具有多层隔膜的微机电系统结构 |
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| 申请号 | CN201510971269.9 | 申请日 | 2015-12-22 | 公开(公告)号 | CN105712285A | 公开(公告)日 | 2016-06-29 |
| 申请人 | 德尔福芒斯公司; | 发明人 | 雷诺·罗宾; 尼古拉斯·洛尔弗兰; 卡里姆·赛格尼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及制造尤其是MEMS 开关 的MEMS设备的方法，其包括在 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，形成隔膜步骤包括形成第一隔膜层和在柱中的一个上方的区域和/或传导线上方的区域中在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区域，该区域邻近第二隔膜层形成于其中的区域。此外，提供了尤其是MEMS开关的MEMS设备，其包括形成在基板上方的柱与传导(传输)线以及在柱与传导线上方的隔膜。隔膜包括第一隔膜层与在柱中的一个上方的区域和/或传导线上方的区域中形成在第一隔膜层上方的第二隔膜层，使得第一隔膜层具有第二隔膜层未形成在其中的区域，该区域邻近第二隔膜层形成于其中的区域。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种制造尤其是MEMS开关的MEMS设备的方法，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 具有多层隔膜的微机电系统结构技术领域背景技术[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1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1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1。这些推力与在柱3上的杠杆作用结合使得隔膜1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0并且将致动电极施加到外部电极2B，这将通过柱3执行杠杆作用，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1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期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执行材料层的电沉积(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执行。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上方，以暴露第一隔膜层的部分与邻近第一隔膜层的部分的电镀种子层的部分上方的电镀种子层，并且利用成型件通过电镀执行在电镀种子层上的材料层的电沉积，由此提供例如上述的第三隔膜层与止动部。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以及移除牺牲层。 [0020] 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另外的隔膜层(相当于在包括局部加厚隔膜的上述实例的背景下描述的第三隔膜层)。 [0021] 根据示例性实施方式，提供了尤其是MEMS开关的MEMS设备，以便实现上述目的。MEMS设备包括形成在基板上方的柱与传导(传输)线，以及在柱和传导线上方的隔膜。隔膜包括第一隔膜层与在一个柱上方的区域和/或传导线上方的区域中形成在第一隔膜层上方的第二隔膜层，使得第二隔膜层仅部分地覆盖第一隔膜层。特别地，第一隔膜层可以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。第二隔膜层可以包括局部形成在第一隔膜层上方的一个或多个条带或其它补片。特别地，第二隔膜层可以仅形成在柱和/或传导线上方的区域中。 [0022] 根据MEMS设备的实施方式，第二隔膜层在柱和/或传导线的整个横向尺寸上方完全地或者部分地延伸和/或部分地或完全地覆盖柱和/或传导线的整个纵向宽度。第二隔膜层可以沿着柱和/或传输线(传导线)的宽度方向覆盖柱和/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1倍宽度以下。第二隔膜层可以在沿着柱的整个(横向)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2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2倍范围的宽度或者更大。 [0023] MEMS设备可以进一步包括：第一隔膜层与第二隔膜层之间的第三隔膜层，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；以及止动部，其构造为限定第一隔膜层的移动。