專利名稱：上拉式電極和華夫餅型微結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例涉及一種微機電(micro-electromechanical ;MEMS)裝置及一種用于所述微機電裝置的制造的方法。
背景技術：
隨著半導體的大小持續(xù)縮小，耦接至半導體的MEMS裝置也是如此。MEMS裝置可用作小型繼電器開關、電容開關、非揮發(fā)性內(nèi)存裝置且可用于很多的場合。MEMS裝置具有開關或懸臂，所述開關或懸臂在至少兩個位置之間移動以允許或拒絕電流經(jīng)由開關流過?？捎谝欢嘶騼啥颂帄A住懸臂。使用與在半導體制造廠中的處理步驟相似的處理步驟制造MEMS裝置，因此可在晶片尺寸上具成本效率地制造MEMS裝置。在將MEMS裝置縮小至小于幾微米的尺寸中發(fā)現(xiàn)一個問題為開關或懸臂待拉至與電極接觸且然后釋放回至所述開關或懸臂的初始狀態(tài)的能力。歸因于MEMS裝置的尺寸，懸臂或開關可能不具有足夠的復原力以允許開關或懸臂返回至所述開關或懸臂的初始狀態(tài)。MEMS裝置的性能將因此受到負面影響。因此，在本技術中存在對于具有足夠彈性得以拉出或推入以與電極接觸且然后釋放回至其原始位置的MEMS裝置的需求。在本技術中也存在對于制造所述裝置的方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般涉及MEMS裝置及用于所述MEMS裝置的制造的方法。MEMS裝置的懸臂可具有華夫餅型(waffle-type)微結構。華夫餅型微結構利用支撐梁以對微結構賦予剛性同時允許支撐梁彎曲。華夫餅型微結構允許剛性結構結合撓性支撐件的設計。另外，復式彈簧可用以產(chǎn)生非常剛性的彈簧以改進MEMS裝置的熱切換性能。為了允許MEMS裝置利用較高射頻電壓，可將上拉式電極定位于懸臂之上以幫助將懸臂自接觸電極拉開。在一個實施例中，揭示一種產(chǎn)生微機電裝置的方法。所述方法包括以下步驟:沉積第一犧牲層于介電層之上，沉積第一構造層于第一犧牲層之上，且沉積第二犧牲層于第一構造層之上。所述方法還包括以下步驟:蝕刻一或多個第一介層洞通過第二犧牲層，以曝露第一構造層的至少一部分。另外，在一或多個第一介層洞之內(nèi)且于第二犧牲層之上沉積第二構造層。所述方法還包括以下步驟:沉積第三犧牲層于第二構造層之上。所述方法另外包括以下步驟:蝕刻第一犧牲層、第二犧牲層及第三犧牲層以在空腔之內(nèi)釋放第一構造層及第二構造層且形成微機電裝置。目前已釋放的微機電裝置能夠響應于施加于電極的電壓而移動。在另一實施例中，揭示一種微機電裝置。所述裝置包括第一構造層及第二構造層，其中所述第一構造層耦接至多個第一電極，所述第二構造層與所述第一構造層間隔，以在所述第一構造層與所述第二構造層之間界定一空間。所述裝置還包括多個支柱，所述多個支柱安置在所述空間之內(nèi)且耦合于第一構造層與第二構造層之間，所述多個支柱中的每一者與相鄰支柱間隔。在另一實施例中，揭示一種微機電裝置。所述裝置包括第一構造層及第二構造層，其中所述第一構造層耦接至一或多個第一電極，所述第二構造層與所述第一構造層間隔，以在所述第一構造層與所述第二構造層之間界定一空間。所述裝置也包括多個支柱，所述多個支柱安置在空間之內(nèi)且耦合于第一構造層與第二構造層之間。所述多個支柱中的每一者與相鄰支柱間隔。第一構造層、第二構造層及多個支柱集體地形成懸臂或懸掛結構，例如安置在空腔之內(nèi)的橋。所述裝置還包括一或多個可能會或可能不會導電的復式彈簧。所述一或多個復式彈簧可連接至懸臂或懸掛結構且安置在空腔之內(nèi)。


因此，為使詳細理解本發(fā)明的上述特征結構的方式，可參照實施例詳細描述上文簡要概述的本發(fā)明，一些實施例圖示于附加圖式中。然而，應注意，附加圖式僅圖示本發(fā)明的典型實施例，且因此不欲視為本發(fā)明范疇的限制，因為本發(fā)明可允許其它同等有效的實施例。第IA圖至第IL示在各種制造的階段的MEMS裝置。第2A圖及第2B示根據(jù)一個實施例的華夫餅型懸臂。第3A圖至第3F示利用復式彈簧技術的華夫餅型MEMS裝置。第4A圖至第4C示根據(jù)一個實施例的MEMS裝置的移動。第5A圖至第5C圖為根據(jù)另一實施例的MEMS裝置的圖解說明。為了促進理解，在可能情況下已使用相同裝置符號以指定為諸圖所共有的相同裝置?？梢灶A期，在一個實施例中揭示的裝置可有利地用于其它實施例而無需特定敘述。
