具有弯曲双层的机械开关的制作方法

专利名称：具有弯曲双层的机械开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及微机械开关及制造和操作微机械开关的方法。
背景技术：
机械开关是具有电连接的电气开关，其电连接在开关在打开开关 和闭合开关状态之间变换期间移动。在许多机械开关中，通过可控机 电设备来驱动打开开关和闭合开关状态之间的变换。通常，在其中一 个或这两个状态中，必须对机电设备连续供电。这样的机械开关的一 个实例是普通的机电继电器，其中在闭合开关状态中，电磁体通常将 开关触点连在一起。在一个或两个开关状态对这样的机电控制设备连 续供电的需要导致使用这样的开关需要高电力成本。

发明内容
多个实施例提供包括机械开关的装置，机械开关中，双层的不同 稳定弯曲配置支持不同的开关状态，即，打开和闭合开关状态。在其 中一些机械开关中，不需要电力来维持闭合开关和打开开关状态。
一方面， 一种装置包括机械开关。该机械开关包括具有第一和第 二稳定弯曲状态的双层。双层从第 一状态变换到第二状态使开关闭 合。
另一方面， 一种装置包括具有顶表面的衬底，沿顶表面定位并 且固定到衬底的多个电极，以及通过一个或多个支柱附着到衬底的双 层。双层能够在第一和第二稳定弯曲状态之间变换。双层具有在第一 和第二稳定弯曲状态中弯曲的不同边。
在一些实施例中，上述装置可包括位于双层上的电跳线以及位于 顶表面上并固定到村底的第一和第二电线。电跳线配置成响应双层处
4于第一弯曲状态而电连接电线，并且响应双层处于第二弯曲状态而不 短路电线。
另一方面， 一种制造机械开关的方法包括在衬底的顶表面上形 成受压双层，使得连接件将双层物理连接到衬底；以及通过去除位于 双层与顶表面之间的牺牲材料层来释放双层。所释^:的双层的表面具 有弯曲形状。


图1是示出具有矩形形态的示范性弹性双层的两个稳定翘曲或弯 曲状态的斜视图2A-2C是利用双层在不同的稳定弯曲状态之间的变换来改变微 机械开关的打开或闭合开关状态的微机械开关的三个实施例的截面 图。
图3是示出图2A-2C的微机械开关的双层的仰视图； 图4是示出穿过图2A-2C中的双层的实施例的一个垂直平面的截 面图5A是图2A-2C的橫t机械开关的一个实施例中面对双层并位于 双层下方的表面的俯^L图5B是图2A-2C的孩i机械开关的另一个实施例中面对双层并位 于双层下方的表面的俯视图6A是图2A的机械开关中用于将双层的中心固定到衬底的压缩 弹簧(CS)的俯视图6B是图6A中的压缩弹簧(CS)的侧;f见图，其中示出弹簧如 何迫使双层的中心靠向衬底；
图7是示出操作诸如图2A-2C中的微机械开关的微机械开关的方 法的流程图，该孩i机械开关带有具多个稳定弯曲状态的双层；
图8是示出制造微才几械开关的方法的流程图，其中不同的开关状 态与不同的稳定弯曲状态关联，以便例如制造图2A-2C中的微机械开关的实施例；以及
图9-11是在执行图8中的方法的各个实施例过程中制造的中间结 构的截面图。
在附图和正文中，相同的附图标记表示具有类似结构和/或功能的 元件。
附图中， 一些特征的相对尺寸可能有所夸大，以便更清楚地示出 其中的一个或多个结构。
本文中，通过附图和具体实施方式
来更全面地描述各个实施例。 然而，本发明可以各种形式实施，而不限于附图和具体实施方式
中所 描述的实施例。
具体实施例方式
两层具有相异组成的弹性平面双层通常易遭受内应力梯度。内应 力梯度会使具有多边形形状的双层的平面状态不稳定。为此，这样的 平面双层会自发地翘曲而变弯曲。在翘曲或弯曲状态，双层围绕例如 经过双层的对边的中点的轴的轴弯曲。如果双层具有带偶数条边的多 边形形状，则双层可具有多于一个稳定弯曲状态。
