微电子机械系统的制作方法
【专利说明】
[00011 本申请是申请日为2010年01月05日、申请号为201010002305.8、发明名称为"微电 子机械系统"的中国发明专利申请的分案申请。
[0002] 相关申请
[0003] 本申请要求于2009年1月5日提交的美国临时专利申请No.61/142,572的优先权， 出于各种目的而将其通过参考引入于此，如同在此进行了完整阐述。
技术领域
[0004] 本发明涉及微电子机械系统(MEMS)，更具体地，涉及使用磁性致动的MEMS开关。
【背景技术】
[0005] -些相关技术的电子开关是通过例如干簧继电器之类的电子电路来控制的。干簧 继电器是一种电子开关并且是一种在很多应用中广泛使用的常见电子部件。通常，干簧继 电器包括具有两个金属触点的玻璃封装。金属触点可以利用磁场来致动。相关技术的干簧 继电器对于很多应用而言非常大型、脆弱而且不可靠。一些其他相关技术的电子开关基于 磁效应，例如霍尔效应或巨磁阻效应(GMR)。此类电子开关是干簧继电器开关的较好替代 品，但是他们具有功耗方面的缺陷。亦即，当越来越多的电子电路应用是通过电池来操作的 时候，具有功耗的集成开关的益处是有问题的。
【发明内容】
[0006] 因此，本发明针对一种微电子机械系统，其基本上消除了由于相关技术的局限和 缺点所导致的一个或多个问题。
[0007] 本发明的有益效果是提供一种以集成固态MEMS技术来形成的MEMS开关。
[0008] 本发明的另一有益效果在于提供一种以微米级或纳米级来形成操作非常可靠和 精确的MEMS开关。
[0009] 本发明的又一有益效果在于提供一种具有悬臂架构的MEMS开关。
[0010] 本发明的再一有益效果在于提供一种具有扭转架构的MEMS开关。
[0011] 本发明的附加特征和有益效果将在随后的说明书中描述，并且一些部分根据描述 变得很明显，或者可以通过本发明的实践而获知。本发明的目的和其他有益效果将通过在 说明书和其权利要求书以及所附附图中具体指出的结构来实现和获得。
[0012] 为了实现这些和其他有益效果并且根据本发明的目的，如所实施和大体上描述的 那样，本发明的一个实施方式针对一种包括衬底的MEMS开关。在该衬底上形成输入和输出 触点。可移动结构支撑在该衬底的至少一部分上。该可移动结构包括邻近端部、中间部分和 末梢端部。可移动结构支撑在输出触点的至少一部分上并且与输入触点电接触。MEMS开关 能够在施加外部磁场的时候进行致动。
[0013] 在本发明的另一个实施方式中，MEMS开关形成在衬底上。该开关包括衬底上的输 入电极和输出电极。在输入电极上形成一种用于对该衬底的至少一部分上的可移动结构进 行支撑的结构。该可移动结构包括邻近端部、中间部分和末梢端部。该可移动结构耦接到该 可移动结构的中间部分，并且能够在施加外部磁场的时候进行致动。
[0014] 在本发明的又一实施方式中，MEMS开关形成在衬底上。MEMS开关包括衬底上的绝 缘层以及该绝缘层上的输入电极。此外，开关包括衬底上的输出电极以及电耦接到输入电 极的可移动支撑结构。该可移动支撑结构包括支撑结构和多个薄的透磁坡莫合金条带，并 且配置用于通过外部磁场从第一位置移动到第二位置以激活MEMS开关。
[0015] 需要理解的是，前述的一般性描述和随后的详细描述是示例性和解释性的，并且 旨在于提供所要求保护的本发明的进一步解释。
【附图说明】
[0016] 被包括进来以提供对本发明进一步理解并且结合进来并构成说明书一部分的附 图随同说明书一起示出了本发明的实施方式，以解释本发明的原理。
[0017] 在附图中：
[0018]图1图不了根据本发明一个实施方式的MEMS开关的侧视图；
[0019]图2A图示了根据本发明另一实施方式的MEMS开关的侧视图；
[0020] 图2B图示了图2A的MEMS开关的顶视图；
[0021]图2C图示了图2A-图2B的MEMS开关的侧视图及其操作；
[0022]图3A图示了根据本发明另一实施方式的MEMS开关的顶视图；
[0023]图3B图示了图3A中的MEMS开关沿A-A '线的截面图；
[0024] 图4A图示了根据本发明另一实施方式的MEMS开关的顶视图；以及
[0025] 图4B图示了图4A中的MEMS开关沿B-B '线的截面图。
【具体实施方式】
[0026] 本发明涉及一种微电子机械系统，更具体地，涉及一种使用磁性致动的MEMS开关。 该MEMS开关可以在没有内部功耗的情况下进行致动。亦即，开关可以通过外部磁场来进行 致动。该开关以集成固态MEMS技术来形成。MEMS开关以微米级或纳米级来形成并且非常可 靠和精确。MEMS开关可以被设计成各种架构，例如悬臂架构和扭转架构。扭转架构比悬臂架 构更加高效。
[0027]在一个实施方式中，MEMS开关形成在衬底上。该衬底可以是绝缘体上硅（SOI)衬 底，玻璃衬底，硅(Si)衬底，塑料衬底等等。也可以使用其他衬底。
