專利名稱：具有彎曲雙層的機械開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微機械開關及制造和操作微機械開關的方法。
背景技術：
機械開關是具有電連接的電氣開關，其電連接在開關在打開開關 和閉合開關狀態(tài)之間變換期間移動。在許多機械開關中，通過可控機 電設備來驅動打開開關和閉合開關狀態(tài)之間的變換。通常，在其中一 個或這兩個狀態(tài)中，必須對機電設備連續(xù)供電。這樣的機械開關的一 個實例是普通的機電繼電器，其中在閉合開關狀態(tài)中，電磁體通常將 開關觸點連在一起。在一個或兩個開關狀態(tài)對這樣的機電控制設備連 續(xù)供電的需要導致使用這樣的開關需要高電力成本。

發(fā)明內容
多個實施例提供包括機械開關的裝置，機械開關中，雙層的不同 穩(wěn)定彎曲配置支持不同的開關狀態(tài)，即，打開和閉合開關狀態(tài)。在其 中一些機械開關中，不需要電力來維持閉合開關和打開開關狀態(tài)。
一方面， 一種裝置包括機械開關。該機械開關包括具有第一和第 二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)的雙層。雙層從第 一狀態(tài)變換到第二狀態(tài)使開關閉 合。
另一方面， 一種裝置包括具有頂表面的襯底，沿頂表面定位并 且固定到襯底的多個電極，以及通過一個或多個支柱附著到襯底的雙 層。雙層能夠在第一和第二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)之間變換。雙層具有在第一 和第二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)中彎曲的不同邊。
在一些實施例中，上述裝置可包括位于雙層上的電跳線以及位于 頂表面上并固定到村底的第一和第二電線。電跳線配置成響應雙層處
4于第一彎曲狀態(tài)而電連接電線，并且響應雙層處于第二彎曲狀態(tài)而不 短路電線。
另一方面， 一種制造機械開關的方法包括在襯底的頂表面上形 成受壓雙層，使得連接件將雙層物理連接到襯底；以及通過去除位于 雙層與頂表面之間的犧牲材料層來釋放雙層。所釋^:的雙層的表面具 有彎曲形狀。


圖1是示出具有矩形形態(tài)的示范性彈性雙層的兩個穩(wěn)定翹曲或彎 曲狀態(tài)的斜視圖2A-2C是利用雙層在不同的穩(wěn)定彎曲狀態(tài)之間的變換來改變微 機械開關的打開或閉合開關狀態(tài)的微機械開關的三個實施例的截面 圖。
圖3是示出圖2A-2C的微機械開關的雙層的仰視圖； 圖4是示出穿過圖2A-2C中的雙層的實施例的一個垂直平面的截 面圖5A是圖2A-2C的橫t機械開關的一個實施例中面對雙層并位于 雙層下方的表面的俯^L圖5B是圖2A-2C的孩i機械開關的另一個實施例中面對雙層并位 于雙層下方的表面的俯視圖6A是圖2A的機械開關中用于將雙層的中心固定到襯底的壓縮 彈簧(CS)的俯視圖6B是圖6A中的壓縮彈簧(CS)的側;f見圖，其中示出彈簧如 何迫使雙層的中心靠向襯底；
圖7是示出操作諸如圖2A-2C中的微機械開關的微機械開關的方 法的流程圖，該孩i機械開關帶有具多個穩(wěn)定彎曲狀態(tài)的雙層；
圖8是示出制造微才幾械開關的方法的流程圖，其中不同的開關狀 態(tài)與不同的穩(wěn)定彎曲狀態(tài)關聯(lián)，以便例如制造圖2A-2C中的微機械開關的實施例；以及
圖9-11是在執(zhí)行圖8中的方法的各個實施例過程中制造的中間結 構的截面圖。
在附圖和正文中，相同的附圖標記表示具有類似結構和/或功能的 元件。
附圖中， 一些特征的相對尺寸可能有所夸大，以便更清楚地示出 其中的一個或多個結構。
本文中，通過附圖和具體實施方式
來更全面地描述各個實施例。 然而，本發(fā)明可以各種形式實施，而不限于附圖和具體實施方式
中所 描述的實施例。
具體實施例方式
