接的交叉互连。另外，第二导电微型结构116可以是本领域技术人员熟知的任何其它适当的导电微型结构。具体参考图1E，进行蚀刻和布图工艺以形成穿过第二介质层110到达第一导电微型结构106的凹陷112。参考图1F，在第一导电微型结构106上和凹陷112中淀积到达第二介质层110的第二导电层118。因此，用导电材料填充凹陷112，以形成第一导电通路114。第一导电通路114执行与第一导电微型结构106的电互连的功能，如下面更详细描述的。在另一实施例中，可以通过在凹陷112中淀积栓塞金属进行与第一导电微型结构106的电互连。该栓塞材料可以不同于第一导电微型结构106或者第二导电层118的材料。第二导电层118包括任何适当的粘附材料和扩散阻挡层材料。该粘附材料促进第二导电层108与第二介质层110的粘附和与任何后续介质层的粘附。该扩散阻挡层抑制了第二导体层118向第一导体层108、第二介质层110和后续的导体或者介质层的扩散。
现在参考图1G，示出了通过布图和蚀刻第二导电层118形成的第二导电微型结构116。如下面更详细地描述，第二导电微型结构116执行电互连。第二导电微型结构116可以延伸到深度比第二导电微型结构116的横截面宽度大的层面。在该交叉互连的实施例中，第二导电微型结构116将垂直于第一导电微型结构106延伸(向左和右)。另外，第二导电微型结构116可以延伸到距离大约为横截面宽度数量级的层面深度。在该实施例中，第二导电微型结构116的目的仅用于第一导电层108和第二导电层118之间的电连接。在另一个应用中，第二导电微型结构116可以代表接地板，该接地板将向所有方向延伸以使完全位于该MEMS开关的下面。另外，第二导电微型结构116可以是固定或者可变电容器的固定板或者单独限定电感线圈的平面线圈的一部分，或者是当其电连接到其它层时的三维线圈的一部分。此外，第二导电微型结构116可以是本领域技术人员熟知的任何适当的微型结构。蚀刻掉延伸到第二介质层110表面之外的第一导电通路114的部分。
在如上所述用于形成第一导电通路114和第二导电微型结构116的工艺中，第二导电微型结构116和第一导电通路114同时形成。另外，可以独立于第二导电微型结构116而淀积用于第一导电通路114的材料。淀积和布图第一导电通路114的目的是填充第一导电通路114直到第二介质层110的表面。接着，如上所述淀积和布图第二导电微型结构116。可选择用来淀积和布图第一导电通路114的工艺是使用大马士革工艺。在大马士革工艺中，如上所述平整第二介质层110。进行蚀刻和布图工艺以形成穿过第二介质层110的凹陷112，该凹陷112到达第一导电微型结构106或者在第一导电层108中的其它布图的微型结构。除了凹陷112，第二介质层110的表面是平面。在第二介质层110上淀积第二导电层118，在第一导电微型结构106上和凹陷112中淀积到达第二介质层110的第二导电层118。用导电材料填充凹陷112，以形成第一导电通路114。可以通过本领域技术人员熟知的任何适当的方法平整第二导电层118。可以在淀积第二导电层118之后执行平整技术例如化学机械平整(CMP)，以除去第二导电层118的除了形成第一导电通路114的导电材料之外的所有导电材料。如上所述布图和形成第二导电微型结构116。
参考图1H，在第二介质层110、第二导电微型结构116和第一导电通路114上淀积第三介质层120，以产生共形表面。另外，如上所述可以平整第三介质层120的表面。
参考图1I-1K，示出了用于延伸第一导电通路114和形成第二导电通路122的工序。具体参考图1I，进行蚀刻和布图工序，以形成凹陷124和126。凹陷124从第三介质层120的顶表面向第一导电通路114延伸。凹陷126从第三介质层120的顶表面向第一导电通路114延伸。参考图1J，在第二导电微型结构116、第一导电通路114和第三介质层120上淀积第三导电层128。第三导电层128填充凹陷124和126。现在参考图1K，布图和蚀刻第三导电层128(图1J所示)，以通过上述方法形成到达第一导电通路114和第二导电通路122的延伸。第二导电通路122执行与第二导电微型结构116的电互连的功能。另外，可以通过上述大马士革技术或者通过本领域技术人员熟知的其它适当方法形成第二导电通路122和与第一导电通路114的连接。
