专利名称：微机电系统开关的制作方法和微机电器件及其制作方法
技术领域：
本发明涉及可提高微机电系统(MEMS，micro-electro-mechanical system)微继电器开关的接触点的可靠性、成品率、以及性能的制作技术，具体地，本发明涉及一种悬臂梁的平面化过程、衬底的表面钝化(passivation)以及用来制作具有可再生产和经久耐用的接触点的金属凹坑的独特设计，以及涉及一种生产具有公共接地平面层和一组接触齿的微机电器件的技术。
背景技术：
现在，应用于射频(RF)及微波领域的MEMS有两种类型，一种是被称为并联开关的电容膜开关，而另一种是被称为串联开关的金属接触开关。除了上述两种类型之外，还可依据开关启动的方法而改变设计。一般而言，可采用静电式、热感式、压电式或磁感式的启动方法来设计开关。
金属接触串联开关通过肘节的上(开)下(关)来控制，可视为真正的机械开关。金属接触开关的设计中的差别在于电枢结构。例如，由Sandia National Labs and Teravicta Technologies生产的开关使用全金属的电枢。由Rockwell生产的MEMS开关使用由绝缘体顶部上的金属层构成的电枢和由HRL Laboratories制作的开关。LLC则使用具有金属电极的绝缘电枢，金属电极夹在二个绝缘层之间。因为电枢设计上的差异，这些器件中的金属接触点的制作也都不同；然而，在每个设计中，金属接触点均被集成在电枢部分中。这些开关的性能主要由金属接触点和电枢设计确定。当金属接触点是电枢的一部分时发生的一个重要问题与涉及制造过程，其中如果金属接触点无法被适当地控制时将可能降低性能。
由Loo等人在2000年4月4日获得授权的6046659号美国专利(以后提到的均用作“Loo氏专利”)公开了两种微机电系统(MEMS)开关，I型开关和T型开关。在“Loo氏专利”中，I型与T型微机电开关均利用一种电枢设计，其中电枢的一端固定于锚电极而电枢的另一端位于接触电极上。
图1A图示了现有技术中公开的T型开关100的顶视图。图B与图1C则为图1A中示出的开关的剖面图。在图1B中，开关处于开启状态，而在图1C中，开关则处于关闭状态。其中，在图1B中射频(RF)输入传输线118以及RF输出传输线120配置在衬底114上。当开关处于关闭状态时，导电传输线128横跨电枢116的一端，允许RF输入传输线118与RF输出传输线120之间的连接。本领域的普通技术人员应当清楚，因为当查看开关的剖面图时，电枢116与RF输入传输线118的接触点位于RF输出传输线120正后方，所以剖面图仅仅示出了电枢116与RF输出传输线120的接触点。因此，为解释方便，图1B和图1C的讨论将着重于RF输出传输线120；而相同的原理也可类推至RF输入传输线118。另外，本领域的普通技术人员应当清楚，RF输入和RF输出传输线的称呼仅为了便于说明此结构，二者也可互换。
当开关处于开启状态时，传输线128位于RF输入传输线118与RF输出传输线120的上方(一小段距离)。因此，传输线128与RF输入传输线118及RF输出传输线120均是电绝缘的。此外，因为RF输入传输线118与RF输出传输线120没有连接，RF信号因此被阻隔，无法通过RF输入传输线118传导至RF输出传输线120。
当开关处于关闭状态时，导电传输线128与RF输出传输线120以及RF输入传输线118是电学连接的。因此，三条传输线120、128、和118串联成一条单独的传输线路以便传导RF信号。“Loo氏专利”中也公开了导电凹坑124与124’，连接至限定了金属接触点面积的传输线128以便提高接触的性能。
图1B是图1A的现有技术的微机电开关100处于开启状态时的侧视图，导电凹坑124是由电枢116向RF输出传输线120方向突出。在电枢116上沉积传输线128(图1A中所示)，并且将和RF输出传输线120相关联的凹坑124与和RF输入传输线118相关的凹坑124’电学连接。
图1C图示了图1A的MEMS开关100处于关闭状态时的侧视图。当向悬浮的电枢偏压电极130与衬底偏压电极122之间施加电压时，静电吸引力会将电枢偏压电极130以及配属的电枢116推向衬底偏压电极122，而使(金属)接触凹坑124与RF输出传输线120接触。和RF输入传输线118相关联的凹坑124也会与RF输入传输线118实现接触，因此，当开关处于关闭状态时，RF输入传输线118可通过传输线128(图1A中所示)与RF输出传输线120电学连接。值得注意的是，在图1A中，电枢116是通过锚点132锚定于衬底114上的，并且配置偏压信号输入垫134和136用于提供关闭开关100所需的电源。
图2A图示了现有技术中公开的I型开关200的顶视图，图2B是开关200直流(DC)电路的剖面图，而图2C是开关200RF电路的剖面图。在图2B中，DC信号由DC接触点220通过锚点222传到DC悬臂结构224。衬底偏压电极226位于衬底114上。如图2A中所示，当向DC接触点220与衬底偏压电极226之间施加DC偏压时，DC悬臂结构224会被拉向衬底114的方向，也引起RF悬臂结构215(图2C中所示)向衬底114的方向弯曲。图2D与图2E图示了处于关闭状态时的如图2B与图2C中所示的同样透视图的开关200。
图2C图示了开关200的RF电路剖面图。RF输入传输线210穿过锚点214进入RF悬臂结构215。金属凹坑216从RF悬臂结构215上突出。为便于解释，RF悬臂结构215与DC悬臂结构224在这里被描述为两个独立的结构；然而，本领域的专业人士应当意识到这两个结构典型地是由同一片材料构成。金属凹坑216向RF输入传输线210和RF输出传输线212之间提供电学接触点。如上所述，当向DC接触点210和衬底偏压电极226(图2B中所示)之间施加DC偏压时，RF悬臂结构215被拉向衬底114的方向。RF悬臂梁结构向衬底114方向的弯曲在RF输入传输线210和RF输出传输线212之间构成电通路。图2D和2E分别说明了如图2B和图2C图中所示的相同透视图的处于关闭状态时的开关200。需注意的是，在图2A中，图2B和图2D中所示的通道位于200b和200b’之间，而在图2C和图2E中所示的通道位于图2A中则位于200c和200c’之间。
上述两种开关类型均有与偏压垫接触点相关的缺点，当使用一段时间后，偏压垫附近开关区域会在关闭状态时趋向于“stick”，而有效地损坏开关。此外，在开关阵列中，通过开关的DC偏压信号会交叉干扰邻近的开关，从而引起邻近的开关的开动。
在电枢上制作凹坑的过程需要谨慎控制刻蚀的时间。典型地，通过首先在牺牲层顶上沉积电枢以便形成凹坑。然后马上在电枢上刻蚀出进入牺牲层的孔洞，此孔洞靠近RF输入和/或输出传输线的上方。然后沉积孔洞以便填满刻蚀的孔洞。在这种情况下，凹坑的高度取决于刻蚀进牺牲层的孔洞的深度。用刻蚀时间来监控刻蚀过程。需要获得适当的刻蚀深度的时间主要是由试错法刻蚀实验确定的。因为刻蚀过程是种时间控制过程，依赖于刻蚀设备的参数，在每次或每批之间刻蚀深度会改变。因此，每批的接触点的质量会改变。例如，如果凹坑做得太浅则接触点会不理想。在最糟糕的情况下，如果凹坑做得太深则在凹坑和输入传输线之间会形成连接，使开关报废。因此，需要一种可以始终如一地制作以便经济上划算的大量产业生产的开关及其制作方法。
发明内容
本发明提出了一种MEMS微继电器开关及其工业制作方法。在本发明中提出的两个原理性的方面公开以便提出可应用于无线RF领域的经久耐用的金属接触点式微机电(MEMS)微继电器开关的设计及制作的解决方案的示例。具体地，在公开中的本发明允许制作具有高成品率、可重复生产的开关，并且降低量产时的产业成本。
本发明的一个方面涉及一种对悬臂梁进行特殊的平面化的方法，并对衬底进行表面钝化处理，其中MEMS微继电器开关在衬底上形成。本发明的第二方面涉及一种新型金属凹坑结构，用于制作经久耐用的且可再生产的开/关型开关接触点。在第一方面中，平面化过程是可使悬臂梁平坦的重要制作过程，以便确保平坦的悬臂梁不会随其下方的金属电极高低起伏(以T型开关为例)。如此一来，悬臂梁将可适当地移上移下的活动而不会被RF电极和驱动金属电极之间的低凹部分绊住。表面钝化层也是基本的要素，可最小化偏压电极间的衬底表面漏电，以便进而减少开关的能耗。悬臂梁上的新型金属凹坑结构设计成可产生与底部电极良好稳定的接触点，并且也作为停止刻蚀层来控制制作过程，以便有效提高用于可重复生产的稳定接触点和可靠的微继电器开关的制作成品率。
平面化过程也被称为化学机械抛光(CMP)过程，被广泛应用于半导体器件制作过程中，以便平面化极薄(数百埃)的材料层。然而，用在MEMS器件中的层通常要比用在半导体器件中的层厚数十或数百倍。因此，使用传统的CMP过程来平面化MEMS结构是不可行的。我们的平面化悬臂梁的技术的第一步操作是在衬底上沉积层厚的平面化二氧化硅层，紧接着在氧化层的特定区域刻蚀孔洞。下一过程是在这些孔洞中填入厚度与DC及RF电极的刻蚀氧化壁的高度相等的金属层。因此，通过在我们的制作过程中引入刻蚀和回填，可使第一金属层平面化。因此，沉积于第一金属层上的牺牲氧化层和悬臂梁层也随之平面化。并且当开关制作完成时，悬臂梁将保持平坦而不会随其下未平面化的金属层而起伏。另外，这里描述的平面化层也可向衬底提供表面钝化，进一步地减少表面漏电，使得开关的功耗更少。
本发明的第二方面在于用于微继电器开关的金属接触凹坑的新型设计。此新型接触点设计与“Loo氏专利”中的凹坑设计不同，因为本发明的设计可使接触凹坑牢固地紧贴悬臂梁结构。此种设计对开关操作的稳定性非常重要，因为我们需要在开关的全部使用期限内保持凹坑接触力。如果凹坑接触点没有牢固地紧贴悬臂梁并且逐渐地退化，然后使得松散地钉向悬臂梁。然后接触点力将变弱导致较高的接触电阻或较高的插入损失。
通过提出一种用于MEMS的公共接地平面，本发明也提出了一种克服上述限制并符合上述需求的系统和方法。
本发明的一个方面是一种适用于机电器件的公共接地的制作方法，包括在衬底上形成公共接地平面层的图案；在公共接地平面层上形成介电层；以及在DC电极区沉积导电层，使得导电层的区域与DC电极区接触，使得公共接地平面层为导电层区提供公共接地。