兩層具有相異組成的彈性平面雙層通常易遭受內應力梯度。內應 力梯度會使具有多邊形形狀的雙層的平面狀態(tài)不穩(wěn)定。為此，這樣的 平面雙層會自發(fā)地翹曲而變彎曲。在翹曲或彎曲狀態(tài)，雙層圍繞例如 經過雙層的對邊的中點的軸的軸彎曲。如果雙層具有帶偶數條邊的多 邊形形狀，則雙層可具有多于一個穩(wěn)定彎曲狀態(tài)。
圖1示出位于平坦表面12上的彈性雙層10的穩(wěn)定彎曲狀態(tài)。彈 性雙層IO在展平時具有矩形形狀或正方形形狀。在彈性雙層10中， 用"A"表示一對對邊的中心點，并用"B"表示另一對對邊的中心點。
彈性雙層10具有兩個穩(wěn)定彎曲狀態(tài)，分別如圖1中的上半部分 和下半部分所示。圖1中的上半部分示出第一穩(wěn)定彎曲狀態(tài)，在此狀 態(tài)，彈性雙層IO沿雙層的中線B-B的整個長度接觸平坦表面12。在 此彎曲狀態(tài)，彈性雙層的包括"A，，中點的對邊在平坦表面12上凸起， 如垂直虛線所示，而雙層的具有中點"B"的邊緣則發(fā)生彎曲。在第 二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)，彈性雙層10沿雙層的中線A-A的整個長度接觸平 坦表面12。在此彎曲狀態(tài)，彈性雙層的包括"B，，中點的對邊在平坦 表面12上凸起，如垂直虛線所示，而雙層的具有中點"A"的邊緣則發(fā)生彎曲。因此，每個穩(wěn)定彎曲狀態(tài)都使彈性雙層10的一條中線接 觸平坦表面12。雙層的穩(wěn)定彎曲狀態(tài)由雙層的多邊形形狀限定。
圖1提出一種使彈性多邊形雙層10在其兩個穩(wěn)定彎曲狀態(tài)之間 變換的方法。該方法利用這樣一個事實，即，每個彎曲狀態(tài)使一條中 線(即，A-A或B-B)沿該線的整個長度接觸平坦支撐表面12。具體 來說，彈性多邊形雙層10從第一彎曲狀態(tài)變換到第二彎曲狀態(tài)時必 須使最初不接觸平坦表面12的中線(即，A-A或B-B)接觸平坦表面 12。因此，該方法對彈性雙層IO施加了一個力而使A-A中線的整個 長度接近或接觸平坦表面12，從而使多邊形雙層從圖1中的上穩(wěn)定彎 曲狀態(tài)變換到下穩(wěn)定彎曲狀態(tài)。類似地，該方法對彈性雙層10施加 了一個力而使B-B中線的整個長度接近或接觸平坦表面12，從而使彈 性雙層IO從圖1中的下穩(wěn)定彎曲狀態(tài)變換到上穩(wěn)定彎曲狀態(tài)。
使多邊形彈性雙層10在圖1中的兩個穩(wěn)定彎曲狀態(tài)之間變換所 需的力可用靜電的方法施加。這樣的靜電力操作如圖2A-2C、圖3、 圖4、圖5A和圖5B所示的微機械開關20的各個實施例。在每個實 施例中，雙層的一個穩(wěn)定彎曲狀態(tài)對應于閉合開關狀態(tài)，而相同雙層 的一個或多個其它穩(wěn)定彎曲狀態(tài)對應于打開開關狀態(tài)。
在每個實施例中，微機械開關20包括襯底22、彈性雙層24、控 制電極陣列28、電介質層30、導電跳線32和輸入/輸出(I/O)電線 34。圖2A、圖2B和圖2C中的不同實施例具有導電跳線32和/或1/0 電線34的不同結構。
襯底22是微電子制造中的剛性支撐結構。例如，襯底22可以是 晶體硅晶片-襯底、剛性電介質襯底、或覆蓋有一個或多個絕緣電介質 層的晶體半導體晶片-襯底。襯底22具有頂表面26，在頂表面26上 設有機械開關20的其它元件。頂表面26可以是平坦的，或者可以是 基本平坦的，即，與平坦相比有微小變化。
彈性雙層24具有基本上為多邊形的橫向形狀，其中該多邊形具 有偶數條邊。例如，彈性雙層24可以具有帶八、六或四條邊的多邊
7形形狀，它可以具有或可以不具有使其橫向形狀不是完美的多邊形的