参考图1L-1M，示出了用于制造第一静触点130、第二静触点132和静电极134的工序。参考图1L，在第一导电通路114、第二导电通路122和第三介质层120上淀积导电层。按照上述方式布图该导电层。参考图1M，同时形成第一静触点130、第二静触点132和静电极134。另外，也可以在形成静电极134之前或者之后形成第一静触点130、第二静触点132。这种形成顺序将允许第一静触点130和第二静触点132由不同的导电材料形成、由不同的布图方法布图或者由与静电极134不同的淀积方法淀积。例如，可以通过蒸发淀积和蚀刻形成第一静触点130。另外，可以形成通路栓塞、接线柱、杆、电互连、传输线、波导、静态激励电极(stationary actuation electrode)、静触点电极、电极互连或者本领域技术人员已知的任何其它适当的结构。在该工序中同时形成第一静触点130、第二静电极132和静电极134。另外，可以在分隔的工序中形成部件130、132和134。
第一静触点130、第二静触点132和静电极134包括导电材料例如金或者本领域技术人员熟知的其它适当金属。另外，第一静电极130、第二静电极132和静电极134可以包括半导体例如多晶硅、导电聚合物或者本领域技术人员熟知的任何其它适当的导电材料。如果第一静触点130和第二静触点132由与静电极134不同的材料制成，那么优选静电极134由具有非常低导电率的材料制成。第一静触点130和第二静触点132应由具有非常高导电率的材料制成，例如铜、铝、金或者它们的合金或者组合物。
参考图1N，淀积均匀厚度的第一牺牲层136，使得其顶表面优选为平整。第一牺牲层136限定了部件130、132及134和下面详细描述的将形成在其上的三层横梁结构之间的间隙。第一牺牲层136包括聚合物。另外，第一牺牲层136可以是金属、半导体、介质或者本领域技术人员熟知的任何其它适当的材料，使得除去化学试剂之外与其它的电和结构材料兼容。首先，第一牺牲层136限定了衬底100上的部件和三层横梁结构之间的间隙。另外，导电材料可以形成电互连、传输线、波导、固定电容器极板或者固定电感器元件。另外，作为三层横梁结构的机械支撑体或者弹性部件，可以使用介质或者聚合物牺牲层来限定中间介质层，以增加固定电容器极板之间的电容、增加静电极之间的绝缘。在这些实施例中，在下面更详细描述的清除(release)蚀刻过程中，优选第一牺牲层136受三层横梁结构的层保护。
参考图1O-1P，示出了用于制造可动电极138的工序。参考图1O，在第一牺牲层136上淀积第四导电层140。如上所述布图第四导电层140。参考图1P，形成可动电极138。可动电极138包括导电材料例如金或者任何其它适当的金属。另外，可动电极138包括半导体例如多晶硅、导电型聚合物或者本领域技术人员熟知的任何其它适当的导电材料。另外，可以布图第四导电层140以形成可动的触点电极、可动的触点杆(contact bar)、可变电容器的可动极板、可变电感器的可动电感器、空气桥传输线/波导的部分、电互连、电极互连层、三层横梁结构的结构部件，而且作为下面描述的结构层和衬底100之间的附着部分的一部分。
