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具有多层隔膜的微机电系统结构的制作方法

文档序号:9927234
具有多层隔膜的微机电系统结构的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及微机电系统(MEMS),尤其涉及包括多层隔膜的射频MEMS开关。
【背景技术】
[0002]微电机械系统(MEMS)在非常宽泛多样性的应用中,被用作传感器、致动器或被动设备。射频MEMS尤其用于诸如射频传送的射频应用,以及在诸如移动通信的多个行业中。例如在移动电话中,射频MEMS可以用于射频前端以便天线调谐或天线切换。与诸如固态设备的其它技术相比,MEMS部件为这些应用提供了更强的技术优点,诸如非常低的插入损失、在切换情形中的高绝缘、以及非常高的线性度(超过70dB中IIP3)。
[0003]更具体地说,关于射频MEMS开关,在全部现有技术中致动原理都保持相同:通过机电致动打开或闭合传导传输线。传输线的闭合可以例如利用传导元件实现,此传导元件特定在梁、桥或定位在距离彼此分离的传输线的两个传导端短距离处的隔膜上以便避免传输线中的电传导。然后可以机电地致动梁、桥或隔膜,使得特定的传导元件例如通过欧姆接触使传输线的两个传导端之间短路,由此形成传导线并且由此闭合开关。
[0004]如前所述,支撑传导元件的部分可以是梁(锚定在一端)、桥(锚定在两端)或者隔膜(自由或者特征在于几个锚定件)。根据实施方式,可以通过支柱与止动部(参见EP1705676A1和EP2230679A1)完全地释放与保持隔膜。
[0005]在图1中示出了包括自由支撑隔膜的已知MEMS开关结构的实例。为了使自由支撑隔膜I弯曲,MEMS结构10包括适于使柔性隔膜弯曲以便降低隔膜的功能部分的电致动装置。隔膜的功能性部分是特定在隔膜的部分下方在两个柱之间的传导元件8并且这缩短了闭合模式中的传输线。电下降致动装置通常由定位在隔膜I下方的外部致动电极2A构成,当致动电压施加在电极2A上时,其适于将静电推力直接施加到柱之间的隔膜I。这些推力与在柱3上的杠杆作用结合使得隔膜I能够弯曲。
[0006]基于特定在隔膜下的接触通过弯曲隔膜实现了到传输线4的欧姆接触。传输线4可以适于传输射频信号。在示出的实例中,电极2、柱3与传输线4形成在相同的基板5上。为了返回到静止位置或者进入到隔离位置(传导元件与传导小块(conductive plots)之间的间隙最大的位置),电极2A的致动电压返回到O并且将致动电极施加到外部电极2B,这将通过柱3实行杠杆作用,由此使隔膜以相反方向弯曲。应该指出的是自由支撑隔膜开关还可以用作电容式接触开关而非欧姆接触开关。
[0007]如参照图1描述的MEMS开关的一个最重要规格是其插入损失。尽管目前的工程处理传统MEMS设备显示了显著的插入损失。因此,本申请的目的是提供改进的MEMS设备以及制造它的方法,其中与现有技术相比可以减小插入损失。

