RF开关的腿和锚中的电流处理制造技术

本发明专利技术总体上涉及一种用于使MEMS开关的锚更加稳健以用于电流处理的机构。

Current handling in the leg and anchor of the RF switch

The invention generally relates to a mechanism for making the anchor of the MEMS switch more robust for current processing.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】RF开关的腿和锚中的电流处理公开的背景
本公开的实施例总体上涉及一种用于改进MEMS开关中的腿和锚的电流处理的技术。
技术介绍
MEMS电阻开关包含通过施加电压到致动电极而移动的可移动板。一旦电极电压达到一定的电压(通常称为咬合(snap-in)电压)，板就向电极移动。一旦电压降低到释放电压，电极板就会移回原位。由于当板接近致动电极时较高的静电力，以及由于板与(板靠近电极移动时与其接触的)表面之间的静摩擦，释放电压通常低于咬合电压。MEMS器件的弹簧常数设置拉入电压和拉开电压的值。当板被向下致动时，板落在与它进行欧姆接触的接触电极上。从欧姆接触部注入到开关体中的产生的电流通过腿悬臂以及通过开关锚通孔流出到开关的锚。该电流通过焦耳加热引起腿中的温度升高，并且能够产生导致不期望的热膨胀的高温，该热膨胀导致开关电压的变化或者经常用于器件制造中的合金材料的相变。同时，电流能够导致用于将MEMS器件锚定到衬底的通孔失效。因此，本领域需要一种MEMS开关，其能够承载大的电流而不导致腿和锚通孔的破坏性失效。
技术实现思路
本公开总体上涉及一种允许MEMS开关处理较大电流的改进的腿和锚设计。在一个实施例中，一种MEMS器件，包括：衬底，具有设置于其中的多个电极，其中，多个电极至少包括锚电极、下拉电极和RF电极；绝缘层，设置在衬底和下拉电极之上；开关元件，能够从与RF电极间隔第一距离的位置以及与RF电极间隔不同于第一距离的第二距离的位置移动，其中，开关元件包括：底层；顶层；以及多个通孔，其将底层连接到顶层，其中，开关元件包括第一锚部分、第一腿部分和桥部分，其中，多个通孔设置在锚部分和桥部分中，其中，锚部分耦接到锚电极。在另一实施例中，一种MEMS器件，包括：衬底，具有设置于其中的多个电极，其中，多个电极至少包括锚电极、下拉电极和RF电极；锚接触部，设置在锚电极上；绝缘层，设置在衬底和下拉电极之上；开关元件，能够从与RF电极间隔第一距离的位置以及与RF电极间隔不同于第一距离的第二距离的位置移动，其中，开关元件包括：底层、顶层、以及将底层连接到顶层的多个通孔，其中，开关元件被封闭在腔中；以及腔侧壁，其与底层、顶层和锚接触部相接触，其中，腔侧壁电耦接到底层、顶层和锚接触部。在另一实施例中，一种MEMS器件，包括：衬底，具有设置于其中的多个电极，其中，多个电极至少包括锚电极、下拉电极和RF电极；锚接触部，设置在锚电极上；绝缘层，设置在衬底和下拉电极之上；开关元件，能够从与RF电极间隔第一距离的位置以及与RF电极间隔不同于第一距离的第二距离的位置移动，其中，开关元件包括：底层、顶层、以及将底层连接到顶层的多个通孔，其中，开关元件包括第一锚部分、第一腿部分和桥部分，其中，多个通孔设置在锚部分和桥部分中，其中，锚部分耦接到锚电极；以及腔侧壁，其与底层、顶层和锚接触部相接触，其中，腔侧壁电耦接到底层、顶层和锚接触部。附图说明为了能够详细理解本公开的上述特征，可以通过参考实施例获得上面简要概括的本公开的更具体描述，附图图解了其中的一些实施例。然而，应该注意的是，附图仅图解了本公开的典型实施例，因此不被认为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他等效实施例。图1A是欧姆MEMS开关的示意性俯视图。图1B是包含多个并联操作的MEMS开关的欧姆开关单元的示意性俯视图。图1C是包含多个并联操作的开关单元的欧姆开关阵列的示意性俯视图。图2是根据一个实施例的MEMS欧姆开关的示意性横截面视图。图3A-3G是根据一个实施例的在各个制造阶段的MEMS欧姆开关的示意图。为了便于理解，在可能的情况下使用相同的附图标记指示各图共有的相同元件。应预期的是，在没有特别说明的情况下，在一个实施例中公开的元素可以有益地用于其它实施例。具体实施方式图1A是欧姆MEMS开关100的示意性俯视图。开关100包含RF电极102、下拉电极104和锚电极106。当足够高的电压施加到下拉电极104时，MEMS开关被向下致动并在RF电极102和锚电极106之间形成欧姆连接。图1B是包含多个MEMS开关100的欧姆开关单元110的示意性俯视图。通过将足够高的电压施加到下拉电极104上，单元110中的所有MEMS开关100同时导通。因为许多开关并联操作，所以RF电极102和锚电极106之间的电阻减小。图1C示出了欧姆开关阵列的示意性俯视图。它包含多个并联操作的开关单元110。每个单元的RF电极102在每个开关单元110的一端连接在一起，同时锚电极106在每个开关单元110的另一端连接在一起。当所有单元导通时，这导致RF电极102和锚电极106之间的电阻进一步减小。同时，由于许多开关并联操作，总开关阵列能够处理更多电流。图2示出欧姆MEMS开关200的横截面视图。本公开描述了一种改进MEMS腿悬架和锚的电流处理能力的方法。MEMS开关200包含位于衬底202上的RF电极102、下拉电极104和锚电极106。下拉电极104覆盖有介电层204以避免在下拉状态中下拉电极104与MEMS开关之间的短路。