图1Q-1R示出了用于制造结构层142的工序，所述结构层142用于提供横梁结构并且将横梁连接到衬底100上。具体参考图1Q，如图所示布图和蚀刻(干或者湿蚀)第一牺牲层136，直到第三介质层120，用于形成将横梁附着到衬底100并且将横梁悬挂在部件130、132和134上的结构。另外，可以通过本领域技术人员熟知的其它适当方法例如剥离、电镀、非电镀或者曝光和灰化来布图第一牺牲层。首先，第一牺牲层138的布图限定了三层横梁结构的附着部分相对于衬底100的位置。另外，布图第一结构层142以形成用于电互连、传输线、波导、固定电容器板、固定电感器元件或者中间介质层的绝缘界面。参考图1R，在第三介质层120、第一牺牲层136和可动电极138上淀积结构层142。结构层142优选包括可以通过溅射、蒸发、旋涂、氧化或者本领域技术人员熟知的其它适当方法淀积的二氧化硅。另外，结构层142可以包括氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、聚合物或者本领域技术人员熟知的任何其它适当的非导电、弹性材料。结构层142是弹性的，并且提供了想要的静触点130及132和下面描述的横梁上的触点之间的绝缘。此外，结构层142提供了静电极134和如下所述的横梁上可动电极之间的绝缘。
图1S-1U示出了用于同时制造下面的导电微型结构的工序第一可动触点144、第二可动触点146、第一互连148、第二互连150、电极互连152、第三互连154和一个电连接156。优选，可动电极138为180×350微米。另外，可动电极138可以是任何其它适当的尺寸。这些尺寸是由希望的功能性和可制造性需求确定的。优选，电极互连152的尺寸为为180×350微米。具体参考图1S，蚀刻穿过结构层142的凹陷158、160和162。此外，将凹陷164蚀刻到结构层142中。通过结构层142来布图和蚀刻凹陷158，并且将凹陷158蚀刻到第一牺牲层136中，用于形成第一互连148和第一可动触点144。第一可动触点144和第二可动触点146包括导电材料例如铜、金、铝、它们的合金和组合物，或者本领域技术人员熟知的任何其它适当的金属。
将凹陷158蚀刻到第一牺牲层136中，使得第一可动触点144延伸到结构层142之外。穿过结构层142来布图和蚀刻凹陷160，并且将凹陷160蚀刻到第一牺牲层136中，用于形成第二互连150和第二可动触点146。将凹陷160蚀刻到第一牺牲层136中，使得第二可动触点146延伸到结构层142之外。通过结构层142来布图和蚀刻凹陷162，用于形成到达可动电极138的第三互连154。穿过结构层142来布图和蚀刻凹陷164，以形成横梁的悬挂端和横梁的非限制侧。可以通过干式或者湿式蚀刻工艺蚀刻或者通过本领域技术人员熟知的其它适当方法来布图凹陷158、160、162和164。凹陷158、160、162和164的同时制造使整个工艺在光刻步骤和掩模层的数量方面简单化。另外，可以证明形成穿过结构层142并且进入第一牺牲层136以形成第一互连148和第一可动触点144是有利的。穿过结构层142的凹陷160、162和164的形成需要与进入第一牺牲层136的形成工序不同的工序。此外，由于仅需要穿过结构层142而不穿过第一牺牲层136来形成，所以可以在另一个步骤中形成凹陷164。此外，可以通过在横梁的自由端并且沿着侧边而不在附着于衬底100的结构层部分上布图和蚀刻结构层142来形成凹陷164。必须由简单性和兼容性来确定另外的步骤顺序。另外，第一可动触点144和第二可动触点146可以由第四导电层140中的另一个图形形成。另外，可以在第一牺牲层136中布图和形成第一可动触点144和第二可动触点146。此外，第四导电层140中的图形可以与如在第一牺牲层136中形成的第一可动触点144和第二可动触点146的图形一致。可以通过本领域技术人员熟知的方法布图和形成第一可动触点144和第二可动触点146。
需要可动触点144和146来建立第一静触点130和第二静触点132之间的电通信。所述电通信在第一可动触点144大约接近第一静触点130并且当第二可动触点大约接近第一静触点130时建立。通过包括第一静触点130、第一可动触点144、第一互连148(下面更详细描述的电连接)、第二互连150(下面更详细描述的电连接)和第二可动触点146实现该电通信。在截面平面图中示出了第一可动触点144和第二可动触点146，第一可动触点144离横梁的自由端和第二可动触点146最近。在该实施例中，第一可动触点144建立了与第一静触点130的接触，第二可动触点146建立了与第二静触点132的接触。另外，该主体结构具有沿着横梁的长边且位于相同位置的第一可动触点144和第二可动触点146。在该结构中，可动触点144和第二可动触点146彼此相对分开，如图1U所示。可动触点144和146分别建立了与静触点130和132的接触。
