優(yōu)先權(quán)要求

本申請要求提交于2014年10月3日、序列號為62/059,822的美國臨時專利申請的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。

在本文中公開的主題一般性地涉及可調(diào)諧的微機(jī)電系統(tǒng)(mems)部件。更具體地，在本文中公開的主題涉及對mems裝置中的靜電致動器的隔離以減少或最小化介電充電。

背景技術(shù)：

在微機(jī)電系統(tǒng)(mems)的構(gòu)造中，靜電致動板在打開與閉合的狀態(tài)之間相對彼此可動，如果mems裝置閉合且致動器彼此接觸，則致動板會變?yōu)槎搪?。為了防止致動器接觸且短路，致動電極中的一個或兩個可以覆蓋具有適當(dāng)厚度的電介質(zhì)來防止介電擊穿。連續(xù)的電介質(zhì)提供了適當(dāng)?shù)母綦x使得可以防止短路和擊穿，但可能會在高強(qiáng)度電場區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生顯著的接觸面積，這能進(jìn)行充電從而導(dǎo)致由介電充電而引起的壽命降低。該接觸面積可以通過將連續(xù)的電介質(zhì)圖案分解成不連續(xù)或孤立的電介質(zhì)零件、隔離零件或隔離凸起而被最小化，但即使這些解決方案也無法充分解決充電問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開，提供了用于對mems裝置中的靜電致動器的隔離以減少或最小化介電充電的裝置、系統(tǒng)和方法。在一個方案中，提供了一種可調(diào)諧部件。該可調(diào)諧部件可以包括：固定致動電極，其定位在基板上；可動致動電極，其承載在懸置于基板上方的可動部件上；一個或多個隔離凸起，所述一個或多個隔離凸起定位在固定致動電極與可動致動電極之間；以及固定隔離著落部，其被隔離在固定致動電極的在一個或多個隔離凸起中的每一個凸起處、在每一個隔離凸起附近、和/或與每一個隔離凸起大致對齊的部分內(nèi)。在該布置中，可動致動電極可以選擇性地朝向固定致動電極移動，但一個或多個隔離凸起可以防止固定致動電極與可動致動電極之間的接觸，且固定隔離著落部可以抑制在隔離凸起中產(chǎn)生電場。

在另一方案中，一種用于制造可調(diào)諧部件的方法可以包括：將固定致動電極布置在基板上；限定被隔離在固定致動電極的一部分內(nèi)的一個或多個固定隔離著落部；將犧牲層布置在固定致動電極上；在犧牲層中形成在一個或多個固定隔離著落部處、在所述一個或多個固定隔離著落部附近和/或與所述一個或多個固定隔離著落部大致對齊的凹部；將隔離凸起布置在一個或多個凹部中的每一個凹部中；將可動致動電極布置在犧牲層上方；以及去除犧牲層以釋放可動致動電極，其中可動致動電極可選擇性地朝向固定致動電極移動。

盡管已經(jīng)在上面陳述了在本文中公開的主題的一些方案，這些方案以本公開的主題的全部或部分實現(xiàn)，但在下文結(jié)合附圖繼續(xù)進(jìn)行說明以作為最恰當(dāng)說明時，其他方案也將變得顯而易見。

附圖說明

根據(jù)下面具體說明將更容易理解本主題的特征和優(yōu)點，以下的具體說明應(yīng)該結(jié)合附圖來理解，附圖僅以解釋性和非限制性示例的方式給出，并且其中：

圖1是根據(jù)本公開主題的實施例的mems可調(diào)諧電容器模的側(cè)視圖；

圖2a至圖5是根據(jù)本公開主題的實施例的用于對mems裝置中的靜電致動器進(jìn)行隔離的構(gòu)造的側(cè)剖視圖；

圖6和圖7是示出根據(jù)本公開主題的實施例的靜電致動器之間的隔離凸起周圍的區(qū)域內(nèi)的電壓線圖；

圖8和圖9是示出根據(jù)本公開主題的實施例的靜電致動器之間的隔離凸起的中心處的電場的圖；以及

圖10a至圖13b是根據(jù)本公開主題的實施例的用于對mems裝置中的靜電致動器進(jìn)行隔離的構(gòu)造的側(cè)剖視圖。

具體實施方式

本主題提供了對mems裝置中的靜電致動器的隔離的改進(jìn)以減少或最小化介電充電。在一個方案中，本主題提供了用于致動電極的構(gòu)造，所述構(gòu)造提供了對隔離凸起處、凸起附近和/或與凸起大致對齊的區(qū)域內(nèi)的電場的隔離，所述隔離凸起保持了兩個致動電極之間的期望的最小間距。

