專利名稱：微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)開關(guān)，特別地涉及通過MEMS或納米機(jī)電技術(shù)(NEMS)技術(shù)形成的MEMS開關(guān)。
背景技術(shù)：
由于希望比如MEMS開關(guān)的機(jī)電開關(guān)與GaAS FET開關(guān)或PIN型二極管開關(guān)相比具有更佳的性質(zhì)，所以人們已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究以將MEMS開關(guān)應(yīng)用到無線通信系統(tǒng)中。之前MEMS由于其低的損耗、好的隔離性、低的功耗、好的線性、微型化以及高度集成的能力而得到人們的關(guān)注。但是，存在的問題在于，由于其驅(qū)動(dòng)電壓高、操作速度低、可靠性不足等，而阻礙了將MEMS開關(guān)投入實(shí)際使用。
通常，通過固定電極、相對(duì)于固定電極設(shè)置的移動(dòng)電極、以及設(shè)置在移動(dòng)電極和/或固定電極上的電介質(zhì)，而構(gòu)成了電容耦合型MEMS開關(guān)。由于在移動(dòng)電極和固定電極之間施加電壓，因此產(chǎn)生了靜電力來將移動(dòng)電極吸引到固定電極。因此，電極之間的距離改變了。當(dāng)電極之間的距離改變時(shí)，電容即阻抗改變了，使得信號(hào)可以被導(dǎo)通/截止。由于在移動(dòng)電極和固定電極之間形成了電介質(zhì)，所以該耦合是電容性的而非電阻性的。
為了獲得低損耗的MEMS開關(guān)，有必要在MEMS開關(guān)導(dǎo)通時(shí)減小阻抗。為了獲得足夠的隔離，有必要增加電容變化率。該電容變化率可以通過如下的表達(dá)式估算Con/Coff＝(e0×e×Aoverlay/ddiel)/(e0×er×Aoverlay/dair)＝dair/ddiel，其中dair和ddiel表示空氣間隙和電介質(zhì)的厚度，er表示電介質(zhì)的介電常數(shù)，以及Aoverlay表示移動(dòng)電極的耦合區(qū)域的面積。
電容性開關(guān)的一個(gè)問題是電極的表面粗糙度導(dǎo)致電容變化率減小。當(dāng)彼此鄰接的電極的表面具有波浪形狀時(shí)，突起部分與突起部分相鄰接，從而相對(duì)于表面整體而言電極之間的距離不能被足夠地降低。因此，存在電容變化率降低的問題。
所以，J.Park等人并非提出由(金屬-電介質(zhì))制成的電極與由金屬制成的電極相接觸的結(jié)構(gòu)，而是提出了由(金屬-電介質(zhì)-金屬)制成的電極與由金屬制成的電極相電阻性耦合的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使金屬層的表面精度不足，當(dāng)形成電極時(shí)也可以將絕緣層沿著電極的表面形成。而且，金屬層將沿著絕緣層形成。因此，在電極之間的實(shí)質(zhì)距離可以降低，而不受表面精度影響。
人們還提出了另一種MEMS開關(guān)，其使用單金屬層并且組裝來在平行于基板表面的平面上移位(專利文獻(xiàn)1)。該MEMS開關(guān)由包括與固定電極相鄰接設(shè)置的移動(dòng)電極的至少一個(gè)空氣橋構(gòu)成。移動(dòng)電極具有由帶有電介質(zhì)層的金屬層制成的三層結(jié)構(gòu)，其形成在耦合表面中。該電介質(zhì)層例如是氧化硅膜、氮化硅膜等。該移動(dòng)電極由靜電力驅(qū)動(dòng)，從而在與基板表面平行的平面上移位。在該結(jié)構(gòu)中，因?yàn)橐苿?dòng)電極在平行于基板表面的平面中被驅(qū)動(dòng)，所以電極可以由單金屬層形成。但是，接觸則是基于金屬一電介質(zhì)耦合。
而且，人們并非提出了移動(dòng)電極本身被驅(qū)動(dòng)的MEMS開關(guān)，而是提出了連接到移動(dòng)電極的梁由設(shè)置在基板表面上的驅(qū)動(dòng)電極所驅(qū)動(dòng)的MEMS開關(guān)(專利文獻(xiàn)2)。
非專利文獻(xiàn)J.Park等人，“Electroplated RF MEMS CapacitiveSwitches”，IEEE MEMS 2000專利文獻(xiàn)1US專利No.6,218,911B1專利文獻(xiàn)2JP-A-2003-71798發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題如上所述，在具有其中金屬制成的移動(dòng)電極與形成在固定電極上的介電層相接觸的結(jié)構(gòu)的電容耦合型MEMS開關(guān)中，當(dāng)介電層或金屬層的表面粗糙度粗糙時(shí)，電容耦合區(qū)域減小使得導(dǎo)通/截止電容變化率變低。因此，存在不能整體上獲得足夠的高頻率特性的問題。另一方面，在非專利文獻(xiàn)1中所公開的MEMS開關(guān)致力于解決該問題。即，提出了這樣一種MEMS開關(guān)，其中通過將介電層夾置在兩個(gè)金屬層之間來形成固定電極，并且通過固定電極的上金屬層和由金屬層制成的移動(dòng)電極之間的接觸來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通/截止。在該結(jié)構(gòu)中，由于金屬-金屬接觸，所以可以防止由于表面粗糙所造成的電容降低。因此，可以實(shí)現(xiàn)好的接觸。
但是，在該MEMS開關(guān)中，存在如下問題。即，存在的問題是，用于通過電容耦合切換信號(hào)的電極區(qū)域和用于對(duì)移動(dòng)電極施加靜電力的電極區(qū)域必須彼此獨(dú)立設(shè)置。由于用于切換開關(guān)的電極基于電阻耦合，所在該電極與移動(dòng)電極相鄰接時(shí)，該電極具有與移動(dòng)電極相同的電勢(shì)。因此，不會(huì)產(chǎn)生靜電力。所以，需要另外的獨(dú)立電極以驅(qū)動(dòng)移動(dòng)電極。
這樣的控制電極必須設(shè)置在開關(guān)體外側(cè)，并且必須形成在下層側(cè)或在上層側(cè)，以能夠施加比固定電極和移動(dòng)電極之間的靜電力更大的靜電力。所以，設(shè)置控制電極變得非常困難，并且實(shí)現(xiàn)該控制電極也很困難。
而且，該結(jié)構(gòu)需要三種不同的金屬層，即固定電極(信號(hào)線)、設(shè)置在固定電極上的上金屬層(金屬層)和移動(dòng)電極(金屬層)。制造這些金屬層的開關(guān)主體的步驟很復(fù)雜。另外，存在的問題是，控制電極的布置使得結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。
另一方面，在專利文獻(xiàn)1中，對(duì)應(yīng)于移動(dòng)電極的梁被水平驅(qū)動(dòng)，從而垂直于基板表面形成圖案。因此，固定電極和移動(dòng)電極由一個(gè)和相同的層形成。因此，移動(dòng)電極和固定電極可以通過單個(gè)金屬層的成膜步驟和構(gòu)圖步驟獲得。制造工藝中的問題得到廣泛地解決。
該結(jié)構(gòu)的特征在于，因?yàn)橐苿?dòng)電極和固定可以通過單個(gè)金屬層制造，所以可以使得制造變得容易。但是，在該結(jié)構(gòu)中，使用靜電力通過接觸形成電容耦合。因此，如下的問題依然沒有得到解決。即，當(dāng)表面中的表面精確性惡化時(shí)，不能獲得足夠的導(dǎo)通電容。因此，不能夠獲得最終的導(dǎo)通/截止電容率。