小邊和/或拐角不規(guī)則性。示范性彈性雙層24是邊長介于約100 pm與 約500 (im之間的正方形或矩形。彈性雙層24由具有不同組成的兩個 接合成一體的薄層36、 38形成。底層36是例如厚度為l微米(iam) 至3)am的重摻雜多晶體硅(多晶硅)的導電層。頂層38是例如厚度 為約0.3 pm至約1.0 pm的氮化硅層的無機電介質層，即0.5 (im的 Si3N4。因為接合的薄層36、 38具有非常不同的組成，所以當彈性雙 層24是平坦時，它們可產生凈應力梯度。例如，在氮化硅/多晶硅雙 層中，多晶硅層可產生壓縮應力，而氮化硅層可產生拉伸應力，從而 使得當雙層24為平坦時，其組合在雙層24中產生凈應力梯度。這樣 的凈應力梯度使彈性雙層24自發(fā)地翹曲成多個穩(wěn)定彎曲狀態(tài)之一(圖 2A-2C、圖3和圖4中沒有示出)。對于圖3中示出的基本為矩形或 正方形的彈性雙層24,其兩個彎曲狀態(tài)的形狀與如圖1所示的彈性雙 層10的形狀基本類似。
彈性雙層24還包括如圖2A-2C、圖3和圖4所示從它的導電底表 面突出的一個或多個突出部。
這些突出部包括短小擋塊42的規(guī)則陣列，其配置成當雙層24的 一部分被拉到襯底22附近時物理擋住導電底層36與下面的陣列28 的控制電極電短路。如果導電底層36是由多晶硅形成的，則擋塊42 可以是來自多晶硅導電底層36的多晶硅短柱。在這樣的實施例中， 如圖2A-2C、圖5A和圖5B所示，擋塊42可以與諸如多晶硅短柱的 電絕緣凸起區(qū)域44橫向對準。凸起區(qū)域44固定到襯底22的平坦頂 表面26。
突出部包括中心連接件40，中心連接件40將彈性雙層24的中心 物理錨定到襯底22，并提供彈性雙層24的導電底層36與村底22之 間的導電通路。連接件40可以是彈簧，或者可以是一個或多個剛性 支柱。在連接件40是彈簧的實施例中，彈簧提供壓縮力而將彈性雙 層24拉向襯底22。在連接件40是一個或多個剛性支柱的實施例中，這一個或多個支柱將雙層24的中心剛性固定在襯底22上。在示范性 實施例中，連接件40由例如n型或p型重摻雜多晶硅制成，其直徑 可為約3 pm至約5 ^m。如果連接件40是壓縮彈簧，則它可具有更大 的橫向尺寸。連接件40也可以形成為從彈性雙層24的重摻雜多晶硅 導電底層36突出的突出部。
控制電極陣列28形成位于平坦頂表面26上并剛性固定到平坦頂 表面26的平坦結構。如圖5A和5B中針對彈性雙層24的矩形/正方 形幾何形狀所示，陣列28被分割成操作組A、 B,并且可選地包括保 護組Ol、 02。每個操作組A、 B、 01、 02包括對稱地位于中心連接 件40的相對側上的一對控制電極。每個電極通過電絕緣間隙與它的 相鄰電極隔開。電絕緣間隙可以用或者可以不用電介質填充。在所示 示范性實施例中，控制電極組A、 B、 01、 02由重摻雜多晶硅結構形 成。操作組A、 B的控制電極位于彈性雙層24的邊緣的中間區(qū)域的周 圍或附近，而保護組01、 02的控制電極位于彈性雙層24的邊緣之間 的拐角周圍。
如圖5A中針對彈性雙層24的示范性正方形形狀所示意性指示 的，每個組A、 B、 01和02的兩個電極電短路在一起。為此，將每 個操作組A、 B的兩個電極以及每個保護組01、 02的兩個電極維持 在基本相同的電位值。例如，操作組A的電極連接到lx2開關46的 一個輸出1，而操作組B的電極連接到lx2開關46的另一個輸出2。 1x2開關46可以在村底22之上，或位于襯底22之外。1x2開關46 配置成將其輸出1、 2之一可切換地連接到外部電壓源48。因此，電 壓源48可向操作組A的控制電極或操作組B的控制電極施加電壓。 保護組Ol、 02的控制電極電連接到設備地，使得即使當對操作組A 或操作組B的控制電極施加電壓時，也不會對Ol、 02的控制電極施 加電壓。因為保護組Ol、 02的控制電極接地，所以通常不會對彈性 雙層24的拐角施加實質的靜電力。相反，在導電雙層24的邊緣的中 心區(qū)域附近并沿穿過彈性導電雙層24的對邊的中線施加實質的靜電
9力。