本发明的另一方面是一种适用于机电器件的公共接地的制作方法，其中，在衬底上形成公共接地平面层的图案的操作还包括沉积接地平面光刻胶图案，以便在具有衬底面积的衬底的至少一部分上形成公共接地平面层；将公共接地平面层沉积到接地平面光刻胶图案；以及除去接地平面光刻胶图案。
本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的公共接地的制作方法，其中，在公共接地平面层上形成介电层的操作还包括在公共接地平面层上沉积具有厚度和面积的介电层；在介电层上沉积DC通孔光刻胶图案，制作图案以便留下暴露的DC电极通孔；在DC电极通孔上刻蚀透一部分介电层区域的厚度，以便在介电层中形成DC通孔，其中DC通孔与公共接地平面层连接；以及除去DC通孔光刻胶图案。
本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的公共接地的制作方法，其中在DC电极区上沉积导电层使得导电层的区域与DC电极区接触，使得公共接地平面层向导电层的区域提供公共接地的操作还包括沉积DC电极区光刻胶图案；在DC电极区光刻胶图案和介电层上沉积导电层，以便在一组DC电极区形成一组DC电极，其中一DC电极通过DC通孔与公共接地平面层接触；以及除去DC电极区光刻胶图案。
本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的公共接地的制作方法，还包括操作在导电层上沉积牺牲层；沉积锚点光刻胶图案以便提供锚点；在DC电极区上刻蚀透牺牲层以便在DC电极区暴露出部分导电层，以便形成锚点；除去锚点光刻胶图案；在牺牲层和锚点上沉积绝缘第一结构层，绝缘第一结构层具有面积；沉积用于刻蚀透锚点的顶部电极光刻胶图案，用于向导电层提供接触点，并且用于形成顶部电极；刻蚀透绝缘第一结构层穿过至少部分锚点，以便暴露出部分导电层，以及在顶部电极点处刻蚀透绝缘第一结构层以及刻蚀透牺牲层的部分厚度，使得穿过绝缘第一结构层、进入牺牲层、贴近电极的区域来限定顶部电极空间；除去顶部电极光刻胶图案；在绝缘第一结构层上沉积器件隔离光刻胶图案，所述器件隔离光刻胶图案针对机电器件期望电学分割的区域形成隔离区，并且隔离需要的器件；在绝缘第一结构层上、导电层的暴露部分上、以及顶部电极空间中沉积导电第二结构层，所述导电第二结构层具有面积；除去器件隔离光刻胶图案以便消除导电第二结构层的多余部分，以便电绝缘微机电器件的需要的区域以及隔离需要的器件；在微机电器件上沉积横跨衬底区域绝缘第三结构层，所述绝缘第三结构层具有面积；在微机电器件上沉积横跨衬底区域的器件形状光刻胶图案，且器件形状光刻胶图案通过选择性曝光限定需要的器件形状；选择性地刻蚀透绝缘第一结构层和绝缘第三结构层的已曝光部分，以便隔离具有期望形状的机电器件；以及除去器件形状光刻胶图案。
本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的公共接地的制作方法，还包括在介电层与导电层上沉积牺牲层，所述牺牲层具有厚度；以及刻蚀进入接近导电层一部分牺牲层的多个齿状区域，在最终的器件中，在器件处于关闭状态时这些齿状区域提供减少的粘着力。
本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的公共接地的制作方法，还包括操作沉积锚点光刻胶图案以便形成锚点；在DC电极区上刻蚀透牺牲层至电极区，以便在DC电极区暴露出部分导电层，以便形成锚点；除去锚点光刻胶图案；在牺牲层和锚点上沉积绝缘第一结构层，所述绝缘第一结构层具有面积；沉积顶部电极光刻胶图案，用来刻蚀透锚点以便提供导电层的接触点，以及用来形成顶部电极空间；刻蚀透绝缘第一结构层以及顶部电极点的部分锚点以便暴露出部分导电层，以及刻蚀绝缘第一结构层以及刻蚀顶部电极点的牺牲层的部分厚度，以使得通过顶部电极空间隔离限定结构层、进入牺牲层、以及贴近电极区来限定顶部电极空间；除去顶部电极光刻胶图案；在绝缘第一结构层上沉积器件隔离光刻胶图案，所述器件隔离光刻胶图案对于机电器件的期望电学隔离的区域形成隔离区；在绝缘第一结构层上、导电层的暴露部分上、以及顶部电极空间中，沉积导电第二结构层，所述导电第二结构层具有面积；除去器件隔离光刻胶图案以便除去导电第二结构层的多余部分，以便电学隔离机电器件期望隔离的部分，并且用于隔离需要的器件；在微机电器件上沉积横跨衬底区域的绝缘第三结构层，所述导电第二结构层具有面积，并且通过选择性曝光，器件形状光刻胶图案限定了需要的器件形状；选择性地刻蚀绝缘第一结构层和绝缘第三结构层的曝光部分，以便隔离出具有需要的形状的微机电器件；以及除去器件形状光刻胶图案。
本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的公共接地的制作方法，其中在公共接地平面层上形成介电层的操作还包括操作在公共接地平面层上沉积具有厚度和面积的介电层；在介电层上沉积DC通孔光刻胶图案，并制作图案留下暴露的DC电极通孔；在DC电极通孔上刻蚀横跨介电层的部分面积，以便在介电层中形成DC通孔，其中DC通孔与公共接地平面层连接；以及除去DC通孔光刻胶图案。
本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的公共接地的制作方法，其中在DC电极区上沉积导电层，使得导电层的区域与DC电极区接触，使得公共接地平面层向导电层的区域提供公共接地的操作还包括操作在一组DC电极区上形成DC电极，其中所述DC电极通过DC通孔与公共接地平面层连接。
本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的公共接地的制作方法，还包括操作沉积具有厚度的牺牲层；刻蚀进入接近导电层一部分牺牲层的多个齿状区域，在最终器件中，所述齿状区域可在器件处于关闭状态时提供较低的粘着力。
本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的公共接地的制作方法，还包括操作沉积锚点光刻胶图案以便形成锚点；在DC电极区上刻蚀牺牲层至电极区以暴露出部分导电层，以便形成锚点；除去锚点光刻胶图案；在牺牲层和锚点上沉积具有面积的绝缘第一结构层；沉积顶部电极光刻胶图案，用来刻蚀透锚点以提供导电层的接触点，并且用来形成顶部电极；刻蚀透绝缘第一结构层穿过至少部分锚点以便暴露出部分导电层，以及刻蚀透绝缘第一结构层和顶部电极点的牺牲层的部分厚度，以便通过绝缘第一结构层、进入牺牲层、以及贴近电极区域来限定顶部电极空间；除去顶部电极光刻胶图案；在绝缘第一结构层上沉积器件隔离光刻胶图案，所述器件隔离光刻胶图案针对机电器件期望电学分割的区域形成隔离区，并且隔离需要的器件；在绝缘第一结构层上、导电层的暴露部分上、以及顶部电极空间中沉积导电第二结构层，所述导电第二结构层具有面积；除去器件隔离光刻胶图案以便消除导电第二结构层的多余部分，以便电绝缘微机电器件的需要的区域以及隔离需要的器件；在微机电器件上沉积横跨衬底区域绝缘第三结构层，所述绝缘第三结构层具有面积；在微机电器件上沉积横跨衬底区域的器件形状光刻胶图案，且器件形状光刻胶图案通过选择性曝光限定需要的器件形状；选择性地刻蚀透绝缘第一结构层和绝缘第三结构层的已曝光部分，以便隔离具有期望形状的机电器件；以及除去器件形状光刻胶图案本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的金属部分上的齿状区域的制作方法，包括操作刻蚀进入牺牲层、贴近导电层一部分多个齿状区域；以及在牺牲层上沉积金属层，以使得金属层部分与齿状区域匹配从而形成锯齿；其中锯齿可提供较低的粘附区域，驱动绝缘第一结构层与微机电器件的其它部分接触。
本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的金属部分上的齿状区域的制作方法，还包括操作在衬底上制作导电层图案，使的部分导电层形成电极；以及在部分衬底上和导电层上沉积牺牲层，其中牺牲层沉积处即为刻蚀入齿状区域的牺牲层。
本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的金属部分上的齿状区域的制作方法，还包括操作沉积锚点光刻胶图案以便提供锚点；在DC电极区上刻蚀透牺牲层至电极区以便在DC电极区暴露出部分导电层，以便形成锚点；除去锚点光刻胶图案；在牺牲层和锚点上沉积绝缘第一结构层，绝缘第一结构层具有面积；沉积用于刻蚀透锚点的顶部电极光刻胶图案，用于向导电层提供接触点，并且用于形成顶部电极；刻蚀透绝缘第一结构层穿过至少部分锚点，以便暴露出部分导电层，以及在顶部电极点处刻蚀透绝缘第一结构层以及刻蚀透牺牲层的部分厚度，使得穿过绝缘第一结构层、进入牺牲层、贴近电极的区域来限定顶部电极空间；除去顶部电极光刻胶图案；在绝缘第一结构层上沉积器件隔离光刻胶图案，所述器件隔离光刻胶图案针对机电器件期望电学分割的区域形成隔离区，并且隔离需要的器件；在绝缘第一结构层上、导电层的暴露部分上、以及顶部电极空间中沉积导电第二结构层，所述导电第二结构层具有面积；除去器件隔离光刻胶图案以便消除导电第二结构层的多余部分，以便电绝缘微机电器件的需要的区域以及隔离需要的器件；在微机电器件上沉积横跨衬底区域绝缘第三结构层，所述绝缘第三结构层具有面积；在微机电器件上沉积横跨衬底区域的器件形状光刻胶图案，且器件形状光刻胶图案通过选择性曝光限定需要的器件形状；选择性地刻蚀透绝缘第一结构层和绝缘第三结构层的已曝光部分，以便隔离具有期望形状的机电器件；以及除去器件形状光刻胶图案。
本发明的另一方面是提供一种适用于机电器件的公共接地，包括衬底层；形成在部分衬底层上的公共接地平面层；介电层，形成在公共接地平面层和衬底层上，所述介电层中形成有导体空间，其中至少一个导体空间与接地金属层连接，介电层还包括介电上表面；以及导电层，形成为介电层的导体空间内的一组导体，至少一个导体与公共接地平面层连接，导电层具有导电层上表面，并且其中介电上表面和导电层表面形成在实际上的同一平面，以便提供平面化的衬底结构。
本发明的另一方面是提供形成在机电器件的金属部分上一组齿状区域，包括根据导电层部分形成的多个齿状区域，由提供减小的粘附区域的齿状区域，导电层可以与微机电器件的其它部分接触。