图1示出位于平坦表面12上的弹性双层10的稳定弯曲状态。弹 性双层IO在展平时具有矩形形状或正方形形状。在弹性双层10中， 用"A"表示一对对边的中心点，并用"B"表示另一对对边的中心点。
弹性双层10具有两个稳定弯曲状态，分别如图1中的上半部分 和下半部分所示。图1中的上半部分示出第一稳定弯曲状态，在此状 态，弹性双层IO沿双层的中线B-B的整个长度接触平坦表面12。在 此弯曲状态，弹性双层的包括"A，，中点的对边在平坦表面12上凸起， 如垂直虛线所示，而双层的具有中点"B"的边缘则发生弯曲。在第 二稳定弯曲状态，弹性双层10沿双层的中线A-A的整个长度接触平 坦表面12。在此弯曲状态，弹性双层的包括"B，，中点的对边在平坦 表面12上凸起，如垂直虚线所示，而双层的具有中点"A"的边缘则发生弯曲。因此，每个稳定弯曲状态都使弹性双层10的一条中线接 触平坦表面12。双层的稳定弯曲状态由双层的多边形形状限定。
图1提出一种使弹性多边形双层10在其两个稳定弯曲状态之间 变换的方法。该方法利用这样一个事实，即，每个弯曲状态使一条中 线(即，A-A或B-B)沿该线的整个长度接触平坦支撑表面12。具体 来说，弹性多边形双层10从第一弯曲状态变换到第二弯曲状态时必 须使最初不接触平坦表面12的中线(即，A-A或B-B)接触平坦表面 12。因此，该方法对弹性双层IO施加了一个力而使A-A中线的整个 长度接近或接触平坦表面12，从而使多边形双层从图1中的上稳定弯 曲状态变换到下稳定弯曲状态。类似地，该方法对弹性双层10施加 了一个力而使B-B中线的整个长度接近或接触平坦表面12，从而使弹 性双层IO从图1中的下稳定弯曲状态变换到上稳定弯曲状态。
使多边形弹性双层10在图1中的两个稳定弯曲状态之间变换所 需的力可用静电的方法施加。这样的静电力操作如图2A-2C、图3、 图4、图5A和图5B所示的微机械开关20的各个实施例。在每个实 施例中，双层的一个稳定弯曲状态对应于闭合开关状态，而相同双层 的一个或多个其它稳定弯曲状态对应于打开开关状态。
在每个实施例中，微机械开关20包括衬底22、弹性双层24、控 制电极阵列28、电介质层30、导电跳线32和输入/输出(I/O)电线 34。图2A、图2B和图2C中的不同实施例具有导电跳线32和/或1/0 电线34的不同结构。
衬底22是微电子制造中的刚性支撑结构。例如，衬底22可以是 晶体硅晶片-衬底、刚性电介质衬底、或覆盖有一个或多个绝缘电介质 层的晶体半导体晶片-衬底。衬底22具有顶表面26，在顶表面26上 设有机械开关20的其它元件。顶表面26可以是平坦的，或者可以是 基本平坦的，即，与平坦相比有微小变化。
弹性双层24具有基本上为多边形的横向形状，其中该多边形具 有偶数条边。例如，弹性双层24可以具有带八、六或四条边的多边
7形形状，它可以具有或可以不具有使其横向形状不是完美的多边形的
小边和/或拐角不规则性。示范性弹性双层24是边长介于约100 pm与 约500 (im之间的正方形或矩形。弹性双层24由具有不同组成的两个 接合成一体的薄层36、 38形成。底层36是例如厚度为l微米(iam) 至3)am的重掺杂多晶体硅(多晶硅)的导电层。顶层38是例如厚度 为约0.3 pm至约1.0 pm的氮化硅层的无机电介质层，即0.5 (im的 Si3N4。因为接合的薄层36、 38具有非常不同的组成，所以当弹性双 层24是平坦时，它们可产生净应力梯度。例如，在氮化硅/多晶硅双 层中，多晶硅层可产生压缩应力，而氮化硅层可产生拉伸应力，从而 使得当双层24为平坦时，其组合在双层24中产生净应力梯度。这样 的净应力梯度使弹性双层24自发地翘曲成多个稳定弯曲状态之一(图 2A-2C、图3和图4中没有示出)。对于图3中示出的基本为矩形或 正方形的弹性双层24,其两个弯曲状态的形状与如图1所示的弹性双 层10的形状基本类似。