具體實施例方式本發(fā)明一般涉及MEMS裝置及用于所述MEMS裝置的制造的方法。MEMS裝置的懸臂可具有華夫餅型微結構。華夫餅型微結構利用支撐梁以對微結構賦予剛性同時允許支撐梁彎曲。華夫餅型微結構允許剛性結構結合撓性支撐件的設計。另外，復式彈簧可用以產(chǎn)生非常剛性的彈簧以改進MEMS裝置的熱切換性能。為了允許MEMS裝置利用較高RF電壓，可將一或多個上拉式電極定位于懸臂之上以幫助將懸臂自接觸電極拉開。本文揭示的華夫餅型結構允許將彈簧剛性自平板剛性解耦，提供一種結合撓性支撐件設計剛性結構的方法。華夫餅型結構也允許增加可用以產(chǎn)生非常剛性的彈力的復式彈簧，以改進MEMS可變電容器的熱切換性能。歸因于移動通信中的數(shù)據(jù)傳送的指數(shù)式增加，不久將需要增加數(shù)據(jù)處理的容量。使用例如MEMS數(shù)字可變電容器(Digital Variable Capacitor;DVC)的可調(diào)諧部件可藉由允許天線及數(shù)字DVC電路的共振頻率與進入信號匹配來提供增加數(shù)據(jù)傳送容量的方式。MEMS DVC的性能的主要特征在于RF規(guī)格，所述RF規(guī)格諸如調(diào)諧比率(也就是，懸臂的高電容向下狀態(tài)與懸臂的低電容向上狀態(tài)的比率)、品質(zhì)因子(也就是，導納(admittance)的虛數(shù)部分與實數(shù)部分的比率)、線性度(也就是,隨著功率位準增加，輸出訊號相對于輸入信號的失真量)等等。應了解，雖然說明書將提出利用術語“懸臂”，但是術語“懸臂”意謂涵蓋懸臂和諸如橋或可動結構的懸掛結構的裝置，所述裝置在端部處被錨定或被夾緊但在中部處可移動。DVC也具有操作規(guī)格，所述操作規(guī)格諸如致動電壓(也就是，將懸臂下拉至高電容狀態(tài)所需的電壓)、熱切換電壓(也就是，當致動電壓恰好降低為零時將保持電容器于高電容狀態(tài)的RF電極上的電壓)、電容密度(也就是，每單位面積電容)、自程序設計及自抹除電壓等等。DVC的理想規(guī)格包括低致動電壓(也就是，將MEMS懸臂下拉至高電容狀態(tài)所需的電壓)及高熱切換電壓。理想規(guī)格的所述兩個元素通常彼此相反。致動電壓越低，熱切換電壓也將越低，因為要獲得低致動電壓，MEMS懸臂的彈簧常數(shù)需要為低。為了獲得高熱切換電壓，因為RF頻率比懸臂反應時間更快，所以當施加較大RF電壓時，需要較大彈簧常數(shù)來將兩個RF平板拉開。所述RF訊號提供平均拉入力。拉入力可藉由增加裝置面積為給定拉入電壓及間隙而增加，但此舉增加了成本且是不期望的。此處提供的方法展示了將支撐梁的剛性自平板剛性解耦的方法，因此，獲得了低致動電壓且能夠達成用于小面積裝置的較高熱切換電壓，而且提供較好的應力控制，降低了某些制程步驟的復雜度，且改進了 RF性能(例如，線性度)。此方法也允許我們在無需增加質(zhì)量的情況下加固部分橫梁，此效果與橫梁恰好于彼等部分加厚所產(chǎn)生的效果一樣。第IA圖至第IL示在各種制造的階段的MEMS裝置。所述裝置包括可形成在半導體裝置之內(nèi)的介電層102,諸如互補金氧半導體(complementary metal oxidesemiconductor;CMOS)結構的后段制程(back end of the line;BE0L) 一或多個第一電極104嵌入在介電層102之內(nèi)，所·述一或多個第一電極104為將與MEMS裝置的懸臂進行接觸的金屬化軌道。一或多個拉入電極106也可嵌入在介電層102之內(nèi)。拉入電極106可作用以將懸臂拉入與介電層102接觸。RF電極108也嵌入在介電層102之內(nèi)?？蓪⒁换蚨鄠€介層洞蝕刻至介電層102中以曝露一或多個第一電極104。然后，可用導電材料110填充介層洞，導電材料110可用以達成一或多個第一電極104與懸臂結構之間的電連接。在一個實施例中，導電材料Iio可包含金屬。在另一實施例中，導電材料110可包含材料，所述材料選自由以下組成的群組:鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭、銅、鋁及上述物質(zhì)的組合。然后，第一犧牲層112沉積在介電層102之上。第一犧牲層112可用以界定介電層102的上表面與懸臂的下表面之間的間隔。