專利名稱：Mems開關(guān)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電機(jī)械系統(tǒng)(MEMQ器件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種單刀雙擲的 MEMS開關(guān)及其制作方法。
背景技術(shù)：
微機(jī)電機(jī)械系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanicalSystems,MEMS)是一種可集成化生產(chǎn)，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路于一體的微型器件或系統(tǒng)。它是隨著半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工技術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。 采用MEMS技術(shù)的微電子器件在航空、航天、環(huán)境監(jiān)控、生物醫(yī)學(xué)以及幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中有著十分廣闊的應(yīng)用前景。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，MEMS器件的尺寸更小，最大不超過一個(gè)厘米，甚至僅僅為數(shù)個(gè)微米，其中的器件層厚度就更加微小。由于采用了以硅為主的半導(dǎo)體材料，因此可大量利用半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)中的成熟技術(shù)、工藝，進(jìn)行低成本的批量化生產(chǎn)。其中微機(jī)械結(jié)構(gòu)作為傳感、傳動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是MEMS器件的最重要的組成部分，微機(jī)械結(jié)構(gòu)通常需要設(shè)置于封閉空間中，以避免收到外部環(huán)境影響，包括固定的支撐部分以及可活動(dòng)且懸浮的自由端。當(dāng)所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)受到外界磁場力或電場力的作用下發(fā)生彎曲，其自由端與封閉空間的不同區(qū)域相接觸，而實(shí)現(xiàn)電性連接，所述MEMS器件便能夠起到開關(guān)的作用。開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)的差別可以分為單刀單擲開關(guān)或單刀雙擲開關(guān)，后者能起到路徑切換的作用，因而在電路以及信號(hào)傳輸系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的單刀雙擲開關(guān)器件體積較大，難以集成于芯片中。而利用MEMS器件制作單刀雙擲開關(guān)，能夠極大的提高器件的集成度。更多關(guān)于單刀雙擲的MEMS開關(guān)的內(nèi)容，可以參見專利號(hào)為US60/561192的美國專利。隨著應(yīng)用環(huán)境的日趨復(fù)雜以及器件的日益微縮，提供結(jié)構(gòu)更為簡單，制作更為容易，并更易于器件微縮的MEMS開關(guān)成為MEMS技術(shù)的發(fā)展方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有單刀雙擲功能的MEMS開關(guān)及其制作方法，結(jié)構(gòu)簡單且易于生產(chǎn)制造。本發(fā)明所述的MEMS開關(guān)，包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底上的開關(guān)腔體，所述開關(guān)腔體包括底部介質(zhì)層以及頂部介質(zhì)層；位于所述底部介質(zhì)層的第一組開關(guān)觸點(diǎn)，包括第一輸入觸點(diǎn)以及第一輸出觸點(diǎn)； 位于所述頂部介質(zhì)層的第二組開關(guān)觸點(diǎn)，包括第二輸入觸點(diǎn)以及第二輸出觸點(diǎn)；還包括機(jī)械臂，所述機(jī)械臂包括固定于開關(guān)腔體底部介質(zhì)層上的固定端以及懸浮的自由端，所述自由端上形成有擲刀；所述擲刀與所述第一組開關(guān)觸點(diǎn)以及第二組開關(guān)觸點(diǎn)的位置相對(duì)應(yīng)；
在開關(guān)腔體內(nèi)施加驅(qū)動(dòng)電場時(shí)，所述機(jī)械臂受到驅(qū)動(dòng)電場作用而彎曲，使得擲刀接觸底部介質(zhì)層將所述第一輸入觸點(diǎn)與第一輸出觸點(diǎn)電連接，或者接觸頂部介質(zhì)層將所述第二輸入觸點(diǎn)以及第二輸出觸點(diǎn)電連接。可選的，所述機(jī)械臂為Z字形結(jié)構(gòu)，其一端為固定端，另一端為自由端，所述固定端與自由端具有高度差。所述底部介質(zhì)層上形成有連接區(qū)，所述連接區(qū)與機(jī)械臂的固定端連接。所述MEMS開關(guān)還包括形成于所述頂部介質(zhì)層的上電極板以及形成于所述底部介質(zhì)層的下電極板，所述機(jī)械臂的自由端在垂直方向?qū)?zhǔn)所述下電極板以及上電極板?？蛇x的，所述下電極板設(shè)置于所述底部介質(zhì)層的表面，所述上電極板設(shè)置于所述頂部介質(zhì)層相對(duì)于底部介質(zhì)層的另一側(cè)表面。所述機(jī)械臂包括支撐結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)電電極，所述導(dǎo)電電極沿支撐結(jié)構(gòu)表面自固定端向自由端延伸，且與所述擲刀絕緣?？蛇x的，所述機(jī)械臂為橋梁狀結(jié)構(gòu)，其兩端為固定端，中部為自由端。所述底部介質(zhì)層上形成有第一連接區(qū)以及第二連接區(qū)，所述第一連接區(qū)以及第二連接區(qū)關(guān)于所述第一組開關(guān)觸點(diǎn)對(duì)稱，且分別與機(jī)械臂的兩固定端連接。所述MEMS開關(guān)還包括形成于所述頂部介質(zhì)層上并關(guān)于第二組開關(guān)觸點(diǎn)對(duì)稱的第一上電極板以及第二上電極板，形成于底部介質(zhì)層上并關(guān)于第一組開關(guān)觸點(diǎn)對(duì)稱的第一下電極板以及第二下電極板；所述機(jī)械臂的自由端在垂直方向?qū)?zhǔn)所述上述下電極板以及上電極板?？蛇x的，所述第一下電極板以及第二下電極板形成于所述底部介質(zhì)層的表面，所述第一上電極板以及第二上電極板形成于所述頂部介質(zhì)層相對(duì)于底部介質(zhì)層的另一側(cè)表面。所述機(jī)械臂包括支撐結(jié)構(gòu)以及第一導(dǎo)電電極、第二導(dǎo)電電極，所述第一導(dǎo)電電極以及第二導(dǎo)電電極沿所述支撐結(jié)構(gòu)的表面，分別自機(jī)械臂的兩固定端向中部自由端延伸， 且均與所述擲刀絕緣。本發(fā)明還提供了一種MEMS開關(guān)的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成底部介質(zhì)層；在所述底部介質(zhì)層的表面形成第一組開關(guān)觸點(diǎn)、下電極板以及連接區(qū)；在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面形成圖形化的下犧牲介質(zhì)層，所述下犧牲介質(zhì)層暴露出連接區(qū)以及部分底部介質(zhì)層；在所述下犧牲介質(zhì)層的部分表面上形成與所述連接區(qū)連接的機(jī)械臂；在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面形成圖形化的上犧牲介質(zhì)層，所述上犧牲介質(zhì)層與下犧牲介質(zhì)層連接；在所述上犧牲介質(zhì)層表面形成頂部介質(zhì)層；在所述頂部介質(zhì)層表面形成第二組開關(guān)觸點(diǎn)、上電極板；所述第二組開關(guān)觸點(diǎn)與第一組開關(guān)觸點(diǎn)的位置相對(duì)應(yīng)，所述上電極板與下電極板的位置相對(duì)應(yīng)；刻蝕所述頂部介質(zhì)層形成若干暴露出上犧牲介質(zhì)層的通孔，通過所述通孔，去除上犧牲介質(zhì)層以及下犧牲介質(zhì)層。其中，所述在底部介質(zhì)層表面形成第一組開關(guān)觸點(diǎn)、下電極板以及連接區(qū)包括
