MEMS开关制造技术

本公开涉及MEMS开关。公布了改进MEMS开关操作性能的几种特征，使得它们呈现出改进的在役寿命和开关打开与关闭的更好控制。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及微机电组件的改进，如开关。
技术介绍
微机电系统（MEMS)允许在小规模与包括在集成电路封装内的这些组件相容上形 成组件，如开关、陀螺仪、麦克风、应变计和许多传感器组件。 MEMS元件可在衬底上形成，如硅晶片，如在集成电路的形成中使用的，使用相同的 工艺。本申请提供了 MEMS元件的制造的改进，特别是MEMS开关。
技术实现思路
在第一方面，本文公开了 MEMS元件，包括： 衬底；支撑体；可移动结构和控制电极。支撑体从衬底延伸并保持与衬底相邻的 可移动结构的第一部分，且可移动结构与控制电极重叠，其中，可移动结构由边缘限定，并 且控制电极延伸过可移动结构的边缘。 可移动结构可以延伸远离支撑体。在一些变形中，可移动结构被附加到支撑体以 形成，例如，悬臂或横梁，然而在其它变形中，中间臂可在支撑体和可移动结构之间延伸。 在使用中，控制电极周围的静电场可导致电荷在衬底被捕获，其中衬底包括电介 质。延伸控制电极超过可移动结构的端部或侧面增加任何捕获的电荷和可移动结构之间的 距离。这意味着，其中，例如MEMS元件是开关，开关的打开变得更加可靠。 有利地，可移动结构被枢转地安装到支撑体并且可以延伸在它的任一侧。这样的 布置类似于跷跷板，尽管在上下文中没有要求跷跷板的每侧具有相同的长度。在这样的布 置中，支撑体的每侧可以与相应的控制电极相关联，以便能够拉动可移动结构的任一侧朝 向衬底。拉动一侧向下引起"跷跷板"的另一侧抬起，从而提供积极地将开关拉开的能力。 在本公开的第二方面，公开了 MEMS元件，其包括通过支撑体在第一位置支撑的可 变形结构，可变形结构携带用于与另一触点表面接触并通过相邻而不是与控制电极隔开的 触点。控制电极和可变形结构之间的电位差在引起其变形的可变形结构上施加力，其中，可 变形结构被修改以限制在可变形结构中产生的峰值应力。 限制峰值应力减小了在组件内承受的力下产生的组件中使用的材料的风险。 在第三方面，公开了 MEMS开关，包括：衬底；支撑体；可移动结构和控制电极使得 可移动结构由衬底上方的支撑体被保持并在控制电极上延伸。衬底和可移动结构中的至少 一个具有在其上以保持在使用期间从控制电极隔开的可移动结构形成的至少一种结构。 在使用中，过驱动电压或材料的产生可促使可移动结构以使它接触到控制电极的 方式弯曲。提供至少一种结构，避免这样的问题。 在第四方面，公开了 MEMS元件，包括：具有第一热膨胀系数的衬底；和从衬底延伸 的具有第二热膨胀系数的支撑体。MEMS元件还包括在或邻近衬底和支撑体之间的界面形成 的并且具有大于第一膨胀系数的第三膨胀系数的膨胀变形结构，并且膨胀变形结构被布置 以在界面附近的衬底上施加热膨胀力，以便模拟不同于在界面附近的衬底的第一系数的第 四膨胀系数。 不同的热膨胀可引起力发生在使它变形的支撑体内，并最终影响连接到支撑体的 组件或元件的取向。利用膨胀变形结构，可以减少这种影响。 在第五个方面，公开了具有从衬底向上延伸并携带在衬底表面上方或在衬底内形 成的凹陷上方延伸的结构的支撑体的MEMS元件，并且其中结构被提供有多个槽和/或孔， 在其中以便于从结构下面化学地去除材料。 不能在制造期间去除牺牲材料可减少元件产量。提供用于蚀刻剂来穿透器件的孔 提尚了广量。 在第六个方面，公开了 MEMS开关，包括：衬底；支撑体；和由支撑体在某处支撑的 开关部件，使得所述开关部件的部分在第一方向延伸远离支撑体朝向第一开关触点并超过 第一控制电极。MEMS开关还包括邻近开关部件一部分的第二控制电极，使得第二控制电极 和开关部件之间作用的吸引力促使开关部件移动远离第一开关触点。 提供控制电极以提供开关的主动的开和关，提尚操作的可靠性。