第一犧牲層112可經(jīng)由諸如等離子增強化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapour deposition; PECVD)、化學氣相沉積(chemical vapour deposition; CVD)、旋涂式技術及物理氣相沉積(physical vapourdeposition;PVD)的制程沉積，以上諸技術僅為幾個實例。在一個實施例中，第一犧牲層112可包含含硅化合物。在另一實施例中，第一犧牲層112可包含二氧化硅。在另一實施例中，第一犧牲層112可包含旋涂式玻璃或旋涂式介電質(zhì)，所述旋涂式介電質(zhì)含有具有碳主鏈的長鏈分子。所述材料將需要具有低硅含量，因為如果所述材料含有硅，則移除碳基化合物的犧牲蝕刻通常留下殘余物。然后，蝕刻一或多個介層洞114通過第一犧牲層112以曝露下層導電材料110。在一個實施例中，可在一或多個介層洞114形成之后蝕刻介電層102。在任何情況下,然后用材料填充一或多個介層洞114，所述材料用以形成第一構造層116。經(jīng)填充的介層洞114提供電極104與懸臂之間的電連接。一旦裝置形成，第一構造層116將成為懸臂的底部。在一個實施例中，第一構造層116可包含金屬。在另一實施例中，第一構造層116可包含材料，所述材料選自由以下組成的群組:鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭、銅、鋁及上述物質(zhì)的組合。在另一實施例中，構造層116可包含多層結構。例如，可以使用5層堆棧(TiN-Al-Tin-Al-TiN)。各氮化鈦層可具有小于IOOnm的厚度以避免關于TiN晶粒的問題?？捎糜诙鄬咏Y構的其它材料包括TiAl及TiAIN。在另一實施例中，構造層116可由諸如TiN，接著Al，然后TiN的三層結構組成。三層結構結合了具有高電阻率的TiN的強度優(yōu)點與具有不良機械強度的Al的低電阻特性。藉由將薄Al層夾于兩個TiN層之間，在兩種材料的沉積中的任一殘余應力差不會產(chǎn)生MEMS結構中的差應力。此外，在兩種材料之間的熱膨脹差不會產(chǎn)生對稱TiN-Al-TiN夾層中的差應力。所述結構的附加優(yōu)點在于TiN膜的機械強度在較大膜厚度處降低。如此是由于增加沉積厚度處的增加空隙。藉由在約200nm厚處停止沉積TiN、放置薄Al層且開始生長，可極大減少此問題。第一構造層116可然后經(jīng)蝕刻以形成第一構造層116的最終形狀。第一構造層116可經(jīng)由熟知的技術沉積，諸如濺鍍、無電極電鍍及電化學電鍍。然后，第二犧牲層118沉積在第一構造層116之上。類似于第一犧牲層112，第二犧牲層118可藉由諸如PECVD、CVD、旋涂式技術及PVD的制程沉積。在一個實施例中，第二犧牲層118可包含含硅化合物。在另一實施例中，第二犧牲層118可包含二氧化硅。在另一實施例中，第二犧牲層118可包含旋涂式玻璃或旋涂式介電質(zhì)，所述旋涂式玻璃或旋涂式介電質(zhì)含有長鏈碳分子且具有低硅含量，如上文所論述。然后蝕刻多個介層洞120通過第二犧牲層118以曝露下層第一構造層116的至少一部分。第二犧牲層118可用以提供在第一構造層116與第二構造層124之間的間隔。導電材料可沉積至介層洞120中以形成支柱122。支柱122可用以提供在第一構造層116與第二構造層124之間的連接。然后，第二構造層124可沉積在支柱122及第二犧牲層118之上。一旦已將所有犧牲材料移除以釋放裝置，第一構造層116、支柱122及第二構造層124集體地形成華夫餅型結構。類似于第一構造層116，支柱122及第二構造層124可包含金屬。在另一實施例中，第二構造層124及支柱122可包含材料，所述材料選自由以下組成的群組:鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭、銅、鋁及上述物質(zhì)的組合。第二構造層124及支柱122可經(jīng)由熟知的技術沉積，諸如濺鍍、無電極電鍍及電化學電鍍。為了在第二犧牲層118已曝露且將介層洞蝕刻至第二犧牲層118中之后簡化制程步驟的數(shù)目，可在支柱122的形成期間添加第二構造層124。然后，第二構造層在第二犧牲層118之上形成連續(xù)膜，所述連續(xù)膜與第一構造層116進行機械接觸。