在底部介質(zhì)層表面形成第一金屬層；刻蝕所述第一金屬層形成第一組開關(guān)觸點(diǎn)、下電極板以及連接區(qū)；在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面回填絕緣介質(zhì)，提高底部介質(zhì)層的表面高度；進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，使得底部介質(zhì)層的表面與所述第一組開關(guān)觸點(diǎn)、下電極板以及連接區(qū)的頂部平齊。所述連接區(qū)位于下電極板相對(duì)于第一組開關(guān)觸點(diǎn)的外側(cè)，且所述連接區(qū)、下電極板以及第一組開關(guān)觸點(diǎn)與后續(xù)形成的機(jī)械臂的位置相對(duì)應(yīng)。所述形成下犧牲介質(zhì)層包括在底部介質(zhì)層表面形成第一犧牲層；刻蝕所述第一犧牲層形成定位凹槽，所述定位凹槽露出第一組開關(guān)觸點(diǎn)；在第一犧牲層表面形成第二犧牲層，所述第二犧牲層厚度與第一犧牲層相等，使得所述第二犧牲層填平所述定位凹槽，并在所述定位凹槽處形成第一凹槽；刻蝕所述第二犧牲層以及第一犧牲層，暴露出底部介質(zhì)層表面的連接區(qū)，形成下犧牲介質(zhì)層。所述形成機(jī)械臂包括在下犧牲介質(zhì)層以及連接區(qū)的部分表面，利用掩模進(jìn)行選擇性沉積形成支撐介質(zhì)層，所述支撐介質(zhì)層定義所述機(jī)械臂的形狀；在所述連接區(qū)以及支撐介質(zhì)層表面形成第二金屬層；刻蝕所述第二金屬層形成導(dǎo)電電極以及擲刀，所述擲刀包括填充于所述第一凹槽內(nèi)的第二金屬層，所述導(dǎo)電電極與連接區(qū)連接，并沿支撐介質(zhì)層表面自連接區(qū)向所述擲刀延伸。所述在頂部介質(zhì)層表面形成第二組開關(guān)觸點(diǎn)、上電極板包括刻蝕所述頂部介質(zhì)層形成第二凹槽，所述第二凹槽對(duì)準(zhǔn)下方的擲刀，且貫穿頂部介質(zhì)層；在所述頂部介質(zhì)層表面形成第三金屬層；刻蝕所述第三金屬層形成第二組開關(guān)觸點(diǎn)以及上電極板；所述上電極板對(duì)準(zhǔn)下方的下電極板，所述第二組開關(guān)觸點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)下方的擲刀，所述第二組開關(guān)觸點(diǎn)包括填充于第二凹槽內(nèi)的第三金屬層?？蛇x的，所述下犧牲介質(zhì)層與上犧牲介質(zhì)層的材質(zhì)均為無定形碳，且厚度相同。所述去除上犧牲介質(zhì)層以及下犧牲介質(zhì)層包括向所述通孔內(nèi)通入氧氣，采用灰化工藝去除所述上犧牲介質(zhì)層以及下犧牲介質(zhì)層，所述灰化工藝的加熱溫度為100°c 350°C。可選的，所述MEMS開關(guān)制作方法還包括在所述頂部介質(zhì)層表面形成覆蓋層，所述覆蓋層封閉所述通孔。本發(fā)明所述的MEMS開關(guān)將兩組開關(guān)觸點(diǎn)分別設(shè)置于開關(guān)腔體的頂部以及底部， 通過施加外界電場，驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂上下彎曲，從而使得機(jī)械臂上的擲刀與其中一組開關(guān)觸點(diǎn)接觸，連通相應(yīng)的輸入觸點(diǎn)以及輸出觸點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)單刀雙擲的控制。具有結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)靈敏，易于制造的特點(diǎn)。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。附圖中各實(shí)施例相同的部件使用了相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按比例繪制，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中為清楚起見，放大了層和區(qū)域的尺寸。圖1是本發(fā)明所述MEMS開關(guān)的第一實(shí)施例的剖面示意圖；圖2是圖1所示MEMS開關(guān)中沿A-A剖線的俯視示意圖；圖3是圖1所示MEMS開關(guān)中沿B-B剖線的俯視示意圖；圖4是圖1所示MEMS開關(guān)中沿C-C剖線的俯視示意圖；圖5是本發(fā)明所述MEMS開關(guān)的第二實(shí)施例的剖面示意圖；圖6是圖5所示MEMS開關(guān)中沿A’ -A'剖線的俯視示意圖；圖7是圖5所示MEMS開關(guān)中沿B’ -B，剖線的俯視示意圖；圖8是圖5所示MEMS開關(guān)中沿C’ -C’剖線的俯視示意圖；圖9為本發(fā)明所述MEMS開關(guān)的制作方法的流程示意圖；圖10至圖23為本發(fā)明第二實(shí)施例的MEMS開關(guān)的制作方法各步驟的剖面示意圖； 圖M以及圖25為本發(fā)明第二實(shí)施例的MEMS開關(guān)工作示意圖；圖IOa至圖20a為本發(fā)明第二實(shí)施例的MEMS開關(guān)的制作方法各步驟的俯視示意圖；圖13b為圖13a中沿E-E剖線的剖面示意圖；圖17b為圖17a中沿E-E剖線的剖面示意圖；圖19b為圖19a中沿E-E剖線的剖面示意圖；圖21b為圖21a中沿E_E剖線的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的MEMS開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底上的開關(guān)腔體，所述開關(guān)腔體的包括底部介質(zhì)層以及頂部介質(zhì)層；位于所述底部介質(zhì)層的第一輸入觸點(diǎn)以及第一輸出觸點(diǎn)；位于所述頂部介質(zhì)層的第二輸入觸點(diǎn)以及第二輸出觸點(diǎn)；還包括位于所述開關(guān)腔體內(nèi)的機(jī)械臂，所述機(jī)械臂包括固定于開關(guān)腔體上的固定端以及懸浮的自由端，所述自由端上形成有擲刀；在開關(guān)腔體內(nèi)施加驅(qū)動(dòng)電場時(shí)，所述機(jī)械臂受到驅(qū)動(dòng)電場作用而彎曲，使得擲刀接觸底部介質(zhì)層，將所述第一輸入觸點(diǎn)與第一輸出觸點(diǎn)電連接，或者接觸頂部介質(zhì)層，將所述第二輸入觸點(diǎn)以及第二輸出觸點(diǎn)電連接。上述MEMS開關(guān)將兩組開關(guān)觸點(diǎn)分別設(shè)置于開關(guān)腔體的頂部以及底部，通過施加外界電場，驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂上下彎曲，從而使得機(jī)械臂上的擲刀與其中一組開關(guān)觸點(diǎn)接觸，連通相應(yīng)的輸入觸點(diǎn)以及輸出觸點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)單刀雙擲的控制。具有結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)靈敏，易于制造的特點(diǎn)。