具有多層隔膜的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，尤其涉及包括多層隔膜的射頻MEMS開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]微電機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)在非常寬泛多樣性的應(yīng)用中，被用作傳感器、致動(dòng)器或被動(dòng)設(shè)備。射頻MEMS尤其用于諸如射頻傳送的射頻應(yīng)用，以及在諸如移動(dòng)通信的多個(gè)行業(yè)中。例如在移動(dòng)電話中，射頻MEMS可以用于射頻前端以便天線調(diào)諧或天線切換。與諸如固態(tài)設(shè)備的其它技術(shù)相比，MEMS部件為這些應(yīng)用提供了更強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，諸如非常低的插入損失、在切換情形中的高絕緣、以及非常高的線性度(超過(guò)70dB中IIP3)。
[0003]更具體地說(shuō)，關(guān)于射頻MEMS開關(guān)，在全部現(xiàn)有技術(shù)中致動(dòng)原理都保持相同:通過(guò)機(jī)電致動(dòng)打開或閉合傳導(dǎo)傳輸線。傳輸線的閉合可以例如利用傳導(dǎo)元件實(shí)現(xiàn)，此傳導(dǎo)元件特定在梁、橋或定位在距離彼此分離的傳輸線的兩個(gè)傳導(dǎo)端短距離處的隔膜上以便避免傳輸線中的電傳導(dǎo)。然后可以機(jī)電地致動(dòng)梁、橋或隔膜，使得特定的傳導(dǎo)元件例如通過(guò)歐姆接觸使傳輸線的兩個(gè)傳導(dǎo)端之間短路，由此形成傳導(dǎo)線并且由此閉合開關(guān)。
[0004]如前所述，支撐傳導(dǎo)元件的部分可以是梁(錨定在一端)、橋(錨定在兩端)或者隔膜(自由或者特征在于幾個(gè)錨定件)。根據(jù)實(shí)施方式，可以通過(guò)支柱與止動(dòng)部(參見(jiàn)EP1705676A1和EP2230679A1)完全地釋放與保持隔膜。
[0005]在圖1中示出了包括自由支撐隔膜的已知MEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)的實(shí)例。為了使自由支撐隔膜I彎曲，MEMS結(jié)構(gòu)10包括適于使柔性隔膜彎曲以便降低隔膜的功能部分的電致動(dòng)裝置。隔膜的功能性部分是特定在隔膜的部分下方在兩個(gè)柱之間的傳導(dǎo)元件8并且這縮短了閉合模式中的傳輸線。電下降致動(dòng)裝置通常由定位在隔膜I下方的外部致動(dòng)電極2A構(gòu)成，當(dāng)致動(dòng)電壓施加在電極2A上時(shí)，其適于將靜電推力直接施加到柱之間的隔膜I。這些推力與在柱3上的杠桿作用結(jié)合使得隔膜I能夠彎曲。
[0006]基于特定在隔膜下的接觸通過(guò)彎曲隔膜實(shí)現(xiàn)了到傳輸線4的歐姆接觸。傳輸線4可以適于傳輸射頻信號(hào)。在示出的實(shí)例中，電極2、柱3與傳輸線4形成在相同的基板5上。為了返回到靜止位置或者進(jìn)入到隔離位置(傳導(dǎo)元件與傳導(dǎo)小塊(conductive plots)之間的間隙最大的位置)，電極2A的致動(dòng)電壓返回到O并且將致動(dòng)電極施加到外部電極2B，這將通過(guò)柱3執(zhí)行杠桿作用，由此使隔膜以相反方向彎曲。應(yīng)該指出的是自由支撐隔膜開關(guān)還可以用作電容式接觸開關(guān)而非歐姆接觸開關(guān)。