然后，第三犧牲層126沉積在第二構造層124之上。第三犧牲層126可用以在裝置的頂部(所述裝置的頂部在此實施例中為第二構造層124)與上拉式電極130之間提供間隔。類似于第一犧牲層及第二犧牲層112、118，第三犧牲層126可藉由諸如PECVD、CVD、旋涂式技術及PVD的制程沉積。在一個實施例中，第三犧牲層126可包含含硅化合物。在另一實施例中，第三犧牲層126可包含二氧化硅。在另一實施例中，第三犧牲層126可包含旋涂式玻璃或旋涂式介電質(zhì)。因為許多旋涂式介電質(zhì)具有較大熱膨脹系數(shù)，所以在旋涂式材料的固化期間，在比固化較高犧牲層的溫度高的溫度下固化較低犧牲層很重要。此舉降低了以下可能性:將頂部犧牲層退火會引起較低犧牲層的熱膨脹而達到較低犧牲層造成對中間機械懸臂層損害的程度。在一個實施例中，上拉式電極130然后形成在第三犧牲層126之上且位于絕緣層128的頂上。上拉式電極130可用以將懸臂自空腔的底部拉開并且將懸臂上拉至絕緣層128。絕緣層128位于那里是為了防止接地懸臂的頂層124與上拉式電極130短路。絕緣層128可由硅、氮化硅、氧化硅或所述兩種物質(zhì)的一些組合制成。上拉式電極130 (如果存在)可包含金屬。在另一實施例中，上拉式電極130可包含材料，所述材料選自由以下組成的群組:鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭、銅、鋁及上述物質(zhì)的組合。上拉式電極130可經(jīng)由熟知的技術沉積，諸如濺鍍、無電極電鍍及電化學電鍍。應了解，所述裝置可在不使用上拉式電極130的情況下形成。然后，封裝層132可形成在第三犧牲層126及上拉式電極130 (如果存在)之上。封裝層130可用以界定空腔的外部邊界。在一個實施例中，封裝層130可包含硅基材料。在另一實施例中，封裝層132可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅，或上述物質(zhì)的組合。封裝層132可藉由諸如PECVD及CVD的熟知技術沉積。在一個實施例中，沉積封裝層132使得第一犧牲層112、第二犧牲層118，或第三犧牲層126中的一或多者的至少一部分延伸在封裝層132之外。在另一實施例中，蝕刻孔通過封裝層132以曝露第一犧牲層112、第二犧牲層118，或第三犧牲層126中的一或多者。通過頂部的孔可經(jīng)定位使得所述孔覆蓋雙夾緊懸臂的基端部(base end)，使得當孔密封時，密封孔的材料將經(jīng)由所述孔向下以向懸臂的端部提供增加的機械支撐。然后，將蝕刻劑經(jīng)由所述孔弓I入(或暴露于延伸在封裝層132之外的犧牲材料)。蝕刻劑選擇性地蝕刻第一犧牲層112、第二犧牲層118及第三犧牲層126以移除犧牲材料。第一構造層116、支柱122及第二構造層124保持在空腔132之內(nèi)?？涨?32可藉由沉積第二封裝或密封層(未圖示)密封。有利的是，設計空腔以使得頂部犧牲層在其它犧牲層之前移除。使孔穿過在MEMS裝置的端部之上的頂層132在此制程中有所幫助。此舉非常重要，因為如果在蝕刻制程期間存在溫升，則空腔頂部可移動。如果首先從懸臂裝置之上移除犧牲層，則較低犧牲層將所述懸臂裝置固定就位，并且頂部空腔移動不會對懸臂導致增加的應力。如果首先蝕刻底部犧牲層，則懸臂裝置將經(jīng)由頂部犧牲層附著至空腔的頂部，且因此空腔的移動可損壞懸臂裝置。藉由將較低犧牲層固化達較長時間，將花費較長時間來蝕刻所述較低犧牲層。為了防止在釋放過程期間非所要的氧化物的充電，確保在蝕刻期間有很少的羥基分子存在很重要。當使用等離子蝕刻時，離子的蝕刻劑離子在空腔外部的等離子中產(chǎn)生且經(jīng)由空腔孔擴散進入。因為懸臂可為接地金屬，所以離子濃度極大降低且蝕刻速率減少。為了解決此問題，導電金屬表面可涂布一層絕緣體。此絕緣體層可為剛放下金屬層之后沉積的絕緣層。所述絕緣層可為硅基材料或氧化硅或氮化硅或其它介電材料。然后可藉由在孔之上沉積密封層而密封空腔。一旦已經(jīng)移除第一犧牲層、第二犧牲層及第三犧牲層，第一構造層116、支柱122及第二構造層124可在空腔之內(nèi)的兩個位置之間移動，在其中一個位置中第一構造層116與介電層102接觸，且在其中另一個位置中第一構造層116與介電層102間隔。