下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述MEMS開關(guān)做詳細(xì)的介紹。第一實(shí)施例圖1是本發(fā)明所述MEMS開關(guān)的第一實(shí)施例的剖面示意圖，本實(shí)施例的MEMS開關(guān)的結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底10 ；位于半導(dǎo)體襯底10上的開關(guān)腔體100，所述開關(guān)腔體100的內(nèi)表面包括底部介質(zhì)層IOOa以及頂部介質(zhì)層IOOb ；位于所述開關(guān)腔體100內(nèi)的機(jī)械臂400，所述機(jī)械臂400的一端為固定端400a，且固定于所述底部介質(zhì)層IOOa上，另一端為懸浮的自由端400b，所述自由端400b上形成有擲刀401。圖2是圖1所示MEMS開關(guān)中沿A-A剖線的俯視示意圖，示出了本實(shí)施例的底部介質(zhì)層IOOa的結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖2所示，所述底部介質(zhì)層IOOa上形成有第一組開關(guān)觸點(diǎn)101， 包括第一輸入觸點(diǎn)IOla以及第一輸出觸點(diǎn)IOlb ；所述第一輸入觸點(diǎn)IOla與第一輸出觸點(diǎn) IOlb可以為方形金屬層、或者金屬以及其他導(dǎo)電材質(zhì)的凸點(diǎn)，分別作為MEMS開關(guān)的第一組輸入端以及輸出端，并與外部電路相連接。所述底部介質(zhì)層IOOa上形成有下電極板301a，所述下電極板301a作為產(chǎn)生所述驅(qū)動(dòng)電場的一極。本實(shí)施例中，所述下電極板301a位于所述第一組開關(guān)觸點(diǎn)101的一側(cè)， 其形狀可以為方形、多邊形、圓形等，材質(zhì)可以為銅、鋁、鈦、鉭、鎳、鈷等金屬或其合金組合以及多晶硅、鍺硅或其他常用的半導(dǎo)體導(dǎo)電材料，以便與半導(dǎo)體制造工藝尤其是CMOS工藝
相兼容。所述底部介質(zhì)層IOOa上還形成有連接區(qū)103，所述連接區(qū)103用于與所述機(jī)械臂 400的固定端400a連接，從而固定機(jī)械臂400的位置。本實(shí)施例中，所述連接區(qū)103位于所述下電極板301a相對(duì)于第一組開關(guān)觸點(diǎn)101的另一側(cè)，且所述連接區(qū)103、下電極板301a 以及第一組開關(guān)觸點(diǎn)101與機(jī)械臂400在垂直方向上相對(duì)應(yīng)。圖3是圖1所示MEMS開關(guān)中沿B-B剖線的俯視示意圖，示出了本實(shí)施例的頂部介質(zhì)層IOOb的結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖3所示，所述頂部介質(zhì)層IOOb相對(duì)于底部介質(zhì)層IOOa的一側(cè)表面形成有第二組開關(guān)觸點(diǎn)102，包括第二輸入觸點(diǎn)10 以及第二輸出觸點(diǎn)102b ；所述第二輸入觸點(diǎn)10 與第二輸出觸點(diǎn)102b，作為MEMS開關(guān)的第二組輸入端以及輸出端，分別與外部電路相連接。此外，所述第二輸入觸點(diǎn)10 以及第二輸出觸點(diǎn)102b應(yīng)當(dāng)在垂直方向上分別對(duì)準(zhǔn)其下方的第一輸入觸點(diǎn)IOla以及第二輸出觸點(diǎn)101b。以便于MEMS開關(guān)的機(jī)械臂400在向上或向下兩個(gè)方向彎曲時(shí)，設(shè)置于其上的擲刀401，能準(zhǔn)確地與相應(yīng)的觸點(diǎn)相接觸。通常為了簡化結(jié)構(gòu)，所述第二輸入觸點(diǎn)10 以及第二輸出觸點(diǎn)102b的材質(zhì)、形狀、間距可以與第一輸入觸點(diǎn)IOla以及第一輸出觸點(diǎn)IOlb相同。所述頂部介質(zhì)層IOOb相對(duì)于底部介質(zhì)層IOOa的另一側(cè)表面上還形成有上電極板 301b，所述上電極板301b作為產(chǎn)生所述驅(qū)動(dòng)電場的另一極。同樣，所述上電極板301b應(yīng)當(dāng)在垂直方向上對(duì)準(zhǔn)其下方的下電極板301a，且形狀、面積以及材質(zhì)與下電極板301a相同。 當(dāng)分別向所述上電極板301b與下電極板301a通電時(shí)，兩者之間的電壓差能夠使得所述開關(guān)腔體100內(nèi)形成自上而下或自下而上的驅(qū)動(dòng)電場。圖4是圖1所示MEMS開關(guān)中沿C-C剖線的俯視示意圖，示出了本實(shí)施例的機(jī)械臂 400的結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖4所示，所述機(jī)械臂400包括與底部介質(zhì)層IOOa的連接區(qū)103連接的固定端400a以及懸浮的自由端400b，所述自由端400b上形成有擲刀401，所述擲刀401分別與位于其上方的第一組開關(guān)觸點(diǎn)101以及位于其下方的第二組開關(guān)觸點(diǎn)102相對(duì)應(yīng)。具體的，所述機(jī)械臂400為柔性結(jié)構(gòu)，其自由端400b在垂直方向上對(duì)準(zhǔn)底部介質(zhì)層IOOa上的下電極板301a以及頂部介質(zhì)層IOOb上的上電極板301b。當(dāng)分別向所述下電極板301a以及上電極板301b通電，形成驅(qū)動(dòng)電場時(shí)，所述機(jī)械臂400，尤其是機(jī)械臂400的自由端400b 能夠處于所述驅(qū)動(dòng)電場內(nèi)。所述柔性結(jié)構(gòu)的機(jī)械臂400包括支撐結(jié)構(gòu)403以及形成于所述支撐結(jié)構(gòu)403上的導(dǎo)電電極402，所述導(dǎo)電電極402沿支撐結(jié)構(gòu)403的表面，自固定端400a向自由端400b 延伸，所述導(dǎo)電電極402可以通過連接區(qū)103與外部電路連接，以便于向所述導(dǎo)電電極402 通入電荷；但所述導(dǎo)電電極402應(yīng)當(dāng)與擲刀401相互絕緣。當(dāng)向所述導(dǎo)電電極402中通入正電荷或負(fù)電荷，可以使得機(jī)械臂400在所述驅(qū)動(dòng)電場中受到電場力作用而向上或向下彎曲。此外，所述支撐結(jié)構(gòu)403可以為絕緣材質(zhì)，可以避免機(jī)械臂400彎曲時(shí)，導(dǎo)電電極402 與下電極板301a接觸而發(fā)生短路。所述擲刀401可以是金屬、多晶硅或其他導(dǎo)電材料，可以為條狀、柱狀或刀片狀； 由于所述擲刀401分別與位于其上方的第一組開關(guān)觸點(diǎn)101以及位于其下方的第二組開關(guān)觸點(diǎn)102相對(duì)應(yīng)，因此機(jī)械臂400在向上或向下彎曲時(shí)，擲刀401能夠與其中一組開關(guān)觸點(diǎn)接觸，連通相應(yīng)的輸入觸點(diǎn)與輸出觸點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)單刀雙擲的作用。在本實(shí)施例中，所述機(jī)械臂400呈“Z”字形，當(dāng)機(jī)械臂400固定于開關(guān)腔體100中時(shí)，自由端400b與固定端400a具有不同的高度。具體的，當(dāng)固定端400a與底部介質(zhì)層IOOa 上的連接區(qū)103固定連接時(shí)，所述自由端400b與固定端400a之間，也即與底部介質(zhì)層IOOa 之間存在高度差，所述高度差使得所述自由端400b懸浮于開關(guān)腔體100中。作為優(yōu)選實(shí)施例，在機(jī)械臂400未彎曲時(shí)，其自由端400b應(yīng)當(dāng)介于頂部介質(zhì)層IOOb與底部介質(zhì)層IOOa 之間，且位于中間位置。