在另一个实施例中，存在单个的可动触点和静触点。在该实施例中，第二可动触点作为在横梁的固定端处的静态触点。该静态触点通过结构层142中的通路在横梁的固定端建立了与第二可动触点146的电连接。在该实施例中，第二可动触点146和静态触点之间的电连接将从横梁自由端处的第二可动触点146到横梁固定端处的静态触点横穿横梁的长边。
参考图1T，在第一牺牲层136和结构层142上淀积第五导电层166。通过如上所述的方法来布图第五导电层166。
参考图1U，形成电极互连152和电连接156。电极互连152是与可变电极138匹配的结构。在另一个方案中，精确地匹配电极互连152和可变电极138的几何形状和尺寸。这些结构的精确匹配提供了对由横梁的变形引发的膜应力和温度的更强的鲁棒性。在另一个方案中，为了获得对由横梁变形引发的膜应力和温度的同样的鲁棒性，设计电极互连152和可变电极138，以使其结构类似但几何形状和尺寸不同。设计电极互连152的结构响应，使其类似于可变电极138，以最小化由于独立于几何形状和尺寸匹配的膜应力和温度而引起的效应和变化。如图所示，电连接164经由第一互连148和第二互连150连接第一可动触点144和第二可动触点146。电极互连152经由电连接164提供与电压源(未示出)的电连接。可变电极138经由另一个电连接(未示出)提供与电压源的电连接。
参考图1V，示出了制造MEMS开关的最后步骤。在该步骤中，除去第一牺牲层136以形成三层横梁，通常表示为168。可以通过本领域技术人员熟知的任何适当方法除去第一牺牲层136。
示出了处于“断开”位置的该MEMS开关，其中在第一可动触点144和第一静触点130之间以及在第二可动触点146和第二静触点132之间存在间隙。在处于“断开”位置时，在第一可动触点144和第一静触点130之间和第二可动触点146和第二静触点132之间没有建立电连接。MEMS开关向“闭合”位置的移动会受到由电压源在静电极134和电连接156之间施加的电压的影响。通过本领域技术人员熟知的适当方法可以将电压源电连接到静电极134和电连接156。由于可变电极138通过电极互连152、第三互连154与电连接156电连接，因此通过施加的电压给可变电极138供电。当施加电压时，在静电极134和可变电极138上产生相等并且极性相反的电荷。相对电极上的电荷分布产生静电力，该静电力由目前变形横梁的静电力来平衡。当电压增加时，电荷在横梁的整个表面以非均匀和非线性的方式增加，直到达到不稳定点。通过弹性力不能保持与静电力的平衡来确定该稳定点，并且横梁吸合(snap through)直到建立电接触。此时，电压可以继续增加，由此增加接触力并且减小接触电阻，直到横梁的绝缘界限的极限。该绝缘界限由介质击穿电压、气体放电或击穿或者其中横梁二次吸合以致短路电极的弹性破坏来确定。可以应用本领域技术人员熟知的方法使该绝缘最大化。另外，可以降低电压直到达到释放电压，横梁从衬底跳离，以“断开”接触。释放电压一般比确定触点闭合的牵引电压(pull in voltage)小。不需要电压-时间函数的单调变化(monotonic excursion)以便于此操作，使得开关瞬时工作。结构类似地设置电连接156和静电极134，使得在“断开”位置该横梁大部分是平坦的。此外，由于整个横梁的热机械平衡，该结构同样增强了温度特性。
