压电ＭＥＭＳ开关及制造方法技术

一种ＭＥＭＳ压电开关（１００），其提供结构紧凑、易于在单个单元中制造、以及没有高温导致的接触材料的形态变化与作为结果而发生的对特性的不利影响的优点。高温导致的形态变化指：当诸如射频线（１２５，１３０）和短路条（１５０）的金属接触暴露到退火压电层所要求的温度或者如果换而使用高温沉积处理而在压电层的高温沉积期间所遇到的温度时，在制造期间发生的变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及半导体开关。更具体地，本专利技术涉及压电MEMS开关。
技术介绍
在各种应用中使用简称为"MEMS"的微型机电系统变得日益普 遍。MEMS是建造在半导体芯片上的微型尺寸的机械装置。自20世 纪80年代以来处于研究实验室中，在20世纪90年代中期MEMS装 置开始实现为商业产品。它们被用于制造压力、温度、化学和振动传 感器，光反射器和开关，以及用于气嚢、车辆控制、起博器(pacemaker ) 和比赛的加速度计。所述技术也被用于制造喷墨打印头、用于读/写头 和将光束反射到合适的输出端口的全光学开关的微型致动器。经常和利用压电部件的装置一起使用MEMS，所述压电部件耦 接到一对电极以使开关动作。通常，在制造压电MEMS开关的期间， 当退火所述压电部件、或者如果使用高温沉积而沉积所述压电部件时， 所述开关经历加热到高温(超过约550摄氏度，以及经常660- 700 摄氏度)。这些高温显著地使诸如开关接触的金属开关部件的形态 (morphology)劣化，且不利地影响它们的电特性。已经尝试避免使MEMS开关的金属部件受到高温。例如，美国 专利7>开号2004-94815显示一种通过在任何高温处理之后在分离的 晶片上制备开关的两个接触中的每一个而生产的大型开关。然后层叠 所述晶片，以使所述接触对准并形成所述开关。所述方法的结果是得 到制造成本高昂的大型开关。在诸如美国专利公开号2005 - 0151444中所示的一种更典型的该: 计中，在单个晶片上制造MEMS开关，且金属接触在压电退火步骤 期间受到高温。所述公开显示了使用多层压电(PZT)膜的MEMS 开关。它使用PECVDSi02作为用湿式蚀刻移除的牺牲层。因此，期望开发制造MEMS开关的方法，所述方法不使所述开 关的金属部件受到退火温度。另外，期望维持开关的紧凑尺寸，以及 避免使用多个晶片来分别制造开关的每个接触。而且，从随后结合附 图的详细说明和所附权利要求以及前面
和
技术介绍
，本公开 的其他期望的特征和特性将变得明显。附图说明通过当结合考虑下面的图时参考详细说明和权利要求，可以获得 对本专利技术更完全的理解，所述图是示意性的，而不是按照比例的，且 意在用于说明的目的。在所有图中，相同的参考数字指类似的要素。图l是根据本公开的压电MEMS开关的实施例的顶视图2是图1实施例的横截面视图；以及图3-12示出制造图1的开关的方法的例子中的各阶段。具体实施例方式下面的详细描述本质上仅仅是说明性的，并不意在限制当前公开 的技术或者所述技术的应用与使用。而且，无意受限于前面
、
技术介绍
、简要概括或下面的详细说明中呈现的任何明示或默示的理 论。本公开的MEMS压电开关提供结构紧凑、易于在单个单元中制 造、以及没有高温导致的电极材料的形态变化的优点。术语"高温导致 的"形态变化是指当诸如射频线和短路条的金属接触暴露到退火压电 层所要求的温度或者如果换而使用高温沉积处理而在压电层的高温沉 积期间所遇到的那些温度时，在制造期间发生的变化。典型地，这些 温度处于约550到约700摄氏度的范围内。高温导致的形态变化包括， 但不限于，接触的暴露表面变粗糙以及金属的结构变化，其不利地影 响诸如导电性、电阻等电特性。可以通过使用包括牺牲层、合适的二氧化硅、多晶硅、氮氧化硅等的方法在单个基础基板上建造而制造本公开的开关。另外，有选择地使用诸如聚酰亚胺、BCB等的聚合物材 料来创建结构和将开关的部件保持在一起作为整体装置。如从下面的 公开将变得明显的，聚合物和牺牲层的选择应当是这样的可以通过 不显著地影响所述聚合物的技术移除所述牺牲层，在移除所述牺牲层 时，所述聚合物必须保护其他部件。通过考虑表现本公开的实施例的例子的图，可以更易于理解本公开。