具有可移動厚隔膜的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，具體地說，涉及射頻微子機(jī)系統(tǒng)(RF MEMS)開關(guān)與包括厚隔膜的電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)用于各種應(yīng)用中，被用作傳感器、致動器或無源器件。RF MEMS尤其用于諸如無線電傳輸?shù)纳漕l應(yīng)用中，以及在諸如移動通信的各種行業(yè)中。在移動電話中，例如，RF MEMS可以用于RF前端以便天線調(diào)諧或天線切換。與諸如固態(tài)器件的其它技術(shù)相比，MEMS部件為這些應(yīng)用提供了較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，諸如非常低的插入損耗、在切換情形中的高絕緣、以及非常高的線性度(在IIP3中超過70dB)。
[0003]更具體地說關(guān)于RFMEMS開關(guān)，致動原理在全部現(xiàn)有技術(shù)中保持相同:傳導(dǎo)傳輸線通過機(jī)電致動或者打開或者閉合。傳輸線的閉合可以例如利用傳導(dǎo)元件實(shí)現(xiàn)，此傳導(dǎo)元件特征在于梁、橋或膜定位在與彼此分離的傳輸線的兩個傳導(dǎo)端距離較短處以便避免傳輸線中的電傳導(dǎo)。梁、橋或隔膜然后可以被機(jī)電地致動，使得該特征的傳導(dǎo)元件例如通過歐姆接觸縮短了傳輸線的兩個傳導(dǎo)端之間的回路，由此形成傳導(dǎo)線并且由此閉合開關(guān)。
[0004]如前所述，支撐傳導(dǎo)元件的部分可以是梁(錨定在一端)、橋(錨定在兩端)或者隔膜(或者自由或者特征在于幾個錨定件)。根據(jù)實(shí)施方式，隔膜完全地釋放并且可以通過支柱與止動件保持隔膜(參見EP1705676A1和EP2230679A1)。
[0005]在圖1中示出了包括自由支撐隔膜的已知的MEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)的實(shí)例。為了使自由支撐隔膜I彎曲，MEMS結(jié)構(gòu)10包括適于使柔性隔膜彎曲以便降低隔膜的功能部分的電致動裝置。隔膜的功能性部分是在兩個柱之間的隔膜的部分下方的傳導(dǎo)元件8并且這縮短了閉合模式中的傳輸線。電下降致動裝置通常地由定位在隔膜I下方的外部致動電極2A構(gòu)成，當(dāng)致動電壓施加在電極2A上時(shí)，電極2A適于將靜電推力直接地施加到柱之間的隔膜I。與作用在柱3上的桿結(jié)合的這些推力使得能夠彎曲隔膜I。由于在隔膜下的接觸，通過彎曲的隔膜實(shí)現(xiàn)了到傳輸線4的歐姆接觸。傳輸線4可以適于傳輸射頻信號。在示出的實(shí)例中，電極2、柱3與傳輸線4形成在相同的基板5上。為了返回到靜止位置或者進(jìn)入到隔離位置(其中傳導(dǎo)元件與傳導(dǎo)小區(qū)段之間的間隙最大的位置)，電極2A的致動電壓返回到O并且致動電極施加到外部電極2B，這將通過柱3執(zhí)行杠桿作用，由此相反方向彎曲隔膜。應(yīng)該指出的是自由支撐隔膜開關(guān)還可以用作電容式接觸開關(guān)而非歐姆接觸開關(guān)。
[0006]如可以通過圖1看到，需要設(shè)置止動件6以便限制自由隔膜I沿著全部三個方向的移動。在通常應(yīng)用中，隔膜的移動需要限定到一定Mi以便確保開關(guān)結(jié)構(gòu)可靠且可重復(fù)的操作。