对于正常关闭的 开关，其中应力已在制造或尺寸改变期间在开关部件被感应出，使得开关正常关闭，第一控 制电极可以被省略，使得开关可以主动地驱动打开，而响应于从第二控制电极去除控制电 压关闭。 可移动结构或开关部件可以名义上被认为具有在支撑体的相对侧设置的第一和 第二部分。其允许开关部件和第二控制电极之间的吸引力来反作用于开关部件和第一电极 之间的吸引力。力的相对强度可以通过控制控制电极的相对宽度，它们与开关部件的距离， 它们与支撑体的距离，供给的电压或这些参数的任意组合，而改变。 在一些实施方案中，第二控制电极可以通过高阻抗被连接到第一控制电极，使得 在第二控制电极上的电压滞后于第一控制电极上的电压。连接电极和第二电极的电容的大 的阻抗形成RC滤波器。因此，一旦控制电压被施加到第一电极来关闭开关，第二电极开始 充电，从而提供被选择不足以打开开关，而保持电压被施加到第一控制电极的开启力。一旦 驱动信号被从第一电极移出，花费在第二电极电压的时间衰减掉，且在这个时间期间，第二 控制电极和开关部件之间的吸引力打开开关，使得导电通道不再存在于第一开关触点。 在第七个方面，本文件还公开了 MEMS开关，包括：第一开关触点；第二开关触点； 控制电极；衬底；支撑体；弹簧和导电元件。支撑体远离第一和第二开关触点被形成，并且 弹簧从朝向第一和第二开关触点的支撑体延伸，并且携带导电元件使得它被保持在上面但 是与第一和第二间触点的至少一个分开，并且弹簧和/或导电元件通过邻近于控制电极。 因此，有可能从导电元件所需的机械特性去耦弹簧所需的机械特性。 两个或多个各个方面，可能会在单一实施方案中的组合内发生。 因此，例如，使用携带导电元件的弹簧可能在与第一方面的放大电极，和/或与以 限制峰值应力的特征，和/或第六方面的跷跷板设计的组合内发生。【附图说明】 构成本公开的实施方案的MEMS结构现在将参照附图通过非限制性示例的方式来 被描述，其中： 图1是MEMS开关的横截面； 图2示意性地示出了栅电极边缘周围的电场； 图3是MEMS开关的平面图，其中栅电极延伸超过开关部件的边缘； 图4和5示出触点载体的长度和可靠触点的长度如何修改栅极和开关部件之间的 距离； 图6示出了用于减少捕获电荷的关闭影响的另外的特征； 图7a和7b示出了来自栅电极的开关闭合力下的开关部件的型材； 图8a和8b示出了开关部件的实施方案的平面图；图8c示出了图8a和8b的开关 部件的侧视图；且图8d比较在图8a和8b的开关部件中的应变作为位置函数； 图9是具有形成以减小开关部件接触栅电极的风险的附加支撑体的MEMS开关的 实施方案的横截面； 图10是用于与图9中所示的布置一起使用的修改的栅电极的平面图； 图11是表示栅极到源极电压的曲线图，在其上开关部件接触栅极为95μπι长、 7μπι、8μπι和9μπι厚的悬臂的金的开关部件，且有200nm至Ij 400nm的尖端长度； 图12重复图11所示的数据，包含附加的数据用于长30微米、厚8微米的悬臂； 图13是MEMS开关的另外实施方案的横截面； 图14是在温度Tl上悬臂锚定器的示意图； 图15示出了跟随Δ T的温度变化在图14的布置上的热膨胀的影响； 图16示出了具有邻近于支撑体脚形成的附加结构的实施方案； 图17示出了图16中所示的布置的变形； 图18是修改的支撑体的平面图； 图19是MEMS开关的实施方案的立体图； 图20是可加入到开关的另外的特征的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS元件，包括：衬底；支撑体；可移动结构；控制电极；和所述支撑体从所述衬底延伸并保持邻近所述衬底的可移动结构的部分，并且所述可移动结构与所述控制电极重叠，其中，所述可移动结构由边缘限定，并且所述控制电极延伸过所述可移动结构的边缘。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P·L·菲兹格拉德，JE·王，R·C·格金，B·P·斯坦森，P·拉姆博肯，M·舍默尔，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛;BM