弹性双层24还包括如图2A-2C、图3和图4所示从它的导电底表 面突出的一个或多个突出部。
这些突出部包括短小挡块42的规则阵列，其配置成当双层24的 一部分被拉到衬底22附近时物理挡住导电底层36与下面的阵列28 的控制电极电短路。如果导电底层36是由多晶硅形成的，则挡块42 可以是来自多晶硅导电底层36的多晶硅短柱。在这样的实施例中， 如图2A-2C、图5A和图5B所示，挡块42可以与诸如多晶硅短柱的 电绝缘凸起区域44横向对准。凸起区域44固定到衬底22的平坦顶 表面26。
突出部包括中心连接件40，中心连接件40将弹性双层24的中心 物理锚定到衬底22，并提供弹性双层24的导电底层36与村底22之 间的导电通路。连接件40可以是弹簧，或者可以是一个或多个刚性 支柱。在连接件40是弹簧的实施例中，弹簧提供压缩力而将弹性双 层24拉向衬底22。在连接件40是一个或多个刚性支柱的实施例中，这一个或多个支柱将双层24的中心刚性固定在衬底22上。在示范性 实施例中，连接件40由例如n型或p型重掺杂多晶硅制成，其直径 可为约3 pm至约5 ^m。如果连接件40是压缩弹簧，则它可具有更大 的横向尺寸。连接件40也可以形成为从弹性双层24的重掺杂多晶硅 导电底层36突出的突出部。
控制电极阵列28形成位于平坦顶表面26上并刚性固定到平坦顶 表面26的平坦结构。如图5A和5B中针对弹性双层24的矩形/正方 形几何形状所示，阵列28被分割成操作组A、 B,并且可选地包括保 护组Ol、 02。每个操作组A、 B、 01、 02包括对称地位于中心连接 件40的相对侧上的一对控制电极。每个电极通过电绝缘间隙与它的 相邻电极隔开。电绝缘间隙可以用或者可以不用电介质填充。在所示 示范性实施例中，控制电极组A、 B、 01、 02由重掺杂多晶硅结构形 成。操作组A、 B的控制电极位于弹性双层24的边缘的中间区域的周 围或附近，而保护组01、 02的控制电极位于弹性双层24的边缘之间 的拐角周围。
如图5A中针对弹性双层24的示范性正方形形状所示意性指示 的，每个组A、 B、 01和02的两个电极电短路在一起。为此，将每 个操作组A、 B的两个电极以及每个保护组01、 02的两个电极维持 在基本相同的电位值。例如，操作组A的电极连接到lx2开关46的 一个输出1，而操作组B的电极连接到lx2开关46的另一个输出2。 1x2开关46可以在村底22之上，或位于衬底22之外。1x2开关46 配置成将其输出1、 2之一可切换地连接到外部电压源48。因此，电 压源48可向操作组A的控制电极或操作组B的控制电极施加电压。 保护组Ol、 02的控制电极电连接到设备地，使得即使当对操作组A 或操作组B的控制电极施加电压时，也不会对Ol、 02的控制电极施 加电压。因为保护组Ol、 02的控制电极接地，所以通常不会对弹性 双层24的拐角施加实质的静电力。相反，在导电双层24的边缘的中 心区域附近并沿穿过弹性导电双层24的对边的中线施加实质的静电
9力。