用于电绝缘或介电层204的合适材料包括硅基材料，硅基材料包括氧化硅、二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅。该层204的厚度通常为50nm到150nm，以限制介电层中的电场。RF电极102顶部上是RF接触部206，在下拉状态中，开关体与该RF接触部206形成欧姆接触。锚电极106顶部上是锚接触部208，MEMS器件锚定到该锚接触部208。用于接触层206、208的通常材料包括Ti、TiN、TiAl、TiAlN、AlN、Al、W、Pt、Ir、Rh、Ru、RuO2、ITO和Mo及其组合。开关元件包含由导电层210、212组成的刚性桥，导电层210、212使用通孔阵列214联接在一起。这允许刚性板部分和柔性腿提供高接触力，同时将工作电压保持在可接受的水平。MEMS桥由形成在MEMS桥的下层210中的腿216和形成在MEMS桥的上层212中的腿218悬置。MEMS桥的上层利用通孔220锚定到MEMS的下层。MEMS桥的下层利用通孔222锚定到锚接触部208。当MEMS开关被向下致动时，从RF接触部206注入到MEMS桥中的电流通过MEMS桥在两个方向上流出到位于开关体的任一侧上的锚电极106。通过在MEMS桥的两个层210、212中使用腿216、218而不是仅在单层中使用，改进开关的电流处理。因为这些腿不像MEMS桥那样与通孔214连接在一起，因此这些腿的柔性仍然足够低以允许合理的工作电压来拉动MEMS桥210、212与RF接触部206相接触。在MEMS桥上方有介电层224，该介电层224覆盖有金属上拉电极226，该金属上拉电极226用于将MEMS向上拉至顶部以实现关断状态。对于高可靠性，介电层224避免了在向上致动状态下MEMS桥和上拉电极226之间的短路，并限制了电场。将器件移动到顶部有助于减小关断状态下开关到RF电极102的电容。腔的顶部还包含额外的介电层228以实现机械强度。腔用介电层230密封，介电层230填充用于去除在制造期间出现的牺牲层的刻蚀释放孔232。介电层230进入刻蚀释放孔232并且对锚中的MEMS桥的上层212提供进一步的机械支撑，同时还密封腔以使得腔中有低压环境。用于顶部介电层22本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS器件，包括：衬底，具有设置于其中的多个电极，其中，所述多个电极至少包括锚电极、下拉电极和RF电极；绝缘层，设置在所述衬底和所述下拉电极之上；开关元件，能够从与所述RF电极间隔第一距离的位置以及与所述RF电极间隔不同于所述第一距离的第二距离的位置移动，其中，所述开关元件包括：底层；顶层；以及多个通孔，将所述底层连接到所述顶层，其中，所述开关元件包括第一锚部分、第一腿部分和桥部分，其中，所述多个通孔设置在所述锚部分和所述桥部分中，其中，所述锚部分耦接到所述锚电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.16 US 62/255,9921.一种MEMS器件，包括：衬底，具有设置于其中的多个电极，其中，所述多个电极至少包括锚电极、下拉电极和RF电极；绝缘层，设置在所述衬底和所述下拉电极之上；开关元件，能够从与所述RF电极间隔第一距离的位置以及与所述RF电极间隔不同于所述第一距离的第二距离的位置移动，其中，所述开关元件包括：底层；顶层；以及多个通孔，将所述底层连接到所述顶层，其中，所述开关元件包括第一锚部分、第一腿部分和桥部分，其中，所述多个通孔设置在所述锚部分和所述桥部分中，其中，所述锚部分耦接到所述锚电极。2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中，所述第一锚部分包括所述底层的一部分、所述顶层的一部分、将所述顶层连接到所述底层的至少一个第一通孔、以及将所述底层连接到所述锚电极的至少一个第二通孔。3.根据权利要求2所述的MEMS器件，还包括设置在所述锚电极和所述至少一个第二通孔之间的锚接触部。4.根据权利要求3所述的MEMS器件，还包括耦接到所述顶层的上表面的介电层。5.根据权利要求4所述的MEMS器件，其中，当从横截面视图观察时，所述锚电极、所述锚接触部、所述至少一个第二通孔、所述下层、所述至少一个第一通孔和所述顶层全部垂直对齐。6.根据权利要求5所述的MEMS器件，其中，所述多个电极包括第二锚电极。7.根据权利要求6所述的MEMS器件，其中，所述开关元件包括第二锚部分，并且其中所述第二锚部分包括所述底层的一部分、所述顶层的一部分、将所述顶层连接到所述底层的至少一个第一通孔、以及将所述底层连接到所述第二锚电极的至少一个第二通孔。8.一种MEMS器件，包括：衬底，具有设置于其中的多个电极，其中，所述多个电极至少包括锚电极、下拉电极和RF电极；锚接触部，设置在所述锚电极上；绝缘层，设置在所述衬底和所述下拉电极之上；开关元件，能够从与所述RF电极间隔第一距离的位置以及与所述RF电极间隔不同于所述第一距离的第二距离的位置移动，其中，所述开关元件包括：底层；顶层；以及多个通孔，将所述底层连接到所述顶层，其中，所述开关元件被封闭在腔中；以及腔侧壁，与所述底层、顶层和锚接触部相接触，其中，所述腔侧壁电耦接到所述底层、顶层和锚接触部。9.根据权利要求8所述的MEM...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯托·彼得勒斯·范·卡普恩，理查德·L·奈普，
申请(专利权)人：卡文迪什动力有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US