结合附图所采用的本发明的优选方面的具体描述，本发明的目的、特征和优点将变得清楚，其中图1A是已知T型MEMS开关的顶视图；图1B是图1A中的已知T型MEMS开关的侧视图，处于开启状态；图1C是图1A中的已知T型MEMS开关的侧视图，处于关闭状态；图2A是已知I型MEMS开关的顶视图；图2B是图2A中的已知I型MEMS开关的DC电路横截面的侧视图，处于开启状态；图2C是图2A中的已知I型MEMS开关的RF电路横截面的侧视图，处于开启状态；
图2D是图2A中的已知I型MEMS开关的DC电路横截面的侧视图，处于关闭状态；图2E是图2A中的已知I型MEMS开关的RF电路横截面的侧视图，处于关闭状态；图3A是根据本发明的T型MEMS开关的顶视图；图3B是图3A中的T型MEMS开关的侧视图，处于开启状态；图3C是图3A中的T型MEMS开关的剖面图，处于开启状态，其中剖面图沿通过电极340与338的线剖切；图3D是图3A中的T型MEMS开关的金属平台的放大图；图3E是图3A中的T型MEMS开关的侧视图，处于关闭状态；图3F是图3A中的T型MEMS开关的剖面图，处于关闭状态，其中剖面图沿通过电极340与338的线剖切；图4A是根据本发明的处于开启状态的I型MEMS开关DC的电路横截面的侧视图，；图4B是图4A中的I型MEMS开关的RF电路横截面的侧视图，处于开启状态；图4C是图4A中的I型MEMS开关的DC电路横截面的侧视图，处于关闭状态；图4D是图4A中的I型MEMS开关的RF电路横截面的侧视图，处于关闭状态；图5A是根据本发明的处于开启状态的双支撑悬臂梁MEMS开关的横截面的侧视图(剖面图)；图5B图示了图5A中双支撑悬臂梁MEMS开关的横截面的侧视图(剖面图)，处于关闭状态；图6A至图6M是本发明T型MEMS开关的侧视图，示出了处于各个制作阶段的开关；图7是附表，根据本发明制作MEMS开关时，提供各项材料的无限制的示例、沉积过程(如果需要的话)、除去过程(如果需要的话)、刻蚀过程(如果需要的话)、以及各层厚度范围的资料；图8是本发明的计算机程序产品可使用的部分媒介的原理图；
图9是用于本发明的数据处理系统的方框图；图10A是根据本发明的T型MEMS开关的顶视图；图10B是图10A中的T型MEMS开关的侧视图，处于开启状态；图10C是图10A中的T型MEMS开关的剖面图，处于开启状态，其中剖面图沿通过电极340与338的线剖切；图10D是图10A中的T型MEMS开关的侧视图，处于关闭状态；图10E是图10A中的T型MEMS开关的侧视图，处于关闭状态，其中剖面图沿通过电极340与338的线剖切；图11A是根据本发明的I型MEMS开关DC电路横截面的侧视图，处于开启状态；图11B是根据本发明的I型MEMS开关RF电路横截面的侧视图，处于开启状态；图11C是图11A中的I型MEMS开关DC电路横截面的侧视图，处于关闭状态；图11D是图11A中的I型MEMS开关RF电路横截面的侧视图，处于关闭状态；图12A是根据本发明的双支撑悬臂梁MEMS开关的横截面的侧视图(剖面图)，处于开启状态；图12B是图12A中的双支撑悬臂梁MEMS开关的横截面的侧视图(剖面图)，处于关闭状态；图13A到图13P是本发明的T型MEMS开关的侧视图，示出了处于各个制作流程的开关；图14是一附表，根据本发明制作MEMS开关时，提供各项材料的种类、沉积过程(如果需要的话)、除去过程(如果需要的话)、刻蚀过程(如果需要的话)以及各层厚度范围的资料；图15是本发明的计算机程序产品可使用的部分媒介的原理图；图16是可用于本发明的数据处理系统的方框图。
具体实施例方式
本发明涉及一种提高微机电系统(MEMS)开关接触点的可靠性及性能的制作技术。具体地，本发明涉及一种悬臂梁的平面化过程、衬底的表面钝化、以及用来制作具有可再生产和经久耐用的接触点的金属凹坑的独特设计，还涉及一种制作具有公共接地平面层和一组接触齿的微机电器件的技术。与附图相联系的下面描述说明使得本领域的普通技术人员可以制作和使用本发明，并且将其与详细的应用内容相合并使用。各种改进(例如在不同应用上的使用)对于本领域的普通技术人员而言将变得比较清楚，并且将其应用于较大的范围。因此本发明并不限于已说明的这些方面，而是与这里公开的原理和新颖特征的最大范围相一致。此外，需要注意的是，除非特别的声明，在此包括的附图是为了原理性的说明而且没有任何特别的范围，与本发明的的概念的等价说明一样。
在下面的详细描述中，阐明了许多具体细节以便提供对本发明更加细致的理解。然而本领域的普通技术人员应当理解，本发明的实现不必局限于这些特定的细节。在其他示例中，更加具体地在方框图表中示出了已知的结构和器件，以便避免使本发明不清楚。
请读者注意所有的与说明书文件一起提交的文档和文件，它们都向公众公开。此类文件和文档合并在此作为参考。在说明书中公开的所有特征(包括每项从属权利要求、摘要、以及附图)可由承担相同的、相等的、或相似的目的的可选的特征代替，除非特别地声明。因此，除非特别声明，每个已公开的特征仅仅是等价或类似特征的一般示例。
此外，权利要求中的任何元素并非明确地规定“装置”执行特定的功能、或者“步骤”执行特定的功能，也并不翻译作按照美国专利法第112条第6段规定的“装置”或“步骤”。特别地，在权利要求中使用的“步骤”或“操作”并没有打算援引美国专利法第112条第6段的规定。
首先，为提供工作参考系，提出了用在说明书和权利要求书中的术语表。接下来再解释本发明的两个主要种类。每个种类将会分别详加解释以使读者更深入地了解本发明。在每个种类中，提出了其原理方面的讨论。接下来给出本发明的具体细节的理解的讨论。最后再以实际实验结果来更好的理解本发明的实用性。
(1)词汇表在描述本发明的具体之前，在此集中的地方对权利要求使用的不同术语进行了定义。词汇表的目的仅为了向读者提供对术语的意思的general理解，而不是为了翻译每个术语的全部意思。更确切地，词汇表是用来在更精确地解释用过的术语中补充说明书的其余部分。
驱动部分开关的一部分，可以移动以便连接或断开电学通路，一些示例包括电枢和悬臂。
悬臂位于衬底上方的横梁，一端固定在金属接触电极，而另一端自由悬挂在RF电极上方。
公共接地位于接近接地接触点的导电层，以便提供公共接地电位用来来自消除邻近(其他的)器件的干扰(非需要的)信号。
金属凹坑部分突出于电枢的金属区域，用来提高微机电开关中的接触可靠性，也可称为金属凹坑接触点。
齿状区域创建在贴近开关粘着区的特殊表面，可以减少粘着力以便确保开关关闭时的顺利释放。
(2)两种主要种类本发明包含两种主要种类，第一种是用于制作具有平面悬臂、低表面漏电、可再生产的以及经久耐用的金属凹坑接触点的微机电系统微继电器开关的制作方法，第二种是一种具有公共接地平面层和一组接触齿的微机电器件及其制作方法。为简明起见，将分别描述每一种类。以下将描述包括其自身外边和新颖特征的每一种类。
(3)一种具有平面悬臂、低表面漏电、可再生产的以及经久耐用的金属凹坑接触点的微机电系统微继电器开关的制作方法(3.1)主要特征本发明的此部分包括三种主要特征。第一种是一种具有平面化的悬臂梁和低表面漏电的MEMS开关，所述MEMS开关包括可由第一位置移动至第二位置的驱动部分，其中当其位于第二位置时开关为RF信号提供电学通路。在一部分悬臂梁上设置有金属凹坑，当MEMS开关关闭时与衬底上的RF电极接触。本发明也讲授了一种制作方法(及使用此方法生产的产品)，其提出了一种稳定且牢固的金属凹坑，以及用于工业生产M具有较高成品率和较高可靠性的MEMS开关的可控金属凹坑的干法刻蚀。此外，根据本发明的制作方法中，其各种操作可自动化或者由计算机控制化，本发明也讲授了一种计算机可读媒体的形式的计算机程序产品，所述计算机可读媒体包含用于操作生产设备执行制作本发明的MEMS开关的各种必需操作的计算机可读指令。这些计算机指令可储存在任何需要的计算机可读媒体，不限定其种类，例如包括光盘(CD)、数字多媒体光盘(DVD)、诸如软盘和硬盘的磁性介质、以及诸如闪存或现场可编程门阵列(FPGA)的电路基介质。计算机程序产品将在本段说明的最后部分详加讨论。
(3.2)讨论图3A是T型MEMS开关300的顶视图。当开关处于关闭状态时，电枢336允许第一RF传输线(也就是RF输入传输线340)与第二RF传输线(也就是RF输出传输线338)之间的电学连接。
图3B是T型MEMS开关300的横截面侧视图。本领域的普通技术人员应该理解，当观察开关的横截面时，由于RF输入传输线340的接触点(图3A中所示)恰好位于RF输出传输线338的后方，横截面仅示出了电枢336和RF输出传输线338的接触点。电枢336的一端固定在衬底114的锚电极332上。电枢336的另一端位于RF线的上方，将RF信号线分为RF输入传输线340与RF输出传输线338两个单独的部分。RF输入传输线340与RF输出传输线338之间由一个间隙隔离开(在3A图中可见)。衬底偏压电极342配置于电枢336下方的衬底114上。当MEMS开关300处于开启状态时，电枢336位于衬底偏压电极342上方且通过一个空气间隙形成并联平板电容，与衬底偏压电极342电绝缘。输出顶部凹坑电极345a放置于RF输出传输线338上方的电枢336的一端。如图3C所示，同样地，输入顶部凹坑电极345b(在3A图中可见)也位于RF输入传输线340上方的电枢336的一端。如图3A所示，输出顶部凹坑电极345a和输入顶部凹坑电极345b通过传输线348电学连接。其中，传输线348是嵌入电枢336中的金属膜传输线。图3D示出了用于底部接触的输出顶部凹坑电极345a和RF输出传输线338的放大图。
值得注意的是在图3D中示出的放大图中，头电极区380由导锁部分382所组成，所述导锁部分382环绕第一半导体区386的电极区边缘384。头电极388具有顶部部分390和底部部分392，而第二绝缘层394可以覆盖头电极388的顶部部分390的至少一部分。