如图5A所示意性地示出，在控制电极之中和/或之间设置有孔。 这些孔包括凸起区域44，这些凸起区域与位于弹性双层24的导电底 面上的挡块42垂直对准。因此，当弹性双层24的周围部分被拉到衬 底22附近时，挡块42可与凸起区域44物理接触。凸起区域44也可 由掺杂多晶硅形成。在图5A中，放大部分示出其中一个凸起区域44。 放大部分示出，凸起区域44与组A、 B、 01、 02的周围电极由间隙 隔开。由于每个凸起区域44与相邻的控制电极之间存在间隙，所以 即使弹性双层24的一些挡块42与一些凸起区域44接触，在操作机 械开关20期间，弹性双层24的导电底层36也不会电短路到阵列28 的控制电极。间隙可以是空的，或者可以用诸如氮化硅的电介质填充。
电介质薄层30将阵列28的控制电极、I/O电线34、凸起区域44 和连接垫52、 54与下面的衬底22绝缘开来。在示范性实施例中，电 介质层30可由通过例如热氧化法形成的致密二氧化硅形成，或者可 由氮化硅形成，例如由0.3 1.0 pm的氮化硅形成。
参照图2A-2C，导电跳线32刚性固定到弹性双层24的顶表面， 并且在例如其一边缘的中点附近悬于该边缘之上。在示范性实施例 中，导电跳线32可由金属层或金属多层制成，例如由包括金(Au) 的层和诸如钛(Ti)的接合金属层制成。导电跳线32经过对准以响应 导电跳线32悬于其上的边缘被拉向连接垫52、54而在这对连接垫52、 54之间形成电短路，如图5A所示。即，导电跳线32通过将两条电 线34电短路在一起而使才几械开关20闭合。导电跳线32还可包括一 对垂直突出部56，用于在机械开关20处于闭合状态时，即，当迫使 双层24的对应边缘靠向连接垫52、 54时，接触连接垫52、 54。
I/O电线34配置成将外部电引线(未示出)连接到连接垫52、 54, 连接垫52、 54的电状态(即，电连接或电断开)由机械开关20控制。 这两条I/0电线34可包括金属层、金属多层、例如Au/Ti、和/或n型 或p型重掺杂多晶硅。机械开关20的其它实施例可利用横向形状基本为各种类型的多 边形的双层24。例如，弹性双层24可为具有4、 6或8条边的基本规 则的多边形。其它实施例可利用其它形状的受压双层24,只要该双层 具有多个稳定弯曲状态，在这些状态中，多条边向上凸起。
图2A-2C的实施例具有导电跳线32和I/O电线34的不同布局。
在图2A的实施例中，在闭合开关状态，电跳线32在I/0电线34 的连接垫52、 54上施加向下的力。该向下的力是在弹性双层24的电 跳线32的悬于其上的边缘发生弯曲时施加的。之所以产生向下的力 是因为在该实施例中连接件40是压缩弹簧(CS)。
图6A-6B示出这样的压缩弹簧CS的一个实施例。压缩弹簧CS 包括支柱P、中心臂CA和对称设置的侧臂SA。中心臂CA连接在支 柱P的顶部与每个侧臂SA的一端之间。因为空间隙(EG)将中心臂 CA和侧臂SA的长的长度彼此分隔并与弹性双层24分隔，所以中心 臂CA和侧臂SA可独立弯曲。中心臂CA包括例如氮化硅顶层和掺 杂多晶硅底层，即，与弹性双层24相同的层。由于其几何形状和附 着，中心臂CA处于稳定的弯曲状态，使得中心臂CA的固定到支柱 P的一端低于中心臂CA的另一端。因为侧臂SA是单层而不是双层 的，所以侧臂SD是直的，例如不弯曲。例如，侧臂SA可由与弹性 双层24的导电底层36相同的掺杂多晶硅制成。或者，侧臂SA可备 选地由如同弹性双层24的电介质顶层38那样的氮化硅制成。在后一 情形下，侧臂SA也可由金属层覆盖，该金属层提供弹性双层24(即， 其导电底层36)与支柱P和中心臂CA的导电掺杂多晶硅之间的导电 桥。由于中心臂CA具有一定曲率并且侧臂SA具有较长的长度，所 以压缩弹簧CS迫使侧臂SA的远端靠向衬底22。因为双层24固定到 侧臂SA的远端，所以压缩弹簧CS还将双层24的附着中心推向衬底 22。