所述機(jī)械臂400受驅(qū)動(dòng)電場作用而彎曲時(shí)，其自由端400b上的擲刀401向上或向下移動(dòng)，經(jīng)過相同的行程，便能夠與相應(yīng)的開關(guān)觸點(diǎn)接觸。第二實(shí)施例在第一實(shí)施例中，所述機(jī)械臂400的一端為固定端400a，另一端為懸浮的自由端 400b。由于機(jī)械臂400為柔性結(jié)構(gòu)，自由端400b除了向上或向下移動(dòng)外，還可以橫向移動(dòng)， 因此所述自由端400b具有四個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)自由度。在MEMS開關(guān)的某些應(yīng)用場合中，由于受到外部碰撞或加速度影響，很容易導(dǎo)致機(jī)械臂400的自由端400b產(chǎn)生橫向的錯(cuò)位，使得擲刀401將無法對(duì)準(zhǔn)位于其上方或下方的開關(guān)觸點(diǎn)。當(dāng)所述MEMS開關(guān)工作時(shí)，如果擲刀401 不能準(zhǔn)確與開關(guān)觸點(diǎn)接觸，將使得輸入觸點(diǎn)與輸出觸點(diǎn)不能正常連通，甚至使得本應(yīng)絕緣的金屬層之間產(chǎn)生短路，而導(dǎo)致MEMS開關(guān)失效。因此本發(fā)明還提供了第二實(shí)施例的MEMS 開關(guān)解決上述問題。圖5是本發(fā)明所述MEMS開關(guān)的第二實(shí)施例的剖面示意圖，結(jié)合圖5以及圖1所示， 與第一實(shí)施例相比較，所述第二實(shí)施例的區(qū)別僅在于，MEMS開關(guān)中所述機(jī)械臂為橋梁狀結(jié)構(gòu)，其兩端為固定端，而中部為自由端。以上設(shè)置使得機(jī)械臂的自由端僅具有兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)自由度，只能向上或向下移動(dòng)。以下對(duì)本實(shí)施例MEMS開關(guān)的具體結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步介紹，其中與第一實(shí)施例相同的部件結(jié)構(gòu)，使用了相同的附圖標(biāo)號(hào)。本實(shí)施例的MEMS開關(guān)的結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底10 ；位于半導(dǎo)體襯底10上的開關(guān)腔體100，所述開關(guān)腔體100的內(nèi)表面包括底部介質(zhì)層IOOa以及頂部介質(zhì)層IOOb ；位于所述開關(guān)腔體100內(nèi)的機(jī)械臂500，所述機(jī)械臂500為橋梁狀結(jié)構(gòu)，其兩端為固定端，包括第一固定端501a以及第二固定端501b， 上述兩固定端均固定于所述底部介質(zhì)層IOOa上；所述機(jī)械臂500的中部為懸浮的自由端502，所述自由端502上形成有擲刀503。圖6是圖5所示MEMS開關(guān)中沿A’_A’剖線的俯視示意圖，示出了本實(shí)施例的底部介質(zhì)層IOOa的結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖6所示，所述底部介質(zhì)層IOOa上形成有第一組開關(guān)觸點(diǎn)101， 包括第一輸入觸點(diǎn)IOla以及第一輸出觸點(diǎn)IOlb ；所述第一輸入觸點(diǎn)IOla與第一輸出觸點(diǎn) IOlb可以為方片金屬層、金屬或其他導(dǎo)電材質(zhì)的凸點(diǎn)，分別作為MEMS開關(guān)的第一組輸入端以及輸出端，并與外部電路相連接。所述底部介質(zhì)層IOOa上形成有兩塊下電極板，包括第一下電極板601a以及第二下電極板60加。所述第一下電極板601a以及第二下電極板60 分別設(shè)置于第一組開關(guān)觸點(diǎn)101的兩側(cè)，且關(guān)于第一組開關(guān)觸點(diǎn)101對(duì)稱。上述兩塊下電極板作為產(chǎn)生所述驅(qū)動(dòng)電場的同一極。進(jìn)一步的，可以使用金屬互連線(圖未示出)將所述第一下電極板601a以及第二下電極板60 電連接。與第一實(shí)施例相類似，上述兩下電極板的形狀可以為方形、 多邊形、圓形等，材質(zhì)可以為銅、鋁、鈦、鉭、鎳、鈷等金屬或其合金組合以及多晶硅、鍺硅或其他常用的半導(dǎo)體導(dǎo)電材料。作為優(yōu)選的方案，所述第一下電極板601a以及第二下電極板 602a的形狀、面積以及材質(zhì)應(yīng)當(dāng)相同，以便在開關(guān)腔體100內(nèi)形成均勻的驅(qū)動(dòng)電場。所述底部介質(zhì)層IOOa還形成有兩塊連接區(qū)，包括第一連接區(qū)103a以及第二連接區(qū)103b，上述兩連接區(qū)分別與所述機(jī)械臂500的固定端501a以及固定端501b連接，從而固定機(jī)械臂500的位置。本實(shí)施例中，所述第一連接區(qū)103a以及第二連接區(qū)10 分別設(shè)置于第一組開關(guān)觸點(diǎn)101的兩側(cè)，且關(guān)于第一組開關(guān)觸點(diǎn)101對(duì)稱。進(jìn)一步的，所述第一連接區(qū)103a以及第二連接區(qū)10 分別位于第一下電極板601a以及第二下電極板60 的外側(cè)。上述第一連接區(qū)103a、第一下電極板601a、第一組開關(guān)觸點(diǎn)101、第二下電極板60 以及第二連接區(qū)10 與機(jī)械臂400在垂直方向上相對(duì)應(yīng)。圖7是圖5所示MEMS開關(guān)中沿B’_B’剖線的俯視示意圖，示出了本實(shí)施例的頂部介質(zhì)層IOOb的結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖7所示，所述頂部介質(zhì)層IOOb相對(duì)于底部介質(zhì)層IOOa的一側(cè)表面上形成有第二組開關(guān)觸點(diǎn)102，包括第二輸入觸點(diǎn)10 以及第二輸出觸點(diǎn)102b ；所述第二輸入觸點(diǎn)10 與第二輸出觸點(diǎn)102b作為MEMS開關(guān)的第二組輸入端以及輸出端，分別與外部電路相連接。此外，所述第二輸入觸點(diǎn)10 以及第二輸出觸點(diǎn)102b應(yīng)當(dāng)在垂直方向上分別對(duì)準(zhǔn)其下方的第一輸入觸點(diǎn)IOla以及第二輸出觸點(diǎn)101b。所述第二組開關(guān)觸點(diǎn) 102的材質(zhì)、形狀、間距可以與第一組開關(guān)觸點(diǎn)101相同。所述頂部介質(zhì)層IOOb相對(duì)于底部介質(zhì)層的另一側(cè)表面上還形成有兩塊上電極板，包括第一上電極板601b以及第二上電極板602b。所述第一上電極板601b以及第二上電極板602b分別設(shè)置于第二組開關(guān)觸點(diǎn)102的兩側(cè)，且關(guān)于第二組開關(guān)觸點(diǎn)102對(duì)稱。上述兩塊上電極板作為產(chǎn)生所述驅(qū)動(dòng)電場的另一極。進(jìn)一步的，可以使用金屬互連線(圖未示出)將所述第一上電極板601b以及第二上電極板602b電連接。所述第一上電極板601b 以及第二上電極板602b應(yīng)當(dāng)在垂直方向上分別對(duì)準(zhǔn)其下方的第一下電極板601a以及第二下電極板60 ,且形狀、面積以及材質(zhì)相同。當(dāng)分別向兩塊上電極板以及兩塊下電極板通電時(shí)，能夠在所述開關(guān)腔體100內(nèi)形成自上而下或自下而上的驅(qū)動(dòng)電場。