具體地，例如，在用于mems可調(diào)諧裝置的一些構(gòu)造中，設(shè)置了多個單獨的可調(diào)諧部件構(gòu)成的陣列。例如，如圖1中所示，每一個可調(diào)諧部件(總體地標(biāo)記為100)，包括設(shè)置在基板s上的一個或多個固定致動電極110。對應(yīng)的一個或多個可動致動電極130可以承載在與基板s間隔有間隙的可動部件mc上。此外，在一些實施例中，可調(diào)諧部件100可以是可調(diào)諧電容器，所述可調(diào)諧電容器進(jìn)一步包括設(shè)置在基板s上的一個或多個固定電容電極120和承載在可動部件mc上的一個或多個可動電容電極140?？蓜又聞与姌O130和可動電容電極140可以分別與固定致動電極110和固定電容電極120大致對齊。

在一些實施例中，這樣的結(jié)構(gòu)可以通過逐層布置過程來形成，在該過程中，固定致動電極110布置在基板s上，犧牲層布置在固定致動電極110上，可動致動電極130和可動部件mc的其他元件布置在犧牲層上方，然后去除犧牲層(例如，通過蝕刻)以釋放可動部件mc。在該布置中，可以通過控制施加到固定致動電極110和可動致動電極130的電位來相對于固定元件和基板s移動可動部件mc。例如，在一些實施例中，可動致動電極130可以連接至接地電位且固定致動電極110可以連接至高電壓，以引起致動電極之間的靜電吸引，從而引起可動部件mc朝向基板s偏轉(zhuǎn)。

在一些實施例中，固定電極和活動電極(即，固定致動電極110、固定電容電極120、可動致動電極130、和/或可動電容電極140中的一個或多個)由一個或多個電介質(zhì)材料層封裝以消除或至少降低在作業(yè)期間電極之間(例如，當(dāng)可動部件mc偏轉(zhuǎn)至電極之間的間隙被最小化“閉合”位置時)的直接電氣短路的可能性。然而，即使在這樣的布置中，致動元件之間大的接觸面積仍然可以導(dǎo)致過度的介電充電且產(chǎn)生大的力，這可能會影響作業(yè)和可靠性。

相應(yīng)地，在一些實施例中，可以在相應(yīng)的固定電極與可動電極之間(例如，在固定致動電極110與可動致動電極130之間)設(shè)置一個或多個隔離凸起150以幫助最小化接觸面積且減少致動器較大面積上的電場。再次參照上述的示例性的逐層布置過程，可以通過在布置于基板s上方的犧牲層中形成凹部且在一個或多個凹部中的每一個凹部中布置隔離凸起來形成一個或多個隔離凸起150。這樣的隔離凸起可以采用各種具體形狀(例如，直角棱柱形、八角棱柱形)或構(gòu)造中的任何一個來實現(xiàn)，以優(yōu)化裝置的機(jī)械作業(yè)和可靠性。

例如，在一些實施例中，距電容元件的中心較遠(yuǎn)的高隔離凸起(例如，具有大約0.5μm的高度)可以在致動器區(qū)域的整個長度范圍內(nèi)提供比較大的隔離，提供機(jī)械穩(wěn)定性且限制致動行程以及由此引起的材料應(yīng)力?？商鎿Q地或另外地，矮隔離凸起(例如，具有大約0.2μm的高度)可以設(shè)置在致動器區(qū)域的其他地方以防止局部致動器接觸或塌下，特別是在電容器區(qū)域附近。在一些具體構(gòu)造中，較矮的隔離凸起可以均勻分布在整個致動器區(qū)域上或最佳地分布在離散位置上。用于mems電容器的這些隔離凸起的最佳的數(shù)量和安置可以根據(jù)實現(xiàn)以下條件所要求的最小量來確定：穩(wěn)定的電容；吸合以上的平坦的cv響應(yīng)，包括最小化致動器與電容器之間的初級/次級致動器塌下的可能性或最小化主隔離凸起與梁端之間的初級致動器塌下的可能性；和/或最小化吸合電壓的增大。增加隔離凸起的高度也起到最小化任何場生電荷的作用，但凸起高度受到對于在向下狀態(tài)下保持足夠的力以提供穩(wěn)定電容的需求的限制。用于這樣的隔離凸起的這些和其他示例性的構(gòu)造在編號為6,876,482的美國專利和序列號為14/033,434的待審的美國專利申請中被更詳細(xì)地討論，上述公開的全部內(nèi)容均并入本文中。