图3E是图3B中的T型MEMS开关300处于关闭状态时的剖面图。当向悬浮的电枢偏压电极350和衬底偏压电极342之间施加电压时，静电吸引力会将悬浮的电枢偏压电极350随着连接的电枢336一起拉往衬底偏压电极342。因此，输出顶部凹坑电极345a将会接触RF输出传输线338，并且输入顶部凹坑电极345b(在图3A中可见)接触RF输入传输线340(如图3F中所示)，形成良好的电学接触。因此，输出顶部凹坑电极345a、传输线348(在图3A中可见)与输入顶部凹坑电极345b(在图3A中可见)提供一个电学通路用于桥接RF输入传输线340与RF输出传输线338之间的间隙，进而关闭MEMS开关300。
衬底114可由多种材料组成。如果MEMS开关300欲与其它半导体器件(例如低噪声高电子迁移晶体管(HEMT)单片微波集成电路(MMIC)器件)集成，衬底114可使用半绝缘半导体材料，例如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、或锗硅(SiGe)制作。这允许MEMS开关300可与其它电路元件使用标准集成电路制作技术在同一衬底材料上制作，例如金属和电解质沉积、使用光刻胶掩模工艺刻蚀。其它可能的衬底材料包括硅、各种陶瓷、以及石英。在MEMS开关300的制作中的适应性使其可应用于多种电路。这将可以有效减低使用本发明的MEMS开关300设计的电路的制造成本和复杂度。
在T型MEMS开关(参见图3A-3F)中，当使用静电吸引来驱动时，电枢336向衬底114的方向弯曲。这导致电枢336上的输出顶部凹坑电极345a和输入顶部凹坑电极345b分别与RF输出传输线338和RF输入传输线340接触，并且弯曲的电枢336允许悬空的电枢偏压电极350与衬底偏压电极342物理接触。图3E显示了MEMS开关完全关闭的状态。当开关关闭时，RF输出传输线338与输出顶部凹坑电极345a(同样，RF输入传输线340与输入顶部凹坑电极345b)之间的金属性接触力取决于RF输出传输线338与RF输入传输线340的弹性常数力。没有突出凹坑接触点设计的金属开关具有依赖于整体电枢的弹性和偏压强度的接触。其可靠性远比本发明讲授的具有突出凹坑接触点设计的微继电器开关要低。此外为提高开关的可靠性，接触点本身的质量可以由凹坑来提高，因为凹坑具有诸如尺寸和形状的可控几何特征。因此，没有本发明的凹坑345a和345b的MEMS开关很可能具有一种时变接触特性，可能使其难于或无法使用在某些电路上实现的特性。
本领域的普通技术人员应当理解，RF输入传输线340也可与电枢336中的传输线348的一端固定相连。在这种情况下，当RF输出传输线338与传输线348之间存在一个间隙时，开关300处于开启状态。另外，本领域的普通技术人员应当理解，RF输出传输线338也可与电枢336中的传输线348的一端固定相连。在这种情况下，当RF输入传输线340与传输线348之间存在一个间隙时，开关300处于开启状态。
图4A图示了根据本发明的I型MEMS开关400的DC电路的横截面。如图4A所示，DC信号由DC接触点420通过锚点422传输至DC悬臂结构424。在图4A的剖面图中，如果开关400的RF电路显示的话，金属凹坑416的一部分(图4B中所示)将显示在背景上。衬底偏压电极426设置于衬底114上。当向DC接触点420与衬底偏压电极426之间施加DC偏压时，DC悬臂结构424将会被拉向衬底114的方向。图4C和图4D分别图示了处于关闭状态时的图4A与图4B中的开关。
图4B图示了开关400的RF电路的横截面。RF输入传输线410通过锚点414与RF悬臂结构415相连。在接触时，金属凹坑416允许电流通过RF悬臂结构415。当开关处于关闭状态时，金属凹坑416也可在RF输入传输线410与RF输出传输线412之间提供电学接触点。如上所述，当向DC接触点420与衬底偏压电极426之间施加DC偏压时，DC悬臂结构424将会被拉往衬底114的方向，也导致RF悬臂结构415向衬底114方向弯曲，进而在RF输入传输线410与RF输出传输线412之间提供电学通路。
在I型MEMS开关(参见图4A-4D)中，RF输出传输线412与金属凹坑416之间的间隙小于衬底偏压电极426与悬空的DC悬臂结构424之间的间隙。当使用静电吸引来驱动时，包括DC悬臂结构424与RF悬臂结构415的电枢结构将会被拉往衬底114的方向。首先，RF悬臂结构415上的金属凹坑416与RF输出传输线412接触且在接触点电枢弯曲，使得DC悬臂结构424与衬底偏压电极426物理接触。图4C与4D图示出了完全关闭的状态。当开关关闭时，RF输出传输线412与金属凹坑416之间的接触力取决于RF输出传输线412的弹性常数力。没有突出凹坑接触点设计的现有的金属开关通常仅靠整体电枢的弹性和偏压强度来接触，其可靠性远低于本发明讲授的具有突出凹坑接触点设计的微继电器开关。此外，为提高开关的可靠性，因为凹坑具有诸如尺寸(面积和高度)和形状的可控特征，接触点本身的质量可以由凹坑来提高。因此，没有凹坑接触点的MEMS开关很可能具有时变的接触特性，一种使其难于或无法用于实现某些电路上。
图5A图示了双支撑悬臂梁MEMS开关500的横截面。悬臂梁512包括RF输入传输线510。RF输出传输线514位于衬底114上。与之前讨论的开关不同，悬臂梁512的两端均与衬底114连接。悬臂梁512还包括悬臂偏压电极516。衬底偏压电极518位于衬底114上。当向悬臂偏压电极516和衬底偏压电极518之间施加DC偏压时，悬臂梁512会由开启状态(图5A中所示)移动至关闭状态(图5B中所示)。当处于关闭状态时，在RF输入传输线510与RF输出传输线514之间建立了电学通路。
如上所述，现有技术的T型MEMS开关具有与电枢连接的凹坑。因为在电枢上制作凹坑需要较高的敏感度、时控刻蚀工艺，每批MEMS开关的成品率和性能都不同。然而，使用在此公开的设计，通过在衬底放置突出于衬底输入和输出RF电极的金属平台，提高了MEMS开关制作时的成品率和性能。本发明的MEMS开关的潜在应用在于RF、微波与毫米波电路、以及无线通讯领域。例如，本发明的MEMS开关可使用于商用卫星、波束转向的天线相移器、以及用于无线蜂窝电话和无线局域网(WLAN)的多频分集式天线。
(3.3)实验结果以下是一组示范性操作，可用于在此公开的器件和制作中。本领域的普通技术人员应当理解，这些略述的操作是用于指出与现有技术的不同，而非限制本发明制作方法的全部详细步骤。本领域的普通技术人员应当理解，MEMS开关具有多种不同设计，例如I型结构和T型结构。而在此公开的工业制造操作是用于在衬底上制作可靠的微继电器MEMS开关制作方法的形成，其也可应用于制作任何类型的MEMS开关结构中。使用I型结构作为示例来描述工业制造过程，然而本领域的普通技术人员应当理解说明的操作也适用于其他开关类型。
图6图示了衬底。如图6A中所示，使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)，在具有衬底面积的衬底的顶部沉积具有厚度和面积的第一氮化硅(介电)层600。然后，如图6B中所示，在第一氮化硅层600上沉积第一(可选的)绝缘(二氧化硅)层602。其中，氮化硅的厚度介于1000埃至5000埃之间，以及二氧化硅的厚度大约在1.0微米至3.0微米的范围。接着在晶片上用覆盖二氧化硅层的第一光刻胶膜制图，并在预计制作DC、RF以及驱动金属电极的部分制作开口。这通过使用湿法刻蚀或干法刻蚀首先除去DC、RF以及驱动金属电极区域中的氧化物以便形成电极空间，并且随后用金(Au)沉积以便完全地回填并取代刻蚀掉的氧化层，因此，在第一介电层600中的电极空间中沉积了第一导电层。然后通过剥离技术(lift-off)除去不需要的金。其中，平面化的第一金属层604是约1.0微米至3.0微米厚的金材料，并且衬底114是诸如砷化镓(GaAs)、高阻硅(Si)、或玻璃/石英之类的材料。总之，平面化的第一金属层604用于在衬底上形成输入接触电极、锚电极、RF输入和输出线以及衬底偏压电极。此过程操作可完成悬臂梁的平面化，并且也可以作为衬底的表面钝化层。这些操作的结果如图6C所示。
接下来，如图6D所示，在平面化的第一导电(金属)层604上沉积具有厚度的厚二氧化硅牺牲层606。牺牲氧化层606用来为电枢提供基部，并随后被除去。其中，牺牲氧化层606是约2至3微米厚的二氧化硅层。
然后，如图6E所示，在RF电极610上方的牺牲氧化层606刻蚀出小区域608(图示为方形区域)，以限定金属凹坑接触面积(顶部电极空间)。然后，再次执行剥离技术(lift-off)以便在其中沉积金，从而形成底部凹坑接触电极612。其中，小方块区域的面积约为100至600平方微米，并且刻蚀掉的凹坑接触点的深度约为0.2至0.5微米。非常需要注意的是，本领域的普通技术人员应当理解，背离已说明步骤的特定顺序并不影响本发明的总的特征。
接下来，如图6F所示，在牺牲氧化层606中刻蚀通孔614至锚电极616，所述锚电极616是平面化的第一金属层604的一部分，从而形成锚点。如图6G所示，随后在牺牲氧化层606上沉积低应力PECVD氮化物层618。氮化物层618作为具有面积的第一结构层。其中，低应力氮化物层618的约为1至2微米厚。随后在通孔614(锚点)处至少刻蚀一部分氮化物层618，使得露出一部分第一导电层604。
后续的步骤在图6H中说明。通过除去锚电极616上以及凹坑接触点612上的小区域的氮化物层618形成通孔620。除去凹坑接触点612上的氮化物层618可提供与电枢连结的小输入凹坑或输入顶部电极619。所述除去步骤可以使用干法刻蚀来完成，并且刻蚀在到达预先沉积的凹坑金属层时停止，不会过刻蚀。因为开关接触点的深度可由金属层很好地控制，是有用的工业制造操作。(金属作为刻蚀过程中的阻挡层)。
接下来，如图6I所示，在衬底114上用电镀的方法沉积种子金属层622。薄金属层622可以是金(Au)。其中，薄金属层是约100至500埃厚。沉积种子金属层622之后，在不需要沉积金属层的区域上形成光刻胶膜624。这允许形成用于电隔离(绝缘)整个器件上所期望隔离区域的形成(例如将电枢偏压垫与输入顶部电极隔离)，也可用于隔离衬底晶片上的不同器件。然后，用现有技术在薄金属膜(种子金属层622)上沉积平面金属层626。平面金属层626可形成输入顶部电极628、传输线、以及电枢偏压电极。其中，平面金属层626度约为1至3微米厚。