另外，如果存在上拉式電極130，則第一構造層116、支柱122及第二構造層124可在兩個位置之間移動，在其中一個位置中第二構造層124與上拉式電極130之下的絕緣體層128接觸，在其中另一個位置中第二構造層124與上拉式電極128間隔。最終結構展示華夫餅型懸臂結構。華夫餅型懸臂結構具有許多優(yōu)點。諸優(yōu)點中的一個優(yōu)點為所述結構提供用于獨立調(diào)諧平板剛性及懸置彈簧的方法。支柱122的長度、支柱122的數(shù)目、構造層116、124的厚度及構造層116、124的形狀皆可調(diào)整以獲得適合最終使用者的需求的剛性。另一個優(yōu)點在于華夫餅型結構賦能復式彈簧的產(chǎn)生。將復式彈簧遠離RF電極置放導致熱切換規(guī)格減少。然而，華夫餅型結構變得越具有剛性，熱切換能力的損失就越小。
華夫餅型結構的另一優(yōu)點在于所述華夫餅型為增加剛性的低質(zhì)量方法，因此降低了動量、傳播時間及沖擊效應且提高了可靠性。
華夫餅型結構的另一優(yōu)點在于薄膜的頂部及底部可經(jīng)整形以改進致動面積或處理間隔要求。另外，用于構造層116、構造層124的兩種沉積相同，所以構造層116、構造層124具有相同應力且因此沒有差應力，并且如此也降低了制程開發(fā)上的努力。華夫餅型結構可具有兩組雙層結構使得不存在凈差應力。華夫餅型結構降低了沉積時間及材料使用。另夕卜，改進了 RF線性度，因為更加剛性的平板將隨施加在RF電極上的電壓偏斜較小。因為需要具有將MetBl層與MetB2層連接的ViaBB的良好階梯覆蓋(如第2A圖中所示)，所以最大剛性由所述兩層之間的距離定義。第2B圖為第2A圖的俯視圖。用于平行板系統(tǒng)的靜電力可由等式= 描述，其中“F”為靜電力，“ ε?！睘?br> 真空的介電系數(shù)，“Α”為相互作用的面積，“V”為電壓差且“g”為在靜電平板之間的距離。如果我們考慮將MEMS懸臂作為可變電容器的平板中的一者的應用，則所要的屬性中的一者為大電容比。電容為在兩個平板之間的距離的倒數(shù)“Ι/g”的函數(shù)，因此為了獲得較大比率，需要具有大的間隙改變。要獲得大的間隙，將需要增加拉入力(由靜電力等式導出)。為了避免置放在拉入電極之上的介電層的充電(為了防止當平板接觸拉入電極時的短路)，應使用低致動電壓，并且拉入電極的面積應限于使裝置具有合理的電容密度。因為改變靜電力的自由度受到RF性能的限制(獲得調(diào)諧比率需要大的間隙)，降低致動電壓的唯一方法為降低下拉過程中涉及的機械剛性。撓性支撐件彈簧可用以在靜電致動裝置中獲得低致動電壓。然而，如果平板系使用與支撐梁相同的層建立，則平板的剛性也將為低，并且因此熱切換電壓將低于致動電壓。為了具有較高熱切換電壓，可添加復式彈簧，并且為了增加復式彈簧的效率，可使用剛性平板。在復式彈簧之間的數(shù)字可變電容器平板的剛性可近似為具有均布載荷的簡支
板，所述剛性由下式給出:K = a^r ,其中“ α ”為常量，“Ε”為由所使用的材料給出的楊
氏模數(shù)，“t”為平板的厚度，并且“L”為在支撐之間的距離。此等式表明如果在支撐(復式彈簧)之間的距離較大，則平板的剛性將變得非常小(1/L4)，如此將使熱切換電壓較小。因為在復式彈簧之間的距離系由RF電極的寬度給定(一者無法將復式彈簧放置在RF線的頂上，因為電容比隨后下降)，所以增加結構的厚度在于如何可獲得更剛性的結構。此為第2A圖及第2B圖中所示的華夫餅結構變得有利之處。第2A圖及第2B圖的華夫餅結構可使用以下始于MetBl層的制程建立(排除錨及低于MetBl的任何物體)。首先，MetBl層可經(jīng)沉積、圖案化及蝕刻于錨定至基板接觸的犧牲層上。然后，犧牲材料可沉積或旋轉(zhuǎn)涂布至MetBl上。開口(ViaBB)可形成于犧牲材料中。然后，MetB2層可經(jīng)沉積、圖案化及蝕刻。MetB2將沉積在ViaBB之內(nèi)。頂部犧牲層然后可沉積或旋轉(zhuǎn)沉積至MetB2上且圖案化。然后可沉積一或多個空腔頂蓋層。一或多個開口可蝕刻至空腔中以允許引入蝕刻氣體/溶液至犧牲層。蝕刻氣體/溶液可經(jīng)由開口引入以蝕刻/移除犧牲層且釋放華夫餅結構。然后可密封空腔。然后，將在MetBl界定支撐彈簧(所述彈簧可很薄)，且因此，下拉電壓將為低。復式彈簧(未圖不于圖中)將位于RF電極中的任一側(cè)，在復式彈簧之間的平板的剛性將歸因于在間隔物之后使用MetB2的厚度增加而增加。