另一方面，專利文獻(xiàn)2提出了這樣一種技術(shù)，其中驅(qū)動(dòng)電極固定地形成在硅基板上，并且以與控制電極相同的方式對(duì)該驅(qū)動(dòng)電極施加電壓，從而設(shè)置來將驅(qū)動(dòng)電極置于其間的梁在平行于硅基板的方向上移位，從而允許移動(dòng)接觸來彼此鄰接。在該示例中，移動(dòng)接觸形成來水平地移動(dòng)。但是，驅(qū)動(dòng)電極并不直接驅(qū)動(dòng)移動(dòng)接觸，但是通過移動(dòng)緊密地設(shè)置于該驅(qū)動(dòng)電極且距其預(yù)定間隙的梁來驅(qū)動(dòng)該移動(dòng)接觸。這里，驅(qū)動(dòng)電極作為一個(gè)錨部分。
當(dāng)如此單獨(dú)地提供驅(qū)動(dòng)電極時(shí)，占據(jù)面積大規(guī)模地增加，從而阻止了MEMS開關(guān)更加微型化。
鑒于該情形研發(fā)了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種易于制造、微型化并能夠獲得足夠?qū)?截止電容比的MEMS開關(guān)。
解決問題的手段為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)是這樣的MEMS開關(guān)，包括基板；導(dǎo)電梁，形成在基板的表面上；三層結(jié)構(gòu)梁，形成在基板的表面上并且設(shè)置來與導(dǎo)電梁相對(duì)；其中，三層結(jié)構(gòu)梁包括第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和夾置在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的介電層，其中，第一導(dǎo)電層與導(dǎo)電梁相對(duì)，其中，導(dǎo)電梁和三層結(jié)構(gòu)梁中至少一個(gè)由于靜電力在平行于基板的平面上移位，使得導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電層彼此接觸，以及其中，當(dāng)導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電層彼此接觸時(shí)，導(dǎo)電路徑形成在導(dǎo)電梁和第二導(dǎo)電層之間。
通過該構(gòu)造，可以容易地通過金屬-金屬接觸形成電容，而不依賴于表面粗糙度。即使當(dāng)由于靜電力使三層結(jié)構(gòu)梁的第一導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁被吸引而相互接觸時(shí)，第二導(dǎo)電層可以提供更強(qiáng)的靜電力，以由于該靜電力而吸引導(dǎo)電梁，同時(shí)保持接觸狀態(tài)，而不會(huì)導(dǎo)致第一導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁彼此分開。另外，這些三層結(jié)構(gòu)梁或?qū)щ娏翰贾脕碓谄叫杏诨宓钠矫嫔弦莆?。因此，該三層結(jié)構(gòu)梁和導(dǎo)電梁可以由一層和相同層形成。即使當(dāng)?shù)诙?dǎo)電層形成得大于第一導(dǎo)電層時(shí)，也不用擔(dān)心施加過多的引力應(yīng)力，但是可以長(zhǎng)時(shí)間地保持穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。雖然需要獨(dú)立的控制電極來通過靜電力以保持金屬-金屬接觸中的接觸狀態(tài)，但是對(duì)應(yīng)于該控制電極的導(dǎo)電構(gòu)件也可以以該種方式用作電容器的第二導(dǎo)電層。即，由于可以在不提供另一個(gè)控制電極的情形下獲得金屬-金屬接觸，那么可以在由導(dǎo)電梁和第二導(dǎo)電層形成的輸入端和輸出端之間進(jìn)行開關(guān)操作。因此，可以獲得微型化和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的MEMS開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)包括其中第二導(dǎo)電層的介電形成表面具有不規(guī)則部分的MEMS開關(guān)。
通過該構(gòu)造，除了該效果之外，介電層由第一和第二導(dǎo)電層圍繞的區(qū)域的面積增加了，從而可以在不增加占據(jù)面積的情形下增加導(dǎo)電電容。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)包括其中介電層一側(cè)上的第二導(dǎo)電層的表面具有不規(guī)則部分的MEMS開關(guān)。
通過該構(gòu)造，除了該效果之外，其中介電層夾置在第一和第二導(dǎo)電層之間的電容器結(jié)構(gòu)的面積可得到增加，從而可以增加導(dǎo)通/截止電容比。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中第一導(dǎo)電梁和第二導(dǎo)電層設(shè)置為平行的MEMS開關(guān)。
通過該構(gòu)造，電容器面積得以增加，并且可以有效地施加靜電力。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中至少一個(gè)突起部分形成在電介質(zhì)側(cè)表面以及第一導(dǎo)電層設(shè)置在突起部分中的MEMS開關(guān)。
通過該構(gòu)造，依靠表面中的突起部分的突起增加了表面積。由于第一導(dǎo)電層形成在突起部分中，所以形成電容的電容器面積可以在不增加導(dǎo)通電容的情形得以增加。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中第一導(dǎo)電層僅設(shè)置在突起部分中的MEMS開關(guān)。
通過該構(gòu)造，第二導(dǎo)電層通過介電層與導(dǎo)電梁相面對(duì)，或在除突起部分之外的區(qū)域中與導(dǎo)電梁相鄰接。因此，可以施加靜電力，使得即使在第一導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁彼此接觸時(shí)也能夠保持該接觸狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中靜電力施加在第二導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁之間的MEMS開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中即使在導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電層彼此接觸時(shí)也施加靜電力的MEMS開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括這樣一種MEMS開關(guān)，其中，在導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電梁彼此接觸時(shí)所施加的靜電力是至少足夠大的力，以保持第一導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁之間的接觸。即，使得在導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電層彼此接觸時(shí)所施加的靜電力與足以保持第一導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁之間的接觸的力一樣大或比之更大。