然后，如图6J所示，在欲保护的平面金属层626的区域上沉积金刻蚀光刻胶层630。接下来，刻蚀掉未保护的薄金属种子层622，使得没有涂光刻胶层630的区域除去未保护的薄金属中子层622。然后除去光刻胶层630。刻蚀可以是例如湿法刻蚀。结果如图6K中所示。
接下来，如图6L所示，可以使用PECVD沉积低应力结构的氮化物层632以覆盖衬底114。其中，低应力氮化物层632的为1至2微米厚。
如图6M所示，刻蚀部分氮化物层632，以便除去不必要的氮化物并且钻出如图3A所示的穿过电枢的释放孔634。在图3A中清楚地示出了释放孔。钻出释放孔634如下原因首先，其协助悬臂梁释放操作；其次，此孔洞在驱动时承担重要的任务——提供悬臂梁和衬底之间捕获的空气的出口；以及第三，钻的孔洞减少了悬臂梁的质量，有助于提高开关速度。
最后的操作是使用刻蚀溶液(例如氢氟酸(HF))刻蚀掉牺牲层。然后在超临界点干燥器中释放悬臂梁。结构就是与图3A至3E所示类似的MEMS开关。本领域的普通技术人员应当理解，相同的操作步骤可用于制作如图4中所示的T型MEMS开关，也可用于制作如图5所示的桥型MEMS开关。
其中，包含MEMS开关(例如本文讲授的那些)的芯片大小是800×400微米。而金属电极垫是100×100微米的量级。驱动电极垫依据特定驱动电压的设计在20~100×20~100微米之间变化。RF传输线宽度可以在15~60微米间变化。上述的尺寸仅作为较佳实施例提供，并非对本发明加以限制者。相反，本领域的普通技术人员应当理解，依据设计和应用的MEMS开关的尺寸使用不同的尺寸。另外，图7是提供制作根据本发明的MEMS开关时的各项材料的种类、沉积过程(如果需要的话)、除去过程(如果需要的话)、刻蚀过程(如果需要的话)以及不同层的厚度范围资料的附表。需注意的是，图7的附表仅为提供总的指导，并且也可使用不同于描述的其它材料、沉积过程、除去过程、刻蚀过程以及厚度范围来实现本发明，并且在图7中提供的信息仅仅是为了帮助读者获得对本发明的更好的总体理解。
如前所述，本发明执行的操作也可通过计算机程序产品来编码。计算机程序产品通常以计算机可读码的形式储存于计算机可读媒介中，例如光盘(CD)或数字视频光盘(DVD)之类的光储存器件、软盘或磁带之类的磁性储存器件。其他计算机刻毒介质的示例包括硬盘、只读存储器(ROM)、以及闪存。图8所示为本发明的计算机程序产品可使用的部分媒介，计算机程序产品图示为磁盘800或诸如CD、DVD的光盘802。然而，如前所述，本发明计算机程序产品通常代表储存于任何想要的计算机可读媒介中的计算机可读码。
当计算机程序加载至如图9所示的半导体过程控制计算机时，计算机程序产品的计算机指令会提供必要的信息，以便使计算机根据上述方法执行所述的操作/动作，制作根据本发明的器件。
图9中图示了与本发明相联系使用的计算机系统的组成方框图。数据处理系统900包括输入端902，用来从至少计算机程序产品或用户处接收信息。注意，输入端902可以包括多个“端口”。输出端904与处理器906相连接，根据不同的半导体过程机器/器件，提供执行操作相应的信息。输出端也可向其它器件或其它程序提供信息，例如向其它这里使用的软件模块或用于显示的显示器件提供。输入端902与输出端904与处理器906连接在一起，处理器906可以是通过计算机处理器或专门设计用于本发明的特殊处理器。处理器906与内存908连接，以便依照处理器的命令准许数据储存或软件操作。
(4)一种具有公共接地平面层和一组接触齿的微机电器件及其制作方法(4.1)主要特征本发明的此部分中包含三种主要特征。第一是具有一组接触齿的一种MEMS开关，所述接触齿在贴近电枢偏压垫的地方形成以便最小化表面黏附面积，以及公共接地层，为多个器件提供共同(参考)接地端。所述MEMS开关包括可由第一位置移动至第二位置的驱动部分，当其位于第二位置时开关为RF信号提供电学通路。在悬臂梁的一部分上设置有金属凹坑，当MEMS开关关闭时悬臂梁可以接触衬底上的RF电极的金属。本发明也讲授了一种制作方法(及使用此方法生产的产品)沿着公共接地层提供一组接触齿，以便制作具有高成品率和改善性能的可靠性的MEMS开关。此外，根据本发明的方法中的各种操作，其各种操作可自动化或者由计算机控制化，本发明也讲授了一种计算机可读媒体的形式的计算机程序产品，所述计算机可读媒体包含用于操作生产设备执行制作本发明的MEMS开关的各种必需操作的计算机可读指令。这些计算机指令可储存在任何需要的计算机可读媒体，不限定其种类，例如包括光盘(CD)、数字多媒体光盘(DVD)、诸如软盘和硬盘的磁性介质、以及诸如闪存或现场可编程门阵列(FPGA)的电路基介质。计算机程序产品将在本段说明的最后部分详加讨论。
(4.2)讨论图10A是T型MEMS开关1000的顶视图。当开关处于关闭状态时，电枢1036允许电学连接第一RF传输线(例如RF输入传输线1040)与第二RF传输线(例如RF输出传输线1038)之间的电学连接。
图10B示出了T型MEMS开关1000的横截面侧视图。本领域普通技术人员应当理解，因为当观察开关的横截面时，RF输入传输线1040(如图10A中所示)的接触点恰好位于RF输出传输线1038后方，因此在剖面图中仅示出了电枢1036与RF输出传输线1038的接触点。电枢1036的一端固定在衬底114的锚电极1032上。电枢1036的另一端配置于RF信号线上方，将RF信号线分为RF输入传输线1040与RF输出传输线1038两个单独的部分。RF输入传输线1040和RF输出传输线1038之间存在一个间隙(在图10A中可见)。衬底偏压电极1042配置于位于电枢1036下方的衬底114上。当MEMS开关1000处于开启状态时，电枢1036位于衬底偏压电极1042的上方且保持一个间隙，并由形成平板电容的空气间隙与衬底偏压电极1042电绝缘。如图10C所示，输出顶部凹坑电极1045a配置于电枢1036上的位于RF输出传输线1038上方的一端，同样地，输入顶部凹坑电极1045b(在10A图中可见)配置于电枢1036的上的位于RF输入传输线1040上方的一端。如图10A所示，输出顶部凹坑电极1045a与输入顶部凹坑电极1045b通过传输线1048电学连接。其中，传输线1048可以是嵌入电枢1036中的金属膜传输线。
当MEMS开关1000处于关闭状态时，为尽可能减少电枢的一部分、悬臂偏压电极1050、以及衬底偏压电极1042之间的粘着力，本发明提出了形成在电枢的第一结构层的一组接触齿1070。另外，在介电层1074下方形成的公共接地层1072通过通孔1076向通过介电层1074的锚电极1032提供公共接地接触端。
图10D图示了图10B中的T型MEMS开关1000处于关闭状态的剖面图。当向悬臂偏压电极1050与衬底偏压电极1042之间施加电压时，静电吸引力会将悬臂偏压电极1050以及电枢1036一起拉向衬底偏压电极1042。因此，输出顶部凹坑电极1045a接触RF输出传输线1038，并且输入顶部凹坑电极1045b(在图10A中可见)接触RF输入传输线1040(如图10E中所示)，提供了良好的电学接触。因此，输出顶部凹坑电极1045a、传输线1048(在10A图中可见)、以及输入顶部凹坑电极1045b(在10A图中可见)提供了用于桥接RF输入传输线1040与RF输出传输线1038之间的间隔的电学通路，进而关闭MEMS开关1000。
衬底114可由多种材料组成。如果MEMS开关1000欲与其它半导体器件(例如低噪声高电子迁移晶体管(HEMT)单片微波集成电路(MMIC)器件)集成，衬底114可使用半绝缘半导体材料，例如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、或锗硅(SiGe)制作。这允许MEMS开关1000可以和其它电路元件一起使用标准集成电路制作技术在同一衬底材料上制作，例如金属和电解质沉积、使用光刻胶掩模工艺刻蚀。其它可能的衬底材料包括硅、各种陶瓷、以及石英。在MEMS开关1000的制作中的适应性使其可应用于多种电路。这将可以有效减低使用本发明的MEMS开关1000设计的电路的制造成本和复杂度。
在T型MEMS开关(图10A-10E)中，当使用静电吸引驱动时，电枢1036会被拉往衬底114的方向。这导致输出顶部凹坑电极1045a和输入顶部凹坑电极1045b分别接触RF输出传输线1038和RF输入传输线1040，以及电枢1036弯曲以便悬臂偏压电极1050与衬底偏压电极1042物理接触。图10E图示了完全关闭的状态。当开关关闭时，RF输出传输线1038与输出顶部凹坑电极1045a(RF输入传输线1040与输入顶部凹坑电极1045b)之间的接触力，因此取决于RF输出传输线1038与RF输入传输线1040的弹性常数力量。没有突出凹坑接触点设计的现有的金属开关通常仅靠整体电枢的弹性和偏压强度来接触，其可靠性远低于本发明讲授的具有突出凹坑接触点设计的微继电器开关。此外，为提高开关的可靠性，因为凹坑具有诸如尺寸(面积和高度)和形状的可控特征，接触点本身的质量可以由凹坑来提高。因此，没有凹坑1045a和1045b的MEMS开关很可能具有一种时变的接触特性，使其难于或无法用于实现某些电路上。
本领域普通技术人员应该理解，RF输入传输线1040也可与电枢1036中的传输线1048的一端固定相连。在这种情况下，当RF输出传输线1038与传输线1048之间存在一个间隙时，开关1000处于开启状态时。另外，本领域普通技术人员应该理解，RF输出传输线1038也可与电枢1036中的传输线1048的一端固定相连。在这种情况下，当输入传输线1040与传输线1048之间存在一个间隙时，开关1000处于开启状态。
最后，虽然顶部凹坑电极1045a与1045b是用锁闭结构的方式夹住电枢层，本领域普通技术人员应当理解，并不限于使用特别的顶部凹坑电极结构，并且可以使用任何已知或将来的结构图11A图示了根据本发明的I型MEMS开关1100的DC电路的剖面图。如图11A中所示，DC信号由DC接触点1120通过锚点1122传输至DC悬臂结构1124。在图11A中的剖面图中，如果开关1100的RF电路部分能被示出的话，一部分金属凹坑1116将显示在背景上。衬底偏压电极1126设置在衬底114上。当向DC接触点1120和衬底偏压电极1126之间施加DC偏压时，DC悬臂结构1124将会被拉往衬底114的方向。图11C和图11D分别图示了图11A和11B中处于关闭状态时的开关。