華夫餅結構的剛性與具有厚度為MetBl+ViaBB+MetB2的薄膜不同。然而，所述方法可用以在不使用非常厚金屬層的情況下增加剛性，所述非常厚金屬層在沉積期間難以蝕刻和難以控制應力。第3A圖至第3F示利用復式彈簧技術的華夫餅型MEMS裝置。如第3A圖中所示，MetA可用以導引且產(chǎn)生控制及RF電極。MetC可電氣連接或非電氣連接至MetA，且MetC可用以加強及產(chǎn)生MetBl可接觸的止動件，如下文所說明。MetBl及MetB2本身為開關。有可能在兩層中均具有復式彈簧腿(spring leg)。例如，MetBl中的復式彈簧腿可落在MetC止動件上，且MetB2中的復式彈簧腿可落在固體MetBl件上。復式彈簧為來自主平板的一件材料且落在位于不同位準的金屬(也可為其它材料)上。如第3B圖中所示，MetBl腿部落在MetC止動件上。在此情況下，在腿部與止動件之間的距離由犧牲層厚度(開關的最大負垂直位移)及MetC的厚度來設定。假定平板不彎曲，MetC的幾何形狀(長度、寬度及厚度)、材料及高度定義用于由RF電極產(chǎn)生的給定力的開關的熱切換電壓。實際上，平板彎曲及復式彈簧技術中可用的一些力并不用于熱切換。復式彈簧離RF線的距離越近，可用以熱切換RF電極中的電壓的力就越有效。另一方面，為了獲得RF電容器，期望在RF電極的最大電容處平整以避免IP3互調(diào)制問題。如此要求一件電極(見在第3B圖中標記為“y”)在內(nèi)側(cè)朝向RF線可用。也需要在第3B圖中圖示為“z”的部分降低寄生耦合。間隙越大，寄生解耦就越好；然而，將損失熱切換能力。相同的原理可藉由使MetB2腿部落在MetC+MetBl堆棧上來使用，如第3C圖中所示。第3C示具有落在固體MetC-MetBl堆棧上的MetB2中的復式彈簧的切換。平板彎曲裝置不使用復式彈簧技術的腿部，而改為使用落在MetBl或MetC止動件上的平板的端部，此舉具有如先前段落中描述的類似效應。具有在平板的端部的接觸降低熱切換的效率；然而，降低控制電極與平板之間的接觸面積，且因此降低附著故障是一種良好方法。第3D示使用平板彎曲技術的裝置，其中平板的MetBl落在平板錨附近的MetC止動件上。同樣地，平板彎曲技術可藉由將平板的MetB2落在平板錨附近的MetBl橋上來使用，如第3E圖中所示。也可增加至頂部的止動件以避免對頂部的靜摩擦。此舉已使用平板彎曲設置達成，其中在平板端部的MetBl部分與來自錨的MetB2件接觸。在此情況下，嚙合范圍系由在犧牲層之間、MetBl與MetB2之間及MetB2與頂部之間的厚度差界定。第3F示可能的設置。在第3F圖中，在MetBl碰撞頂部之前，MetBl在MetB2止動件上停止，并且強迫平板彎曲，如此降低了平板與頂部電極之間的接觸面積。有可能將復式彈簧技術的腿部與平板彎曲選擇結合以獲得大熱切換電壓且也獲得降低的接觸面積，從而避免歸因于靜摩擦或氧化物充電的裝置故障。利用犧牲厚度，有可能產(chǎn)生多級復式彈簧，其中MetB2腿部可落在MetBl (支柱或切換腿)且在牽拉過程中進一步的是，MetBl可落在MetC止動件上，此舉產(chǎn)生具有三個線性部分的非線性彈簧。如果需要，可增加線性部分的此數(shù)目。本發(fā)明涉及MEMS開關，且具體涉及RF MEMS開關，其中MEMS懸臂充當電容開關的一個臂部，所述MEMS懸臂接近處于高電容狀態(tài)的MEMS開關下的RF電極，并且將MEMS懸臂自處于低電容狀態(tài)的RF電極拉開。在MEMS開關之下的第二電極可用以下拉懸臂。如果RF訊號較大，則電極上的此交流電壓將快于MEMS懸臂的共振頻率，但RF訊號仍將提供平均拉入力，因為這是在MEMS懸臂與RF電極之間引起吸引力的電壓差。因此，當RF電壓變?yōu)樨摃r懸臂將經(jīng)歷一脈沖的吸引力，且當RF電壓變?yōu)檎龝r，懸臂將經(jīng)歷另一脈沖的吸引力。為了允許使用較大RF電壓，我們建議在MEMS懸臂之上增加額外上拉式電極。如此可經(jīng)致動以將MEMS懸臂遠離下拉電極移動且如此也提供較大保持力，所述保持力防止懸臂由經(jīng)受高很多的RF電壓的高RF場拉入。如果裝置正在操作為RF電極由直流電壓線替代的直流開關，則此操作也將有效。在上述實例中，假定MEMS懸臂為在直流接地電位下。問題在于許多MEMS裝置具有三個終端，其中將致動電壓施加于拉入電極以使得MEMS移動部件與第三著陸電極接觸。