通過該構(gòu)造，不同擔(dān)心一旦第一導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁相接觸之后它們會(huì)彼此分開。因此，可以確保足夠的接觸。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括這樣一種MEMS開關(guān)，其中，在導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電梁彼此接觸時(shí)所施加的靜電力產(chǎn)生在未與第一導(dǎo)電層相接觸的導(dǎo)電梁的區(qū)域中。
通過該構(gòu)造，可以在第二導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁之間施加足以保持導(dǎo)電梁與第一導(dǎo)電層相接觸的狀態(tài)的靜電力。例如，其中未形成第一導(dǎo)電層的區(qū)域形成來使得將該區(qū)域與導(dǎo)電梁相對(duì)設(shè)置，而無需將第一導(dǎo)電層置于其間。僅在形成其中未形成第一導(dǎo)電層的區(qū)域時(shí)，可以在沒有獨(dú)立地提供控制電極或驅(qū)動(dòng)電極的情形下，保持該接觸狀態(tài)。
即，該結(jié)構(gòu)是這樣的結(jié)構(gòu)，其中，通過形成第一導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁之間的金屬-金屬接觸的電容確保區(qū)域獲得導(dǎo)通電容，并且用于保持導(dǎo)電梁和三層結(jié)構(gòu)梁之間的接觸狀態(tài)的靜電力確保區(qū)域是由在第二導(dǎo)電層上的介電層和導(dǎo)電層之間的電介質(zhì)-金屬接觸區(qū)域或電介質(zhì)-金屬接近區(qū)域而形成的，從而通過同一三層結(jié)構(gòu)梁的不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了電容的確保和靜電力的確保。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括這樣一種MEMS開關(guān)，其中，第二導(dǎo)電層形成得大于第一導(dǎo)電層，并且第二導(dǎo)電層包括設(shè)置來與導(dǎo)電梁相對(duì)的區(qū)域，而沒有將第一導(dǎo)電層置于其間。
通過該構(gòu)造，當(dāng)導(dǎo)電梁與第一導(dǎo)電層相鄰時(shí)，導(dǎo)電梁的電勢(shì)變得等于第一導(dǎo)電層的電勢(shì)，從而不會(huì)施加靜電力。因此，導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電層從彼此分開。但是，例如，與在沒有將第一導(dǎo)電層置于其間的情形下與導(dǎo)電梁相對(duì)設(shè)置的區(qū)域可以形成來使得足以保持接觸狀態(tài)的靜電力可以施加在第二導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁之間。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括這樣一種MEMS開關(guān)，其中，第二導(dǎo)電層在它與導(dǎo)電梁相對(duì)的表面中包括至少一個(gè)突起表面，并且該介電層與該表面一體形成，同時(shí)第一導(dǎo)電梁形成在該突起部分中。
通過該構(gòu)造，可以使得制造容易，并且由于提供了表面中的不規(guī)則部分使得表面積增加。由于第一導(dǎo)電層形成在突起部分中，所以形成電容的電容器的面積可以在不減小導(dǎo)通電容的情形下得以增加。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括這樣一種MEMS開關(guān)，其中，通過在不包括突起部分的區(qū)域中的介電層，第二導(dǎo)電層可以與導(dǎo)電梁相鄰接，從而形成電容耦合。
通過該構(gòu)造，當(dāng)導(dǎo)電梁和三層結(jié)構(gòu)梁在導(dǎo)通狀態(tài)下彼此接觸時(shí)，不但可以施加通過重疊第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層而形成的電容，而且可以施加通過重疊第二導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁而形成的電容。因此，不需提供另一個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，但是可以獲得足夠的電容，并且可以使得該MEMS開關(guān)更加微型化。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)也包括這樣的MEMS開關(guān)，其還包括另一個(gè)三層結(jié)構(gòu)梁，其中，導(dǎo)電梁夾置在兩個(gè)三層結(jié)構(gòu)梁之間，其中，一個(gè)三層結(jié)構(gòu)梁的第二導(dǎo)電層形成輸出端，同時(shí)另一個(gè)三層結(jié)構(gòu)梁的第二導(dǎo)電層連接到地電勢(shì)，以及其中，導(dǎo)電梁和三層結(jié)構(gòu)梁中至少一個(gè)由于靜電力在平行于基板的平面上移位，使得導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電層彼此接觸，以及當(dāng)導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電層彼此接觸時(shí)，導(dǎo)電路徑形成在導(dǎo)電梁和第二導(dǎo)電層之間。
通過該構(gòu)造，即使在截止?fàn)顟B(tài)也可以形成電容耦合。因此，可以獲得更加穩(wěn)定的MEMS開關(guān)，其中即使在RF頻帶中使用時(shí)也可以減少誤操作。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中基板是硅基板的MEMS開關(guān)。
通過該構(gòu)造，可以使用通常的半導(dǎo)體工藝容易地形成該MEMS開關(guān)，并且可以與其它電路裝置容易地集成。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中基板是GaAs基板的MEMS開關(guān)。
通過該構(gòu)造，MEMS可以與其它電路裝置容易地集成。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中基板是玻璃基板的MEMS開關(guān)。
當(dāng)形成液晶基板等時(shí)，形成硅薄膜并在該硅薄膜中形成MEMS開關(guān)。因此，該MEMS開關(guān)可以與其它電路裝置容易地集成。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中基板的表面涂覆有絕緣層的MEMS開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括這樣一種MEMS開關(guān)，其中，三層結(jié)構(gòu)梁的第一和第二導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁包括在一個(gè)和相同工藝中形成的導(dǎo)電層。