與具體布置無關(guān)，一個或多個隔離凸起150可以被設(shè)計為相對于附近的電極占有最小面積，在數(shù)量上最少，和/或具有這樣的高度以使得從其他功能要求的角度最小化電場。為了進(jìn)一步提高在隔離凸起150周圍的區(qū)域內(nèi)電場的效應(yīng)，可以將引起電場的電極的部分從隔離凸起150周圍的區(qū)域中移除。例如，在圖2a和圖2b示出的一個具體構(gòu)造中，隔離凸起150在固定致動電極110與可動致動電極130之間附接于可動部件mc。另外，在一些實施例中，為了進(jìn)一步防止致動器接觸和短路，固定電介質(zhì)層115(例如，sio2、al2o3)可以設(shè)置在固定致動電極110上(即，在固定致動電極110的面向可動致動電極130的表面上)，和/或可動電介質(zhì)層135(例如，sio2)可以設(shè)置在可動致動電極130上(即，在可動致動電極130的面向固定致動電極110的表面上)。固定電介質(zhì)層115和可動電介質(zhì)層135可以由相同材料或不同電介質(zhì)材料構(gòu)成。

在可動致動電極130的在附接隔離凸起150的點處或該點附近的部分中(例如，在圖2a和圖2b所示的取向上，隔離凸起150的上方)，可動致動電極130可以被圖案化以具有在凸起上方的孔，使得第一可動電極部分130a和第二可動電極部分130b圍繞隔離凸起150，但不與其重疊。此外，在所示構(gòu)造中，固定致動電極110的在隔離凸起150會接觸固定致動電極110的位置處或該位置附近的部分(例如，在圖2a和圖2b所示的取向上，隔離凸起150的正下方)被圖案化為具有固定隔離著落部112，固定隔離著落部112位于固定致動電極110的第一固定致動部分110a與第二固定致動部分110b之間(例如，其間有電介質(zhì)材料的介入部分)。

例如，在特定示例性的構(gòu)造中，隔離凸起150可以具有大約0.4μm的有效直徑和大約250nm的高度，且固定隔離著落部112在固定致動電極110內(nèi)具有大致矩形尺寸，尺寸為大約2.1μm×1.5μm。在一些實施例中，固定致動電極110與固定隔離著落部112之間的間距大約為1μm。隔離凸起150可以在固定隔離著落部112內(nèi)大致被置于中心，或它可以相對于固定隔離著落部112的中心偏移。

在另一特定示例性的構(gòu)造中，與具有大約7.7μm×7μm尺寸的固定隔離著落部112相比，隔離凸起150的較大的實施例可以具有大約0.6μm的有效直徑和大約550nm的高度。

在圖3a和圖3b所示的替代構(gòu)造中，不是將孔在附接有隔離凸起150的位置處或該位置附近設(shè)置在可動致動電極130內(nèi)，而是可動致動電極130在隔離凸起150的區(qū)域內(nèi)可以大致不被圖案化(即，連續(xù)橫跨隔離凸起150的大致整個寬度)。在該構(gòu)造中，固定致動電極110可以重新被圖案化為在固定致動電極110的會在閉合狀態(tài)下接觸隔離凸起150的區(qū)域內(nèi)具有固定隔離著落部112。

在圖4和圖5所示的又一示例性構(gòu)造中，隔離凸起150可以附接或以其他方式設(shè)置在可調(diào)諧部件100的固定部分上，其中或者在可動致動電極130中有圖案化的孔(例如，參見圖4)或者可動致動電極130基本不被圖案化(例如，參見圖5)。在具有這樣構(gòu)造的一些實施例中，隔離凸起150可以制造在固定電介質(zhì)層115上且延伸到固定致動電極110與可動致動電極130之間的間隙中。在這些實施例中，由于隔離凸起150直接形成在固定隔離著落部112上而不是懸置在固定隔離著落部112的上方時更容易將隔離凸起150與固定隔離著落部112對齊，所以可以提高可調(diào)諧部件100的可制造性。對于這點，在隔離凸起150附接于可動部件mc的實施例中，在形成固定隔離著落部112與形成隔離凸起150之間可能會需要更多工序步驟，從而存在更可能在各介入步驟中的一個步驟中可能會發(fā)生對不齊。此外，在一些實施例和實施方案中，可動部件mc在釋放時可能會略微擴(kuò)張或收縮，如果在設(shè)計中未考慮到對梁的形狀的這種改變(例如，通過對隔離凸起150相對于固定隔離著落部112的對齊的偏移的設(shè)計、擴(kuò)張固定隔離著落部112的尺寸以允許對相對移動的更大的容差，或者上述兩者)則這也可能會引起對不齊。也就是說，由于附加的外形可能會使將布置在固定部件上的犧牲層平面化(例如，在固定致動電極110與可動致動電極130之間形成間隙)更復(fù)雜，因此在固定隔離著落部112上設(shè)置隔離凸起150可能會使制造的其他方面更困難。