[0007]如參照?qǐng)D1描述的MEMS開關(guān)的一個(gè)最重要規(guī)格是其插入損失。盡管目前的工程處理傳統(tǒng)MEMS設(shè)備顯示了顯著的插入損失。因此，本申請(qǐng)的目的是提供改進(jìn)的MEMS設(shè)備以及制造它的方法，其中與現(xiàn)有技術(shù)相比可以減小插入損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]通過(guò)制造尤其是MEMS開關(guān)的MEMS設(shè)備的方法解決了上述問(wèn)題，所述發(fā)方法包括在基板上方形成柱與傳導(dǎo)(傳輸)線，以及在柱與傳導(dǎo)線上方形成隔膜的步驟。形成隔膜的步驟包括形成第一隔膜層以及在一個(gè)柱的上方(尤其是全部柱上方)的區(qū)域和/或傳導(dǎo)線上方的區(qū)域中的第一隔膜層上方形成第二隔膜層，使得第二隔膜層僅部分地覆蓋第一隔膜層。形成隔膜的步驟可以包括形成第一隔膜層以及在一個(gè)柱的上方(尤其是全部柱上方)的區(qū)域和/或傳導(dǎo)線上方的區(qū)域中的第一隔膜層上方形成第二隔膜層，使得第一隔膜層具有第二隔膜層未形成在其中的鄰近形成第二隔膜層的區(qū)域的區(qū)域。由此，第二隔膜層局部地形成在第一隔膜層上方，以便加固柱/傳導(dǎo)線上方的隔膜的區(qū)域。特別地，形成隔膜的步驟可以包括形成第一隔膜層以及在第一隔膜層上方的僅在柱和/或傳導(dǎo)線的區(qū)域中的第二隔膜層(特別地，當(dāng)隔膜在不通過(guò)致動(dòng)器屈曲的情況下處于靜止時(shí))。
[0009]第二隔膜層可以以一個(gè)或多個(gè)條帶的形狀形成。重要的是第二隔膜層局部地形成在第一隔膜層上方，即第二隔膜層未完全地覆蓋第一隔膜層，而是覆蓋在與柱和/或?qū)w線相關(guān)的指定部分上方的第一隔膜層。第二隔膜層可以由與第一隔膜層相同的材料形成，并且可以具有與第一隔膜層相同的厚度或者不同的厚度。局部形成的第二隔膜層在柱和/或傳導(dǎo)線的區(qū)域處提供了隔膜的增強(qiáng)的剛度/厚度。由此，基于靜電力到接觸力的提高的轉(zhuǎn)換可以減小插入損失，并且基于機(jī)械力的改進(jìn)的傳送可以增加切換速度，由此提高了 MEMS設(shè)備的整體性能。
[0010]第二隔膜層可以在柱和/或傳導(dǎo)線的整個(gè)橫向尺寸上方完全地或部分地延伸和/或可以部分地或完全地覆蓋柱和/或?qū)w線的整個(gè)縱向?qū)挾?。這里，術(shù)語(yǔ)“縱向”表示隔膜的縱軸，然而術(shù)語(yǔ)“橫向”表示其橫軸。第二隔膜層可以沿著其寬度方向覆蓋柱和/或傳輸線(傳導(dǎo)線)以相同數(shù)量，例如，覆蓋可以在柱/傳輸線的2倍寬度或I倍寬度以下。第二隔膜層可以在沿著柱的整個(gè)長(zhǎng)度或僅部分地沿著柱延伸的區(qū)域中形成并且可以完全地或部分地覆蓋柱并且具有柱的寬度的1/4到4倍范圍的寬度。第二隔膜層可以在沿著傳輸線的整個(gè)(橫向)長(zhǎng)度或僅部分地沿著傳輸線延伸的區(qū)域中形成并且可以完全地或部分地覆蓋傳輸線并且具有傳輸線的寬度的1/4到4倍范圍的寬度或者更大。
[0011]根據(jù)實(shí)施方式，此方法還可以包括在第一隔膜層與第二隔膜層之間形成第三隔膜層，其中第三隔膜層包括暴露第一隔膜層的側(cè)向部分的側(cè)向凹入部，并且形成止動(dòng)部以限制第一隔膜層的移動(dòng)。原則上，通過(guò)第三隔膜層暴露的第一隔膜層的側(cè)向部分可以被任何其它材料層覆蓋。凹入部可以沿著隔膜的縱向方向布置在第三隔膜層的邊緣處(此外參見(jiàn)下面的詳細(xì)描述)。止動(dòng)部可以布置為在MEMS設(shè)備的操作過(guò)程中與第三隔膜層的凹入部中的第一隔膜層的邊緣接觸。