圖8是圖5所示MEMS開關(guān)中沿C’ -C’剖線的俯視示意圖，示出了本實(shí)施例的機(jī)械臂500的結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖8所示，所述機(jī)械臂500為橋梁狀結(jié)構(gòu)，包括分別與連接區(qū)103a 以及連接區(qū)10 連接的固定端501a以及固定端501b，以及中部的自由端502，所述自由端502上形成有擲刀503。與第一實(shí)施例相同，所述擲刀503分別與位于其上放的第一組開關(guān)觸點(diǎn)101以及位于其下方的第二組開關(guān)觸點(diǎn)102相對(duì)應(yīng)。具體的，所述機(jī)械臂500為柔性結(jié)構(gòu)，其自由端502在垂直方向上對(duì)準(zhǔn)底部介質(zhì)層IOOa上的兩塊下電極板以及頂部介質(zhì)層 IOOb上的兩塊上電極板。當(dāng)形成所述驅(qū)動(dòng)電場時(shí)，所述機(jī)械臂500的自由端502能夠處于所述驅(qū)動(dòng)電場內(nèi)。所述柔性結(jié)構(gòu)的機(jī)械臂500包括支撐結(jié)構(gòu)505以及形成于所述支撐結(jié)構(gòu)上的第一導(dǎo)電電極50 以及第二導(dǎo)電電極504b，所述第一導(dǎo)電電極50 沿所述支撐結(jié)構(gòu)505表面自固定端501a向自由端502延伸，且可以通過連接區(qū)103a與外部電路連接；所述第二導(dǎo)電電極504b沿所述支撐結(jié)構(gòu)505表面自固定端501b向自由端502延伸，且可以通過連接區(qū) 103b與外部電路連接。所述第一導(dǎo)電電極50 以及第二導(dǎo)電電極504b應(yīng)當(dāng)均與擲刀503 相互絕緣。當(dāng)向所述第一導(dǎo)電電極50 以及第二導(dǎo)電電極504b中通入正電荷或負(fù)電荷， 可以使得機(jī)械臂500在驅(qū)動(dòng)電場中受到電場力作用而彎曲。為了使得機(jī)械臂500所受電場力均勻一致，應(yīng)當(dāng)向第一導(dǎo)電電極50 以及第二導(dǎo)電電極504b中通入同種類以及同數(shù)量的電荷。作為優(yōu)選的方案，可以在外部電路中將第一導(dǎo)電電極50 與第二導(dǎo)電電極504b 電連接。與第一實(shí)施例相同，所述支撐結(jié)構(gòu)505可以為絕緣材質(zhì)，可以避免機(jī)械臂500彎曲時(shí)，所述第一導(dǎo)電電極50 以及第二導(dǎo)電電極504b與兩塊下電極板接觸而發(fā)生短路。所述擲刀503分別與位于其上方的第一組開關(guān)觸點(diǎn)101以及位于其下方的第二組開關(guān)觸點(diǎn)102相對(duì)應(yīng)，使得機(jī)械臂500在向上或向下彎曲時(shí)，擲刀503能夠與其中一組開關(guān)觸點(diǎn)接觸，連通相應(yīng)的輸入觸點(diǎn)以及輸出觸點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)單刀雙擲的作用。本實(shí)施例中，所述機(jī)械臂500呈“ Ω ”形，使得機(jī)械臂500在固定于開關(guān)腔體100 中時(shí)，中部的自由端502與兩側(cè)的固定端501a以及固定501b具有不同的高度。具體的，當(dāng)固定端501a與連接區(qū)103a固定連接，固定端501b與連接區(qū)10 連接時(shí)，所述自由端502 與底部介質(zhì)層IOOa之間存在高度差，所述高度差使得自由端502懸浮于開關(guān)腔體100中。 作為優(yōu)選實(shí)施例，在機(jī)械臂500未彎曲時(shí)，其自由端502應(yīng)當(dāng)介于頂部介質(zhì)層IOOb與底部介質(zhì)層IOOa之間，且位于中間位置。所述機(jī)械臂500受驅(qū)動(dòng)電場驅(qū)動(dòng)而彎曲時(shí)，其自由端 502上的擲刀503向上或向下移動(dòng)，經(jīng)過相同的行程，便能夠與相應(yīng)的開關(guān)觸點(diǎn)接觸。本發(fā)明還提供了上述MEMS開關(guān)的制作方法。圖9為所述制作方法的流程示意圖， 基本步驟包括執(zhí)行步驟S101、提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成底部介質(zhì)層；在所述底部介質(zhì)層的表面形成第一組開關(guān)觸點(diǎn)、下電極板以及連接區(qū)。其中，所述底部介質(zhì)層應(yīng)當(dāng)為絕緣材質(zhì)。所述第一組開關(guān)觸點(diǎn)、下電極板以及連接區(qū)均可以為金屬，可以先在底部介質(zhì)層表面形成第一金屬層，然后刻蝕所述第一金屬層形成上述第一組開關(guān)觸點(diǎn)、下電極板以及連接區(qū)。所述第一組開關(guān)觸點(diǎn)、下電極板以及連接區(qū)的具體形狀以及相對(duì)位置關(guān)系，在前述結(jié)構(gòu)實(shí)施例中已有詳細(xì)描述，此處不再贅述。執(zhí)行步驟S102、在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面形成圖形化的下犧牲介質(zhì)層，所述下犧牲介質(zhì)層暴露出連接區(qū)以及部分底部介質(zhì)層。其中，所述下犧牲介質(zhì)層用于形成機(jī)械臂懸浮的自由端的下方空間，其厚度決定了所述自由端與底部介質(zhì)層的間距。所述下犧牲介質(zhì)層表面還形成有第一凹槽，所述第一凹槽對(duì)準(zhǔn)第一組開關(guān)觸點(diǎn)，用于制作機(jī)械臂自由端上的擲刀。
執(zhí)行步驟S103、在所述下犧牲介質(zhì)層的部分表面上形成機(jī)械臂。具體的，先在所述下犧牲介質(zhì)層以及連接區(qū)的部分表面上形成絕緣的支撐介質(zhì)層，所述支撐介質(zhì)層與預(yù)形成的機(jī)械臂的形狀相同，且暴露出所述第一凹槽；然后在所述支撐介質(zhì)層、部分連接區(qū)表面以及第一凹槽內(nèi)形成連續(xù)的第二金屬層，刻蝕所述第二金屬層形成機(jī)械臂的導(dǎo)電電極以及擲刀。上述支撐介質(zhì)層、導(dǎo)電電極以及擲刀便組成了本發(fā)明所述機(jī)械臂。其中，支撐介質(zhì)層一方面起到構(gòu)成機(jī)械臂的骨架并支撐導(dǎo)電電極以及擲刀的作用，另一方面還可以避免機(jī)械臂向下彎曲時(shí)，導(dǎo)電電極與底部介質(zhì)層上的下電極板相接觸。執(zhí)行步驟S104、在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面形成圖形化的上犧牲介質(zhì)層，所述上犧牲介質(zhì)層與下犧牲介質(zhì)層連接。其中，所述上犧牲介質(zhì)層用于形成機(jī)械臂懸浮的自由端的上方空間，其厚度決定了所述自由端與頂部介質(zhì)層的間距。執(zhí)行步驟S105、在所述上犧牲介質(zhì)層表面形成頂部介質(zhì)層；其中，所述頂部介質(zhì)層上還形成有第二凹槽，所述第二凹槽貫穿頂部介質(zhì)層，其底面低于頂部介質(zhì)層的下表面。所述第二凹槽對(duì)準(zhǔn)機(jī)械臂的擲刀，用于制作第二組開關(guān)觸
