具有触头和支座凸块的MEMS器件及其相关方法技术

根据一个实施例，提供一种悬挂在基板上方的可移动ＭＥＭＳ部件。该部件可包括结构层，该结构层具有与基板分开一定间隙的可移动电极。该部件还可包括至少一个支座凸块，该支座凸块固定到结构层上并延伸到所述间隙中，当该部件移动时用于防止可移动电极与导电材料接触。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及微电子机械系统(MEMS)器件和方法。特别是，本专利技术涉及具有触头和支座凸块的MEMS器件的设计和制造以及相关方法。
技术介绍
静电MEMS开关是通过静电电荷来操作并使用微电子机械系统(MEMS)技术制造的开关。MEMS开关可控制电气、机械或光学信号流。MEMS开关可典型地应用于电信，如DSL开关矩阵和移动电话、自动测试设备(ATE)、和其它需要低成本开关或低成本、高密度阵列的系统。如本领域技术人员可认识到的，很多类型的MEMS开关和相关器件都可由体(bulk)或表面微机械加工来制造。体微机械加工一般包括雕刻基板的一个或多个面，从而在同一基板材料中形成所希望三维结构和器件。该基板由容易大量地获得的材料构成，因此通常是硅或玻璃。湿蚀刻和/或干蚀刻技术与蚀刻掩模和蚀刻停止层相结合使用，以形成微型结构。蚀刻通常是对基板的背面进行的。蚀刻技术在性能上一般可以是各向同性或各向异性。各向同性蚀刻对正在蚀刻材料的平面的晶向不敏感(例如通过使用硝酸作为蚀刻剂蚀刻硅)。各向异性蚀刻剂如氢氧化钾(KOH)、四甲基氢氧化铵(TMAH)、和乙二胺焦儿茶酚(ethylenediamine pyrochatechol)(EDP)以不同的速度选择性地蚀刻不同结晶取向，因此可以用于在产生的蚀刻凹陷中限定相对精确的侧壁。使用蚀刻掩模和蚀刻停止层防止基板的预定区域被蚀刻。另一方面，表面微机械加工一般包括通过在硅晶片的顶部淀积大量不同薄膜但不用雕刻晶片本身而形成三维结构。这些膜一般用作结构或牺牲层。结构层通常由多晶硅、氮化硅、二氧化硅、碳化硅或铝构成。牺牲层通常由多晶硅、光刻胶材料、聚酰亚胺、金属或各种氧化物如PSG(磷硅酸盐玻璃)和LTO(低温氧化物)构成。进行连续的淀积、蚀刻和构图工序，从而实现所希望的微型结构。在典型的表面微机械加工中，用绝缘层涂覆硅基板，并在被涂覆的基板上淀积牺牲层。在牺牲层上打开窗口，然后淀积和蚀刻结构层。然后选择性地蚀刻牺牲层，从而形成独立的、可移动的微型结构，如伸出该结构层的横梁或悬臂。该微型结构通常固定到硅基板上，并且设计成可响应来自适当激励机构的输入而移动。很多目前的MEMS开关设计采用悬臂横梁/板、或多支撑的横梁/板几何形状。在悬臂横梁的情况下，这些MEMS开关包括可移动的、双材料横梁，该横梁包括电介质材料的结构层和金属层。通常，电介质材料在一端相对于基板锚定并提供用于横梁的结构支撑。金属层附着在电介质材料的下面并形成可移动电极和可移动触头。金属层可以是锚点的一部分。通过在固定到基板表面的一个电极和另一电极之间施加电压差，使可移动横梁在朝向基板的方向被激励。给两个电极施加电压差可产生静电场，这将拉动横梁向基板移动。横梁和基板各自有一个触头，当不施加电压时这些触头被空气间隙分开，从而该开关处于“打开”位置。当施加电压差时，横梁被拉向基板，并且触头实现了电连接，从而该开关处于“闭合”位置。目前MEMS开关存在的问题之一是不希望的电极对的接触。当处于“打开”位置时，MEMS开关的电极理想地靠得很近。通过将电极设置得靠近在一起，需要使横梁偏向“闭合”位置的功率降低了。然而，这种设计可能导致不希望的电极接触。当横梁向“闭合”位置移动时，如果横梁变形为使得电极接触，则这些电极也可能接触。另一不希望的结构偏转通常由结构材料的固有或外来的应力造成。由于材料固有应力造成的结构偏转是标称材料应力值与结构设计和/或不平衡的组合结构相结合的结果，或者是在结构材料厚度方向的应力梯度的结果。标称和梯度的残余应力的状态是很多变化的处理条件和参数的函数。由外来应力造成的普通的不希望的结构偏转随着由两种或更多种材料构成的组合结构中的温度造成的的变化而发生，其中所述两种或更多种材料具有不同的热膨胀系数(CTE)。不希望电极接触，因为会导致电极之间的电短路。具有双材料横梁的一些目前的MEMS开关设计试图通过将金属层固定到电介质材料顶部而解决由于横梁变形问题造成的电极短路。这种设计用于防止在横梁变形期间电极短路；然而，这种设计需要更高的激励电压，因为金属层和固定到基板表面的电极之间的间隙距离更大。因此，这种设计需要更高的功耗并且可能需要附加的电子部件以实现更高激励电压。因此，希望提供一种用于提高MEMS开关的产量、温度性能、激励和品质的横梁。还希望在开关操作期间减少电极彼此接触的概率。还希望减少横梁变形以便提高开关可靠性。此外，希望减少开关功耗。