当MEMS开关1100处于关闭状态时，为尽可能减少电枢的一部分、悬臂偏压电极1150、以及衬底偏压电极1126之间的粘着力，提出了在电枢的第一结构层中形成的一组接触齿1170。此外，在介电层1174下方形成的公共接地层1172通过通孔1176向通过介电层1174的锚电极1152提供公共接地接触端。
图11B图示了开关1100的RF电路的剖面图。RF输入传输线1110通过锚点1114与RF悬臂结构1115相连。在接触时，金属凹坑1116允许电流通过RF悬臂结构1115。当开关处于关闭状态时，金属凹坑1116也可在RF输入传输线1110与RF输出传输线1112之间提供电学接触点。如上所述，当向DC接触点1120与衬底偏压电极1126之间施加DC偏压时，DC悬臂结构1124将会被拉往衬底114的方向，DC悬臂结构1124向衬底114的倾斜也导致RF悬臂结构1115向衬底114方向弯曲，进而在RF输入传输线1110与RF输出传输线1112之间提供电学通路。
在I型MEMS开关(图11A-11D)中，RF输出传输线1112与金属凹坑1116之间隔的间隙小于衬底偏压电极1126与悬空的DC悬臂结构1124之间的间隙。当使用静电吸引来驱动时，括DC悬臂结构1124与RF悬臂结构1115的电枢结构向衬底114的方向弯曲。首先，RF悬臂结构1115上的金属凹坑1116与RF传输线1112接触，并且在此处电枢弯曲使得DC悬臂结构1124与衬底偏压电极1126物理接触。图11C和11D显示了完全关闭的状态。当开关关闭时，RF输出传输线1112与金属凹坑1116之间的接触力取决于RF传输线1112的弹性常数力量。没有突出凹坑接触点设计的现有的金属开关通常仅靠整体电枢的弹性和偏压强度来接触，其可靠性远低于本发明讲授的具有突出凹坑接触点设计的微继电器开关。此外，为提高开关的可靠性，因为凹坑具有诸如尺寸(面积和高度)和形状的可控特征，接触点本身的质量可以由凹坑来提高。因此，没有凹坑1045a和1045b的MEMS开关很可能具有一种时变的接触特性，使其难于或无法用于实现某些电路上。
最后，虽然顶部凹坑电极1116是用锁闭结构的方式夹住电枢层，本领域普通技术人员应当理解，并不限于使用特别的顶部凹坑电极结构，并且可以使用任何已知或将来的结构图12A是双支撑悬臂梁MEMS开关1200的剖面图。悬臂梁1212包括RF输入传输线1210。RF输出传输线1214位于衬底114上。悬臂梁1212与之前讨论的悬臂梁不同，其两端均与衬底114连接。悬臂梁1212也包括悬臂偏压电极1216。衬底偏压电极1218设置在衬底114上。当向悬臂偏压电极1216与衬底偏压电极1218之间施加DC偏压时，悬臂梁1212会由开启状态(如图12A中所示)移至关闭状态(如图12b中所示)。当处于关闭状态时，在RF输入传输线1210与RF输出传输线1214之间构成电学通路。需要注意的是，除了沿着悬臂梁电学流过外，RF信号也可通过使用一对凹坑导通RF输入传输线和RF输出传输线。
当MEMS开关1200处于关闭状态时，为尽可能减少贴近悬臂偏压电极1216的电枢的一部分和衬底偏压电极1218之间的粘着力，提出了在电枢的第一结构层中形成的一组接触齿1270。此外，在介电层1274下方形成的公共接地层1272，通过通孔1276向通过介电层1274d锚电极125提供公共接地接触端。
如上所述，现有技术的T型MEMS开关具有与电枢连接的凹坑。因为在电枢上制作凹坑需要较高的敏感度、时控刻蚀工艺，每批MEMS开关的成品率和性能都不同。然而，使用在此公开的设计，通过在衬底放置突出于衬底输入和输出RF电极的金属平台，提高了MEMS开关制作时的成品率和性能。本发明的MEMS开关的潜在应用在于RF、微波与毫米波电路、以及无线通讯领域。例如，本发明的MEMS开关可使用于商用卫星、波束转向的天线相移器、以及用于无线蜂窝电话和无线局域网(WLAN)的多频分集式天线。
最后，虽然顶部凹坑电极1280是用锁闭结构的方式夹住电枢层，本领域普通技术人员应当理解，并不限于使用特别的顶部凹坑电极结构，并且可以使用任何已知或将来的结构(4.3)实验结果以下可用在此公开的一组器件制作来作示范性操作。本领域的普通技术人员应当理解，这些略述的操作是用于指出与现有技术的不同，而非限制本发明制作方法的全部详细步骤。本领域的普通技术人员应当理解，MEMS开关具有多种不同设计，例如I型结构和T型结构。而在此公开的工业制造操作是用于在衬底上制作可靠的微继电器MEMS开关制作方法的形成，也可应用于制作任何类型的MEMS开关结构中。使用I型结构作为示例来描述工业制造过程，然而本领域的普通技术人员应当理解说明的操作也适用于其他开关类型。
图13图示了衬底。如图13A所示，在衬底1302上沉积公共接地平面层1300。特别地，为完成图13A中的结构，首先在衬底上沉积接地平面光刻胶图案。然后，在接地平面光刻胶图案和部分衬底1302上沉积导电材料作为公共接地平面层1300。接着除去接地平面光刻胶图案，留下完成的公共接地平面层1300。
接着，如图13B所示，在公共接地平面层1300和一部分衬底1302上沉积具有厚度和面积的介电(典型的是氮化硅)层1304。通常使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)或低压化学气相沉积法(LPCVD)沉积介电层1304。
接着，如图13C所示，在介电层1304中形成到达公共接地平面层1300的DC通孔1306。为得到图13C中的结构，首先在介电层1304上沉积DC通孔光刻胶图案。接着使用刻蚀过程来形成穿过介电层1304到达公共接地平面层1300的DC通孔1306。最后除去DC通孔光刻胶图案，留下DC通孔1306。
在图13D中显示了图13C中所示的器件，其中填充DC通孔1306以便形成填充的DC通孔1308。本领域普通技术人员应该理解，DC通孔1306可以在此时填充，也可以在后续制作DC电极时一起填满，结果是一样的。
图13E图示了带有衬底电极区光刻胶图案1310的图13D中的器件。为形成衬底电极光刻胶图案1310，首先覆盖光刻胶层，然后除去部分区域的光刻胶(通常由刻蚀实现)以便形成图案。
当沉积完衬底电极光刻胶图案1310之后，接下来在衬底电极光刻胶图案上沉积导电材料(金属)层，形成如图13F中所示的具有DC电极1314a与1314b以及RF电极1314c平面化的结构。需要注意的是，虽然本实施例中使用两个DC电极和一个RF电极的三个电极的组合，本发明并不限于此种结构，可以根据需求实际操作。
此时，已形成公共接地。此技术可扩展用于任何需要公共接地设计的器件，不限于以下描述的内容。
如图13G所示，形成公共接地之后在器件上沉积牺牲层1316。
如图13H所示，接着在牺牲层1316上形成顶部电极1318，顶部电极1318的形成是通过首先在牺牲层1316上刻蚀顶部电极点，再用导电材料填充顶部电极点以便形成顶部电极1318实现的。
当完成顶部电极1318之后，在牺牲层1316上形成锚点1320。为形成锚点，首先在牺牲层1316上形成锚点光刻胶图案。接着刻蚀锚点光刻胶图案至电极区1314a。然后除去锚点光刻胶图案。从而形成了如图13I中所示的结构。
接下来，如图13J所示，是在贴近DC电极1326的牺牲层1316上形成一组齿状区域1324。本领域普通技术人员应当理解，图13H-13J图示的步骤也可视实际特定过程的需要而改变顺序。作为类似的延伸，在所有的图13中所示的操作顺序可以在不背离本发明的范围而变化。需要注意的是，齿状区域1324的形成及其操作也可以采用与本方法的其他操作分别的执行来实现，并且可以应用于任何需要减小粘着力的器件。
接着，为形成如图13K所示的器件，在牺牲层1316上形成第一绝缘结构层1328。尽管所示的特别类型电极的产生是苛刻的，在牺牲层1316中形成顶部电极通孔1330。典型地，在沉积第一绝缘结构层1328之前，用光刻胶将锚点1320区和顶部电极1308掩模，然后沉积完绝缘第一结构层1328后将光刻胶除去，留下填充的顶部电极通孔1332。
图13L示出了在顶部电极通孔1330中填入导电材料、形成填充的顶部电极通孔1332图13K中的器件。填充顶部电极通孔1330时，通常可以光刻胶层掩盖周围区域，填充顶部电极孔1330并且除去光刻胶层，留下填充的顶部电极通孔1332。
填充顶部电极通孔1332之后，接着在不需要沉积金属层的绝缘第一结构层1328的部分沉积器件隔离光刻胶图案1334。这用于向机电设备需要的区域以及需要的器件提供电隔离。接下来，沉积导电第二结构层1336。注意到如图所示，导电第二结构层1336通过锚点1320与电极区域1314a连接、与填充的顶部电极通孔1332连接，形成了如图13M中所示的器件。
随后，除去器件隔离光刻胶图案1334，并在衬底区域上沉积具有面积的绝缘第三结构层1338。尽管没有示出，还需要执行其他的操作以完成器件间的隔离。首先，在衬底区域上利用选择性曝光方式，沉积与器件形状相符的器件形状光刻胶图案。接着，选择性地刻蚀绝缘第一结构层与绝缘第三结构层的曝光部分，以便隔离具有所需形状的机电器件。最后，除去器件形状光刻胶图案，形成如图13N中所示的器件。
图130示出了处于关闭状态的图13N的器件，其中齿1340可最小化衬底电极1314b的接触粘着力。
图13P示出了图130与图13N的器件去除电枢后的顶视图。如图所示，公共接地层1300延伸于DC电极1314a、1314b、以及DC通孔1306下方。值得注意的是RF电极1314c并不在公共接地层1300的范围内。
值得注意的是，一组齿状区域1324可以如13图中所示在开关的电枢区域上形成，或者从衬底区域或底部电极突出来形成。另外，依赖于特定器件的层结构，在不背离本发明的范围的情况下，齿状区域1324可以形成为绝缘层、导电层、任意的层组合的一部分。不管齿状区域1324的几何形状、配置、或材料结构，其目的均是为了减少同一器件的不同部分(或不同器件的不同部分)接触时的粘着力。