参考图2，示出了所制造的处于“闭合”位置的MEMS开关，其中第一可变触点144接触第一静触点130，第二可变触点146接触第二静触点132。因此，在处于“闭合”位置时，在第一可变触点144和第一静触点130之间以及第二可变触点146和第二静触点132之间建立了电连接。此外，通过部件148、150和164在第一导电微型结构106和第二导电微型结构116之间建立了电连接。当在可变电极138和静电极134之间施加的电压减小、足以使得结构层142的反作用力(reflexive force)使横梁168返回到自然位置时，该MEMS开关返回到“断开”位置。
参考图3A-3K，下面将描述根据本发明的表面微机械加工工艺制造具有3层横梁的MEMS开关的方法的另一个实施例。具体参考图3A，提供衬底300。衬底300包括硅。另外，衬底300可以包括本领域技术人员熟知的任何其它适当材料。如果选择衬底300的成份使其为导电或者半导电材料，那么在衬底300的顶表面上或者至少在顶表面需要有电触点或者导电区的部分上淀积非导电的第一介质层302。
参见图3B-3C，示出了用于制造静触点304和静电极306的工序。参考图3B，在第一介质层302上淀积第一导电层308。如上所述布图第一导电层308。参考图3C，同时形成静触点304和静电极306。另外，可以在不同的工序中形成静触点304和静电极306。
参考图3D，淀积牺牲层310到均匀厚度，使得其顶表面优选平整。牺牲层310限定了静触点304及静电极306和下面详细描述的三层横梁结构之间的间隙。牺牲层310包括聚合物。另外，牺牲层310可以是金属、介质或者本领域技术人员熟知的任何其它适当材料，使得除去化学试剂之外与其它电和结构材料兼容。
另外，可以布图和蚀刻牺牲层310，使得触点突起凹陷在形成在横梁结构底侧上的结构以下，或者来形成更大的凹陷结构。另外，可以通过本领域技术人员熟知的其它适当方法形成凹陷。
参考图3E-3F，示出了用于制造可变触点312和可变电极314的工序。参考图3E，在牺牲层310中蚀刻沟槽316、318和320。在牺牲层310中分别蚀刻用于可变触点312和可变电极314的沟槽316和318。形成沟槽320，用于形成将横梁附着于衬底300并且将横梁悬挂在部件304和306之上的结构。现在参考图3F，在牺牲层310上淀积导电层，直到填充沟槽316和318。接着，如上所述布图导电层，一般形成可变触点312和可变电极314。
参考图3G，在可变触点312、可变电极314、牺牲层310和第一介质层302上淀积结构层322。在该实施例中，该结构层322包括氧化物。
参考图3H-3J，示出了用于同时制造下列导电微型结构的工序触点互连324、电极互连326和互连通路328和330。具体参考图3G，分别将凹陷332和334蚀刻到结构层322中，用于形成互连通路328和330。穿过结构层322将凹陷332和334蚀刻到可变触点312和可变电极314。
现在参考图3I，在结构层322上淀积第二导电层336，并且如图所示进入凹陷332和334，用于形成从可变触点312和可变电极314到结构层322顶表面的电连接。接着，布图第二导电层336，用于形成触点互连324和电极互连326，如图3J所示。可以通过其它导电层在如上所述淀积第二导电层336之前形成互连通路328和330。
在本实施例中静触点304、静电极306、可变触点312、可变电极314、电极互连326、触点互连324和互连通路328及330包括金属。优选，可变电极314和电极互连326由相同材料制造并且具有相同的尺寸，以便执行两个功能。首先，它提供结构层322两侧的机械平衡。由于以相同的方式淀积膜以产生对称的应力场，并且由于热膨胀特性是对称的，因此由于弹性对称而提供了机械平衡。通过使用相同的材料并且使用相同的尺寸保持该弹性对称性。通过电极相同的材料并且使用相同的工艺和厚度产生对称的应力场。由于结构层332的任一侧上都是相同的材料，因此该对称的热膨胀特性使开关的工作相对于温度的任何变化都最小。这意味着MEMS开关表现的任何功能变化都主要取决于工艺变化，该工艺变化可以通过适当优化工艺设计而使其最小。其次，它有利于触点的电流承载能力。优选该三层横梁具有通过相同的工序、以相同的几何形状布图、淀积为相同厚度的相同类型的金属，而使用不同的材料应与适当的设计和特性相适应。为了解决触点粘附、冷焊或者热焊问题，静触点304、静电极306、可变电极314、可变触点312、电极互连326、触点互连324和互连通路328及330可以是不同的材料或者相同材料的不同合金。选择材料使接触电阻最小，并且使例如静态阻力等的失效最少。