點(diǎn)O執(zhí)行步驟S106、在所述頂部介質(zhì)層表面形成第二組開關(guān)觸點(diǎn)、上電極板?？梢韵仍陧敳拷橘|(zhì)層表面形成第三金屬層，然后刻蝕所述第三金屬層形成上述第二組開關(guān)觸點(diǎn)以及上電極板。其中第三金屬層填充于第二凹槽內(nèi)的部分作為第二組開關(guān)觸點(diǎn)，由于第二凹槽貫穿所述頂部介質(zhì)層，因此所述第二組開關(guān)觸點(diǎn)實(shí)際上也貫穿所述頂部介質(zhì)層。執(zhí)行步驟S107、刻蝕所述頂部介質(zhì)層形成若干暴露出上犧牲介質(zhì)層的通孔，通過所述通孔，去除上犧牲介質(zhì)層以及下犧牲介質(zhì)層。由于所述上犧牲介質(zhì)層與下犧牲介質(zhì)層連接，因此僅通過頂部介質(zhì)層上的通孔， 便能夠同時(shí)去除所述上犧牲介質(zhì)層以及下犧牲介質(zhì)層。經(jīng)過上述步驟便能夠形成本發(fā)明所述的MEMS開關(guān)。下面以第二實(shí)施例的MEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)為例，對(duì)本發(fā)明所述MEMS開關(guān)的制作方法作進(jìn)一步介紹。圖10至圖20為本發(fā)明第二實(shí)施例的MEMS開關(guān)的制作方法各步驟的剖面示意圖。圖IOa至圖20a為上述制作方法各步驟的俯視示意圖。其中圖10是圖IOa中沿D-D 剖線的剖面示意圖，后續(xù)附圖一一對(duì)應(yīng)，不再贅述。如圖10以及圖IOa所示，首先提供半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10可以為硅襯底或絕緣體上硅，可以形成有金屬互連或其他半導(dǎo)體器件(圖中未示出)，以便于本發(fā)明所述的MEMS開關(guān)與其他采用CMOS工藝的半導(dǎo)體芯片相集成。在所述半導(dǎo)體襯底10的表面形成底部介質(zhì)層IOOa以及第一金屬層701。所述底部介質(zhì)層IOOa為絕緣介質(zhì)，本實(shí)施例中， 所述底部介質(zhì)層IOOa為二氧化硅，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成。所述第一金屬層701可以為銅、鋁、鈦、鉭、鎳、鈷等金屬或其合金組合，采用物理氣相沉積工藝形成。如圖11以及圖Ila所示，刻蝕所述第一金屬層701形成第一連接區(qū)103a、第一下電極板601a、第一組開關(guān)觸點(diǎn)101、第二下電極板60 以及第二連接區(qū)10北。其中，所述第一組開關(guān)觸點(diǎn)101包括第一輸入觸點(diǎn)IOla以及第二輸入觸點(diǎn)101b， 所述第一輸入觸點(diǎn)IOla以及第二輸入觸點(diǎn)IOlb為金屬凸點(diǎn)，兩者沿底部介質(zhì)層IOOa的表CN 102543591 A面縱向排列，間距為200Λ~5μπι。所述第一連接區(qū)103a、第一下電極板601a、第一組開關(guān)觸點(diǎn)101、第二下電極板 602a以及第二連接區(qū)10 與預(yù)形成的機(jī)械臂在垂直方向上相對(duì)應(yīng)。所述第一連接區(qū)103a 與第二連接區(qū)103b、第一下電極板601a以及第二下電極板60 均關(guān)于第一組開關(guān)觸點(diǎn) 101對(duì)稱設(shè)置，且均為方形金屬層。此外在刻蝕所述第一金屬層701時(shí)，還包括同時(shí)形成與上述各金屬層連接的金屬互連線，用于將上述金屬層與外部電路連接。作為可選的方案，在刻蝕完第一金屬層701后還可以在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面回填絕緣介質(zhì)，提高底部介質(zhì)層IOOa的表面高度。具體的，可以采用化學(xué)氣相沉積工藝沉積二氧化硅，覆蓋上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面，然后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，使得所述底部介質(zhì)層IOOa的表面與上述各金屬層頂部平齊。如圖12以及圖1 所示，在圖11所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面形成第一犧牲層801a， 刻蝕所述第一犧牲層801a形成定位凹槽900，所述定位凹槽900露出第一組開關(guān)觸點(diǎn)101。 所述第一犧牲層801a為無定形碳，采用化學(xué)氣相沉積形成。如圖13以及圖13a所示，在第一犧牲層801a表面形成第二犧牲層801b，所述第二犧牲層801b為無定形碳，采用化學(xué)氣相沉積形成，厚度與第一犧牲層801a相等。由于第一犧牲層801a在定位凹槽900的邊緣處形成了階梯狀結(jié)構(gòu)，因此在沉積與第一犧牲層801a厚度相同的第二犧牲層80 Ib時(shí)，所述第二犧牲層801b不但填滿了定位凹槽900，還在原定位凹槽900處形成了新的凹槽，即所需的第一凹槽901。所述第一凹槽 901能夠精確對(duì)準(zhǔn)其下方的第一組開關(guān)觸點(diǎn)101，其深度則近似于第二犧牲層801b的厚度， 寬度略小于原定位凹槽900。圖13b為圖13a中沿E-E剖線的剖面示意圖，從圖13b中可見，由于第一組開關(guān)觸點(diǎn)101包括第一輸入觸點(diǎn)IOla以及第一輸出觸點(diǎn)101b，因此所述第一凹槽901也包括相應(yīng)的兩個(gè)凹槽。如圖14以及圖1 所示，圖形化所述第一犧牲層801a以及第二犧牲層801b形成下犧牲介質(zhì)層801，暴露出其兩側(cè)的第一連接區(qū)103a、第二連接區(qū)10 以及周圍的底部介質(zhì)層100a。上述下犧牲介質(zhì)層801制作方法，其優(yōu)點(diǎn)在于，所述第一凹槽901的深度能夠通過調(diào)整第二犧牲層801b的沉積厚度進(jìn)行精確控制。而如果采用直接沉積犧牲介質(zhì)形成下犧牲介質(zhì)層，再刻蝕所述下犧牲介質(zhì)層形成第一凹槽的方法，由于缺乏刻蝕停止層，需要通過調(diào)整所述刻蝕的時(shí)間，因此難以精確控制所述第一凹槽的深度，而容易產(chǎn)生過刻蝕。如圖15以及圖1 所示，在下犧牲介質(zhì)層801及其兩側(cè)的第一連接區(qū)103a、第二連接區(qū)10 的部分表面，采用選擇性沉積形成支撐介質(zhì)層505。所述支撐介質(zhì)層505呈橋梁狀結(jié)構(gòu)，兩端分別與第一連接區(qū)103a以及第二連接區(qū)10 連接，中部覆于下犧牲介質(zhì)層 801的表面，且暴露出所述第一凹槽901。所述支撐介質(zhì)層505的材質(zhì)為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等絕緣材料，其厚度過厚將造成機(jī)械臂剛性過大而彎曲困難，而過薄則影響機(jī)械臂的穩(wěn)定性，因此需要根據(jù)MEMS開關(guān)的實(shí)際器件尺寸進(jìn)行選擇。如圖16以及圖16a所示，在所述支撐介質(zhì)層505及其兩側(cè)的第一連接區(qū)103a、第二連接區(qū)10 的部分表面，形成第二金屬層702。
所述第二金屬層702材質(zhì)可以與第一金屬層701相同，采用物理氣相沉積形成。如圖17以及圖17a所示，刻蝕所述第二金屬層702形成第一導(dǎo)電電極50 、第二導(dǎo)電電極504b以及擲刀503。其中所述擲刀503包括第二金屬層702填充于第一凹槽901的部分，所述第一導(dǎo)電電極50 、第二導(dǎo)電電極504b與擲刀503相絕緣，且關(guān)于擲刀503對(duì)稱設(shè)置。具體的， 所述第一導(dǎo)電電極50 與第一連接區(qū)103a連接，并沿支撐介質(zhì)層505的表面向擲刀503 延伸，并與位于其下方的第一下電極板601a相對(duì)應(yīng)；所述第二導(dǎo)電電極504b與第二連接區(qū) 103b連接，并沿支撐介質(zhì)層505的表面向503延伸，并與位于其下方的第二下電極板60 相對(duì)應(yīng)。上述第一導(dǎo)電電極50 、第二導(dǎo)電電極504b、擲刀503以及支撐介質(zhì)層505構(gòu)成本實(shí)施例所述橋梁狀結(jié)構(gòu)的機(jī)械臂。圖17b為圖17a中沿E-E剖線的剖面示意圖，從圖17b中可見，所述擲刀503包括填充于所述第一凹槽901內(nèi)的金屬，形成了兩個(gè)金屬凸點(diǎn)。如圖18以及圖18a所示，在圖17所示半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面覆蓋沉積犧牲介質(zhì)，并圖形化所述犧牲介質(zhì)形成上犧牲介質(zhì)層802。