[0012]在操作中，第一隔膜層可以與止動(dòng)部接觸，所述止動(dòng)部當(dāng)與第一隔膜層接觸時(shí)在不與第三隔膜層接觸的情況下與可以部分地延伸到第三隔膜層的凹入部中。通過(guò)止動(dòng)部與第一隔膜層的邊緣之間的間隙給出隔膜的自由移動(dòng)距離。由于第一隔膜層可以設(shè)置為薄于通常使用的具有均勻厚度的隔膜，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比可以減小隔膜的自由移動(dòng)距離，由此提高操作的可靠性。
[0013]根據(jù)實(shí)施方式，第一隔膜層形成在犧牲基層上方，并且此方法還包括在第一隔膜層上方以及在未被第一隔膜層覆蓋的犧牲基層的部分上方形成犧牲層，并且在此實(shí)施方式中，此方法包括形成止動(dòng)部，包括在犧牲層上方形成止動(dòng)部層，以及圖案化止動(dòng)部層以形成止動(dòng)部。還在移除犧牲層以后或以前或同時(shí)地移除犧牲基層。在移除犧牲基層以后，隔膜可以落在形成在基板上方的柱上。
[0014]發(fā)明方法的實(shí)例可以進(jìn)一步包括將犧牲層從第一隔膜層的部分移除以及在通過(guò)移除處理暴露的第一隔膜層的部分上方形成第三隔膜層。可以在移除第一隔膜層的部分上方的犧牲層以前形成止動(dòng)部層與止動(dòng)部。
[0015]這里，還考慮在用于形成止動(dòng)部與第三隔膜層的電鍍處理的背景下，在圖案化第三隔膜層或從犧牲層移除電鍍種子層的處理過(guò)程中不期望地侵害第一隔膜層的問(wèn)題(同樣參見(jiàn)下面的詳細(xì)描述)。由于犧牲層與第一隔膜層之間的一些錯(cuò)配，因此存在第一隔膜層被在移除犧牲層以前需要的蝕刻處理腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。為了避免此風(fēng)險(xiǎn)，形成了懸置第三隔膜的凹入部的第三隔膜層的懸置部分。
[0016]本發(fā)明方法的上述實(shí)例可以相應(yīng)地包括，在第三隔膜層的側(cè)向凹入部的凹入部上方形成第三隔膜層的懸置部分。特別地，此方法可以包括在犧牲基層上方形成第一隔膜層、在第一隔膜層上方以及在未被第一隔膜層覆蓋的犧牲基層的部分上方形成犧牲層，將犧牲層從第一隔膜層的部分移除，以及在第一隔膜層的部分與剩余的犧牲層上方形成電鍍種子層。隨后，成型件形成在電鍍種子層上方，以暴露第一隔膜層的部分上方的電鍍種子層以及鄰近第一隔膜層的部分的電鍍種子層的部分，并且利用成型件通過(guò)電鍍?cè)陔婂兎N子層上執(zhí)行材料層的電沉積(提供止動(dòng)部與第三隔膜層)。隨后，移除成型件，移除第一隔膜層的一部分上方的電鍍種子層，并且移除犧牲層。
[0017]另選地，本發(fā)明方法的實(shí)例可以包括在犧牲基層上方形成第一隔膜層、在第一隔膜層上方以及在未被第一隔膜層覆蓋的犧牲基層的部分上方形成犧牲層，將犧牲層從第一隔膜層的一部分移除，以及在第一隔膜層的部分與鄰近第一隔膜層的部分的犧牲層的部分上方形成第三隔膜層。
[0018]形成懸置部分的處理可以獨(dú)立于提供局部形成的第二隔膜層的處理執(zhí)行。由此，提供制造尤其是MEMS開關(guān)或電容器的MEMS設(shè)備的方法，包括在犧牲基層上方形成第一隔膜層，在第一隔膜層上方形成另外隔膜層(相當(dāng)于在包括局部加厚隔膜的上面實(shí)例的背景下描述的第三隔膜層)的步驟，其中另外的隔膜層包括暴露第一隔膜層的側(cè)向部分的側(cè)向凹入部。然而，其可以通過(guò)任何其它材料層覆蓋，其中形成另外的隔膜層包括在另外隔膜層的側(cè)向凹入部的凹入部上方形成另外隔膜層的懸置部分。通過(guò)另外局部地形成的隔膜層在沒(méi)有局部加厚/加固的情況下制造MEMS設(shè)備的方法，可以包括步驟:在犧牲基層上方形成第一隔膜層；在第一隔膜層上方以及在未被第一隔膜層覆蓋的犧牲基層的部分上方形成犧牲層;將犧牲層從第一隔膜層的部分移除并且在第一隔膜層的部分與剩余的犧牲層上方形成電鍍種子層。
[0019]隨后，成型件形成在電鍍種子層