参考图3K，图3K示出了制造MEMS开关的最后步骤。在该步骤中，除去牺牲层310以形成三层横梁，通常表示为338。可以通过本领域技术人员熟知的任何适当的方法除去牺牲层310。
说明了在“断开位置”的MEMS开关。在“闭合”位置，横梁338向衬底300偏斜，可变触点312接触静触点304。如上所述，可以在电极互连326和静电极306之间施加电压，用于将MEMS开关移到“闭合”位置。
应该理解，在不离开本发明范围的情况下，可以改变本发明的各个细节。上述开关实施例可以应用到悬臂横梁、双支撑横梁、板或者本领域技术人员熟知的其它熟知类型开关的几何形状。此外，前面的描述仅用于说明的目的，而不是要限制由权利要求书限定的本发明。
权利要求
1.一种制造三层横梁的方法，包括(a)在衬底上淀积一个牺牲层；(b)在该牺牲层上淀积第一导电层；(c)通过除去该第一导电层的一部分而形成第一导电微型结构；(d)在该第一导电微型结构和该牺牲层上淀积一个结构层；(e)形成穿过该结构层到达该第一导电微型结构的通路；(f)在该结构层上和该通路中淀积第二导电层；(g)通过除去该第二导电层的一部分形成第二导电微型结构，其中该第二导电微型结构通过该通路与该第一导电微型结构进行电通信；和(h)除去足够量的该牺牲层，以分隔该第一导电微型结构和该衬底，其中该结构层在第一端由该衬底支撑，并且在相对的第二端，该结构层自由悬挂在该衬底之上。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底由从硅、二氧化硅、玻璃、石英、蓝宝石、氧化锌、氧化铝、III-V族化合物及其合金组成的一组中选择的一种材料构成。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一导电微型结构由从金、镍、软磁合金(NixFey)及其合金组成的一组中选择的一种材料构成。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第二导电微型结构由从金、镍、软磁合金(NixFey)及其合金组成的一组中选择的一种材料构成。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述结构层由从多晶硅、氮化硅、二氧化硅、碳化硅、铝及其合金组成的一组中选择的一种材料构成。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一导电微型结构和所述第二导电微型结构具有基本上相同的形状和尺寸。
7.一种制造具有三层横梁的致动器(actuator)的方法，包括(a)在衬底上形成第一电极；(b)在该第一电极和该衬底上淀积一个牺牲层；(c)在该牺牲层上形成第二电极；(d)在该第二电极和该牺牲层上淀积一个结构层；(e)形成穿过该结构层到达该第二电极的通路；(f)在该结构层上和该通路中淀积一个导电层；(g)通过除去该导电层的一部分形成一个导电微型结构，其中该导电微型结构通过该通路与该第二电极进行电通信；和(h)除去足够量的该牺牲层，以分隔该第二电极与该衬底，其中该结构层在第一端由该衬底支撑，在相对的第二端，该结构层自由悬挂于该衬底之上。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述衬底由从硅、二氧化硅、玻璃、石英、蓝宝石、氧化锌、氧化铝、III-V族化合物及其合金组成的一组中选择的一种材料构成。