【发明内容】

[0008]通过制造尤其是MEMS开关的MEMS设备的方法解决了上述问题,所述发方法包括在基板上方形成柱与传导(传输)线,以及在柱与传导线上方形成隔膜的步骤。形成隔膜的步骤包括形成第一隔膜层以及在一个柱的上方(尤其是全部柱上方)的区域和/或传导线上方的区域中的第一隔膜层上方形成第二隔膜层,使得第二隔膜层仅部分地覆盖第一隔膜层。形成隔膜的步骤可以包括形成第一隔膜层以及在一个柱的上方(尤其是全部柱上方)的区域和/或传导线上方的区域中的第一隔膜层上方形成第二隔膜层,使得第一隔膜层具有第二隔膜层未形成在其中的邻近形成第二隔膜层的区域的区域。由此,第二隔膜层局部地形成在第一隔膜层上方,以便加固柱/传导线上方的隔膜的区域。特别地,形成隔膜的步骤可以包括形成第一隔膜层以及在第一隔膜层上方的仅在柱和/或传导线的区域中的第二隔膜层(特别地,当隔膜在不通过致动器屈曲的情况下处于静止时)。
[0009]第二隔膜层可以以一个或多个条带的形状形成。重要的是第二隔膜层局部地形成在第一隔膜层上方,即第二隔膜层未完全地覆盖第一隔膜层,而是覆盖在与柱和/或导体线相关的指定部分上方的第一隔膜层。第二隔膜层可以由与第一隔膜层相同的材料形成,并且可以具有与第一隔膜层相同的厚度或者不同的厚度。局部形成的第二隔膜层在柱和/或传导线的区域处提供了隔膜的增强的刚度/厚度。由此,基于静电力到接触力的提高的转换可以减小插入损失,并且基于机械力的改进的传送可以增加切换速度,由此提高了 MEMS设备的整体性能。
[0010]第二隔膜层可以在柱和/或传导线的整个横向尺寸上方完全地或部分地延伸和/或可以部分地或完全地覆盖柱和/或导体线的整个纵向宽度。这里,术语“纵向”表示隔膜的纵轴,然而术语“横向”表示其横轴。第二隔膜层可以沿着其宽度方向覆盖柱和/或传输线(传导线)以相同数量,例如,覆盖可以在柱/传输线的2倍宽度或I倍宽度以下。第二隔膜层可以在沿着柱的整个长度或仅部分地沿着柱延伸的区域中形成并且可以完全地或部分地覆盖柱并且具有柱的宽度的1/4到4倍范围的宽度。第二隔膜层可以在沿着传输线的整个(横向)长度或仅部分地沿着传输线延伸的区域中形成并且可以完全地或部分地覆盖传输线并且具有传输线的宽度的1/4到4倍范围的宽度或者更大。
[0011]根据实施方式,此方法还可以包括在第一隔膜层与第二隔膜层之间形成第三隔膜层,其中第三隔膜层包括暴露第一隔膜层的侧向部分的侧向凹入部,并且形成止动部以限制第一隔膜层的移动。原则上,通过第三隔膜层暴露的第一隔膜层的侧向部分可以被任何其它材料层覆盖。凹入部可以沿着隔膜的纵向方向布置在第三隔膜层的边缘处(此外参见下面的详细描述)。止动部可以布置为在MEMS设备的操作过程中与第三隔膜层的凹入部中的第一隔膜层的边缘接触。
[0012]在操作中,第一隔膜层可以与止动部接触,所述止动部当与第一隔膜层接触时在不与第三隔膜层接触的情况下与可以部分地延伸到第三隔膜层的凹入部中。通过止动部与第一隔膜层的边缘之间的间隙给出隔膜的自由移动距离。由于第一隔膜层可以设置为薄于通常使用的具有均匀厚度的隔膜,因此与现有技术相比可以减小隔膜的自由移动距离,由此提高操作的可靠性。
[0013]根据实施方式,第一隔膜层形成在牺牲基层上方,并且此方法还包括在第一隔膜层上方以及在未被第一隔膜层覆盖的牺牲基层的部分上方形成牺牲层,并且在此实施方式中,此方法包括形成止动部,包括在牺牲层上方形成止动部层,以及图案化止动部层以形成止动部。还在移除牺牲层以后或以前或同时地移除牺牲基层。在移除牺牲基层以后,隔膜可以落在形成在基板上方的柱上。
[0014]发明方法的实例可以进一步包括将牺牲层从第一隔膜层的部分移除以及在通过移除处理暴露的第一隔膜层的部分上方形成第三隔膜层。可以在移除第一隔膜层的部分上方的牺牲层以前形成止动部层与止动部。
[0015]这里,还考虑在用于形成止动部与第三隔膜层的电镀处理的背景下,在图案化第三隔膜层或从牺牲层移除电镀种子层的处理过程中不希望地侵害第一隔膜层的问题(同样参见下面的详细描述)。由于牺牲层与第一隔膜层之间的一些错配,因此存在第一隔膜层被在移除牺牲层以前需要的蚀刻处理腐蚀的风险。为了避免此风险,形成了悬置第三隔膜的凹入部的第三隔膜层的悬置部分。
[0016]本发明方法的上述实例可以相应地包括,在第三隔膜层的侧向凹入部的凹入部上方形成第三隔膜层的悬置部分。特别地,此方法可以包括在牺牲基层上方形成第一隔膜层、在第一隔膜层上方以及在未被第一隔膜层覆盖的牺牲基层的部分上方形成牺牲层,将牺牲层从第一隔膜层的部分移除,以及在第一隔膜层的部分与剩余的牺牲层上方形成电镀种子层。随后,成型件形成在电镀种子层上方,以暴露第一隔膜层的部分上方的电镀种子层以及邻近第一隔膜层的部分的电镀种子层的部分,并且利用成型件通过电镀在电镀种子层上实行材料层的电沉积(提供止动部与第三隔膜层)。随后,移除成型件,移除第一隔膜层的一部分上方的电镀种子层,并且移除牺牲层。
[0017]另选地,本发明方法的实例可以包括在牺牲基层上方形成第一隔膜层、在第一隔膜层上方以及在未被第一隔膜层覆盖的牺牲基层的部分上方形成牺牲层,将牺牲层从第一隔膜层的一部分移除,以及在第一隔膜层的部分与邻近第一隔膜层的部分的牺牲层的部分上方形成第三隔膜层。
[0018]形成悬置部分的处理可以独立于提供局部形成的第二隔膜层的处理实行。由此,提供制造尤其是MEMS开关或电容器的MEMS设备的方法,包括在牺牲基层上方形成第一隔膜层,在第一隔膜层上方形成另外隔膜层(相当于在包括局部加厚隔膜的上面实例的背景下描述的第三隔膜层)的步骤,其中另外的隔膜层包括暴露第一隔膜层的侧向部分的侧向凹入部。然而,其可以通过任何其它材料层覆盖,其中形成另外的隔膜层包括在另外隔膜层的侧向凹入部的凹入部上方形成另外隔膜层的悬置部分。通过另外局部地形成的隔膜层在没有局部加厚/加固的情况下制造MEMS设备的方法,可以包括步骤:在牺牲基层上方形成第一隔膜层;在第一隔膜层上方以及在未被第一隔膜层覆盖的牺牲基层的部分上方形成牺牲层;将牺牲层从第一隔膜层的部分移除并且在第一隔膜层的部分与剩余的牺牲层上方形成电镀种子层。
[0019]随后,成型件形成在电镀种子层
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