在图2B的实施例中，在闭合开关状态中，电跳线32将在I/0电 线34的连接垫52、 54上施加向上的力。每个连接垫52、 54位于对应金属结构35的底面上。每个金属结构耦合到对应一个电导线34， 并且垂直悬于导电跳线32之上。在图2B中的微机械开关闭合期间， 当双层24的电跳线32悬于其上的边缘不弯曲时，会对金属结构35 施加向上的力。在此状态下，双层24的其它边缘处于对应于闭合开 关状态的稳定弯曲状态，并且接近衬底22的表面26。在图2B中的微 机械开关20闭合期间，之所以产生向上的力是因为，双层24的弯曲 状态将电跳线32交搭的边缘向上推向其一个稳定弯曲状态。
在图2C的实施例中，因为每个连接垫52位于对应双层结构37 的凸起顶部上，所以导电跳线32在I/0电线34的连接垫52、 54上施 加向下的力。这两个双层结构37可具有与双层24相同的双层构造， 例如位于多晶硅底层37上的氮化硅顶层38。每个双层结构37的自由
成弓形。具体来说，每个双层结构37的几何形状及其对电介质层30
力梯度而采取弓形形状。
图5B示出与图2A和图5A中的微机械开关类似的微才;i4成开关中 的阵列28的控制电极的备选实施例。这两种微机械开关之间的主要 差别在于，与图2A和图5A中的微机械开关20不同，在图5B的开 关中，导电连接件40没有穿透电介质层30。相反，导电连接件40连 接到保护组01 、或02、或01和02的控制电极的中心导电延伸部(E )。 导电延伸部E和导电连接件40在弹性双层24的导电底层36与保护 組Ol、 02的控制电极之间形成导电通路。通过此导电通路，弹性双 层24的导电底层36与保护组01 、 02的控制电极一起接地。
图7示出操作微机械开关的方法60，其中该微机械开关包括具有 导电底层的弹性双层，如双层24。弹性双层具有两个或两个以上稳定 弯曲状态，且其形状可以基本为多边形。在每个稳定弯曲状态，双层 的不同边缘发生弯曲。弹性双层还通过诸如连接件40的导电连接件 附着到衬底。例如，方法60可操作图2A-2C中的基于双层的机械开
12关20。
方法60包括对弹性双层施加第一控制力以便使双层从第一稳定 弯曲状态变换到不同的第二稳定弯曲状态(步骤62)。第一控制力可 以是例如由位于双层的导电层附近的充电控制电极产生的静电力。控 制电4及可以位于双层的一对对边的中间区i或附近，例如如同图5A-5B 中的操作组A或B的控制电极那样。在第二稳定弯曲状态，双层上的 导电跳线电短路两个1/0电触点或电线，由此使才几械开关闭合。例如， 图2A-2C中的每个双层24具有导电跳线32，在弹性双层24的其中 一个稳定弯曲状态中，导电跳线32电短路I/0电线34。
方法60可包括释;^文第一控制力以使双层保持处于第二稳定弯曲 状态而不必对它进一步施加控制力(步骤64)。即，双层可闭锁进入 第二稳定弯曲状态，以使得在开关变换到闭合开关状态之后，不必消 耗电力便可使开关保持闭合。然后，方法60可包括在双层处于第 二稳定弯曲状态的同时，使电流通过微机械开关传输。
方法60包括对弹性双层施加第二控制力以使得双层从第二稳定 弯曲状态变换到另一稳定弯曲状态(步骤66)。该另一稳定弯曲状态 可以是第一稳定弯曲状态，或者可以是非第二稳定弯曲状态的另一稳 定弯曲状态。因为双层上的导电跳线在处于不同于第二稳定弯曲状态 的稳定弯曲状态时不会电短路I/O导电电线或触点，所以状态变换使 机械开关打开。第二控制力可以是通过对其它控制电极充电而产生的 静电力。例如，如果施加第一控制力的控制电极是图5A或图5B中的 操作组A的控制电极，则施加第二控制力的控制电极可以是操作组B 的控制电极。第一和第二控制力的施加使得双层的具有导电跳线的边 缘在第一和第二稳定弯曲状态之一中发生弯曲，而在第一和第二稳定 弯曲状态的另一状态中基本不弯曲。