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述第一电极由从金、镍、软磁合金(NixFey)及其合金组成的一组中选择的一种材料构成。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述第二电极由从金、镍、软磁合金(NixFey)及其合金组成的一组中选择的一种材料构成。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述第一电极和所述第二电极具有基本上相同的形状和尺寸。
12.如权利要求7所述的方法，进一步包括提供一个具有在所述第一电极和所述导电微型结构之间电连接的电压源。
13.如权利要求7所述的方法，进一步包括提供当在所述第一电极和所述导电微型结构之间施加电压时用于接触的第一触点和第二触点，该第一触点附着于所述结构层上，且该第二触点附着于所述衬底上。
14.如权利要求7所述的方法，其中所述第一电极从淀积在所述衬底上的一个导电材料层中形成。
15.如权利要求7所述的方法，其中所述第二电极从淀积在所述衬底上的一个导电材料层中形成。
16.一种制造具有三层横梁的微型开关的方法，包括(a)在衬底上形成第一电极；(b)在该衬底上形成第一触点；(c)在该第一电极、该第一触点和该衬底上淀积一个牺牲层；(d)在该牺牲层上形成第二电极；(e)在该牺牲层上形成第二触点；(f)在该第二电极、该第二触点和该牺牲层上淀积一个结构层；(g)形成穿过该结构层到达该第二电极的第一导电互连通路；(h)形成穿过该结构层到达该第二触点的第二导电互连通路；(i)在接触该第一互连通路的该结构层上形成一个电极互连；和(j)在接触该第二互连通路的该结构层上形成一个触点互连。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述电极互连和所述第二电极具有基本上相同的形状和尺寸。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述触点互连和所述第二触点具有基本上相同的形状和尺寸。
19.一种制造具有交叉互连的微型开关的方法，包括(a)在衬底上形成一个导电互连；(b)在该导电互连上淀积一个介质层；(c)形成穿过该介质层到达该导电互连的第一导电互连通路；(d)在该介质层上形成第一触点，其中该第一触点与该第一互连通路连接；(e)在该衬底上形成第一电极；(f)在该第一电极、该第一触点和该衬底上淀积一个牺牲层；(g)在该牺牲层上形成第二电极；(h)在该牺牲层上形成第二触点；(i)在该第二电极、该第二触点和该牺牲层上淀积一个结构层；(j)形成穿过该结构层到达该第二电极的第二导电互连通路；(k)形成穿过该结构层到达该第二触点的第三导电互连通路；(l)在接触该第二互连通路的该结构层上形成一个电极互连；和(m)在接触该第三互连通路的该结构层上形成一个触点互连。
20.一种制造具有三层横梁的微型开关的方法，包括(a)在衬底上形成第一和第二导电互连；(b)在该第一和该第二导电互连上淀积至少一个介质层；(c)分别形成穿过该至少一个介质层到达该第一和该第二导电互连的第一和第二导电互连通路；(d)在该介质层上形成第一和第二触点，其中该第一触点与该第一互连通路连接，该第二触点与该第二互连通路连接；(e)在该衬底上形成第一电极；(f)在该第一电极、该第一触点和该第二触点上淀积一个牺牲层；(g)在该牺牲层上形成第二电极；(h)在该牺牲层上形成第三和第四触点；(i)在该第二电极、该第三触点、该第四触点和该牺牲层上淀积一个结构层；(j)形成穿过该结构层到达该第二电极的第三导电互连通路；(k)分别形成穿过该结构层到达该第三和该第四触点的第四和第五导电互连通路；(l)在接触该第三互连通路的该结构层上形成一个电极互连；和(m)在接触该第四和该第五互连通路的该结构层上形成一个触点互连。
