[發(fā)明專(zhuān)利]一種MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)和制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010170824.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111446089B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康曉旭;趙宇航
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01H1/00
• 分類(lèi)號(hào): H01H1/00;B81C1/00
• 代理公司: 上海天辰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;張磊

1.一種MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層上設(shè)有控制電極、第一連接電極和第二連接電極；

設(shè)于所述第一介質(zhì)層之上的導(dǎo)電支撐柱和第二介質(zhì)層，所述支撐柱的下端連接所述第二連接電極，所述支撐柱的上端連接導(dǎo)電懸臂梁，所述懸臂梁的下表面上設(shè)有突出的導(dǎo)電觸點(diǎn)，所述第二介質(zhì)層的側(cè)面上設(shè)有相上下銜接的第一卡槽和第二卡槽，所述懸臂梁的自由端在開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，落入所述第一卡槽中；

其中，當(dāng)在所述控制電極上施加一電壓時(shí)，所述懸臂梁受到吸引產(chǎn)生向下的彈性形變，使所述懸臂梁的自由端由所述第一卡槽中滑出并落入所述第二卡槽中，從而使所述觸點(diǎn)與所述第一連接電極相接觸，形成處于閉合狀態(tài)的開(kāi)關(guān)；當(dāng)取消施加在所述控制電極上的電壓時(shí)，所述懸臂梁在自身張應(yīng)力的作用下產(chǎn)生向上的彈性回復(fù)，使所述懸臂梁的自由端由所述第二卡槽中滑出并落入所述第一卡槽中，從而使所述觸點(diǎn)與所述第一連接電極相分離，形成處于打開(kāi)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述懸臂梁材料為具有張應(yīng)力的金屬材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述觸點(diǎn)為具有三角形或倒梯形截面的實(shí)體結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述觸點(diǎn)為具有三角形或倒梯形截面的多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)為由多層平面金屬圖形以及連接在各層所述平面金屬圖形之間的導(dǎo)電通孔所組成的彈簧結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一卡槽和第二卡槽具有內(nèi)凹的弧形槽面。

6.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

提供一具有第一介質(zhì)層的襯底，在所述第一介質(zhì)層上并列形成第一連接電極、控制電極和第二連接電極；

在所述第一介質(zhì)層表面上形成第二介質(zhì)層，對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行圖形化，露出所述第一介質(zhì)層上的第一連接電極、控制電極和第二連接電極，同時(shí)在所述第二介質(zhì)層面向所述第一連接電極的垂直側(cè)面上形成相上下銜接的第一卡槽和第二卡槽；

在所述第一介質(zhì)層上形成一至多層犧牲層，使所述犧牲層的最終表面停止在所述第一卡槽部分露出時(shí)的高度，并在所述犧牲層上形成向下進(jìn)入所述犧牲層中的導(dǎo)電觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，使所述觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)位于所述第一連接電極上方的位置，和在所述犧牲層上形成向下進(jìn)入所述犧牲層中的支撐柱結(jié)構(gòu)，使所述支撐柱的底部停止在所述第二連接電極上，以及在所述犧牲層的最終表面上形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，使所述懸臂梁的一端連接所述支撐柱，并使所述懸臂梁的自由端在連接所述觸點(diǎn)后，進(jìn)一步伸入所述第一卡槽中；

通過(guò)釋放工藝去除所述犧牲層，形成以所述懸臂梁的自由端卡設(shè)于所述第一卡槽中時(shí)的打開(kāi)狀態(tài)下的開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行圖形化時(shí)，具體包括：

通過(guò)各向同性刻蝕，在所述第二介質(zhì)層中形成具有上下銜接的兩個(gè)弧形凹面?zhèn)缺诘目涨唬⑹箍涛g停止在所述第一介質(zhì)層上，露出所述第一連接電極、控制電極和第二連接電極；其中，由位于所述空腔側(cè)壁上的上下銜接的兩個(gè)弧形凹面形成所述第一卡槽和第二卡槽。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，形成的所述懸臂梁為具有張應(yīng)力的金屬懸臂梁。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，形成的所述觸點(diǎn)為具有三角形或倒梯形截面的實(shí)體結(jié)構(gòu)，其形成方法具體包括：

在所述第一介質(zhì)層上形成一層犧牲層，將所述第二介質(zhì)層圖形覆蓋，然后利用回刻工藝，使所述犧牲層的最終表面下降至所述第一卡槽的三分之一至三分之二露出時(shí)的高度；

在所述犧牲層表面上形成向下進(jìn)入所述犧牲層中的三角形或倒梯形溝槽結(jié)構(gòu)，使所述溝槽對(duì)應(yīng)位于所述第一連接電極上方的位置；

在所述溝槽中填充金屬，在所述溝槽中形成所述觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，形成的所述觸點(diǎn)為具有三角形或倒梯形截面的多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)為由多層平面金屬圖形以及連接在各層所述金屬圖形之間的導(dǎo)電通孔所組成的彈簧結(jié)構(gòu)，其形成方法具體包括：

在所述第一介質(zhì)層上依次形成多層犧牲層，在各層的所述犧牲層中交替形成金屬圖形和通孔；其中，使位于最下層所述犧牲層中的金屬圖形具有三角形或倒梯形的截面結(jié)構(gòu)，自下而上的各層金屬圖形的面積依次增大，位于任意一層金屬圖形上下層的兩個(gè)通孔分別設(shè)置在該層金屬圖形的兩個(gè)相對(duì)的端部的上下表面上，位于最上一層的所述犧牲層的最終表面位于所述第一卡槽的三分之一至三分之二露出時(shí)的高度，且所述多層結(jié)構(gòu)以形成于最上一層的所述犧牲層中的一個(gè)金屬圖形或通孔連接所述懸臂梁。