如果著陸電極(landing electrode)也具有施加于其的電壓訊號，則將在電極與懸臂之間有吸引力。在以下實例中，MEMS懸臂向下觸碰在著陸電極之上的薄氧化層，所述薄氧化層為射頻線。因此，隨著懸臂接近于在RF電極之上的薄絕緣層，在MEMS懸臂與RF著陸電極之間存在電容耦合的增加。在MEMS開關的相同側(cè)上的拉入電極可用以改變懸臂位置，且因此改變RF線對直流接地懸臂的電容耦合。施加于RF電極的大電壓訊號可產(chǎn)生MEMS裝置的自我致動。如此可下拉MEMS懸臂且因此在無電壓施加于拉入電極的情況下改變電容。此問題先前地系藉由使MEMS懸臂更加剛性來解決，使得MEMS懸臂不會根據(jù)在著陸RF電極上的大信號自我致動。此方法的問題為這意謂然后需要較大力切換使用致動電極的裝置。此舉可藉由增加具有MEMS懸臂的拉入電極的面積達成，而增加面積又具有增加裝置大小且在RF電極與拉入電極之間引入較大非所要的雜散電容的缺點?；蛘撸稍诶腚姌O上增加電壓，此舉具有電荷漏泄至附近絕緣體中且減少壽命，和提供充電泵的成本增加的問題?？墒褂蒙侠诫姌O，所述上拉式電極將MEMS懸臂進一步移動離開RF電極。拉入力近似與電場的平方成比例。因此，加倍間隔將增加使自我致動電壓增加為四倍。此外，隨著懸臂被拉至頂部，懸臂更加接近于頂部且因此來自頂部的靜電力極大增加。如果當MEMS懸臂處于向上狀態(tài)且MEMS懸臂目前離開RF電極2d的距離時，在上拉式電極與MEMS懸臂之間存在厚度t且相對介電系數(shù)ε r的絕緣體，則位于頂部的電壓Vtop將提供大于電壓Vkf
的靜電上拉力(如果
權利要求
1.一種產(chǎn)生微機電裝置的方法，所述方法包含以下步驟: 沉積第一犧牲層于介電層之上； 沉積第一構造層于所述第一犧牲層之上； 沉積第二犧牲層于所述第一構造層之上； 形成一或多個第一介層洞通過所述第二犧牲層，以曝露所述第一構造層的至少一部分； 在所述一或多個第一介層洞之內(nèi)且于所述第二犧牲層之上沉積第二構造層； 沉積第三犧牲層于所述第二構造層之上；和 移除所述第一犧牲層、所述第二犧牲層及所述第三犧牲層，以在空腔之內(nèi)釋放所述第一構造層及所述第二構造層。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述第三犧牲層在移除所述第二犧牲層之前移除。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述方法進一步包含以下步驟: 形成第二電極于所述第三犧牲層之上；和 沉積封裝層于所述第二電極之上。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述第一犧牲層在移除所述第三犧牲層之后移除。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述方法進一步包含以下步驟: 形成一或多個第二介層洞通過所述介電層以曝露一或多個第一電極； 沉積導電材料至在所述一或多個第一電極之上的所述一或多個第二介層洞中； 形成一或多個第三介層洞通過所述第一犧牲層以曝露所述導電材料； 于所述第一犧牲層之上且在所述一或多個第三介層洞中沉積所述第一構造層； 沉積封裝層于所述第三犧牲層之上；和 經(jīng)由所述封裝層中的開口引入蝕刻氣體。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中形成一或多個介層洞以曝露一或多個第一電極的步驟包含以下步驟:形成兩個介層洞以曝露兩個第一電極。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中所述第三犧牲層在移除所述第二犧牲層之前移除。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，所述方法進一步包含以下步驟: 在沉積所述封裝層之前，形成第二電極于所述第三犧牲層之上。
9.一種微機電裝置，所述微機電裝置包含: 第一構造層，所述第一構造層耦接至多個第一電極； 第二構造層，所述第二構造層與所述第一構造層間隔以在所述第一構造層與所述第二構造層之間界定空間；和 多個支柱，所述多個支柱安置在所述空間之內(nèi)且耦合于所述第一構造層與所述第二構造層之間，所述第一構造層、所述第二構造層及所述多個支柱形成華夫餅(waffle)圖案。