21.一种微型结构，包括(a)一个衬底；(b)一个由该衬底支撑、具有悬挂在该衬底之上的上和下表面并且具有与上和下表面对齐的一个通路的结构介质臂；(c)接触下表面的第一导电元件；和(d)接触上表面并且通过该通路与该第一导电元件进行电通信的第二导电元件。
22.一种具有导电互连的微型开关，该开关包括(a)一个具有第一导电互连和一个静电极的衬底；(b)一个形成在该第一导电互连上的第一介质层；(c)一个附着于该第一介质层并且与该第一导电互连进行电通信的第一静触点；(d)一个包括悬挂在第一静触点之上的底表面和与该底表面相对的顶表面的可动结构层；(e)一个附着于该结构层底表面的可动电极，由此该可动电极通过第一间隙与该静电极分隔；(f)一个附着于该结构层的顶表面并且为了电通信与该可动电极连接的电极互连；和(g)一个附着于该结构层底表面的可动触点，由此该可动触点通过第二间隙与该第一静触点分隔，并且该可动触点定位成当该结构层移向该第一静触点时接触该第一静触点。
23.如权利要求22所述的开关，进一步包括形成在所述结构层顶表面上并且与所述可动触点电通信的触点互连。
24.如权利要求21所述的开关，进一步包括(a)一个附着于所述衬底的第二导电互连；(b)一个形成在该第二导电互连上的第二介质层；和(c)一个附着于该第二介质层、与该第二导电互连进行电通信并且定位成当所述结构层移向所述第一静触点时与所述第一静触点同时接触所述可动触点的第二静触点，由此所述第一和该第二导电互连通过所述可动触点和所述第一及该第二静触点进行电通信。
25.如权利要求24所述的开关，进一步包括形成在所述结构层的顶表面上并且与所述可动触点进行电通信的触点互连。
26.如权利要求25所述的开关，其中所述可动触点包括附着于所述触点互连并且通过所述触点互连进行电通信的第一和第二触点部分，其中该第一和该第二触点部分定位成当所述结构层移动时分别接触所述第一和所述第二静触点。
27.一种在具有导电互连的开关中实现开关功能的方法，该方法包括(a)提供一个具有导电互连的开关，该开关包括(i)一个具有第一和第二导电互连和静电极的衬底；(ii)分别形成在该第一和该第二导电互连上的第一和第二介质层；(iii)分别附着于该第一和该第二介质层并且分别与该第一和该第二导电互连进行电通信的第一和第二静触点；(iv)一个包括悬挂在该第一和该第二静触点之上的底表面和与该底表面相对的顶表面的可动结构层；(v)一个附着于该结构层底表面的可动电极，由此该可动电极通过间隙与该静电极分隔；(vi)一个附着于该结构层顶表面并且为了电通信与该可动电极连接的电极互连；和(vii)一个附着于该结构层底表面的可动触点，该可动触点定位成当该结构层移向该第一和该第二静触点时接触该第一和该第二静触点；和(b)在该电极互连和该静电极之间施加电压，以越过间隙静电耦合该可动电极与该静电极，由此该弹性结构层偏向该衬底，该可动触点接触该第一和静触点，用于在该第一和该第二导电互连之间建立电通信。
全文摘要
一种用于制造三层横梁MEMS器件的方法，包括在衬底上淀积牺牲层(310)，和移去牺牲层(310)上的第一导电层的一部分来形成第一导电微型结构(312)；在第一导电微型结构(312)、牺牲层(310)和衬底(300)上淀积结构层(322)，并且形成一个穿过结构层(322)到达第一导电微型结构(312)的通路；在结构层(322)上和通路中淀积第二导电层(336)；通过移去第二导电层(336)的一部分来形成第二导电微型结构(324)，其中第二导电微型结构(324)通过该通路与第一导电微型结构(312)电通信；并且移去足够量的牺牲层(310)以使第一导电微型结构(312)和该衬底分开，其中在第一端由衬底支撑结构层(322)且在相对的第二端在衬底的上方自由悬挂。
文档编号H01H61/04GK1695233SQ02826975
公开日2005年11月9日 申请日期2002年11月8日 优先权日2001年11月9日
发明者肖恩·J·坎宁安, 斯韦特兰娜·塔蒂克-卢奇克 申请人:图恩斯通系统公司, 维斯普瑞公司