其中，包含MEMS开关(例如本文讲授的示例)的芯片大小是800×400微米。而金属电极垫是100×100微米的量级。驱动垫依据特定驱动电压的设计在20~100×20~100微米之间变化。RF传输线宽度可以在15~60微米间变化。上述的尺寸仅作为较佳实施例提供，并非对本发明加以限制者。相反，本领域的普通技术人员应当理解，依据设计和应用的MEMS开关的尺寸使用不同的尺寸。另外，图14是提供制作根据本发明的MEMS开关时的各项材料的种类、沉积过程(如果需要的话)、除去过程(如果需要的话)、刻蚀过程(如果需要的话)以及不同层的厚度范围资料的附表。需注意的是，图14的附表仅为提供总的指导，并且也可使用不同于描述的其它材料、沉积过程、除去过程、刻蚀过程以及厚度范围来实现本发明，并且在图7中提供的信息仅仅是为了帮助读者获得对本发明的更好的总体理解。
如前所述，本发明执行的操作也可通过计算机程序产品来编码。计算机程序产品通常以计算机可读码的形式储存于计算机可读媒介中，例如光盘(CD)或数字视频光盘(DVD)之类的光储存器件、软盘或磁带之类的磁性储存器件。其他计算机刻毒介质的示例包括硬盘、只读存储器(ROM)、以及闪存。图15所示为本发明的计算机程序产品可使用的部分媒介，计算机程序产品图示为磁盘1500或诸如CD、DVD的光盘1502。然而，如前所述，本发明计算机程序产品通常代表储存于任何想要的计算机可读媒介中的计算机可读码。
当计算机程序加载至如图16所示的半导体过程控制计算机时，计算机程序产品的计算机指令会提供必要的信息，以便使计算机根据上述方法执行所述的操作/动作，制作根据本发明的器件。
图16中图示了与本发明相联系使用的计算机系统的组成方框图。数据处理系统1600包括输入端1602，用来从至少计算机程序产品或用户处接收信息。注意，输入端1602可以包括多个“端口”。输出端1604与处理器1606相连接，根据不同的半导体过程机器/器件，提供执行操作相应的信息。输出端也可向其它器件或其它程序提供信息，例如向其它这里使用的软件模块或用于显示的显示器件提供。输入端1602和输出端1604与处理器1606连接在一起，处理器16可以是通过计算机处理器或专门设计用于本发明的特殊处理器。处理器1606与内存1608连接，以便依照处理器的命令准许数据储存或软件操作。
权利要求
1.一种用来使机电器件准平面化并在机电器件上形成耐用金属接触点的方法，包括操作在具有衬底面积的衬底上沉积具有厚度和面积的介电层；在介电层上沉积第一光刻胶膜，并制作图案，并留下暴露的电极区；刻蚀透电极区内的介电层一部分面积的至少一部分厚度，在介电层中形成电极空间；在第一光刻胶膜和介电层上沉积第一导电层，使得在介电层的电极空间中形成第一导电层的部分；除去第一光刻胶膜，从而除去第一光刻胶膜上驻留的的第一导电层的一部分；在介电层和第一导电层上沉积牺牲层，所述牺牲层具有厚度；刻蚀透牺牲层到电极区，以便暴露出电极区中的第一导电层的部分，从而形成锚点；在牺牲层和锚点上沉积绝缘第一结构层，所述绝缘第一结构层具有面积；刻蚀透绝缘第一结构层穿过至少锚点的部分，使得暴露出第一导电层的部分，以及在顶部电极点刻蚀透绝缘第一结构层和牺牲层的部分厚度，以便限定出顶部电极空间，所述顶部电极空间穿过绝缘第一结构层、进入牺牲层、并贴近电极区；在绝缘第一结构层上沉积第二光刻胶膜，第二光刻胶膜按照图案而沉积，以便形成隔离区，用来电绝缘机电器件需要的区域以及分离需要的器件；在绝缘第一结构层、第一导电层的暴露部分、以及顶部电极空间中沉积导电第二结构层，所述导电第二结构层具有面积；除去第二光刻胶膜，以便消除导电第二结构层的不需要的部分，为了电绝缘机电器件的需要区域以及分离需要的器件；在机电器件上沉积横跨衬底面积的绝缘第三结构层，所述绝缘第三结构层具有面积；在机电器件上沉积横跨衬底区域的第三光刻胶膜，并且第三光刻胶膜形成图案，以通过选择性曝光的方式来限定需要的器件形状；以及选择性地刻蚀透绝缘第一结构层以及绝缘第三结构层的暴露的部分，以便分离出具有需要的形状的机电器件。
2.如权利要求1所述的方法，还包括操作除去牺牲层，由底部区释放出驱动部分，其中驱动部分包括导电第二结构层、绝缘第三结构层和绝缘第一结构层的部分，并且所述底部区包括衬底、介电层以及电极区。
3.如权利要求2所述的方法，还包括操作形成穿过驱动部分的各部分的孔洞。
4.一种具有耐用金属接触点的准平面化机电器件，所述机电器件是用如权利要求1所述的方法形成的。
5.一种具有耐用金属接触点的准平面化机电器件，所述机电器件是用如权利要求2所述的方法形成的。
6.一种具有耐用金属接触点的准平面化机电器件，所述机电器件是用如权利要求3所述的方法形成的。
7.一种用来使机电器件准平面化的方法，包括操作在具有衬底面积的衬底上沉积具有厚度与面积的介电层；在介电层上沉积第一光刻胶膜，并制作图案，并留下暴露的电极区；刻蚀透电极区内的介电层一部分面积的至少一部分厚度，以便在介电层中形成电极空间；在第一光刻胶膜和介电层上沉积第一导电层，使得在介电层的电极空间中形成第一导电层的部分；除去第一光刻胶膜，从而除去第一光刻胶膜上驻留的第一导电层的部分；在介电层和第一导电层上沉积牺牲层，所述牺牲层具有厚度；刻蚀牺牲层，以便在接近电极区的顶部电极空间形成凹坑部分；刻蚀透牺牲层至电极区，以便在电极区中暴露出第一导电层的部分，从而形成锚点；在凹坑部分中沉积凹坑金属层以便形成凹坑部分；在牺牲层和锚点上沉积绝缘第一结构层，所述绝缘第一结构层具有面积；刻蚀透绝缘第一结构层穿过至少锚点的部分，以便暴露出第一导电层的部分，以及在顶部电极空间刻蚀透绝缘第一结构层，从而限定出穿过绝缘第一结构层至凹坑部分的顶部电极空间；在绝缘第一结构层上沉积第二光刻胶膜，第二光刻胶膜按照图案沉积，以便形成隔离区，用来电绝缘机电器件需要的区域并且分离需要的器件；在绝缘第一结构层上、第一导电层的曝露部分上、以及在顶部电极空间中，沉积导电第二结构层，所述导电第二结构层具有面积；除去第二光刻胶膜，以便消除导电第二结构层的不需要部分，以便电绝缘机电器件的需要的区域并且分离需要的器件；在机电器件上沉积横跨衬底区域的绝缘第三结构层，所述绝缘第三结构层具有面积；在机电器件上沉积横跨衬底区域的第三光刻胶膜，且第三光刻胶膜被形成图案，从而以选择性曝光的方式来限定需要的器件形状；以及选择性地刻蚀透绝缘第一结构层和绝缘第三结构层的曝露部分，便以分离出具有需要的形状的机电器件。
8.如权利要求7所述的方法，还包括操作除去牺牲层，以便从底部区释放出驱动部分，其中驱动部分包括导电第二结构层、绝缘第三结构层以及绝缘第一结构层的部分，并且所述底部区包括衬底、介电层及电极区。
9.如权利要求8所述的方法，还包括操作形成穿过驱动部分的各个部分的孔洞。
10.一种准平面化机电器件，所述机电器件是用如权利要求7所述的方法形成的。
11.一种准平面化机电器件，所述机电器件是用如权利要求8所述的方法形成的。
12.一种准平面化机电器件，所述机电器件是用如权利要求9所述的方法形成的。
13.一种形成具有耐用金属接触点的机电器件的方法，包括操作提供一种具有衬底面积和具有介电层的衬底，所述衬底上形成有多个作为第一导电层的导体；在介电层和第一导电层上沉积具有厚度的牺牲层；除去牺牲层的部分，以便形成接近电极区的顶部电极空间的凹坑部分；在凹坑部分中沉积凹坑金属层以便形成凹坑；在牺牲层上沉积绝缘第一结构层，所述绝缘第一结构层具有面积；在顶部电极空间除去绝缘第一结构层的部分，使得顶部电极空间由穿过绝缘第一结构层至凹坑部分来限定，其中凹坑金属层是用来停止除去步骤的；在绝缘第一结构层上沉积第一光刻胶膜，第一光刻胶膜按照图案沉积，以便形成隔离区，所述隔离区用来电绝缘机电器件的需要的区域并分离需要的器件；在绝缘第一结构层上、第一导电层的曝露部分上、以及顶部电极空间中，沉积导电第二结构层，所述导电第二结构层具有面积；除去第一光刻胶膜以消除导电第二结构层的不需要部分，以便电绝缘机电器件需要的区域并分离需要的器件；在机电器件上沉积横跨衬底区域的绝缘第三结构层，所述绝缘第三结构层具有面积；在机电器件上沉积横跨衬底区域的第二光刻胶膜，且第二光刻胶膜被形成图案，从而用选择性暴光的方式来限定需要的器件形状；以及选择性地刻蚀透绝缘第一结构层和绝缘第三结构层的曝露部分，以分离出具有需要的形状的机电器件。
14.如权利要求13所述的方法，还包括操作除去牺牲层以便由底部区释放出驱动部分，其中驱动部分包括导电第二结构层、绝缘第三结构层和绝缘第一结构层的部分，所述底部区包括衬底、介电层及电极区。
15.如权利要求14所述的方法，还包括形成穿过驱动部分的各个部分的孔洞。
16.一种具有耐用金属接触点的机电器件，所述机电器件是用如权利要求13所述的方法形成的。
17.一种具有耐用金属接触点的机电器件，所述机电器件是用如权利要求14所述的方法形成的。
18.一种具有耐用金属接触点的机电器件，所述机电器件是用如权利要求15所述的方法形成的。
19.一种用于机电器件的横梁的顶部电极区，包括具有电极区边缘的第一绝缘层；以及头电极，其中头电极包括导锁部分，所述导锁部分环绕第一绝缘层的电极区边缘，使得顶部电极相对固定在第一绝缘层。
20.如权利要求19所述的机电器件的横梁的顶部电极区，其中顶部电极具有位于第一绝缘层上方的顶部区域以及位于第一绝缘层下方的接触点区域，头电极区还包括第二绝缘层，所述第二绝缘层被形成用来覆盖头电极的顶部区域的至少一部分。
21.一种用于机电器件的平面化的衬底结构，包括衬底层；介电层，形成在衬底层上，所述介电层中已形成有多个导体空间，所述介电层还包括介电上表面；以及导电层，其被形成为介电层的导体空间中的一组导体，导电层具有导电层上表面，并且其中介电上表面和导电层上表面大致形成于同一平面，以便提供平面化的衬底结构。
22.一种形成用于微机电器件的公共接地的方法，包括在衬底上制作公共接地平面层的图案；在公共接地平面层上形成介电层；沉积穿过介电层以便接触公共接地平面的DC电极区；以及在DC电极区上沉积导电层，使得导电层的区域接触DC电极区，使得公共接地平面层给导电层区提供公共接地。
