MEMS开关及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种MEMS开关及其制作方法，所述MEMS开关包括：半导体衬底；位于半导体衬底上的开关腔体，所述开关腔体包括底部介质层以及顶部介质层；位于所述底部介质层的第一组开关触点；位于所述顶部介质层的第二组开关触点；还包括机械臂，所述机械臂包括固定于开关腔体底部介质层上的固定端以及悬浮的自由端，所述自由端上形成有掷刀；所述掷刀与第一组开关触点以及第二组开关触点的位置相对应；在开关腔体内施加驱动电场时，所述机械臂受到驱动电场作用而弯曲，使得掷刀接触第一组开关触点或第二组开关触点。本发明专利技术所述MEMS开关具有结构简单，反应灵敏，易于制造的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微机电机械系统(MEMQ器件制造领域，尤其涉及一种单刀双掷的 MEMS开关及其制作方法。
技术介绍
微机电机械系统(Micro-Electro-MechanicalSystems,MEMS)是一种可集成化生产，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路于一体的微型器件或系统。它是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。 采用MEMS技术的微电子器件在航空、航天、环境监控、生物医学以及几乎人们所接触到的所有领域中有着十分广阔的应用前景。相对于传统的机械结构，MEMS器件的尺寸更小，最大不超过一个厘米，甚至仅仅为数个微米，其中的器件层厚度就更加微小。由于采用了以硅为主的半导体材料，因此可大量利用半导体集成电路生产中的成熟技术、工艺，进行低成本的批量化生产。其中微机械结构作为传感、传动以及运动机构是MEMS器件的最重要的组成部分，微机械结构通常需要设置于封闭空间中，以避免收到外部环境影响，包括固定的支撑部分以及可活动且悬浮的自由端。当所述微机械结构受到外界磁场力或电场力的作用下发生弯曲，其自由端与封闭空间的不同区域相接触，而实现电性连接，所述MEMS器件便能够起到开关的作用。开关根据结构的差别可以分为单刀单掷开关或单刀双掷开关，后者能起到路径切换的作用，因而在电路以及信号传输系统中具有广泛的应用，传统的单刀双掷开关器件体积较大，难以集成于芯片中。而利用MEMS器件制作单刀双掷开关，能够极大的提高器件的集成度。更多关于单刀双掷的MEMS开关的内容，可以参见专利号为US60/561192的美国专利。随着应用环境的日趋复杂以及器件的日益微缩，提供结构更为简单，制作更为容易，并更易于器件微缩的MEMS开关成为MEMS技术的发展方向之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有单刀双掷功能的MEMS开关及其制作方法，结构简单且易于生产制造。本专利技术所述的MEMS开关，包括半导体衬底；位于半导体衬底上的开关腔体，所述开关腔体包括底部介质层以及顶部介质层；位于所述底部介质层的第一组开关触点，包括第一输入触点以及第一输出触点； 位于所述顶部介质层的第二组开关触点，包括第二输入触点以及第二输出触点；还包括机械臂，所述机械臂包括固定于开关腔体底部介质层上的固定端以及悬浮的自由端，所述自由端上形成有掷刀；所述掷刀与所述第一组开关触点以及第二组开关触点的位置相对应；在开关腔体内施加驱动电场时，所述机械臂受到驱动电场作用而弯曲，使得掷刀接触底部介质层将所述第一输入触点与第一输出触点电连接，或者接触顶部介质层将所述第二输入触点以及第二输出触点电连接。可选的，所述机械臂为Z字形结构，其一端为固定端，另一端为自由端，所述固定端与自由端具有高度差。所述底部介质层上形成有连接区，所述连接区与机械臂的固定端连接。所述MEMS开关还包括形成于所述顶部介质层的上电极板以及形成于所述底部介质层的下电极板，所述机械臂的自由端在垂直方向对准所述下电极板以及上电极板。可选的，所述下电极板设置于所述底部介质层的表面，所述上电极板设置于所述顶部介质层相对于底部介质层的另一侧表面。所述机械臂包括支撑结构以及导电电极，所述导电电极沿支撑结构表面自固定端向自由端延伸，且与所述掷刀绝缘。