[0007]圖1中示出的制造開關(guān)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方法包括在制造處理的完成階段被移除的犧牲基層102(參見圖2a)上形成隔膜層101。接著，犧牲層103形成在隔膜層101上以及未被隔膜層101覆蓋的犧牲基層102部分上(參見圖2b)。在犧牲層103上形成止動件層并且蝕刻止動件層以便形成如圖2c中所示的止動件104。在形成止動件104以后，移除犧牲層103(圖2d)。此后或同時(shí)地移除犧牲基層102并且隔膜層101可以落在圖1中示出的柱3上。
[0008]然而，MEMS器件，例如具有自由支撐隔膜I的MEMS開關(guān)的可靠操作，要求在現(xiàn)有技術(shù)中的中間部分(出于機(jī)械原因)中的隔膜I的厚度至少是3μπι。人們發(fā)現(xiàn)在如圖2a至2d中示出的傳統(tǒng)的處理中，用于可靠地覆蓋隔膜層101的犧牲層103的必要厚度導(dǎo)致止動件104的每個與隔膜I的相應(yīng)邊緣之間的大約1.5μπι的側(cè)向間距，導(dǎo)致隔膜的側(cè)向自由移動間距大約3wii。自由支撐隔膜I的此相對大的側(cè)向自由移動空間可以不利地影響MEMS開關(guān)的可靠操作。類似的推理使用于包括可移動以便調(diào)節(jié)電容的隔膜電極的可變電容器的操作。
[0009]由此，需要改進(jìn)的MEMS器件及其制造方法，其中，與現(xiàn)有技術(shù)相比，增強(qiáng)了操作的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]通過根據(jù)權(quán)利要求1的制造MEMS器件的方法解決了上述問題。此方法包括以下步驟，在犧牲基層上方(例如，上面)形成第一隔膜層，在第一隔膜層上方(例如，上面)形成第二隔膜層，其中第二隔膜層包括暴露第一隔膜層的側(cè)向部分的凹入部；以及當(dāng)操作MEMS器件時(shí)形成止動件以限定第一隔膜層的移動。原則上，通過第二隔膜層暴露的第一隔膜層的側(cè)向部分可以通過任何其它材料層覆蓋。根據(jù)本發(fā)明，隔膜設(shè)置為MEMS器件的移動元件，其包括除了在其中第二隔膜層中形成凹入部的一些側(cè)向區(qū)域處的由第二隔膜層覆蓋的第一隔膜層。凹入部可以沿著隔膜的縱向方向布置在第二隔膜層的邊緣處(此外參見下面的詳細(xì)描述)。這里，術(shù)語“縱向”表示隔膜的縱軸，然而術(shù)語“橫向”表示其橫軸。
[0011]通過第一隔膜層與止動件的機(jī)械接觸限定包括第一隔膜層與第二隔膜層的隔膜的移動。在操作中，第一隔膜層可以與當(dāng)與第一隔膜層接觸時(shí)可以部分地延伸到第二隔膜層的凹入部中而不與第二隔膜層接觸的止動件接觸。通過止動件與第一隔膜層的邊緣之間的間隙提供隔膜的自由移動距離。由于第一隔膜層薄于具有均勻厚度的常用隔膜，因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于在制造處理期間具有較薄厚度的犧牲層需要施加在隔膜上方，因此隔膜的自由移動距離可以減小，由此改進(jìn)了操作的可靠性。
[0012]特別地，第二隔膜層可以形成為比第一隔膜層更厚。第一隔膜層可以以最多2μπι，尤其最多Um的厚度形成，并且第二隔膜層可以以至少2μπι的厚度形成。