技术实现思路
根据一个实施例，提供一种悬挂在基板上的可移动MEMS部件。该部件可包括具有可移动电极的结构层，该可移动电极与基板分开一定间隙。该部件还可包括固定到结构层上并延伸到所述间隙中的至少一个支座凸块，用于防止当该部件移动时可移动电极与导电材料接触。根据第二实施例，提供一种具有支座凸块的MEMS器件，并且可包括具有固定电极的第一固定触头的基板。该器件还可包括悬挂在基板上方的可移动部件。可移动部件可包括具有可移动电极和可移动触头的结构层，其中可移动电极与固定电极隔开第一间隙，可移动触头与第一固定触头隔开第二间隙。可移动部件还可包括固定到结构层上并延伸到第一间隙中的至少一个支座凸块，用于防止可移动电极与固定电极接触。根据第三实施例，提供一种具有支座凸块的MEMS开关，并且可包括基板，该基板包括第一和第二固定电极和固定触头，其中固定触头位于第一和第二固定电极之间。该开关还可包括结构层，该结构层包括相对于基板固定的第一和第二端并包括具有底表面的第一、第二和第三部分，该底表面悬挂在基板上方。该器件还可包括固定在第一部分的底表面上并与第一固定电极隔开第一间隙的第一可移动电极，以及固定到结构层上并延伸到第一间隙中的第一支座凸块，用于防止第一可移动电极与第一固定电极接触。该开关可包括固定到第二部分的底表面上并与第二固定电极隔开第二间隙的第二可移动电极。此外，该开关可包括固定到结构层上并延伸到第二间隙中的第二支座凸块，用于防止第二可移动电极与第二固定电极接触。该开关还可包括固定到第三部分的底表面上并悬挂在固定触头上方的可移动触头。根据第四实施例，提供一种具有支座凸块的MEMS开关，并可包括具有固定电极和固定触头的基板。该开关可包括悬挂在基板上方的可移动的、折叠部件。该部件可包括结构层，该结构层具有底表面并包括第一和第二折叠横梁和固定到第一和第二折叠横梁的固定端的悬臂。该部件还可包括与基板隔开第一间隙的可移动电极。该部件还可包括以下部分固定到结构层上并延伸到第一间隙中的至少一个支座凸块，用于防止当该部件向基板移动时可移动电极与导电材料接触；与固定触头隔开第二间隙的可移动触头；和固定到结构层上并延伸到第一间隙中的至少一个支座凸块，用于防止可移动电极与固定电极接触。根据第五实施例，提供一种在具有支座凸块的MEMS器件中执行激励功能的方法。该方法可包括提供具有支座凸块的MEMS器件。该器件可包括以下部分具有固定电极的基板；具有与固定电极隔开一定间隙的可移动电极的结构层；和固定到结构层上并延伸到第一间隙中的至少一个支座凸块，用于防止在结构层向固定电极移动时可移动电极与固定电极接触。该方法还可包括在可移动电极和固定电极之间施加电压，从而使可移动电极与固定电极穿过该间隙而静电耦合，由此该结构层向基板移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬挂在基板上方的可移动ＭＥＭＳ部件，该部件包括：（ａ）具有可移动电极并与基板分开一定间隙的结构层；和（ｂ）固定到结构层上并延伸到所述间隙中的至少一个支座凸块，当该部件移动时所述支座凸块用于防止可移动电极与导电材料接触。

【技术特征摘要】
US 2001-11-9 60/337,527;US 2001-11-9 60/337,528;US1.一种悬挂在基板上方的可移动MEMS部件，该部件包括(a)具有可移动电极并与基板分开一定间隙的结构层；和(b)固定到结构层上并延伸到所述间隙中的至少一个支座凸块，当该部件移动时所述支座凸块用于防止可移动电极与导电材料接触。2.根据权利要求1所述的MEMS部件，其中所述结构层包括非导电弹性材料。3.根据权利要求1所述的MEMS部件，其中可移动电极包括金属材料。4.根据权利要求1所述的MEMS部件，其中可移动电极包括半导体材料。5.根据权利要求1所述的MEMS部件，还包括固定到结构层上的与可移动电极相对的一侧上的电极互连，该电极互连与可移动电极电连接。6.根据权利要求5所述的MEMS部件，其中可移动电极和电极互连具有基本相同的各自的热膨胀系数。7.根据权利要求1所述的MEMS部件，其中所述至少一个支座凸块包括非导电材料。8.根据权利要求1所述的MEMS部件，其中所述至少一个支座凸块固定到可移动电极上。9.根据权利要求1所述的MEMS部件，其中结构层包括相对于基板固定的至少一个端部，并且所述至少一个支座凸块固定到可移动电极的远离所述至少一个固定端部的端部上。10.根据权利要求1所述的MEMS部件，其中所述至少一个支座凸块包括第一和第二支座凸块，并且第一支座凸块和第二支座凸块固定到可移动电极的远离所述至少一个固定端部的端部上。