可选的，所述机械臂为桥梁状结构，其两端为固定端，中部为自由端。所述底部介质层上形成有第一连接区以及第二连接区，所述第一连接区以及第二连接区关于所述第一组开关触点对称，且分别与机械臂的两固定端连接。所述MEMS开关还包括形成于所述顶部介质层上并关于第二组开关触点对称的第一上电极板以及第二上电极板，形成于底部介质层上并关于第一组开关触点对称的第一下电极板以及第二下电极板；所述机械臂的自由端在垂直方向对准所述上述下电极板以及上电极板。可选的，所述第一下电极板以及第二下电极板形成于所述底部介质层的表面，所述第一上电极板以及第二上电极板形成于所述顶部介质层相对于底部介质层的另一侧表面。所述机械臂包括支撑结构以及第一导电电极、第二导电电极，所述第一导电电极以及第二导电电极沿所述支撑结构的表面，分别自机械臂的两固定端向中部自由端延伸， 且均与所述掷刀绝缘。本专利技术还提供了一种MEMS开关的制作方法，包括提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成底部介质层；在所述底部介质层的表面形成第一组开关触点、下电极板以及连接区；在上述半导体结构的表面形成图形化的下牺牲介质层，所述下牺牲介质层暴露出连接区以及部分底部介质层；在所述下牺牲介质层的部分表面上形成与所述连接区连接的机械臂；在上述半导体结构表面形成图形化的上牺牲介质层，所述上牺牲介质层与下牺牲介质层连接；在所述上牺牲介质层表面形成顶部介质层；在所述顶部介质层表面形成第二组开关触点、上电极板；所述第二组开关触点与第一组开关触点的位置相对应，所述上电极板与下电极板的位置相对应；刻蚀所述顶部介质层形成若干暴露出上牺牲介质层的通孔，通过所述通孔，去除上牺牲介质层以及下牺牲介质层。其中，所述在底部介质层表面形成第一组开关触点、下电极板以及连接区包括在底部介质层表面形成第一金属层；刻蚀所述第一金属层形成第一组开关触点、下电极板以及连接区；在上述半导体结构表面回填绝缘介质，提高底部介质层的表面高度；进行化学机械研磨，使得底部介质层的表面与所述第一组开关触点、下电极板以及连接区的顶部平齐。所述连接区位于下电极板相对于第一组开关触点的外侧，且所述连接区、下电极板以及第一组开关触点与后续形成的机械臂的位置相对应。所述形成下牺牲介质层包括在底部介质层表面形成第一牺牲层；刻蚀所述第一牺牲层形成定位凹槽，所述定位凹槽露出第一组开关触点；在第一牺牲层表面形成第二牺牲层，所述第二牺牲层厚度与第一牺牲层相等，使得所述第二牺牲层填平所述定位凹槽，并在所述定位凹槽处形成第一凹槽；刻蚀所述第二牺牲层以及第一牺牲层，暴露出底部介质层表面的连接区，形成下牺牲介质层。所述形成机械臂包括在下牺牲介质层以及连接区的部分表面，利用掩模进行选择性沉积形成支撑介质层，所述支撑介质层定义所述机械臂的形状；在所述连接区以及支撑介质层表面形成第二金属层；刻蚀所述第二金属层形成导电电极以及掷刀，所述掷刀包括填充于所述第一凹槽内的第二金属层，所述导电电极与连接区连接，并沿支撑介质层表面自连接区向所述掷刀延伸。所述在顶部介质层表面形成第二组开关触点、上电极板包括刻蚀所述顶部介质层形成第二凹槽，所述第二凹槽对准下方的掷刀，且贯穿顶部介质层；在所述顶部介质层表面形成第三金属层；刻蚀所述第三金属层形成第二组开关触点以及上电极板；所述上电极板对准下方的下电极板，所述第二组开关触点对准下方的掷刀，所述第二组开关触点包括填充于第二凹槽内的第三金属层。可选的，所述下牺牲介质层与上牺牲介质层的材质均为无定形碳，且厚度相同。所述去除上牺牲介质层以及下牺牲介质层包括向所述通孔内通入氧气，采用灰化工艺去除所述上牺牲介质层以及下牺牲介质层，所述灰化工艺的加热温度为100°c 350°C。可选的，所述MEMS开关制作方法还包括在所述顶部介质层表面形成覆盖层，所述覆盖层封闭所述通孔。本专利技术所述的MEMS开关将两组开关触点分别设置于开关腔体的顶部以及底部， 通过施加外界电场，驱动机械臂上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毛剑宏，唐德明，
申请(专利权)人：上海丽恒光微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：