在一些实施例中，方法60可包括释放第二控制力以使得双层保 持处于这另一稳定弯曲状态(步骤68)。即，双层可闭锁进入这另一 稳定弯曲状态，以便在开关变换到打开开关状态之后，不必消耗电力
13便可使开关保持打开。
图8示出用于制造微机械开关的方法70，其中獨W几械开关的打开 和闭合开关状态对应于其中的弹性双层的不同稳定弯曲状态。方法70 的各个实施例可制造例如如图2A-2C所示的微机械开关20。方法70 的各个实施例可产生如图9-11所示的中间结构108、 114、 116。
方法70包括经由常规工艺在诸如晶体硅衬底的衬底102的平坦 顶表面上沉积第一氮化硅层100 (步骤72)。所沉积的第一氮化硅层 100的厚度可为约0.3 jam至约1.0 pm，即为约0.5 pm的Si3N4。
方法70包括经由常规工艺在第一氮化硅层100上形成第一 p型 或n型重掺杂多晶硅层104 (步骤74)。第一多晶硅层104的厚度可 为约1 [xm至约3 [xm。
方法70包括执行横向图案化第一多晶硅层104的掩模控制干式 或湿式蚀刻(步骤76)。蚀刻选择在例如下面的第一氮化硅层100上 中止。蚀刻将第一多晶硅层104分隔成断开的横向区域。如图5A或 5B所示，独立的横向区域可包括例如阵列28中的控制电极、I/O电 线34、凸起区域44和连接垫52、 54。
在一些实施例中，方法70可包括在第一多晶硅层104的一部分 上执行掩模控制的气相沉积金属的步骤。这样的金属沉积可为图2A 和图2B中的^:机械开关20产生例如金属I/O电线34和连接垫52、 54。
方法70包括执行常规工艺以在第一多晶硅层104上和第一氮化 硅层100的棵露部分上沉积二氧化硅层106 (步骤78 ) 。 二氧化硅层 106是牺牲层，它将用于帮助制作其它结构，但将从最终的微机械开 关去除。
方法70可包括将所沉积的二氧化硅层106的表面平坦化以产生 光滑的顶表面用于进一步的制作(步骤80)。平坦化可包括执行对二 氧化硅具选择性的化学机械平坦化(CMP)。最终的平坦二氧化硅层 106的厚度可为例如约1 |xm至约5 pm。方法70包括对二氧化硅层106执行常规的掩模控制的干式蚀刻 以产生孔H1以用于为其中的弹性双层形成诸如图2A-2C、图3和图4 中的挡块42的短小挡块(步骤82)。将蚀刻定时为例如在穿过二氧 化硅层106之前中止。
方法70包括对二氧化硅层106执行第二常规掩模控制的干式蚀 刻以形成孔H2用于其中的支柱、如图2A-2C中的导电连接件40的支 柱(步骤84)。此蚀刻步骤还可包括在二氧化硅层中形成孔(未示出) 以用于稍后形成图2A中的导电跳线32的尖端。蚀刻剂可选择在下面 的衬底102上中止。在其它实施例中，蚀刻步骤84可备选地配置成 在第一氮化硅层100上中止，以便例如形成如图5B所示的微机械开 关20。
第一和第二蚀刻步骤82和84利用具有适于所需特征孔Hl、 H2 的窗口的掩才莫。蚀刻步骤82和84产生如图9所示的中间结构108。
方法70包括在中间结构108的二氧化硅层106上形成第二 p型 或n型重掺杂多晶硅层110 (步骤86)。形成步骤86可包括沉积 掺杂多晶硅；然后执行常规平坦化，例如对多晶硅具选择性的CMP。 第二多晶硅层110的示范性厚度可为约1 pm至约3 pm。所形成的第 二多晶硅层IIO的部分也可直接位于下面的第一多晶硅层104上，例 如如图11所示。