10.根據(jù)權利要求9所述的微機電裝置，其中所述第一構造層與一或多個第二電極間隔。
11.根據(jù)權利要求10所述的微機電裝置，所述微機電裝置進一步包含:介電層；和 嵌入在所述介電層之內(nèi)的所述一或多個第二電極，其中所述一或多個第二電極嵌入在所述介電層之內(nèi)，且其中所述第一構造層、所述第二構造層及所述多個支柱集體地可在兩個位置之間移動，在其中一個位置中所述第一構造層與所述介電層接觸，在其中另一個位置中所述第一構造層與所述介電層間隔。
12.根據(jù)權利要求11所述的微機電裝置，其中所述第一構造層、所述第二構造層及所述多個支柱經(jīng)安置在空腔之內(nèi)，所述空腔具有與所述第二構造層間隔的頂部，所述裝置進一步包含: 一或多個第三電極，所述一或多個第三電極耦合至所述頂部且與所述第二構造層間隔，且其中所述第一構造層、所述第二構造層及所述多個支柱集體地可在兩個位置之間移動，在其中一個位置中所述第二構造層與所述一或多個第三電極接觸，在其中另一個位置中所述第二構造層與所述一或多個第三電極間隔。
13.根據(jù)權利要求9所述的微機電裝置，其中所述第一構造層、所述第二構造層及所述多個支柱經(jīng)安置在空腔之內(nèi)，所述空腔具有與所述第二構造層間隔的頂部。
14.根據(jù)權利要求13所述的微機電裝置，其中所述第一構造層、所述第二構造層及所述多個支柱可在所述空腔之內(nèi)移動。
15.—種微機電裝置,所述微機電裝置包含: 一第一構造層，所述第一構造層耦接至一或多個第一電極； 一第二構造層，所述第二構造層與所述第一構造層間隔以在所述第一構造層與所述第二構造層之間界定空間；` 多個支柱，所述多個支柱安置在所述空間之內(nèi)且耦合于所述第一構造層與所述第二構造層之間，所述多個支柱中的每一者與相鄰支柱間隔，所述第一構造層、第二構造層及多個支柱集體地形成安置在空腔之內(nèi)的懸臂；和 一或多個導電復式彈簧，所述一或多個導電復式彈簧與所述懸臂間隔且安置在所述空腔之內(nèi)。
16.根據(jù)權利要求15所述的裝置，其中所述第一構造層與一或多個第二電極間隔。
17.根據(jù)權利要求16所述的微機電裝置，所述微機電裝置進一步包含:介電層；和 嵌入在所述介電層之內(nèi)的所述一或多個第二電極，其中所述一或多個第二電極嵌入在所述介電層之內(nèi)，且其中所述第一構造層、所述第二構造層及所述多個支柱集體地可在兩個位置之間移動，在其中一個位置中所述第一構造層與所述介電層接觸，在其中另一個位置中所述第一構造層與所述介電層間隔。
18.根據(jù)權利要求17所述的微機電裝置，其中所述第一構造層、所述第二構造層及所述多個支柱經(jīng)安置在空腔之內(nèi)，所述空腔具有與所述第二構造層間隔的頂部，所述裝置進一步包含: 一或多個第三電極，所述一或多個第三電極耦合至所述頂部且與所述第二構造層間隔，且其中所述第一構造層、所述第二構造層及所述多個支柱集體地可在兩個位置之間移動，在其中一個位置中所述第二構造層與所述一或多個第三電極接觸，在其中另一個位置中所述第二構造層與所述一或多個第三電極間隔。
19.根據(jù)權利要求15所述的裝置，其中所述第一構造層可自與所述一或多個導電復式彈簧間隔的位置移動至與所述一或多個導電彈簧接觸的位置。
20.根據(jù)權利要求19所述的裝置，其中所述一或多個導電彈簧可自與介電層間隔的位置移動至與所述介電 層接觸的位置。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及MEMS裝置及用于所述MEMS裝置的制造的方法。MEMS裝置的懸臂可具有華夫餅型微結構。華夫餅型微結構利用支撐梁以對微結構賦予剛性同時允許所述支撐梁彎曲。華夫餅型微結構允許剛性結構結合撓性支撐件的設計。另外，復式彈簧可用以產(chǎn)生非常剛性的彈簧以改進MEMS裝置的熱切換性能。為了允許MEMS裝置利用較高射頻電壓，可將上拉式電極定位于懸臂之上以幫助將懸臂自接觸電極拉開。
文檔編號H01H59/00GK103155069SQ201180049778
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權日2010年9月21日
發(fā)明者理查德·L·奈普, 羅伯圖斯·彼得勒斯·范坎彭, 阿納特茲·烏納穆, 羅伯托·加迪 申請人:卡文迪什動力有限公司