如圖5A所示意性地示出，在控制電極之中和/或之間設置有孔。 這些孔包括凸起區(qū)域44，這些凸起區(qū)域與位于彈性雙層24的導電底 面上的擋塊42垂直對準。因此，當彈性雙層24的周圍部分被拉到襯 底22附近時，擋塊42可與凸起區(qū)域44物理接觸。凸起區(qū)域44也可 由摻雜多晶硅形成。在圖5A中，放大部分示出其中一個凸起區(qū)域44。 放大部分示出，凸起區(qū)域44與組A、 B、 01、 02的周圍電極由間隙 隔開。由于每個凸起區(qū)域44與相鄰的控制電極之間存在間隙，所以 即使彈性雙層24的一些擋塊42與一些凸起區(qū)域44接觸，在操作機 械開關20期間，彈性雙層24的導電底層36也不會電短路到陣列28 的控制電極。間隙可以是空的，或者可以用諸如氮化硅的電介質填充。
電介質薄層30將陣列28的控制電極、I/O電線34、凸起區(qū)域44 和連接墊52、 54與下面的襯底22絕緣開來。在示范性實施例中，電 介質層30可由通過例如熱氧化法形成的致密二氧化硅形成，或者可 由氮化硅形成，例如由0.3 1.0 pm的氮化硅形成。
參照圖2A-2C，導電跳線32剛性固定到彈性雙層24的頂表面， 并且在例如其一邊緣的中點附近懸于該邊緣之上。在示范性實施例 中，導電跳線32可由金屬層或金屬多層制成，例如由包括金(Au) 的層和諸如鈦(Ti)的接合金屬層制成。導電跳線32經過對準以響應 導電跳線32懸于其上的邊緣被拉向連接墊52、54而在這對連接墊52、 54之間形成電短路，如圖5A所示。即，導電跳線32通過將兩條電 線34電短路在一起而使才幾械開關20閉合。導電跳線32還可包括一 對垂直突出部56，用于在機械開關20處于閉合狀態(tài)時，即，當迫使 雙層24的對應邊緣靠向連接墊52、 54時，接觸連接墊52、 54。
I/O電線34配置成將外部電引線(未示出)連接到連接墊52、 54, 連接墊52、 54的電狀態(tài)(即，電連接或電斷開)由機械開關20控制。 這兩條I/0電線34可包括金屬層、金屬多層、例如Au/Ti、和/或n型 或p型重摻雜多晶硅。機械開關20的其它實施例可利用橫向形狀基本為各種類型的多 邊形的雙層24。例如，彈性雙層24可為具有4、 6或8條邊的基本規(guī) 則的多邊形。其它實施例可利用其它形狀的受壓雙層24,只要該雙層 具有多個穩(wěn)定彎曲狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，多條邊向上凸起。
圖2A-2C的實施例具有導電跳線32和I/O電線34的不同布局。
在圖2A的實施例中，在閉合開關狀態(tài)，電跳線32在I/0電線34 的連接墊52、 54上施加向下的力。該向下的力是在彈性雙層24的電 跳線32的懸于其上的邊緣發(fā)生彎曲時施加的。之所以產生向下的力 是因為在該實施例中連接件40是壓縮彈簧(CS)。
圖6A-6B示出這樣的壓縮彈簧CS的一個實施例。壓縮彈簧CS 包括支柱P、中心臂CA和對稱設置的側臂SA。中心臂CA連接在支 柱P的頂部與每個側臂SA的一端之間。因為空間隙(EG)將中心臂 CA和側臂SA的長的長度彼此分隔并與彈性雙層24分隔，所以中心 臂CA和側臂SA可獨立彎曲。中心臂CA包括例如氮化硅頂層和摻 雜多晶硅底層，即，與彈性雙層24相同的層。由于其幾何形狀和附 著，中心臂CA處于穩(wěn)定的彎曲狀態(tài)，使得中心臂CA的固定到支柱 P的一端低于中心臂CA的另一端。因為側臂SA是單層而不是雙層 的，所以側臂SD是直的，例如不彎曲。例如，側臂SA可由與彈性 雙層24的導電底層36相同的摻雜多晶硅制成?；蛘?，側臂SA可備 選地由如同彈性雙層24的電介質頂層38那樣的氮化硅制成。在后一 情形下，側臂SA也可由金屬層覆蓋，該金屬層提供彈性雙層24(即， 其導電底層36)與支柱P和中心臂CA的導電摻雜多晶硅之間的導電 橋。由于中心臂CA具有一定曲率并且側臂SA具有較長的長度，所 以壓縮彈簧CS迫使側臂SA的遠端靠向襯底22。因為雙層24固定到 側臂SA的遠端，所以壓縮彈簧CS還將雙層24的附著中心推向襯底 22。