方法70包括执行常规的掩模控制的蚀刻以图案化第二多晶硅层 110，从而产生形状基本为多边形的弹性双层，例如图2A-2C和图3-4 中的弹性双层24 (步骤88)。为了制造图2A中的机械开关20，图 案化也可如图6A所示在第二多晶硅层112中产生一组间隙EG。制造 这些间隙可用于形成图6A和图6B中的压缩弹簧CS。蚀刻步骤88 可备选地包括图案化第二多晶硅层110的第二部分以便制作如图2C 所示的双层结构37的底层36。第二多晶硅层110的这个第二部分可 制造成部分地位于二氧化硅层106上且部分地位于二氧化硅层106之 外。即，第二多晶硅层IIO的第二部分的一部分直接位于下面的第一多晶硅层104上或直接位于第一氮化硅层100上。
方法70包括在第二多晶硅层110上沉积共形的第二氮化硅层112 (步骤90 )。第二氮化硅层112的示范性厚度可为约0.3 (xm至约1.0 拜，如0.5拜。
方法70包括对第二氮化硅层112执行掩模控制的蚀刻以形成图 10中的中间结构114或图11中的中间结构116 (步骤92)。在图10 的中间结构114中，可将第二氮化硅层112横向图案化成具有与第二 多晶硅层110近似相同的形状，以便例如产生如同图3和图4中的基 本为多边形的弹性双层24。在图11的中间结构116中，横向图案化 产生图2A-2C、图3和图4中的基本为多边形的弹性双层24以及图 2C中的形状的双层结构37。
在制造图2A的微机械开关20的实施例中，蚀刻步骤92也可从 基本为多边形的弹性双层24的中心区域中的侧臂SA和间隙EG选择 性地去除第二氮化硅层112。这些图案化的特征将与通过第二多晶硅 层110图案化的间隙EG对准，并且配置成如同图6A中的压缩弹簧 CS那样构形。
为了形成图2A中的机械开关20，方法70还包括对第二二氧化硅 层106的与双层右边110、 112相邻的那部分执行掩模控制蚀刻，以 便在其中产生一个或多个孔。这一个或多个孔的尺寸设计成适于随后 在其中形成导电跳线32的垂直突出部56。
方法70包括形成悬于第二氮化硅层112的一个图案化边缘之上 的金属电跳线，例如图2A-2C中的导电跳线32 (步骤96)。金属电 跳线的金属可通过常规地掩模控制气相沉积金属、随后剥离位于掩模 上的多余金属来沉积。备选地，金属电跳线的金属可通过常规的电镀 工艺来沉积。金属电跳线的示范性金属包括Au/Ti，但也可使用其它 金属组合。在制造图2A的机械开关20的实施例中，连接垫52、 54 的棵露部分可在例如形成导电跳线20的此金属实施例的过程中用光 刻胶薄层进行保护。为了形成图2B中的机械开关20,方法70还可包括执行步骤序列 以形成用于连接垫52、 54 (同样参见图5A)的两个金属结构35。该 序列可包括在之前的中间结构上形成第二牺牲二氧化硅层；以及平 坦化第二二氧化硅层。该序列可包括接着，执行干式蚀刻以产生穿 过第二二氧化硅层并在导电I/0电线34上中止的两个通孔；然后，用 金属填充这两个通孔以产生与导电I/0电线34接触的金属支柱。最后， 该序列可包括执行掩模控制气相沉积金属的步骤；以及剥离第二牺 牲层的顶表面上的多余金属。这个最后步骤将产生与金属填充的通孔 接触的金属结构35的上水平部分。然后，随后去除第二牺牲二氧化 硅层应当产生如图2B所示的用于连接垫52、 54的垂直金属结构35。