通過該構(gòu)造，可以以極其簡(jiǎn)單的構(gòu)造獲得微型化和高精度的MEMS開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中導(dǎo)電梁形成為固定梁的MEMS開關(guān)。通過該構(gòu)造，信號(hào)線的連接變得容易。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中導(dǎo)電梁形成為移動(dòng)梁的MEMS開關(guān)。通過該構(gòu)造，導(dǎo)電梁為單層并且重量輕，使得可以通過小的靜電力來驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電梁。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中三層結(jié)構(gòu)梁形成移動(dòng)梁的MEMS開關(guān)。通過該構(gòu)造，導(dǎo)電梁和三層結(jié)構(gòu)梁可以移位來使得每個(gè)梁的移位距離可以減小一半。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中三層結(jié)構(gòu)梁由垂直三層結(jié)構(gòu)所形成的MEMS開關(guān)。
通過該構(gòu)造，制造變得容易，并且可以提高表面的平整度。因此，MEMS開關(guān)可以容易地與其它電路裝置集成。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括其中三層結(jié)構(gòu)梁的驅(qū)動(dòng)表面形成來在三層結(jié)構(gòu)梁的縱向上橫跨三層結(jié)構(gòu)梁的MEMS開關(guān)。
希望驅(qū)動(dòng)表面平行于基板表面。驅(qū)動(dòng)表面并不總是平行于基板表面，但是它可以形成在縱向方向。例如，電極、介電層和電極可以沿著溝槽的側(cè)壁疊層，從而驅(qū)動(dòng)表面將垂直于三層結(jié)構(gòu)梁(主體)的疊層方向。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)還包括這樣一種MEMS開關(guān)，其中，防止導(dǎo)電梁和三層結(jié)構(gòu)梁的重疊區(qū)域依賴于RF輸入端和RF輸出端之間的導(dǎo)電路徑的開啟/關(guān)閉狀態(tài)。
通過該構(gòu)造，提供了設(shè)計(jì)的自由度。
發(fā)明效果在根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)中，通過靜電力將信號(hào)線本身移位，從而將其在平行于基板表面的平面上驅(qū)動(dòng)。因此，不必提供另一個(gè)控制電極，但是可以在不放棄MEMS開關(guān)微小尺寸的情形下減小驅(qū)動(dòng)電壓。
另外，僅在增加梁的厚度從而可以獲得更大的操作區(qū)域時(shí)，在不犧牲任何基板表面積的情形，可以進(jìn)一步減小驅(qū)動(dòng)電壓。
另外，在該MEMS開關(guān)中，可以獲得令人滿意的大的導(dǎo)通/截止電容比，而不依賴于接觸區(qū)域的表面粗糙度。
而且，像空氣橋設(shè)置的梁和兩個(gè)三層結(jié)構(gòu)梁電容器的導(dǎo)電部分可以由一個(gè)和相同的金屬層形成。因此，可以一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低的開關(guān)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的MEMS開關(guān)的透視圖。
圖2是示出了相同的MEMS開關(guān)導(dǎo)通的狀態(tài)的示意圖。
圖3是示出了相同的MEMS開關(guān)截止的狀態(tài)的示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的MEMS開關(guān)的制造工藝的示意圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的MEMS開關(guān)的制造工藝的示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的MEMS開關(guān)的制造工藝的示意圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的MEMS開關(guān)的制造工藝的示意圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的MEMS開關(guān)的制造工藝的示意圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的MEMS開關(guān)的制造工藝的示意圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的MEMS開關(guān)的透視圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的MEMS開關(guān)的透視圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的MEMS開關(guān)的透視圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的MEMS開關(guān)的透視圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的MEMS開關(guān)的主體部分的放大示意圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的MEMS開關(guān)的主體部分放大部分的變形示意圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的MEMS開關(guān)的主體部分放大部分的變形示意圖。
圖17是用于說明本發(fā)明的通常的梳齒結(jié)構(gòu)的主體部分的放大示意圖。
圖18是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的MEMS開關(guān)的主體部分的放大示意圖。
圖19是示出根據(jù)實(shí)施例3的MEMS開關(guān)中電容變化率和梳齒結(jié)構(gòu)中的電容變化率的圖。
附圖參考標(biāo)號(hào)B1第一三層結(jié)構(gòu)梁； B2第二三層結(jié)構(gòu)梁；30形成第一三層結(jié)構(gòu)梁的第二導(dǎo)電層；32形成第二三層結(jié)構(gòu)梁的第二導(dǎo)電層；34、36介電層；38形成第一三層結(jié)構(gòu)梁的第一導(dǎo)電層；40形成第二三層結(jié)構(gòu)梁的第一導(dǎo)電層；42導(dǎo)電梁； 44氧化硅膜(絕緣膜)；46硅基板(基板)；50、52金屬接觸部分；60基板；62氧化硅膜；64第一光刻膠； 66氮化硅膜(介電層)；68第二光刻膠； 70金屬層；72第三光刻膠； 80驅(qū)動(dòng)表面；82金屬-金屬接觸表面84電容區(qū)域；86驅(qū)動(dòng)表面。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地說明。
實(shí)施例1

該MEMS開關(guān)是通過MEMS技術(shù)加工硅基板1而形成的。如圖1所示，形成該MEMS從而在硅基板46的表面中布置空氣橋。該MEMS開關(guān)由導(dǎo)電梁42以及每個(gè)具有電容結(jié)構(gòu)的第一和第二三層結(jié)構(gòu)梁B 1和B2形成。導(dǎo)電梁42和三層結(jié)構(gòu)梁B1分別連接到輸入端子和輸出端子，并且還將三層結(jié)構(gòu)梁B2接地。每個(gè)這些第一和第二三層結(jié)構(gòu)梁通過將電介質(zhì)層夾置在第一導(dǎo)電層38、40和第二導(dǎo)電層30、32之間形成。然后，具有該置于二者之間的導(dǎo)電梁42的第一和第二三層結(jié)構(gòu)梁B1和B2由于靜電力而在平行于基板的平面上移位，從而導(dǎo)電梁42和第一導(dǎo)電層38或40可以在平行于基板的平面上彼此相鄰接。當(dāng)導(dǎo)電梁與第一導(dǎo)電層38或40相鄰接時(shí)，導(dǎo)電路徑形成在導(dǎo)電梁和第二導(dǎo)電層30或32之間。因此，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)功能。在這些第一和第二三層結(jié)構(gòu)梁B1和B2每個(gè)中，介電層34、36夾置在與導(dǎo)電梁42相對(duì)的第一導(dǎo)電層38、40和設(shè)置在外側(cè)的第二導(dǎo)電層30或32之間，從而形成電容器。