在圖2B的實施例中，在閉合開關狀態(tài)中，電跳線32將在I/0電 線34的連接墊52、 54上施加向上的力。每個連接墊52、 54位于對應金屬結構35的底面上。每個金屬結構耦合到對應一個電導線34， 并且垂直懸于導電跳線32之上。在圖2B中的微機械開關閉合期間， 當雙層24的電跳線32懸于其上的邊緣不彎曲時，會對金屬結構35 施加向上的力。在此狀態(tài)下，雙層24的其它邊緣處于對應于閉合開 關狀態(tài)的穩(wěn)定彎曲狀態(tài)，并且接近襯底22的表面26。在圖2B中的微 機械開關20閉合期間，之所以產生向上的力是因為，雙層24的彎曲 狀態(tài)將電跳線32交搭的邊緣向上推向其一個穩(wěn)定彎曲狀態(tài)。
在圖2C的實施例中，因為每個連接墊52位于對應雙層結構37 的凸起頂部上，所以導電跳線32在I/0電線34的連接墊52、 54上施 加向下的力。這兩個雙層結構37可具有與雙層24相同的雙層構造， 例如位于多晶硅底層37上的氮化硅頂層38。每個雙層結構37的自由
成弓形。具體來說，每個雙層結構37的幾何形狀及其對電介質層30
力梯度而采取弓形形狀。
圖5B示出與圖2A和圖5A中的微機械開關類似的微才;i4成開關中 的陣列28的控制電極的備選實施例。這兩種微機械開關之間的主要 差別在于，與圖2A和圖5A中的微機械開關20不同，在圖5B的開 關中，導電連接件40沒有穿透電介質層30。相反，導電連接件40連 接到保護組01 、或02、或01和02的控制電極的中心導電延伸部(E )。 導電延伸部E和導電連接件40在彈性雙層24的導電底層36與保護 組Ol、 02的控制電極之間形成導電通路。通過此導電通路，彈性雙 層24的導電底層36與保護組01 、 02的控制電極一起接地。
圖7示出操作微機械開關的方法60，其中該微機械開關包括具有 導電底層的彈性雙層，如雙層24。彈性雙層具有兩個或兩個以上穩(wěn)定 彎曲狀態(tài)，且其形狀可以基本為多邊形。在每個穩(wěn)定彎曲狀態(tài)，雙層 的不同邊緣發(fā)生彎曲。彈性雙層還通過諸如連接件40的導電連接件 附著到襯底。例如，方法60可操作圖2A-2C中的基于雙層的機械開
12關20。
方法60包括對彈性雙層施加第一控制力以便使雙層從第一穩(wěn)定 彎曲狀態(tài)變換到不同的第二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)(步驟62)。第一控制力可 以是例如由位于雙層的導電層附近的充電控制電極產生的靜電力?？?制電4及可以位于雙層的一對對邊的中間區(qū)i或附近，例如如同圖5A-5B 中的操作組A或B的控制電極那樣。在第二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)，雙層上的 導電跳線電短路兩個1/0電觸點或電線，由此使才幾械開關閉合。例如， 圖2A-2C中的每個雙層24具有導電跳線32，在彈性雙層24的其中 一個穩(wěn)定彎曲狀態(tài)中，導電跳線32電短路I/0電線34。
方法60可包括釋;^文第一控制力以使雙層保持處于第二穩(wěn)定彎曲 狀態(tài)而不必對它進一步施加控制力(步驟64)。即，雙層可閉鎖進入 第二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)，以使得在開關變換到閉合開關狀態(tài)之后，不必消 耗電力便可使開關保持閉合。然后，方法60可包括在雙層處于第 二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)的同時，使電流通過微機械開關傳輸。