在圖10a和圖10b中示出了再一示例性的構(gòu)造，其中，隔離凸起150附接于可動致動電極130，且與固定元件接觸的區(qū)域是位于第一致動部分110a與第二致動部分110b之間的固定隔離著落部112，只是省略了固定電介質(zhì)層115和可動電介質(zhì)層135。同樣地，圖11示出了隔離凸起150附接在固定隔離著落部112處的類似的示例性構(gòu)造。在該構(gòu)造中，隔離凸起150可以直接制造在固定隔離著落部112上或直接附接于可動致動電極130。

在又一替代構(gòu)造中，圖12a至圖12c示出了可動致動電極130被改進(jìn)為在隔離凸起150處、在該隔離凸起附近或與該隔離凸起大致對齊處包括可動隔離填充物132(例如，鎢)的布置。該變型增加了制造工序的復(fù)雜性，且如果使可動隔離填充物132懸空，則由于它最終可能充電，因此它可能會表現(xiàn)出一些缺點。也就是說，在一些實施例中，高電壓可以施加到可動致動電極130(即，施加到第一可動致動部分130a和第二可動致動部分130b)，而不是施加到固定致動電極110(即，施加到第一固定致動部分110a和第二固定致動部分110b)，且可動隔離填充物132可以接地以實現(xiàn)期望功能。

在另一替代構(gòu)造中，圖13a和圖13b示出了隔離凸起150自身設(shè)置有隔離凸起金屬填充物152的布置。如在該構(gòu)造所示，隔離凸起金屬填充物152可以與可動致動電極130連通，且可以保持在共用電位。與隔離凸起150不包括隔離凸起金屬填充物152的構(gòu)造相比，這樣的構(gòu)造可以提高裝置的可制造性，而不會顯著不利地影響作業(yè)。尤其是，以這種方式形成隔離凸起150可能會更容易，這是因為可動電介質(zhì)層135和隔離凸起150可以在單次布置中形成，且然后可動致動電極130和隔離凸起金屬填充物152可以同樣在單次布置中形成。相比之下，在隔離凸起150大致完全由電介質(zhì)材料構(gòu)成的構(gòu)造中，形成這樣結(jié)構(gòu)可能會要求布置足夠的絕緣體材料以填充犧牲材料中的孔。除非可動電介質(zhì)層135被平面化，否則這個工序步驟可能會導(dǎo)致可動電介質(zhì)層135變得比期望的更厚，這雖然是可行的，但將增加工序的成本和/或勞動強(qiáng)度。

在這些布置中任何一個中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解到，電極部分在隔離凸起150處、在該隔離凸起附近或與該隔離凸起大致對齊的構(gòu)造可以影響通過電極之間的隔離凸起150產(chǎn)生電荷的能力。例如，尤其是，固定隔離著落部112可以被電隔離(“懸空”)、連接至接地電位、或連接至所選擇的與連接至第一固定電極部分110a和第二固定電極部分110b的電位相同或不同的電位。例如，如圖6中所示，針對固定隔離著落部112被電隔離/懸空且可動致動電極130在固定致動電極110和固定隔離著落部112上方連續(xù)(例如，參見圖3a、圖3b和圖5)的可調(diào)諧部件100的構(gòu)造，示出了電壓線圖。相比之下，圖7示出了針對固定隔離著落部112接地且可動致動電極130連續(xù)的可調(diào)諧部件100的構(gòu)造的電壓線圖。相應(yīng)地，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，在隔離凸起150的附近的電場，特別是在其接觸表面處的電場可以被減小，這可以使得進(jìn)一步減少充電。

類似地，在隔離凸起150的中心處產(chǎn)生的電場可以根據(jù)可動致動電極130的構(gòu)造(例如，具有在隔離凸起150處或其附近作為共形層的孔，或具有可動隔離填充物132)和固定致動電極110的構(gòu)造(例如，其中限定有固定隔離著落部112)而變化。在所示出的特定構(gòu)造中，例如，接地的固定隔離著落部112產(chǎn)生的電場(例如，參見圖8)可以與懸空的固定著落部產(chǎn)生的電場(例如參見圖9)相對比。正如從這些結(jié)果可以看到的，隔離凸起150和固定隔離著落部112的接地可以在隔離凸起150的電介質(zhì)接觸區(qū)域內(nèi)引起較低的電場。

在不偏離本主題的精神和必要特征的情況下，本主題可以采用其他形式來實現(xiàn)。因此所描述的實施例應(yīng)該在各個方面都被認(rèn)為是說明性的，而不是限制性的。盡管已經(jīng)根據(jù)某些優(yōu)選實施例描述了本主題，但對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言顯而易見的其他實施例也在本主題的范圍內(nèi)。