這里，導(dǎo)電梁以及第一和第二導(dǎo)電層是在一個(gè)及相同的工藝中由金屬層形成的。
當(dāng)該MEMS開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，第一三層結(jié)構(gòu)梁B1和導(dǎo)電梁42由于靜電力彼此吸引，從而被移位并彼此接觸。從輸入端子輸入的信號(hào)通過導(dǎo)電梁42和三層結(jié)構(gòu)梁B1輸出到輸出端子。
另一方面，當(dāng)MEMS截止時(shí)，導(dǎo)電梁42與第二三層結(jié)構(gòu)梁B2的第一導(dǎo)電層40相鄰接，從而形成在該導(dǎo)電梁和三層結(jié)構(gòu)梁的第二導(dǎo)電層32之間的導(dǎo)電路徑。在該情形中，輸入信號(hào)被接地，從而可以確保更高的隔離。以這樣的方式，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)操作。
另外，這里為了使寄生電容最小，將硅基板46的表面涂覆氧化硅膜44，并且MEMS開關(guān)形成在該氧化硅膜44上。
接下來，將參考圖2和圖3對(duì)該MEMS開關(guān)的導(dǎo)通/截止操作進(jìn)行說明。圖2是示出了MEMS開關(guān)處于導(dǎo)通的狀態(tài)的示意圖，圖3是示出了MEMS開關(guān)處于截止的狀態(tài)的示意圖。第一三層結(jié)構(gòu)梁B1的第二導(dǎo)電層30的電勢(shì)和第二三層結(jié)構(gòu)梁B2的第二導(dǎo)電層32的電勢(shì)通常分別設(shè)置在Vdc和地電勢(shì)。這里，如圖2所示，為了將該MEMS開關(guān)導(dǎo)通，通過電感施加到導(dǎo)電梁42的電勢(shì)Vc被設(shè)置為地電勢(shì)。在該情形，在導(dǎo)電層30和導(dǎo)電梁42之間的電勢(shì)差異達(dá)到Vd，從而第一三層結(jié)構(gòu)梁B1和導(dǎo)電梁42由于第一三層結(jié)構(gòu)梁B1的導(dǎo)電層30和導(dǎo)電梁40之間的靜電力而移位，從而形成金屬-金屬的接觸。因此，通過導(dǎo)電梁42和第一三層結(jié)構(gòu)梁B1的第二導(dǎo)電層，從輸入端子輸入的信號(hào)作為輸出信號(hào)輸出。
在該結(jié)構(gòu)中，由于使用金屬-金屬接觸，所以可以獲得理想的導(dǎo)通電容，而不會(huì)形成平滑的接觸表面。換言之，只要該金屬-金屬接觸的阻抗足夠低而不限制RF特性中的插入損耗的任何因子，那么通過某些DC接觸可以獲得導(dǎo)通電容。這里，當(dāng)MEMS開關(guān)處于圖2所述的導(dǎo)通位置時(shí)，導(dǎo)通電容Con可以表述為Con＝e0×er×A50/d34。這里A50表示金屬接觸部分50的面積，而d34表示電介質(zhì)層34的厚度。
類似，圖3是示出了MEMS開關(guān)處于截止的狀態(tài)的示意圖。這里，如圖3所示，為了將該MEMS開關(guān)截止，電勢(shì)Vd為+Vc施加到導(dǎo)電梁42。在該情形，第二三層結(jié)構(gòu)梁B2的第二導(dǎo)電層32的電勢(shì)是地電勢(shì)。因此，由于與導(dǎo)電梁42的靜電力，第二三層結(jié)構(gòu)梁B2和導(dǎo)電梁42移位以彼此接近，從而形成金屬-金屬的接觸。因此，通過導(dǎo)電梁42和三層結(jié)構(gòu)梁B1被處于打開狀態(tài)，而且導(dǎo)電梁42與三層結(jié)構(gòu)梁B2相鄰接從而被接地。因此，可以獲得更高的隔離。
接下來，將參考圖4到9說明該MEMS開關(guān)的工藝。
硅半導(dǎo)體基板等用作其上實(shí)現(xiàn)MEMS的基板60。這里，將對(duì)使用硅基板的情形進(jìn)行說明。
第一，如圖4所示，通過CVD方法等，在硅基板表面上形成例如300nm到1μm厚的氧化硅膜62。
這里如圖5所示，通過旋涂對(duì)氧化硅膜62涂覆作為犧牲層的光刻膠，通過使用希望的掩模進(jìn)行曝光和顯影形成第一圖案64。希望該光刻膠為1-3μm厚。該厚度是確定基板和導(dǎo)電梁以及第一和第二三層結(jié)構(gòu)梁B1和B2中每個(gè)之間的距離的因數(shù)。為了平滑地形成導(dǎo)電梁42以及第一和第二三層結(jié)構(gòu)梁B1和B2的梁支撐部分，使作為犧牲層的光刻膠的形狀變得平滑。為此，在希望的溫度進(jìn)行后烘焙，例如在約180℃。該溫度根據(jù)所使用的光刻膠的組分而不同。如果后烘焙溫度太高，那么光刻膠將太平滑。如果后烘焙溫度太低，那么光刻膠將是有角的。所以優(yōu)化該后烘焙溫度很重要。
接下來，如圖6所示，例如通過CVD方法等沉積膜厚1-3μm的氮化硅膜66。
之后，通過旋涂涂敷光刻膠，并且在氮化硅膜66上，通過亞微米級(jí)的分辨率的比如電子束曝光、X-光曝光、分檔器曝光等的曝光和顯影形成第二光刻膠68作為上層。
之后，如圖7所示，使用該第二光刻膠68作為掩膜，通過使用等離子的干法蝕刻，將氮化硅膜66構(gòu)圖。在該情形，因?yàn)榕c使用磷酸等作為蝕刻劑的濕法蝕刻相比，干法蝕刻易于控制底切，所以希望使用干法蝕刻。這里，當(dāng)使用除氮化硅膜之外的絕緣膜時(shí)，根據(jù)絕緣膜材料，希望選擇干法蝕刻或濕法蝕刻作為適當(dāng)?shù)囊环N方法使用。該工藝確定了三層結(jié)構(gòu)梁的介電層的厚度，即第一和第二三層結(jié)構(gòu)梁的電容器的電容。所以，就是否可以形成精確圖案與否，必須注意該工藝。
應(yīng)該將形成介電層的氮化硅膜66的寬度保持得盡可能小，以最小化截至電容和最大化導(dǎo)通/截至電容變化率。
在如此形成了形成介電層的氮化硅膜66的圖案之后，通過使用電子束蒸發(fā)器等，將金等的金屬層70形成為與介電層的厚度(在圖6的示例中為1-3μm)大致相同。這里，希望以如此的狀態(tài)來沉積金屬層70，其中用于構(gòu)圖形成介電層的氮化硅膜66的第二光刻膠68保持原樣留下。當(dāng)如此以第二光刻膠68保持原樣的狀態(tài)沉積金屬層70時(shí)，該第二光刻膠68可以通過剝離方法被有效地去除，即使金屬層形成在比如形成介電層的氮化硅膜66的圖案的上表面等的不希望的區(qū)域中。
接下來，如圖8所示，通過旋涂涂敷第三光刻膠，使用希望的掩膜曝光和顯影，形成第三光刻膠72的圖案。
然后，使用比如RIE等的干法蝕刻技術(shù)對(duì)金屬層70進(jìn)行蝕刻。之后，通過使用氧等離子體的灰化去除第一和第三光刻膠64和72。于是，如圖9所示，形成了空氣橋狀梁，并且形成了0.6到2μm的空氣間隙尺寸。作為該工藝的最終示意圖的圖9是示出MEMS開關(guān)的圖1中沿線A-A截取的橫截面圖。
這里，第一三層結(jié)構(gòu)梁B1是由金屬層70制成的第一導(dǎo)電層30、氮化硅膜66制成的梁狀介電層34、和金屬層70制成的第一導(dǎo)電層38構(gòu)成。導(dǎo)電梁42也是由金屬層70形成。而且，第二三層結(jié)構(gòu)梁B2是由金屬層70制成的第一導(dǎo)電層32、氮化硅膜66制成的梁狀介電層36構(gòu)成。