方法60包括對彈性雙層施加第二控制力以使得雙層從第二穩(wěn)定 彎曲狀態(tài)變換到另一穩(wěn)定彎曲狀態(tài)(步驟66)。該另一穩(wěn)定彎曲狀態(tài) 可以是第一穩(wěn)定彎曲狀態(tài)，或者可以是非第二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)的另一穩(wěn) 定彎曲狀態(tài)。因為雙層上的導電跳線在處于不同于第二穩(wěn)定彎曲狀態(tài) 的穩(wěn)定彎曲狀態(tài)時不會電短路I/O導電電線或觸點，所以狀態(tài)變換使 機械開關打開。第二控制力可以是通過對其它控制電極充電而產生的 靜電力。例如，如果施加第一控制力的控制電極是圖5A或圖5B中的 操作組A的控制電極，則施加第二控制力的控制電極可以是操作組B 的控制電極。第一和第二控制力的施加使得雙層的具有導電跳線的邊 緣在第一和第二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)之一中發(fā)生彎曲，而在第一和第二穩(wěn)定 彎曲狀態(tài)的另一狀態(tài)中基本不彎曲。
在一些實施例中，方法60可包括釋放第二控制力以使得雙層保 持處于這另一穩(wěn)定彎曲狀態(tài)(步驟68)。即，雙層可閉鎖進入這另一 穩(wěn)定彎曲狀態(tài)，以便在開關變換到打開開關狀態(tài)之后，不必消耗電力
13便可使開關保持打開。
圖8示出用于制造微機械開關的方法70，其中獨W幾械開關的打開 和閉合開關狀態(tài)對應于其中的彈性雙層的不同穩(wěn)定彎曲狀態(tài)。方法70 的各個實施例可制造例如如圖2A-2C所示的微機械開關20。方法70 的各個實施例可產生如圖9-11所示的中間結構108、 114、 116。
方法70包括經由常規(guī)工藝在諸如晶體硅襯底的襯底102的平坦 頂表面上沉積第一氮化硅層100 (步驟72)。所沉積的第一氮化硅層 100的厚度可為約0.3 jam至約1.0 pm，即為約0.5 pm的Si3N4。
方法70包括經由常規(guī)工藝在第一氮化硅層100上形成第一 p型 或n型重摻雜多晶硅層104 (步驟74)。第一多晶硅層104的厚度可 為約1 [xm至約3 [xm。
方法70包括執(zhí)行橫向圖案化第一多晶硅層104的掩模控制干式 或濕式蝕刻(步驟76)。蝕刻選擇在例如下面的第一氮化硅層100上 中止。蝕刻將第一多晶硅層104分隔成斷開的橫向區(qū)域。如圖5A或 5B所示，獨立的橫向區(qū)域可包括例如陣列28中的控制電極、I/O電 線34、凸起區(qū)域44和連接墊52、 54。
在一些實施例中，方法70可包括在第一多晶硅層104的一部分 上執(zhí)行掩?？刂频臍庀喑练e金屬的步驟。這樣的金屬沉積可為圖2A 和圖2B中的^:機械開關20產生例如金屬I/O電線34和連接墊52、 54。
方法70包括執(zhí)行常規(guī)工藝以在第一多晶硅層104上和第一氮化 硅層100的棵露部分上沉積二氧化硅層106 (步驟78 ) 。 二氧化硅層 106是犧牲層，它將用于幫助制作其它結構，但將從最終的微機械開 關去除。
方法70可包括將所沉積的二氧化硅層106的表面平坦化以產生 光滑的頂表面用于進一步的制作(步驟80)。平坦化可包括執(zhí)行對二 氧化硅具選擇性的化學機械平坦化(CMP)。最終的平坦二氧化硅層 106的厚度可為例如約1 |xm至約5 pm。方法70包括對二氧化硅層106執(zhí)行常規(guī)的掩?？刂频母墒轿g刻 以產生孔H1以用于為其中的彈性雙層形成諸如圖2A-2C、圖3和圖4 中的擋塊42的短小擋塊(步驟82)。將蝕刻定時為例如在穿過二氧 化硅層106之前中止。
方法70包括對二氧化硅層106執(zhí)行第二常規(guī)掩模控制的干式蝕 刻以形成孔H2用于其中的支柱、如圖2A-2C中的導電連接件40的支 柱(步驟84)。此蝕刻步驟還可包括在二氧化硅層中形成孔(未示出) 以用于稍后形成圖2A中的導電跳線32的尖端。蝕刻劑可選擇在下面 的襯底102上中止。在其它實施例中，蝕刻步驟84可備選地配置成 在第一氮化硅層100上中止，以便例如形成如圖5B所示的微機械開 關20。
第一和第二蝕刻步驟82和84利用具有適于所需特征孔Hl、 H2 的窗口的掩才莫。蝕刻步驟82和84產生如圖9所示的中間結構108。