[0013]根據(jù)實(shí)施方式，犧牲層(例如，由聚合物或其它介電材料制成)形成在第一隔膜層上方(例如，上面)以及在未被第一隔膜層覆蓋的犧牲基層的部分上方，并且形成止動件包括在犧牲層上方形成止動件層并且例如通過蝕刻圖案化止動件層以形成提供為限定第一隔膜層的移動的止動件。第一隔膜層的厚度確定犧牲層的厚度(參見下面的詳細(xì)描述)以及由此在MEMS器件的操作過程中包括第一隔膜層與第二隔膜層的隔膜的自由移動距離。
[0014]此外，本發(fā)明方法可以包括移除，例如蝕刻在第一隔膜層的一部分上方的犧牲層以及在通過移除犧牲層的處理暴露的第一隔膜層的部分上方形成第二隔膜層。在此實(shí)施方式中，由于在形成第二隔膜層以前未被移除的犧牲層的部分，通過不被第二隔膜層完全地覆蓋第一隔膜層，形成第二隔膜層的上述凹入部。
[0015]止動件與第二隔膜層可以以相同的處理步驟形成，由此加速并簡化了整體處理。此外，止動件層與第二隔膜層可以由例如金屬或電傳導(dǎo)性合金的相同材料形成。根據(jù)另選實(shí)施方式，在移除第一隔膜層的部分上方(例如，在上面)的犧牲層以前，形成止動件層與止動件。
[0016]MEMS器件可以包括作為形成在基板上方的致動裝置的電極?；蹇梢允枪杈?、絕緣體上硅薄膜、藍(lán)寶石上硅薄膜、砷化鎵、氮化鎵、玻璃、石英、氧化鋁或用于制造半導(dǎo)體裝置任何其它材料。此外，基板可以被例如由氮化硅、二氧化硅、氧化鋁或用于制造微電子裝置的任何其它電介質(zhì)層制成的絕緣材料薄層覆蓋。另外，材料的功能層與功能性結(jié)構(gòu)可以在制造隔膜層以前在諸如電連接、保護(hù)隆起或支撐支柱的所述晶片上。
[0017]止動件可以形成與基板機(jī)械接觸，并且此方法還可以包括在基板上方形成柱與傳輸線(例如，由鋁或金制成)，并且其可以包括移除可以形成在柱上或上方的犧牲基層以及將第一隔膜層(以及由此形成在第一隔膜層上方的第二隔膜層)布置在柱上以允許包括第一隔膜層與第二隔膜層的隔膜的自由移動。
[0018]可以執(zhí)行制造MEMS器件的方法的上述實(shí)例的步驟以便實(shí)現(xiàn)電容式MEMS開關(guān)或歐姆接觸MEMS開關(guān)。另選地，可以執(zhí)行制造MEMS器件的方法的上述實(shí)例的步驟以便實(shí)現(xiàn)MEMS電容器。在MEMS電容器的情形中，隔膜可以表不電容器的電極中的一個。
[0019]根據(jù)實(shí)施方式，此方法可以進(jìn)一步包括在局部地在其上擱置隔膜的柱上方的區(qū)域和/或傳輸線上方的區(qū)域中，在第二隔膜層上方(例如，上面)形成第三隔膜層。在柱(尤其全部柱上方)中的一個上方的區(qū)域和/或傳輸線上方區(qū)域中，第三隔膜層可以形成在第一隔膜層上方，使得第三隔膜層僅部分地與第二隔膜層重疊。在柱中的一個上方(尤其是全部柱上方)的區(qū)域和/或傳輸線上方的區(qū)域中，第三隔膜層可以形成在第一隔膜層上方，使得第二隔膜層具有其中第三隔膜層不鄰近其中形成第三隔膜層的區(qū)域的區(qū)域的區(qū)域。第三隔膜層可以沿著其寬度方向與柱和/或傳輸線(導(dǎo)線)重疊一定量，例如此重疊可以在柱/傳輸線的2倍寬度或I倍寬度以下。第三隔膜層可以形成在沿著柱的全部長度(沿著橫向方向)或者僅部分地沿著柱延伸的區(qū)域中，并且可以完全地或部分地覆蓋柱并且具有1/4到2倍于柱的寬度范圍的寬度。第三隔膜層可以形成在沿著傳輸線