另外，在如此形成的MEMS開關(guān)中，每個(gè)梁長(zhǎng)500μm，寬2μm和厚2μm，并且每個(gè)第一導(dǎo)電層38、40寬1μm和長(zhǎng)400μm。由介電層34、36覆蓋的第二電極表面在相對(duì)的端部分顯露，從而形成與導(dǎo)電梁42相對(duì)的區(qū)域(靜電力確保區(qū)域10)。
當(dāng)導(dǎo)電梁42與第一導(dǎo)電層38相鄰接時(shí)，該由第一導(dǎo)電層顯露的部分用來施加足夠的靜電力以保持該狀態(tài)，并且穩(wěn)定地保持第二導(dǎo)電層30吸引導(dǎo)電梁42的狀態(tài)。即，第二導(dǎo)電層起到RF輸出端和驅(qū)動(dòng)電極(控制電極)的作用。
也即，這里，作為涂敷了介電層34的第二電極的第二導(dǎo)電層30，以及導(dǎo)電梁42的每個(gè)端部分可以形成金屬-電介質(zhì)接觸，或者可以彼此分開同時(shí)由于靜電力而被吸引。在任何一種情形中，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電層38和導(dǎo)電梁42形成接觸時(shí)，如果在第二導(dǎo)電層30上的介電層34和導(dǎo)電梁42足夠近以保持導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電層之間由于該靜電力的接觸狀態(tài)，那么其將順利進(jìn)行。(該區(qū)域形成下面將說明的靜電力確保區(qū)域10。)這解決了使用金屬-金屬接觸所造成的問題。即，可以保持適當(dāng)?shù)牟僮?，而無需單獨(dú)地提供控制電極。
換言之，該結(jié)構(gòu)是其中通過形成第一導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁之間的金屬-金屬接觸的電容確保區(qū)域20所獲得的導(dǎo)電電容的結(jié)構(gòu)，并且導(dǎo)電梁和三層結(jié)構(gòu)梁之間的接觸狀態(tài)通過靜電力確保區(qū)域10而獲得，該靜電力確保區(qū)域10用于基于第二導(dǎo)電層上的介電層和導(dǎo)電梁之間的電介質(zhì)-金屬接觸區(qū)域或電介質(zhì)-金屬接近區(qū)域而保持該接觸狀態(tài)。
所以可以在無需防止電極更微型化的情形下提供高可靠性的MEMS。
而且，通過該方法形成MEMS開關(guān)時(shí)，通過單個(gè)金屬層形成第一和第二導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁。因此，該金屬層的厚度是恒定的。
在該方式中，可以極高精度地控制厚度，從而可以形成高可靠性的MEMS。
在實(shí)施例1中，使用金作為形成導(dǎo)電梁的和三層結(jié)構(gòu)膜的每個(gè)電極的金屬層。但是，該材料不限于金，可以使用比如Mo、Ti、Al或Cu等的其它材料、或比如非晶硅的摻雜了高濃度雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電高分子材料等。而且，至于形成膜的方法，可以通過使用濺鍍方法、CVD方法、鍍覆方法等以及電子束沉積方法來形成該膜。
而且，雖然在實(shí)施例1中使得導(dǎo)電梁和三層結(jié)構(gòu)是可移動(dòng)的，但是可以僅使導(dǎo)電梁是可以移動(dòng)的。
另外，雖然在實(shí)施例1中空氣橋形成來突起在基板表面上，但是可以相反地形成溝槽，從而可以形成懸臂或拱形梁以跨越該溝槽。
而且，當(dāng)然根據(jù)本發(fā)明的MEMS是微型化的，能夠高速操作并有效地作為分離元件。該MEMS開關(guān)可以與其它電路元件一起集成。即，可以具有低傳輸損耗、小尺寸和高可靠性的MEMS開關(guān)的半導(dǎo)體集成電路器件。
另外，形成這樣的MEMS開關(guān)，其中通過各個(gè)實(shí)施例的示例在基板表面上形成梁。每個(gè)實(shí)施例可以具有其中具有希望截面形狀的溝槽形成在基板中的構(gòu)造，并且在該溝槽上留有梁以作為可移動(dòng)部分。這樣的構(gòu)造可以容易地通過使用硅等的各向異性蝕刻來形成和實(shí)現(xiàn)。
而且，對(duì)于基板，如果選擇的電極材料適于使用的基板，那么可以使用GaAs等的化合物半導(dǎo)體基板等以及硅基板。與其它電路元件的集成可以極其容易。
實(shí)施例2根據(jù)該實(shí)施例2的MEMS開關(guān)的驅(qū)動(dòng)方法和基本構(gòu)造與實(shí)施例1中的相類似。所有的梁形成為實(shí)施例1中的拱形梁。但是，如圖10所示，根據(jù)實(shí)施例2的MEMS開關(guān)的特征在于，位于中心的導(dǎo)電梁42形成來具有比拱形梁略短的懸臂梁結(jié)構(gòu)。即，如圖10所示，該MEMS開關(guān)的特征在于，導(dǎo)電梁42制備為任何其它梁的一半長(zhǎng)，即250μm。
根據(jù)該實(shí)施例的MEMS開關(guān)與根據(jù)實(shí)施例1的MEMS開關(guān)的不同之處在于，形成第二三層結(jié)構(gòu)梁的第二導(dǎo)電層不接地而連接到第二輸出端。
通過該配置，當(dāng)導(dǎo)電梁42鄰接設(shè)置在導(dǎo)電梁42的左、右的第一三層結(jié)構(gòu)梁和第二三層結(jié)構(gòu)梁時(shí)，如圖10所示的開關(guān)就從截至狀態(tài)移動(dòng)到導(dǎo)通狀態(tài)，從而形成導(dǎo)電路徑。
在該結(jié)構(gòu)中，如從下面所述清楚的是，形成導(dǎo)通/截至電容器的部分的重疊面積彼此獨(dú)立。所以可以增加導(dǎo)通/截至電容變化率。
CON/COFF＝(eo×er×AONoverlap/ddiel)/(eo×er×AOFFoverlap/dair)＝(dair×AONoverlap)/(ddiel×AOFFoverlap)這里，AONoverlap＞AOFFoverlap另外，由于重疊部分的面積是獨(dú)立的，所以實(shí)際驅(qū)動(dòng)表面80可以形成得大于金屬-金屬接觸表面82。因此，可以減小驅(qū)動(dòng)電壓和增加開關(guān)速度。
另外，根據(jù)如圖11所示的變形的MEMS開關(guān)具有其中導(dǎo)通/截至電容變化率可以以相同方式增加的結(jié)構(gòu)。該MEMS開關(guān)與如圖10所示的實(shí)施例2的MEMS開關(guān)就移動(dòng)梁的錨而言略微不同。即，在相對(duì)側(cè)上的三層結(jié)構(gòu)梁形成為懸臂梁。因此，所有的梁形成為懸臂梁。
當(dāng)對(duì)對(duì)所有拱形梁和懸臂梁的梁施加均勻的力時(shí)，彈簧常數(shù)可以通過如下的比較表達(dá)式表示k＝32×E×t(w/l)^3 (拱形梁)k＝2/3×E×t(w/l)^3(懸臂梁)這里，E表示材料的楊氏模量，t表示梁厚度，w表示寬度，而l表示長(zhǎng)度。
從上述表述清楚的是，懸臂梁的彈簧常數(shù)比拱形梁的彈簧常數(shù)要小。因此，在根據(jù)圖11所示的該變形的MEMS開關(guān)中，與根據(jù)圖10所示的示例的MEMS開關(guān)相比，可以略微減小驅(qū)動(dòng)電壓，增加開關(guān)速度。
實(shí)施例3根據(jù)該實(shí)施例，如圖12所示，作為電容區(qū)域84和驅(qū)動(dòng)表面86的突起部分形成在第二導(dǎo)電層30和32的表面中。圖12示出了截至狀態(tài)。在導(dǎo)通狀態(tài)中，導(dǎo)電梁42與每個(gè)電容區(qū)域的金屬-金屬接觸表面82相鄰接，從而得到電耦合。