方法70包括在中間結構108的二氧化硅層106上形成第二 p型 或n型重摻雜多晶硅層110 (步驟86)。形成步驟86可包括沉積 摻雜多晶硅；然后執(zhí)行常規(guī)平坦化，例如對多晶硅具選擇性的CMP。 第二多晶硅層110的示范性厚度可為約1 pm至約3 pm。所形成的第 二多晶硅層IIO的部分也可直接位于下面的第一多晶硅層104上，例 如如圖11所示。
方法70包括執(zhí)行常規(guī)的掩?？刂频奈g刻以圖案化第二多晶硅層 110，從而產生形狀基本為多邊形的彈性雙層，例如圖2A-2C和圖3-4 中的彈性雙層24 (步驟88)。為了制造圖2A中的機械開關20，圖 案化也可如圖6A所示在第二多晶硅層112中產生一組間隙EG。制造 這些間隙可用于形成圖6A和圖6B中的壓縮彈簧CS。蝕刻步驟88 可備選地包括圖案化第二多晶硅層110的第二部分以便制作如圖2C 所示的雙層結構37的底層36。第二多晶硅層110的這個第二部分可 制造成部分地位于二氧化硅層106上且部分地位于二氧化硅層106之 外。即，第二多晶硅層IIO的第二部分的一部分直接位于下面的第一多晶硅層104上或直接位于第一氮化硅層100上。
方法70包括在第二多晶硅層110上沉積共形的第二氮化硅層112 (步驟90 )。第二氮化硅層112的示范性厚度可為約0.3 (xm至約1.0 拜，如0.5拜。
方法70包括對第二氮化硅層112執(zhí)行掩?？刂频奈g刻以形成圖 10中的中間結構114或圖11中的中間結構116 (步驟92)。在圖10 的中間結構114中，可將第二氮化硅層112橫向圖案化成具有與第二 多晶硅層110近似相同的形狀，以便例如產生如同圖3和圖4中的基 本為多邊形的彈性雙層24。在圖11的中間結構116中，橫向圖案化 產生圖2A-2C、圖3和圖4中的基本為多邊形的彈性雙層24以及圖 2C中的形狀的雙層結構37。
在制造圖2A的微機械開關20的實施例中，蝕刻步驟92也可從 基本為多邊形的彈性雙層24的中心區(qū)域中的側臂SA和間隙EG選擇 性地去除第二氮化硅層112。這些圖案化的特征將與通過第二多晶硅 層110圖案化的間隙EG對準，并且配置成如同圖6A中的壓縮彈簧 CS那樣構形。
為了形成圖2A中的機械開關20，方法70還包括對第二二氧化硅 層106的與雙層右邊110、 112相鄰的那部分執(zhí)行掩?？刂莆g刻，以 便在其中產生一個或多個孔。這一個或多個孔的尺寸設計成適于隨后 在其中形成導電跳線32的垂直突出部56。
方法70包括形成懸于第二氮化硅層112的一個圖案化邊緣之上 的金屬電跳線，例如圖2A-2C中的導電跳線32 (步驟96)。金屬電 跳線的金屬可通過常規(guī)地掩?？刂茪庀喑练e金屬、隨后剝離位于掩模 上的多余金屬來沉積。備選地，金屬電跳線的金屬可通過常規(guī)的電鍍 工藝來沉積。金屬電跳線的示范性金屬包括Au/Ti，但也可使用其它 金屬組合。在制造圖2A的機械開關20的實施例中，連接墊52、 54 的棵露部分可在例如形成導電跳線20的此金屬實施例的過程中用光 刻膠薄層進行保護。為了形成圖2B中的機械開關20,方法70還可包括執(zhí)行步驟序列 以形成用于連接墊52、 54 (同樣參見圖5A)的兩個金屬結構35。該 序列可包括在之前的中間結構上形成第二犧牲二氧化硅層；以及平 坦化第二二氧化硅層。該序列可包括接著，執(zhí)行干式蝕刻以產生穿 過第二二氧化硅層并在導電I/0電線34上中止的兩個通孔；然后，用 金屬填充這兩個通孔以產生與導電I/0電線34接觸的金屬支柱。最后， 該序列可包括執(zhí)行掩?？刂茪庀喑练e金屬的步驟；以及剝離第二犧 牲層的頂表面上的多余金屬。這個最后步驟將產生與金屬填充的通孔 接觸的金屬結構35的上水平部分。然后，隨后去除第二犧牲二氧化 硅層應當產生如圖2B所示的用于連接墊52、 54的垂直金屬結構35。