[0028] 该衬底可以包括绝缘材料。该绝缘材料可以形成为薄的绝缘体层。该绝缘材料可 以是电介质材料，例如Si02，SiN等等。输入触点和输出触点形成在衬底上。该输入触点提供 到MEMS开关的输入，并且输出触点提供到MEMS开关的输出。可移动结构被支撑在该衬底的 至少一部分上。可移动结构的支撑位置取决于MEMS开关是悬臂架构还是扭转架构。该可移 动结构包括邻近端部、中间部分和末梢端部。该可移动结构通过邻近端部或中间部分的至 少一个来支撑。邻近端部支撑用于悬臂架构中，而中间部分用于扭转架构中。可选地，可以 在可移动架构的末梢端部上形成电接触。
[0029] 可移动结构能够在施加外部磁场的时候进行致动。亦即，该可移动结构进行移动 以通过该可移动结构的至少一部分在输入触点和输出触点之间提供电连接。输入触点和输 出触点可以始终进行切换，从而输入成为输出，并且反之亦然。显然，这在本领域技术人员 的认知范围之内。该可移动结构可以配置为多种不同的几何形状配置。例如，该可移动结构 可以配置成束状体并且通过支撑结构来形成。
[0030] 在优选实施方式中，该可移动结构形成在支撑结构上。该支撑结构由导电和/或磁 性材料形成。导电材料可以是合金或纯金属，例如金、铜等等。可移动结构可以形成在支撑 结构上并且包括多个薄膜磁性材料。该薄膜磁性材料包括诸如合金之类的磁性材料。在优 选实施方式中，该合金包括NiFeXoNi等等。薄膜可以利用本领域公知的沉积技术来形成， 诸如化学沉积工艺、物理沉积工艺等等。在优选实施方式中，薄膜利用电镀工艺来沉积。
[0031] 薄膜磁性材料可以沉积到另一结构顶部上的互连条带中，或者可以独立地形成其 自己的结构。将薄膜设置于窄长条带中最小化了退磁效应。该条带可以形成为具有范围从 大约1微米到大约1000微米的宽度、范围从约10微米到大约1000微米的长度，以及范围从大 约0.1微米到大约100微米的高度。长度/宽度，长度/高度以及宽度/高度的纵横比大于1。在 优选实施方式中，纵横比不小于5。
[0032] 开关的致动是通过将MEMS开关放置于磁场中来实现的。该致动的实现可以无需向 MEMS开关施加电能。MEMS开关可以用于向其他电连接的电路或耦接到MEMS开关的设备传送 信息。
[0033] 磁场可以是无源的、有源的或者无源和有源的组合。有源磁场通过线圈来生成，例 如共面螺线圈、多层弯曲磁芯等等。无源磁场通过永磁体来生成，例如钕铁硼(NdFeB)磁体、 钐钴(SmCo)磁体等等。
[0034] 现在详细地参考本发明的实施方式，其例子在附图中示出。
[0035] 图1图不了根据本发明一个实施方式的MEMS开关的侧视图。
[0036] 参考图1，MEMS开关总体表示为参考数字100 JEMS开关100形成在衬底102上，例如 形成在硅、玻璃等上。开关的输入触点104形成在衬底102上。输出触点106形成在衬底102 上。输入触点和输出触点利用导电材料或导电材料的合金(例如金或者金合金)来形成。输 入触点和输出触点电连接到在所述衬底上形成的其他电路(未示出）和设备(未示出）。 [0037]可移动结构110耦接到曲部108。该曲部108电耦接到输入触点104并被设计为允许 可移动结构在施加外力的时候从第一位置(A)移动到第二位置(B)。第一位置(A)是开关的 打开位置，第二位置(B)是开关的闭合位置。曲部108允许该结构在施加外力之后回到第一 位置(A)。
[0038] 在该实施方式中，可移动结构110包括磁性材料，例如NiFe、CoNi等等。可选地，该 可移动结构110包括形成在可移动结构110上用于平衡应力的附加材料112。而且，可选地， 电触点114可以形成在衬底结构110上。
[0039] 在操作时，外部磁场116被施加到MEMS开关100。可移动结构110从第一位置(A)(打 开)移动到第二位置(B)(闭合），允许结构110的至少一部分与输出106接触，从而允许电流 从输入触点104传递到输出触点106。当不存在磁场116的时候，该结构回到第一位置(A)。外 部磁场可以是无源的、有源的或者是它们的组合。
[0040] 图2A图示了根据本发明另一实施方式的MEMS开关的侧视图。图2B图示了图2A的 MEMS开关的顶视图。
[0041 ] 参考图2A-图2B，MEMS开关总体表示为参考数字200.MEMS开关200形成在衬底202 上。在该实施方式中，衬底包括硅。绝缘层204，例如SiO2、SiN等等，形成在衬底202上。输入 触点206和输出触点208形成在绝缘层204上。输入和输出触点由导电材料形成，例如金或者 金合金。具有预定几何结构(例如柱体)的支撑构件210形成在输入触点206上。可移动结构 212形成在支撑构件210上。在该实施方式中，可移动结构212包括支撑结构214和形成在该 支撑结构上的磁性材料216。
[0042]在该实施方式中，可移动结构212包括悬臂架构，其在支撑结构214上具有两个或 更多束状体218。该支撑结构214由金形成，厚度范围从大约0.1微