接下來，將說明導(dǎo)通狀態(tài)中的耦合狀態(tài)。圖14是示出了導(dǎo)通狀態(tài)中的接觸表面的放大視圖。示出了其中導(dǎo)電梁42與第一三層結(jié)構(gòu)梁的第一導(dǎo)電層(第一電極)38相鄰接的狀態(tài)。當(dāng)由于靜電力導(dǎo)電梁42和金屬-金屬接觸表面82移動(dòng)而彼此相鄰接時(shí)，形成第一三層結(jié)構(gòu)梁的第一導(dǎo)電層38的電勢(shì)變得等于導(dǎo)電梁42的電勢(shì)。因此，通過形成在第一三層結(jié)構(gòu)梁的第一導(dǎo)電層38和形成第一三層結(jié)構(gòu)梁的第二導(dǎo)電層之間的介電層34形成了電容。A表示突起部分(不包括介電層34的膜厚度B)的高度，B表示介電層34的膜厚度，C表示突起部分的寬度，D表示第一電極的膜厚度。
這里，Choriz表示平行于導(dǎo)電梁42的部分的電容，表示為Choriz＝eo×er×((C+2D)×t)/B；Cvert表示垂直于導(dǎo)電梁42，表示為Cvert＝eo×er×(2A×t)/B。在該情形中，導(dǎo)通狀態(tài)下的電容表示為CON＝Choriz+Cvert。因此，當(dāng)電極的形狀改變時(shí)，尤其是當(dāng)A的值改變時(shí)，導(dǎo)通狀態(tài)下的電容可以設(shè)定為希望的值。
接下來，將說明截至狀態(tài)。圖12示出了開關(guān)的截至狀態(tài)。通過導(dǎo)電梁42和第一三層結(jié)構(gòu)梁B1之間的間隙、導(dǎo)電梁42和第二三層結(jié)構(gòu)梁B2之間的間隙、和每個(gè)電容器形成部分的面積確定了截至電容。在該導(dǎo)通狀態(tài)下，電容器形成部分的區(qū)域包括三層結(jié)構(gòu)梁的電容區(qū)域84。所以，該電容區(qū)域84反應(yīng)為導(dǎo)通/截至電容比。另外，根據(jù)該實(shí)施例，導(dǎo)通電容獨(dú)立于截至電容增加。圖13所示的示例與圖12所示的示例相似。圖13所示的示例與圖12所示的示例的不同之處在于，連接到RF輸入端并形成信號(hào)線的中心導(dǎo)電梁42形成為懸臂梁。這里，導(dǎo)電梁42使用線性梁而非梳齒狀梁。于是，優(yōu)點(diǎn)在于，三層結(jié)構(gòu)梁B1和B2的間隙可以擴(kuò)展來進(jìn)一步減小截至電容。
這將根據(jù)圖17、18、19說明。圖17示出了相關(guān)的技術(shù)的梳齒狀結(jié)構(gòu)。圖18示出了該實(shí)施例。圖19示出了當(dāng)間隙(g)改變時(shí)每個(gè)電容變化率。這里，圖17和18的每個(gè)突起部分的長(zhǎng)度(d)和寬度(w)分別制備為10μm和2μm，圖17的梳齒的梳齒間隔(g0)制備為0.6μm，圖18的介電層的相對(duì)介電系數(shù)制備為10。于是，如圖19所示，在導(dǎo)通狀態(tài)下可以在兩個(gè)結(jié)構(gòu)中獲得相似的電容，雖然在截至(g＝5E-6)狀態(tài)下，該實(shí)施例中的電容可以制備得比梳齒結(jié)構(gòu)中的電容要小。因此，可以提高開關(guān)的隔離特性。
即，同樣，在形成驅(qū)動(dòng)表面的第二導(dǎo)電層30上的介電層34以及導(dǎo)電梁42可以形成金屬-電介質(zhì)接觸或者可以彼此隔開，同時(shí)由于靜電力而吸引。當(dāng)?shù)谝浑姌O和導(dǎo)電梁形成接觸時(shí)，如果由于靜電力第一電極和導(dǎo)電梁足夠接近以保持導(dǎo)電梁和第一電極之間的接觸狀態(tài)，那么這將順利進(jìn)行。
這解決了根據(jù)該實(shí)施例的MEMS開關(guān)中使用金屬-金屬接觸所帶來的問題。即，可以在沒有單獨(dú)地提供控制電極的情形下保持穩(wěn)定的操作。所以可以在不防止電極更微型化的情形提供高可靠型的MEMS。
這里同樣，該結(jié)構(gòu)是其中通過作為電容確保區(qū)域的電容區(qū)域84形成在第一導(dǎo)電層和導(dǎo)電梁之間的金屬-金屬接觸而得到導(dǎo)通電容的結(jié)構(gòu)，并且導(dǎo)電梁和三層結(jié)構(gòu)梁之間的接觸狀態(tài)通過驅(qū)動(dòng)表面86得以保持，驅(qū)動(dòng)表面86作為由第二導(dǎo)電層上的電介質(zhì)層和導(dǎo)電梁之間的電介質(zhì)-金屬接觸區(qū)域或電介質(zhì)-金屬接近區(qū)域制成的靜電力確保區(qū)域。
圖15示出了該實(shí)施例的變形，并且示出了與圖14相類似的主要部分放大視圖。圖15示出了其中MEMS開關(guān)導(dǎo)通使得導(dǎo)電梁42與第一三層結(jié)構(gòu)梁所制成的第一電極38相鄰接的狀態(tài)。這里，與圖14相比還有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樾纬沈?qū)動(dòng)表面86的第二導(dǎo)電層30上的介電層34位于每個(gè)突起部分的寬度上。
通過該構(gòu)造，每個(gè)突起部分的高度可以增加來進(jìn)一步增加導(dǎo)通狀態(tài)下的電容。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)表面86設(shè)置在突起部分的寬度方向上的接觸表面附近，從而防止降低靜電力下降，以保持導(dǎo)電梁和第一電極之間的接觸狀態(tài)。
圖16示出了根據(jù)該實(shí)施例的變形的MEMS開關(guān)。圖16示出了與圖15相類似的主要部分放大視圖。與圖15不同，圖16的特征在于，形成具有一定高度的每個(gè)突起部分的電容區(qū)域84形成為波浪形。因此，與其中每個(gè)突起部分在它的高度方向上形成為直線的圖15所示的構(gòu)造相比，其優(yōu)點(diǎn)在于可以獲得更高的導(dǎo)通電容。雖然在圖16中電容區(qū)域84形成為波浪形，但是電容區(qū)域可以為三角形等的集合。
根據(jù)該實(shí)施例的MEMS開關(guān)，由于為保持導(dǎo)電梁42和三層結(jié)構(gòu)梁(第一電極)38之間的接觸狀態(tài)而形成這一區(qū)域所導(dǎo)致的電容形成面積的降低通過形成側(cè)壁中的電容即突起部分的垂直表面而得以補(bǔ)償。
以這種方式，根據(jù)該實(shí)施例，導(dǎo)通/截止電容變化率大的高性能MEMS開關(guān)可以通過在MEMS開關(guān)導(dǎo)通時(shí)增加電容而獲得。
雖然在實(shí)施例3中使用直梁作為導(dǎo)電梁42，但是導(dǎo)電梁42不限于直梁，也可以使用其中梁中形成有突起部分的梳齒構(gòu)造。而且，當(dāng)通過該方法形成MEMS開關(guān)時(shí)，驅(qū)動(dòng)表面86和導(dǎo)電梁42之間的距離減小，從而可以略微減小驅(qū)動(dòng)電壓。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種微型化、驅(qū)動(dòng)電壓低和開關(guān)速度高的MEMS開關(guān)。因此，該MEMS開關(guān)可以適用于便攜式小型電子設(shè)備，比如蜂窩電話等。
權(quán)利要求