為了形成圖2C中的機械開關20，步驟96可包括執(zhí)行步驟序列以 制造導電跳線32。該序列可包括在步驟94中產生的中間結構116 上形成第二犧牲二氧化硅層；以及平坦化第二二氧化硅層。該序列可 包括接著，執(zhí)行干式蝕刻以產生穿過第二犧牲層并在雙層24的邊 緣附近的第二氮化硅層112上中止的通孔；然后執(zhí)行掩?？刂平饘俪?積以產生填充通孔的金屬支柱。該序列可包括執(zhí)行掩?？刂平饘俪练e 并剝離第二犧牲層上的多余金屬以產生位于金屬填充的通孔上并與
該通孔接觸的導電跳線32的上水平部分。隨后去除第二犧牲層應當 產生如圖2C所示的導電跳線32的金屬實施例。
最后，方法70包括通過執(zhí)行去除這個(或這些)犧牲二氧化硅 層(如層106)的蝕刻來物理釋放彈性雙層(步驟98)。該蝕刻可以 是利用HF的水溶液的濕式蝕刻。
除了釋放雙層24之外，去除犧牲氧化物將產生圖2B中的金屬連 接結構35，并將使雙層結構37的末端像圖2C所示那樣彈起。
在制造諸如圖2A-2C中的獨t機械開關20的微才幾械開關的方法的 其它實施例中，其它材料可取代上述方法70中所用的材料。例如， 這些其它方法可用微電子領域中的技術人員或微機電系統(tǒng)(MEMS ) 領域中的技術人員已知的可作為合適的替代物的其它在功能上和/或結構上類似的材料來取代以上方法70中的特定半導體、金屬和/或電 介質。
從以上公開、附圖和權利要求，本領域的技術人員將明白其它實 施例。
權利要求
1. 一種裝置，包括包括具有第一和第二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)的雙層的機械開關；并且其中所述雙層從所述第一狀態(tài)變換到所述第二狀態(tài)使所述開關閉合。
2. 如權利要求1所述的裝置，其中所述雙層具有帶偶數條邊的基 本為多邊形的形狀。
3. 如權利要求2所述的裝置，其中所述多邊形形狀具有四條或六條邊；所述邊短于約500微米； 所述雙層具有導電表面；并且第一電極面對所述雙層的表面，且第二電極面對所述雙層的表面。
4. 如權利要求3所述的裝置，其中所述雙層配置成響應施加在所述雙層與所述第一電極之間 的電壓而變換到所述第一狀態(tài)；并且其中所述雙層配置成響應施加在所述雙層與所述第二電極之間 的電壓而變換到所述第二狀態(tài)。
5. —種裝置，包括 具有頂表面的襯底；沿所述頂表面定位并固定到所述襯底的多個電極；以及 通過連接件物理附著到所述襯底的雙層，所述雙層能夠在第一和第二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)之間變換，所述雙層具有在所述第一和第二狀態(tài)中彎曲的不同邊。
6. 如權利要求5所述的裝置，還包括 位于所述雙層上的電跳線；以及位于所述頂表面上并固定到所述襯底的第一和第二電線；并且其中所述電跳線配置成響應所述雙層處于所述第一彎曲狀態(tài)而 電連接所述電線，并且響應所述雙層處于所述第二彎曲狀態(tài)而不短路 所述電線。
7. —種制造機械開關的方法，包括在襯底的頂表面上形成受壓雙層，以使得連接件將所述雙層的一 部分物理連接到所述村底；以及所述雙層；并且其中所釋放的雙層的表面具有彎曲形狀。
8. 如權利要求7所述的方法，還包括沿所述頂表面形成電極的陣列，所述電極固定到所述襯底并介于 所述雙層與所述襯底之間。
9. 如權利要求7所述的方法，其中所述形成雙層包括形成多晶硅層。
10. 如權利要求7所述的方法，其中所述連接件在所述雙層的導 電層與所述襯底之間形成導電通路。
全文摘要
一種裝置包括機械開關。該機械開關包括具有第一和第二穩(wěn)定彎曲狀態(tài)的雙層(10，24)。雙層從第一狀態(tài)變換到第二狀態(tài)時使開關閉合。
文檔編號H01H59/00GK101512701SQ200780033558
公開日2009年8月19日 申請日期2007年8月27日 優(yōu)先權日2006年9月12日
發(fā)明者F·帕多, M·E·西蒙, O·D·羅佩斯, V·A·阿克休克 申請人:盧森特技術有限公司