11.根据权利要求10所述的MEMS部件，其中第一支座凸块和第二支座凸块位于与所述至少一个固定端部距离基本相等的位置。12.根据权利要求1所述的MEMS部件，其中结构层包括可移动触头，当该可移动部件向固定触头移动时所述可移动触头用于接触固定触头。13.根据权利要求12所述的MEMS部件，其中可移动触头包括延伸到所述间隙中的至少一个接触凸块，由此在可移动电极与导电材料接触之前可移动触头与固定触头接触。14.一种具有支座凸块的MEMS器件，该器件包括(a)具有固定电极和第一固定触头的基板；和(b)悬挂在基板上方的可移动部件，该部件包括(i)具有可移动电极和可移动触头的结构层，其中可移动电极与固定电极分开第一间隙，可移动触头与第一固定触头分开第二间隙；和(ii)固定到结构层上并延伸到第一间隙中的至少一个支座凸块，用于防止可移动电极与固定电极接触。15.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中所述结构层包括非导电弹性材料。16.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中所述可移动电极包括金属材料。17.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中可移动电极包括半导体材料。18.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中所述部件还包括固定到结构层的与可移动电极相对的一侧上的电极互连，该电极互连与可移动电极电连接。19.根据权利要求18所述的MEMS器件，其中可移动电极和电极互连具有基本相同的各自的热膨胀系数。20.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中所述至少一个支座凸块包括非导电材料。21.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中所述至少一个支座凸块位于与可移动电极相邻的位置。22.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中所述至少一个支座凸块固定到可移动电极上。23.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中所述结构层包括相对于基板固定的至少一个端部，并且所述至少一个支座凸块固定到可移动电极的远离所述至少一个固定端部的端部上。24.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中所述至少一个支座凸块包括第一和第二支座凸块，其中第一支座凸块和第二支座凸块固定到可移动电极的远离所述至少一个固定端部的端部上。25.根据权利要求24所述的MEMS器件，其中第一支座凸块和第二支座凸块位于与所述至少一个固定端部距离基本相同的的位置上。26.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中可移动触头位于所述结构层的远端。27.根据权利要求26所述的MEMS器件，其中可移动电极位于可移动触头和结构层的固定端部之间的结构层上。28.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中可移动电极包括基本上围绕可移动触头的部分。29.根据权利要求28所述的MEMS器件，其中所述至少一个支座凸块固定到基本上围绕可移动触头的可移动电极的部分上。30.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中所述部件还包括固定到结构层的与可移动触头相对的一侧上的接触互连，并且该接触互连与可移动触头电连接。31.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中可移动触头包括延伸到第二间隙中的接触凸块，由此在可移动电极和固定电极接触之前，可移动触头与第一固定触头接触。32.根据权利要求14所述的MEMS器件，其中可移动触头包括延伸到第二间隙中的第一和第二组接触凸块，所述基板还包括第二固定触头，因此在可移动电极与固定电极接触之前，第一和第二组触头分别与第一固定触头和第二固定触头接触。33....

【专利技术属性】
技术研发人员：达纳R德吕斯，
申请(专利权)人：图恩斯通系统公司，维斯普瑞公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]