1.一種MEMS開關(guān)，包括基板；導(dǎo)電梁，形成在所述基板的表面上；三層結(jié)構(gòu)梁，形成在所述基板的表面上并且設(shè)置來與所述導(dǎo)電梁相對(duì)；其中，所述三層結(jié)構(gòu)梁包括第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和夾置在所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層之間的介電層，其中，所述第一導(dǎo)電層與所述導(dǎo)電梁相對(duì)，其中，所述導(dǎo)電梁和所述三層結(jié)構(gòu)梁中至少一個(gè)由于靜電力在平行于所述基板的平面上移位，使得所述導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電層彼此接觸，以及其中，當(dāng)所述導(dǎo)電梁和所述第一導(dǎo)電層彼此接觸時(shí)，導(dǎo)電路徑形成在所述導(dǎo)電梁和所述第二導(dǎo)電層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的MESM開關(guān)，其中，在所述介電層一側(cè)的第二導(dǎo)電層的表面包括不規(guī)則部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的MESM開關(guān)，其中，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層設(shè)置為平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的MESM開關(guān)，其中，至少一個(gè)突起部分形成在所述電介質(zhì)側(cè)表面中，以及其中，所述第一導(dǎo)電層設(shè)置在所述突起部分中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的MESM開關(guān)，其中，所述第一導(dǎo)電層僅設(shè)置在所述突起部分中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一個(gè)的MESM開關(guān)，其中，所述靜電力施加在所述第二導(dǎo)電層和所述導(dǎo)電梁之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的MESM開關(guān)，其中，即使在所述導(dǎo)電梁和所述第一導(dǎo)電層彼此接觸時(shí)，也施加了所述靜電力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的MESM開關(guān)，其中，在所述導(dǎo)電梁和所述第一導(dǎo)電梁彼此接觸時(shí)所施加的靜電力是至少足夠大的力，以保持所述第一導(dǎo)電層和所述導(dǎo)電梁之間的接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的MESM開關(guān)，其中，在所述導(dǎo)電梁和所述第一導(dǎo)電梁彼此接觸時(shí)所施加的靜電力產(chǎn)生在未與所述第一導(dǎo)電層相接觸的導(dǎo)電梁的區(qū)域中。
10.根據(jù)權(quán)利要求3的MESM開關(guān)，其中，所述第二導(dǎo)電層形成得大于所述第一導(dǎo)電層，并且所述第二導(dǎo)電層包括設(shè)置來與所述導(dǎo)電梁相對(duì)的區(qū)域，而沒有將所述第一導(dǎo)電層置于其間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一個(gè)的MESM開關(guān)，還包括另一個(gè)三層結(jié)構(gòu)梁，其中，所述導(dǎo)電梁夾置在兩個(gè)三層結(jié)構(gòu)梁之間，其中，一個(gè)三層結(jié)構(gòu)梁的第二導(dǎo)電層形成輸出端，同時(shí)另一個(gè)三層結(jié)構(gòu)梁的第二導(dǎo)電層連接到地電勢(shì)，以及其中，所述導(dǎo)電梁和三層結(jié)構(gòu)梁中至少一個(gè)由于靜電力在平行于所述基板的平面上移位，使得所述導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電層彼此接觸，以及當(dāng)所述導(dǎo)電梁和第一導(dǎo)電層彼此接觸時(shí)，導(dǎo)電路徑形成在所述導(dǎo)電梁和所述第二導(dǎo)電層之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一個(gè)的MESM開關(guān)，其中，所述基板是硅基板。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一個(gè)的MESM開關(guān)，其中，所述基板是GaAs基板。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一個(gè)的MESM開關(guān)，其中，所述基板是玻璃基板。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一個(gè)的MESM開關(guān)，其中，所述基板的表面涂覆有絕緣層。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一個(gè)的MESM開關(guān)，其中，所述三層結(jié)構(gòu)梁的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層以及所述導(dǎo)電梁包括在一個(gè)和相同工藝中形成的導(dǎo)電層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1到16中任一個(gè)的MESM開關(guān)，其中，所述導(dǎo)電梁形成為固定梁。
18.根據(jù)權(quán)利要求1到16中任一個(gè)的MESM開關(guān)，其中，所述導(dǎo)電梁形成為移動(dòng)梁。
19.根據(jù)權(quán)利要求1到18中任一個(gè)的MESM開關(guān)，其中，所述三層結(jié)構(gòu)梁形成移動(dòng)梁。
20.根據(jù)權(quán)利要求1到19中任一個(gè)的MESM開關(guān)，其中，所述三層結(jié)構(gòu)梁由垂直金屬-電介質(zhì)-金屬的層疊形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求1到20中任一個(gè)的MESM開關(guān)，其中，所述三層結(jié)構(gòu)梁的驅(qū)動(dòng)表面形成來在所述三層結(jié)構(gòu)梁的縱向上橫跨所述三層結(jié)構(gòu)梁。
全文摘要
一種容易制造且表現(xiàn)出適當(dāng)導(dǎo)通/截止(ON/OFF)電容變化率的精細(xì)MEMS開關(guān)。該MEMS開關(guān)包括基板(46)；導(dǎo)電梁(42)，形成在基板的表面上；三層結(jié)構(gòu)梁(B1、B2)，形成在基板的表面上并且設(shè)置來與導(dǎo)電梁相對(duì)。該MEMS開關(guān)的特征在于，三層結(jié)構(gòu)梁包括第一導(dǎo)電層(38、40)、第二導(dǎo)電層(30、32)和夾置在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的介電層(34、36)，第一導(dǎo)電層與導(dǎo)電梁(42)相對(duì)，導(dǎo)電梁(42)和三層結(jié)構(gòu)梁中至少一個(gè)由于靜電力在平行于基板的平面上移位，使得導(dǎo)電梁(42)和第一導(dǎo)電層(38、40)彼此接觸，以及其中，當(dāng)導(dǎo)電梁(42)和第一導(dǎo)電層(38、40)彼此接觸時(shí)，導(dǎo)電路徑形成在導(dǎo)電梁(42)和第二導(dǎo)電層(30、32)之間。
文檔編號(hào)H01H59/00GK1875446SQ20048003184
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月22日
發(fā)明者橋村昭范, 內(nèi)藤康幸, 中村邦彥, 中西淑人 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社