作为预备事项，说明书和权利要求中的术语"第一"、"第二"、"第 三"、"第四，，等如果有是被用于区分类似的要素，而不一定用于描述特 定的序列或时间发生顺序。要理解的是这样使用的术语在合适的环 境下是可以互换的，使得这里描述的本专利技术的实施例例如能够以不同 于这里示出或者否则描述的顺序操作。此外，术语"包含，，、"包括"、"具 有，，以及其任何变化，意欲涵盖非排他的包含，使得包含要素列表的处 理、方法、物品或设备不必然限于那些要素，而可以包括没有显式列 出的或者这样的处理、方法、物品或设备所固有的其他要素。而且，说明书和权利要求中的术语"左"、"右"、"前"、"后"、"顶"、 "底"、"上"、"下"如果有是被用于描述性的目的，而不一定用于描述 永久的相对位置。要理解的是这样使用的术语在合适的环境下是可 以互换的，使得这里描述的本专利技术的实施例例如能够以不同于这里示 出或者否则描述的取向操作。图1和2分别描绘本公开的压电MEMS开关的顶视图和横截面 视图。将开关100制作到基础基板110上。在所显示的打开的开关中， 所述开关包括显示为放置在基板110上的RF线125(输入)和130(输 出)的一对接触，短路条150悬在所述RF线上。在横梁(boom )810 中形成短路条150，并且由所述横梁810支承所述短路条150，所述横 梁810是将所述短路条机械连接到悬臂(cantilever) 620的上电介质 层800的一部分。在示出的实施例中，电介质800覆盖装置的几乎整 个上表面以增加强度。其他的实施例可以使用较少的电介质，而仅覆盖选定的区域。如所显示的，悬臂620具有锚定(anchor )到基板110的一端625， 而其结构的较大部分是悬置的且与基板110隔开。如下面所解释的， 这个分离空间(space) 180在初始制作阶段包含牺牲材料。悬臂620具有包括一对电极层200、 400的分层结构，在所述电 极层200、 400之间夹着压电层300。由致动器引入悬臂620的弯曲动 作，所述致动器由电极层200和400以及压电层300形成。悬臂620 是挠性的(flexible)，且当弯曲时，其外端645能够上下移动(往复 运动(reciprocate))，同时在相对端625将所述悬臂保持固定。这 个往复运动向下移动所述短路条150与RF线125、 130电连通。当不 被致动时，悬臂620处于松驰位置，即，基于所述图的取向的水平位 置。悬臂620具有这里显示为矩形的通孔630，但是其他的形状也是 有用的。所述通孔延伸到悬臂620下的空间180，如下面所解释的， 经由所述通孔630从所述空间180将牺牲材料移除。所述通孔630机 械上也可以帮助所述悬臂620的挠曲(flexing)。图3-8描绘制造图2和3的开关的方法的例子的各阶段。参考 图3，在基础基板110上形成牺牲层120。所述牺牲层可以是由二氧化 硅、多晶硅、氮氧化硅等制得。可以通过任何常规的或者要被公开的 处理形成所述层120，例如，可以包括沉积、通过光刻和蚀刻而图案 化。在图4中，在层120上形成第一电极层200。所述电极层可以是 不受高温影响或者不显著地被影响的任何合适的高电导率材料，诸如 柏。可以通过合适的任何已知的技术或者要被开发的技术沉积所述层。 同样，可以通过已知的或者要被开发的技术，例如光刻和HF酸蚀刻， 将其图案化。注意所述图案化和蚀刻在电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造压电ＭＥＭＳ开关的方法，包括：　在基板上形成牺牲层；　形成第一电极层；　形成退火的压电电介质层；　形成第二电极层；　形成邻近第一电极层和第二电极层的射频信号线，而不在形成所述线后的工艺中使所述线受到高温；　形成第一聚合物涂层；　移除所述牺牲层；　形成第二聚合物涂层；　在第二聚合物涂层中形成接触；　图案化第二聚合物涂层；　形成图案化的电介质层，以将悬臂连接到所述接触，所述悬臂包括第一电极层、第二电极层和压电电介质层；以及　移除第二聚合物涂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘连军，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]