由于機(jī)械臂為開放式的橋梁狀結(jié)構(gòu)，并未封閉位于其下方的下犧牲介質(zhì)層801，因此位于其上方的上犧牲介質(zhì)層802能夠與所述下犧牲介質(zhì)層801相連接。優(yōu)選的，所述上犧牲介質(zhì)層802的材質(zhì)以及厚度與下犧牲介質(zhì)層801相同。如圖19以及圖19a所示，在所述上犧牲介質(zhì)層802的表面形成頂部介質(zhì)層100b， 刻蝕所述頂部介質(zhì)層IOOb形成底部露出犧牲介質(zhì)層802的第二凹槽902，所述第二凹槽 902對(duì)準(zhǔn)下方機(jī)械臂的擲刀503。優(yōu)選的，在形成第二凹槽902時(shí)，可以進(jìn)行一定深度的過刻蝕，使得所述第二凹槽902的底面低于頂部介質(zhì)層IOOb的下表面。圖19b為圖19a中沿E-E剖線的剖面示意圖，從圖19b中可見，所述第二凹槽902 用于制作第二組開關(guān)觸點(diǎn)，因此包括兩個(gè)凹槽，分別對(duì)應(yīng)第二輸入觸點(diǎn)以及第二輸出觸點(diǎn)， 且上述兩凹槽的間距與第一輸入觸點(diǎn)101a、第一輸出觸點(diǎn)IOlb的間距一致。如圖20以及圖20a所示，在所述頂部介質(zhì)層IOOb的表面形成第三金屬層703。所述第三金屬層703材質(zhì)可以與第一金屬層701相同，采用物理氣相沉積形成。如圖21以及圖21a所示，刻蝕所述第三金屬層703形成第一上電極板601b、第二上電極板60 以及第二組開關(guān)觸點(diǎn)102。所述第一上電極板601b以及第二上電極板602b分別對(duì)準(zhǔn)下方的第一下電極板 601a以及第二下電極板60 ,且形狀、面積尺寸相同。所述第二組開關(guān)觸點(diǎn)102即原第三金屬層703填充于第二凹槽902的部分。圖21b為圖21a中沿E-E剖線的剖面示意圖，從圖21b中可見，所述第二組開關(guān)觸點(diǎn)102包括相隔離的第二輸入觸點(diǎn)10 以及第二輸出觸點(diǎn)102b。由于第二凹槽902貫穿頂部介質(zhì)層100b，因此所述第二輸入觸點(diǎn)10 以及第二輸出觸點(diǎn)102b也貫穿所述頂部介質(zhì)層100b。同樣在刻蝕所述第三金屬層703時(shí)，還包括同時(shí)形成與上述各金屬層連接的金屬互連線，用于將上述金屬層與外部電路連接。如圖22以及圖2 所示，刻蝕所述頂部介質(zhì)層IOOb形成若干暴露出上犧牲介質(zhì)層802的通孔904，通過所述通孔904去除上犧牲介質(zhì)層802以及下犧牲介質(zhì)層801。所述上犧牲介質(zhì)層802以及下犧牲介質(zhì)層801均為無定形碳，可以向所述通孔 904內(nèi)通入氧氣，并進(jìn)行灰化工藝，去除所述無定形碳。具體的，所述灰化工藝的加熱溫度為100°C 350°C，在此溫度下，所述無定形碳被氧化成二氧化碳或一氧化碳?xì)怏w，并通過通孔904排出，較為徹底地去除，而器件的其余部分不會(huì)受到影響。經(jīng)過上述步驟便形成本發(fā)明第二實(shí)施例的MEMS開關(guān)。所述下犧牲介質(zhì)層801以及上犧牲介質(zhì)層802去除后，所述機(jī)械臂除了連接于第一連接區(qū)103a以及第二連接區(qū)10 的固定端外，其中部的自由端以及擲刀503處于懸浮狀態(tài)。如圖23所示，通常為了保證MEMS開關(guān)的封閉性，還可以在所述圖22所示MEMS開關(guān)的表面形成覆蓋層104，從而構(gòu)成封閉的開關(guān)腔體。所述覆蓋層104的材質(zhì)為氧化硅，采用化學(xué)氣相沉積形成。所述覆蓋層104能夠較容易地將頂部介質(zhì)層IOOb上的通孔904封閉，而不會(huì)滲入MEMS開關(guān)內(nèi)。從圖1以及圖5中不難看出，所述第一實(shí)施例的MEMS開關(guān)與第二實(shí)施例的MEMS 開關(guān)的結(jié)構(gòu)相似，區(qū)別僅在于機(jī)械臂，而所述第二實(shí)施例的機(jī)械臂實(shí)際上可以等效于將兩個(gè)第一實(shí)施例的機(jī)械臂對(duì)稱設(shè)置。根據(jù)上述提供的第二實(shí)施例MEMS開關(guān)的制作方法，很容易推得第一實(shí)施例MEMS開關(guān)的制作方法，此處不再贅述。圖M以及圖25分別示出了以上方法所制作的MEMS開關(guān)在不同工作狀態(tài)下的剖面示意圖。如圖M所示，假設(shè)機(jī)械臂向下彎曲直至接觸底部介質(zhì)層100a，使得所述擲刀503 同時(shí)與第一輸入觸點(diǎn)IOla以及第一輸出觸點(diǎn)IOlb接觸，由于擲刀503為導(dǎo)電金屬，上述接觸將第一輸入觸點(diǎn)IOla與第一輸出觸點(diǎn)IOlb連通。如圖25所示，假設(shè)機(jī)械臂向上彎曲直至接觸頂部介質(zhì)層100b，使得所述擲刀503 同時(shí)與第二輸入觸點(diǎn)10 以及第二輸出觸點(diǎn)102b接觸，從而將第二輸入觸點(diǎn)10 與第二輸出觸點(diǎn)102b連通。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種MEMS開關(guān)，其特征在于，包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底上的開關(guān)腔體，所述開關(guān)腔體包括底部介質(zhì)層以及頂部介質(zhì)層；位于所述底部介質(zhì)層的第一組開關(guān)觸點(diǎn)，包括第一輸入觸點(diǎn)以及第一輸出觸點(diǎn)；位于所述頂部介質(zhì)層的第二組開關(guān)觸點(diǎn)，包括第二輸入觸點(diǎn)以及第二輸出觸點(diǎn)；還包括機(jī)械臂，所述機(jī)械臂包括固定于開關(guān)腔體底部介質(zhì)層上的固定端以及懸浮的自由端，所述自由端上形成有擲刀；所述擲刀與所述第一組開關(guān)觸點(diǎn)以及第二組開關(guān)觸點(diǎn)的位置相對(duì)應(yīng)；在開關(guān)腔體內(nèi)施加驅(qū)動(dòng)電場時(shí)，所述機(jī)械臂受到驅(qū)動(dòng)電場作用而彎曲，使得擲刀接觸底部介質(zhì)層將所述第一輸入觸點(diǎn)與第一輸出觸點(diǎn)電連接，或者接觸頂部介質(zhì)層將所述第二輸入觸點(diǎn)以及第二輸出觸點(diǎn)電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的MEMS開關(guān)，其特征在于，所述機(jī)械臂為Z字形結(jié)構(gòu)，其一端為固定端，另一端為自由端，所述固定端與自由端具有高度差。
3.如權(quán)利要求2所述的MEMS開關(guān)，其特征在于，所述底部介質(zhì)層上形成有連接區(qū)，所述連接區(qū)與機(jī)械臂的固定端連接。
4.如權(quán)利要求2所述的MEMS開關(guān)，其特征在于，還包括形成于所述頂部介質(zhì)層的上電極板以及形成于所述底部介質(zhì)層的下電極板，所述機(jī)械臂的自由端在垂直方向?qū)?zhǔn)所述下電極板以及上電極板。
5.如權(quán)利要求4所述的MEMS開關(guān)，其特征在于，所述下電極板設(shè)置于所述底部介質(zhì)層的表面，所述上電極板設(shè)置于所述頂部介質(zhì)層相對(duì)于底部介質(zhì)層的另一側(cè)表面。
6.如權(quán)利要求4所述的MEMS開關(guān)，其特征在于，所述機(jī)械臂包括支撐結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)電電極，所述導(dǎo)電電極沿支撐結(jié)構(gòu)表面自固定端向自由端延伸，且與所述擲刀絕緣。
7.如權(quán)利要求1所述的MEMS開關(guān)，其特征在于，所述機(jī)械臂為橋梁狀結(jié)構(gòu)，其兩端為固定端，中部為自由端。