为了形成图2C中的机械开关20，步骤96可包括执行步骤序列以 制造导电跳线32。该序列可包括在步骤94中产生的中间结构116 上形成第二牺牲二氧化硅层；以及平坦化第二二氧化硅层。该序列可 包括接着，执行干式蚀刻以产生穿过第二牺牲层并在双层24的边 缘附近的第二氮化硅层112上中止的通孔；然后执行掩模控制金属沉 积以产生填充通孔的金属支柱。该序列可包括执行掩模控制金属沉积 并剥离第二牺牲层上的多余金属以产生位于金属填充的通孔上并与
该通孔接触的导电跳线32的上水平部分。随后去除第二牺牲层应当 产生如图2C所示的导电跳线32的金属实施例。
最后，方法70包括通过执行去除这个(或这些)牺牲二氧化硅 层(如层106)的蚀刻来物理释放弹性双层(步骤98)。该蚀刻可以 是利用HF的水溶液的湿式蚀刻。
除了释放双层24之外，去除牺牲氧化物将产生图2B中的金属连 接结构35，并将使双层结构37的末端像图2C所示那样弹起。
在制造诸如图2A-2C中的獨t机械开关20的微才几械开关的方法的 其它实施例中，其它材料可取代上述方法70中所用的材料。例如， 这些其它方法可用微电子领域中的技术人员或微机电系统(MEMS ) 领域中的技术人员已知的可作为合适的替代物的其它在功能上和/或结构上类似的材料来取代以上方法70中的特定半导体、金属和/或电 介质。
从以上公开、附图和权利要求，本领域的技术人员将明白其它实 施例。
权利要求
1. 一种装置，包括包括具有第一和第二稳定弯曲状态的双层的机械开关；并且其中所述双层从所述第一状态变换到所述第二状态使所述开关闭合。
2. 如权利要求1所述的装置，其中所述双层具有带偶数条边的基 本为多边形的形状。
3. 如权利要求2所述的装置，其中所述多边形形状具有四条或六条边；所述边短于约500微米； 所述双层具有导电表面；并且第一电极面对所述双层的表面，且第二电极面对所述双层的表面。
4. 如权利要求3所述的装置，其中所述双层配置成响应施加在所述双层与所述第一电极之间 的电压而变换到所述第一状态；并且其中所述双层配置成响应施加在所述双层与所述第二电极之间 的电压而变换到所述第二状态。
5. —种装置，包括 具有顶表面的衬底；沿所述顶表面定位并固定到所述衬底的多个电极；以及 通过连接件物理附着到所述衬底的双层，所述双层能够在第一和第二稳定弯曲状态之间变换，所述双层具有在所述第一和第二状态中弯曲的不同边。
6. 如权利要求5所述的装置，还包括 位于所述双层上的电跳线；以及位于所述顶表面上并固定到所述衬底的第一和第二电线；并且其中所述电跳线配置成响应所述双层处于所述第一弯曲状态而 电连接所述电线，并且响应所述双层处于所述第二弯曲状态而不短路 所述电线。
7. —种制造机械开关的方法，包括在衬底的顶表面上形成受压双层，以使得连接件将所述双层的一 部分物理连接到所述村底；以及所述双层；并且其中所释放的双层的表面具有弯曲形状。
8. 如权利要求7所述的方法，还包括沿所述顶表面形成电极的阵列，所述电极固定到所述衬底并介于 所述双层与所述衬底之间。
9. 如权利要求7所述的方法，其中所述形成双层包括形成多晶硅层。
10. 如权利要求7所述的方法，其中所述连接件在所述双层的导 电层与所述衬底之间形成导电通路。
全文摘要
一种装置包括机械开关。该机械开关包括具有第一和第二稳定弯曲状态的双层(10，24)。双层从第一状态变换到第二状态时使开关闭合。
文档编号H01H59/00GK101512701SQ200780033558
公开日2009年8月19日 申请日期2007年8月27日 优先权日2006年9月12日
发明者F·帕多, M·E·西蒙, O·D·罗佩斯, V·A·阿克休克 申请人:卢森特技术有限公司