23.如权利要求22所述的形成用于微机电器件的公共接地的方法，其中在衬底上制作公共接地平面层的图案的操作还包括操作沉积接地平面光刻胶图案，以便于在具有衬底面积的衬底的至少一部分上形成公共接地平面层；将公共接地平面层沉积进接地平面光刻胶图案；以及除去接地平面光刻胶图案。
24.如权利要求23所述的形成用于微机电器件的公共接地的方法，其中在公共接地平面层上形成介电层的操作还包括操作在公共接地平面层上沉积具有厚度与面积的介电层；在介电层上沉积DC通孔光刻胶图案，并制作图案暴露出DC电极通孔；在DC电极通孔上刻蚀横跨介电层一部分面积的厚度，以便在介电层中形成DC通孔，其中DC通孔与公共接地平面层相连；以及除去DC通孔光刻胶图案。
25.如权利要求23所述的形成用于微机电器件的公共接地的方法，其中在DC电极区上沉积导电层使得导电层区接触DC电极区、并且使得公共接地平面层向导电层区提供公共接地的操作还包括操作沉积DC电极区光刻胶图案；在DC电极区光刻胶图案和介电层上沉积导电层，以便在DC电极区中形成组DC电极，其中DC电极通过DC通孔与公共接地平面层连接；以及除去DC电极区光刻胶图案。
26.如权利要求25所述的形成用于微机电器件的公共接地的方法，还包括操作在导电层上沉积牺牲层；沉积锚点光刻胶图案以便形成锚点；刻蚀透牺牲层，以便在DC电极区上暴露出导电层的部分，以便形成锚点；除去锚点光刻胶图案；在牺牲层和锚点上沉积具有面积的绝缘第一结构层；沉积顶部电极光刻胶图案，用来刻蚀透锚点以提供导电层的接触点和用于形成顶部电极；刻蚀透绝缘第一结构层穿过锚点的至少一部分以便暴露出导电层的部分，以及在顶部电极中刻蚀透绝缘第一结构层和牺牲层的部分厚度，以便限定出穿过绝缘第一结构层、进入牺牲层、并且贴近电极区的顶部电极空间；除去顶部电极光刻胶图案；在绝缘第一结构层上沉积器件隔离光刻胶图案，器件隔离光刻胶图案形成隔离区，用来电绝缘微机电器件的需要的区域并分离需要的器件；在绝缘第一结构层上、导电层的曝露部分上、以及顶部电极空间中，沉积具有面积的导电第二结构层；除去器件隔离光刻胶图案以便消除导电第二结构层的不需要部分，以便电绝缘微机电器件的需要的区域并分离需要的器件；在微机电器件上沉积横跨衬底区域的、具有面积的绝缘第三结构层；在微机电器件上沉积横跨衬底区域的器件形状光刻胶图案，所述器件形状光刻胶图案是用选择性曝光的方式来限定需要的器件形状；选择性地刻蚀透绝缘第一结构层和绝缘第三结构层的暴露部分，以便分离出具有需要的形状的微机电器件；以及除去器件形状光刻胶图案。
27.如权利要求25所述的形成用于微机电器件的公共接地的方法，还包括操作在介电层和导电层上沉积具有厚度的牺牲层；以及刻蚀多个进入到贴近部分导电层的牺牲层的齿状区域，在最终器件中，齿状区域可在器件关闭时提供较低的粘着力。
28.如权利要求27所述的形成用于微机电器件的公共接地的方法，还包括操作沉积锚点光刻胶图案以便形成锚点；在DC电极区上刻蚀牺牲层至电极区以便暴露出部分导电层，以便形成锚点；除去锚点光刻胶图案；在牺牲层和锚点上沉积具有面积的绝缘第一结构层；沉积顶部电极光刻胶图案，用来刻蚀透锚点以提供导电层的接触点，并且用来形成顶部电极；刻蚀绝缘第一结构层穿过锚点的至少一部分以便暴露出导电层的部分，以及在顶部电极中刻蚀绝缘第一结构层和牺牲层的部分厚度，以限定出穿过绝缘第一结构层、进入牺牲层、并贴近电极区的顶部电极空间；除去顶部电极光刻胶图案；在绝缘第一结构层上沉积器件隔离光刻胶图案，器件隔离光刻胶图案形成隔离区，所述隔离区用来电绝缘微机电器件的期望区域并分离需要的器件；在绝缘第一结构层上、导电层的暴露部分上、以及在顶部电极空间中，沉积具有面积的导电第二结构层；除去器件隔离光刻胶图案以便消除导电第二结构层的不需要部分，以便电绝缘微机电器件的需要的区域并分离需要的器件；在微机电器件上沉积横跨衬底区域的、具有面积的绝缘第三结构层；在微机电器件上沉积横跨衬底区域的器件形状光刻胶图案，且器件形状光刻胶图案是用选择性曝光的方式来限定需要的器件形状；选择性地刻蚀绝缘第一结构层和绝缘第三结构层的暴露部分，以便分离出具有需要的形状的微机电器件；以及除去器件形状光刻胶图案。
29.如权利要求22所述的形成用于微机电器件的公共接地的方法，其中在公共接地平面层上形成介电层的操作还包括操作在公共接地平面层上沉积具有厚度与面积的介电层；在介电层上沉积DC通孔光刻胶图案，并制作图案暴露出DC电极通孔；在DC电极通孔上刻蚀透介电层的部分面积，以便在介电层中形成DC通孔，其中DC通孔与公共接地平面层相连接；以及除去DC通孔光刻胶图案。
30.如权利要求22所述的形成用于微机电器件的公共接地的方法，其中在DC电极区上沉积导电层，使导电层区接触DC电极区、并使得公共接地平面层向导电层的区域提供公共接地的操作还包括操作在DC电极区上形成DC电极，其中DC电极通过DC通孔与公共接地平面层相接触。
31.如权利要求22所述的形成用于微机电器件的公共接地的方法，还包括操作沉积具有厚度的牺牲层；刻蚀进入贴近导电层的部分的牺牲层的多个齿状区域，在最终器件中，齿状区域可在器件关闭时提供较低的粘着力。
32.如权利要求22所述的形成用于微机电器件的公共接地的方法，还包括操作沉积锚点光刻胶图案，用于形成锚点；在DC电极区上刻蚀透牺牲层至电极区以便暴露出导电层的部分，以便形成锚点；除去锚点光刻胶图案；在牺牲层和锚点上沉积具有面积的绝缘第一结构层；沉积顶部电极光刻胶图案，用来刻蚀透锚点以便提供导电层的接触点，并且用来形成顶部电极；刻蚀透绝缘第一结构层穿过至少锚点的一部分，以暴露出导电层的部分，以及在顶部电极中刻蚀透绝缘第一结构层和牺牲层的部分厚度，以限定出穿过绝缘第一结构层、进入牺牲层、以及贴近电极区的顶部电极空间；除去顶部电极光刻胶图案；在绝缘第一结构层上沉积器件隔离光刻胶图案，器件隔离光刻胶图案形成隔离区，隔离区用来电绝缘微机电器件的需要的区域并分离需要的器件；在绝缘第一结构层上、导电层的暴露部分上、以及在顶部电极空间中，沉积具有面积的导电第二结构层；除去器件隔离光刻胶图案以便消除导电第二结构层的不需要部分，以便电绝缘微机电器件的需要的区域并分离需要的器件；在微机电器件上沉积横跨衬底区域的、具有面积的绝缘第三结构层；在微机电器件上沉积横跨衬底区域的器件形状光刻胶图案，且器件形状光刻胶图案是用选择性暴光的方式来限定需要的器件形状；选择性地刻蚀绝缘第一结构层和绝缘第三结构层的暴露部分，以分离出具有需要的形状的微机电器件；以及除去器件形状光刻胶图案。
33.一种在微机电器件的金属部分形成齿状区域的方法，包括操作刻蚀进入牺牲层且贴近导电层的部分的多个齿状区域；以及在牺牲层上沉积金属层，使得金属层的部分与齿状区域相符以便形成齿状；其中导电层可被推动而与带有可提供较低的粘着力的锯齿的微机电器件的其它部分接触。
34.如权利要求33所述的在微机电器件的金属部分形成齿状区域的方法，还包括操作在衬底上制作导电层的图案，使部分导电层形成多个电极；以及在衬底和导电层的部分上沉积牺牲层，其中牺牲层沉积之处即为刻蚀齿状区域进入牺牲层的位置。
35.如权利要求34所述的在微机电器件的金属部分形成齿状区域的方法，还包括沉积锚点光刻胶图案，用于形成锚点；在DC电极区上刻蚀透牺牲层至电极区以便暴露出导电层的部分，以便形成锚点；除去锚点光刻胶图案；在牺牲层和锚点上沉积绝缘第一结构层，所述绝缘第一结构层具有面积；沉积顶部电极光刻胶图案，用来刻蚀透锚点以便提供导电层的接触点，并且用来形成顶部电极；刻蚀透绝缘第一结构层穿过至少锚点的部分以便暴露出导电层的部分，以及在顶部电极中刻蚀绝缘第一结构层和牺牲层的部分厚度，以限定出穿过绝缘第一结构层、进入牺牲层、以及贴近电极区顶部的电极空间；除去顶部电极光刻胶图案；在绝缘第一结构层上沉积器件隔离光刻胶图案，器件隔离光刻胶图案形成隔离区，所述隔离区用来电绝缘微机电器件的需要的区域并分离需要的器件；在绝缘第一结构层上、导电层的暴露部分、以及顶部电极空间中，沉积导电第二结构层，所述导电第二结构层具有面积；除去器件隔离光刻胶图案以便除去导电第二结构层的的不需要部分，以便电绝缘微机电器件的需要的区域并分离需要的器件；在微机电器件上沉积横跨衬底区域的绝缘第三结构层，所述绝缘第三结构层具有面积；在微机电器件上沉积横跨衬底区域的器件形状光刻胶图案，且器件形状光刻胶图案是用选择性曝光的方式来限定需要的器件形状；选择性地刻蚀绝缘第一结构层和绝缘第三结构层的暴露部分，以分离出具有需要的形状的微机电器件；以及除去器件形状光刻胶图案。
36.一种用在微机电器件的公共接地，包括衬底层；公共接地平面层，形成在一部分衬底层上；介电层，形成在公共接地平面层和衬底层上，介电层中形成有导体空间，其中至少一个导体空间与接地金属层连接，介电层还包括介电上表面；以及导电层，其被形成为介电层的导体空间中的一组导体，其中至少一个导体与公共接地平面层连接，导电层具有导电层上表面，并且介电上表面和导电层上表面大致位于同一平面，以便提供平面化的衬底结构。
37.一种作为微机电器件的金属部分的抗粘齿状区域，其中一组抗粘齿状区域包括多个齿状区域，齿状区域是由微机电器件的第一部分形成并且从所述第一部分延展，由于齿状区域如此成形使得当微机电器件的第一部分被推动而与微机电器件的其它部分接触时，齿状区域提供较低的粘着力，因此可避免微机电器件的第一部分和微机电器件的其它部分的粘着。
全文摘要
一种用来使机电器件准平面化、并在所述机电器件上形成耐用金属接触点的方法、以及使用所述方法制作的器件。所述方法的两个主要方面包括在衬底上形成平面化的介电/导电层，以及在微机电开关的电枢上形成电极，其中电极如此形成使得其与电枢的结构层互锁以便确保经过多次开关使用后仍可与电枢保持接触。本发明也涉及用于制作具有公共接地平面的微机电开关的系统和方法。制作微机电开关的方法包括在衬底上制作公共接地平面层的图案；在公共接地平面层上形成介电层；沉积DC电极区，通过介电层与公共接地平面层接触；以及在DC电极区上沉积导电层，使得导电层区接触DC电极区，从而使得公共接地平面层为导电层区提供公共接地。
文档编号H01H1/00GK101018734SQ200580011761
公开日2007年8月15日 申请日期2005年2月17日 优先权日2004年2月20日
发明者周嘉兴 申请人:无线微机电有限公司