8.如權(quán)利要求7所述的MEMS開關(guān)，其特征在于，所述底部介質(zhì)層上形成有第一連接區(qū)以及第二連接區(qū)，所述第一連接區(qū)以及第二連接區(qū)關(guān)于所述第一組開關(guān)觸點(diǎn)對(duì)稱，且分別與機(jī)械臂的兩固定端連接。
9.如權(quán)利要求7所述的MEMS開關(guān)，其特征在于，還包括形成于所述頂部介質(zhì)層上并關(guān)于第二組開關(guān)觸點(diǎn)對(duì)稱的第一上電極板以及第二上電極板，形成于底部介質(zhì)層上并關(guān)于第一組開關(guān)觸點(diǎn)對(duì)稱的第一下電極板以及第二下電極板；所述機(jī)械臂的自由端在垂直方向?qū)?zhǔn)所述上述下電極板以及上電極板。
10.如權(quán)利要求9所述的MEMS開關(guān)，其特征在于，所述第一下電極板以及第二下電極板形成于所述底部介質(zhì)層的表面，所述第一上電極板以及第二上電極板形成于所述頂部介質(zhì)層相對(duì)于底部介質(zhì)層的另一側(cè)表面。
11.如權(quán)利要求9所述的MEMS開關(guān)，其特征在于，所述機(jī)械臂包括支撐結(jié)構(gòu)以及第一導(dǎo)電電極、第二導(dǎo)電電極，所述第一導(dǎo)電電極以及第二導(dǎo)電電極沿所述支撐結(jié)構(gòu)的表面，分別自機(jī)械臂的兩固定端向中部自由端延伸，且均與所述擲刀絕緣。
12.—種MEMS開關(guān)的制作方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成底部介質(zhì)層；在所述底部介質(zhì)層的表面形成第一組開關(guān)觸點(diǎn)、下電極板以及連接區(qū)；在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面形成圖形化的下犧牲介質(zhì)層，所述下犧牲介質(zhì)層暴露出連接區(qū)以及部分底部介質(zhì)層；在所述下犧牲介質(zhì)層的部分表面上形成與所述連接區(qū)連接的機(jī)械臂； 在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面形成圖形化的上犧牲介質(zhì)層，所述上犧牲介質(zhì)層與下犧牲介質(zhì)層連接；在所述上犧牲介質(zhì)層表面形成頂部介質(zhì)層；在所述頂部介質(zhì)層表面形成第二組開關(guān)觸點(diǎn)、上電極板；所述第二組開關(guān)觸點(diǎn)與第一組開關(guān)觸點(diǎn)的位置相對(duì)應(yīng)，所述上電極板與下電極板的位置相對(duì)應(yīng)；刻蝕所述頂部介質(zhì)層形成若干暴露出上犧牲介質(zhì)層的通孔，通過所述通孔，去除上犧牲介質(zhì)層以及下犧牲介質(zhì)層。
13.如權(quán)利要求12所述的制作方法，其特征在于，所述在底部介質(zhì)層表面形成第一組開關(guān)觸點(diǎn)、下電極板以及連接區(qū)包括在底部介質(zhì)層表面形成第一金屬層；刻蝕所述第一金屬層形成第一組開關(guān)觸點(diǎn)、下電極板以及連接區(qū)； 在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面回填絕緣介質(zhì)，提高底部介質(zhì)層的表面高度； 進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，使得底部介質(zhì)層的表面與所述第一組開關(guān)觸點(diǎn)、下電極板以及連接區(qū)的頂部平齊。
14.如權(quán)利要求13所述的制作方法，其特征在于，所述連接區(qū)位于下電極板相對(duì)于第一組開關(guān)觸點(diǎn)的另一側(cè)，且所述連接區(qū)、下電極板以及第一組開關(guān)觸點(diǎn)與后續(xù)形成的機(jī)械臂的位置相對(duì)應(yīng)。
15.如權(quán)利要求13所述的制作方法，其特征在于，所述形成下犧牲介質(zhì)層包括 在底部介質(zhì)層表面形成第一犧牲層；刻蝕所述第一犧牲層形成定位凹槽，所述定位凹槽露出第一組開關(guān)觸點(diǎn)； 在第一犧牲層表面形成第二犧牲層，所述第二犧牲層厚度與第一犧牲層相等，使得所述第二犧牲層填平所述定位凹槽，并在所述定位凹槽處形成第一凹槽；刻蝕所述第二犧牲層以及第一犧牲層，暴露出底部介質(zhì)層表面的連接區(qū)，形成下犧牲介質(zhì)層。
16.如權(quán)利要求15所述的制作方法，其特征在于，所述形成機(jī)械臂包括在下犧牲介質(zhì)層以及連接區(qū)的部分表面，利用掩模進(jìn)行選擇性沉積形成支撐介質(zhì)層， 所述支撐介質(zhì)層定義所述機(jī)械臂的形狀；在所述連接區(qū)以及支撐介質(zhì)層表面形成第二金屬層；刻蝕所述第二金屬層形成導(dǎo)電電極以及擲刀，所述擲刀包括填充于所述第一凹槽內(nèi)的第二金屬層，所述導(dǎo)電電極與連接區(qū)連接，并沿支撐介質(zhì)層表面自連接區(qū)向所述擲刀延伸。
17.如權(quán)利要求16所述的制作方法，其特征在于，在所述頂部介質(zhì)層表面形成第二組開關(guān)觸點(diǎn)、上電極板包括刻蝕所述頂部介質(zhì)層形成第二凹槽，所述第二凹槽對(duì)準(zhǔn)下方的擲刀，且貫穿頂部介質(zhì)層；在所述頂部介質(zhì)層表面形成第三金屬層；刻蝕所述第三金屬層形成第二組開關(guān)觸點(diǎn)以及上電極板；所述上電極板對(duì)準(zhǔn)下方的下電極板，所述第二組開關(guān)觸點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)下方的擲刀，所述第二組開關(guān)觸點(diǎn)包括填充于第二凹槽內(nèi)的第三金屬層。
18.如權(quán)利要求12所述的制作方法，其特征在于，所述下犧牲介質(zhì)層與上犧牲介質(zhì)層的材質(zhì)均為無定形碳，且厚度相同。
19.如權(quán)利要求18所述的制作方法，其特征在于，所述去除上犧牲介質(zhì)層以及下犧牲介質(zhì)層包括向所述通孔內(nèi)通入氧氣，采用灰化工藝去除所述上犧牲介質(zhì)層以及下犧牲介質(zhì)層，所述灰化工藝的加熱溫度為100°C 350°C。
20.如權(quán)利要求12所述的制作方法，其特征在于，還包括在所述頂部介質(zhì)層表面形成覆蓋層，所述覆蓋層封閉所述通孔。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種MEMS開關(guān)及其制作方法，所述MEMS開關(guān)包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底上的開關(guān)腔體，所述開關(guān)腔體包括底部介質(zhì)層以及頂部介質(zhì)層；位于所述底部介質(zhì)層的第一組開關(guān)觸點(diǎn)；位于所述頂部介質(zhì)層的第二組開關(guān)觸點(diǎn)；還包括機(jī)械臂，所述機(jī)械臂包括固定于開關(guān)腔體底部介質(zhì)層上的固定端以及懸浮的自由端，所述自由端上形成有擲刀；所述擲刀與第一組開關(guān)觸點(diǎn)以及第二組開關(guān)觸點(diǎn)的位置相對(duì)應(yīng)；在開關(guān)腔體內(nèi)施加驅(qū)動(dòng)電場時(shí)，所述機(jī)械臂受到驅(qū)動(dòng)電場作用而彎曲，使得擲刀接觸第一組開關(guān)觸點(diǎn)或第二組開關(guān)觸點(diǎn)。本發(fā)明所述MEMS開關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)靈敏，易于制造的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01H59/00GK102543591SQ201010608168
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者唐德明, 毛劍宏 申請(qǐng)人:上海麗恒光微電子科技有限公司