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。特别地，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。 [0025] 将参照附图描述本发明的其它特点与优点。在描述中，参照旨在描述本发明的优选实施方式的附图。应该理解的是此实施方式不表示本发明的全部范围。 [0026] 图1示出了现有技术的MEMS开关。 [0027] 图2a至图2c示出了根据本发明的包括显示局部加厚部分的隔膜的MEMS开关的操作状态的实例。 [0028] 图3a至图3e示出了根据本发明的实例的包括形成止动部与三层隔膜的制造MEMS开关的方法。 [0029] 图4a至图4c示出了根据本发明的另一个实例的包括形成止动部与三层隔膜的制造MEMS开关的方法。 [0030] 图5a至图5c示出了根据本发明的实例的包括形成止动部与三层隔膜(其中第二隔膜层包括悬置部分)的制造MEMS开关的方法。 [0031] 图6a至图6e示出了根据本发明的另一个实例的包括形成止动部与三层隔膜(其中第二隔膜层包括悬置部分)的制造MEMS开关的方法。 [0032] 图7示出了图3e和图4c和图5c中示出的构造的俯视图。 具体实施方式[0034] 参照图2a至图2c，根据本发明的实例，MEMS开关包括形成开关的基板的晶片1(例如由硅制成)。作为钝化层的薄介电层20沉积在所述晶片10的表面上。在介电层20上，开关包括：沿着纵向方向X隔开的两个侧向支柱(柱)30、30'，每个支柱30、30'都沿着图2a的横向方向延伸，一个中间支柱(柱)沿着横向方向Y延伸，所述中间支柱40定位在两个侧向支柱30、30'之间，例如在支柱30、30'与包括隔膜层60的隔膜之间的中间处。中间支柱40的上表面可以通过用于电容式开关构造的薄介电层50覆盖。然而，对于在隔膜层60下面的传导性部分的欧姆开关直接接触来说，需要中间支柱，即，省略介电层50并且代表传输线分离成彼此隔开的两个线，其在闭合状态中通过在隔膜下方的接触而缩短。 [0035] 两个侧向支柱30、30’与中间支柱40形成共面波引导件(CPW)，两个侧向支柱30，30’与接地线相应。中间支柱40形成用于在共面波引导件(CPW)内传输射频电信号的信号线(传输线)。在另一个变型中，还可以通过微线带波引导件实施射频信号线。侧向支柱30，30’与中间支柱40例如由诸如金或金合金的金属制成。 [0036] MEMS开关还包括由薄的柔性隔膜6构成的开关元件。包括隔膜层60的所述柔性隔膜可移动地定位在支柱30、30’、40上方。隔膜层60的纵轴平行于前述纵向方向X并且垂直于上述横向方向Y。隔膜层60的两端60b、60c未夹紧在基板10上，并且隔膜由此在静止处通过支柱30、30'自由地支撑(图2a)。在图1a的变型中，柔性隔膜层60与中间支柱40隔开并且由此在静止处不被所述中间支柱40支撑。在另一个变型中，柔性开关隔膜层60可以在静止处通过中心支柱40支撑。柔性隔膜层60例如由诸如铝、金、或任何传导性合金的金属制成。在示出的实例中，MEMS开关还包括定位在各侧向支柱30，30’上方的止动部3a，并且形成隔膜层60的中间部分通过其自由地定位的通道。在图2a中示出了这些止动部，并且出于清楚的考虑在图2b和图2c中未示出这些止动部。在开关的正常使用过程中，这些止动部30a用于将隔膜6保持在侧向支柱30和30'上，但是不妨碍隔膜层60相对于侧向支柱30自由地移动。 [0037] MEMS开关还包括用于将隔膜层60纵向向下地弯曲到图2b的向下迫使状态中的静电降低致动装置70，以及用于将隔膜层60纵向向上地弯曲到图2c的向上迫使状态中的静电升高致动装置。 [0038] 通过定位在隔膜层60的功能部分下方的两个内部电极70a、70b形成静电降低致动装置。内部电极70a在侧向支柱30与中间支柱40之间延伸。内部电极70b在中间支柱40与侧向支柱30'之间延伸。静电升高致动装置包括两个外部电极80a、80b。当开关是射频电容开关时，各电极70a、70b、80a、80b的上表面由介电层90(图2a)覆盖，以便避免隔膜层60与电极之间的任何欧姆接触。然而，由于一些实施方式特定保护鼓起，因此可以省略介电层90，以便避免直接接触。 [0039] 当在电极70a、70b、80a和80b上未施加致动电压时，开关的隔膜层60位于图2a的静止位置中。在此静止状态中，隔膜层60基本上是平面的并且通过支柱30、30’支撑，在隔膜层60与基板1之间具有预定间隙g。在另一个变型中，可以在静止处弯曲隔膜。当将致动电压施加在内部电极70a、70b上时，在致动区域内产生静电拉力并且在柱30、30’之间向下拉动隔膜层60的功能部分。这些拉力使隔膜层60向下弯曲(沿着负Z方向)到图2b的向下迫使的状态中。在此向下迫使状态中，由于在支柱30和30'上的杠杆作用，基板10与隔膜层60的各端部60b、60c之间的间隙Gint是大的，并且尤其大于处于静止状态中的间隙g。为了将隔膜6从图2b的向下的迫使状态移动到图2c的向上迫使状态，不将致动电压施加在电极70a和70b上并且同时地将致动电压施加在电极80a、80b上。在升高的致动区域内产生静电力并且静电力向下拉动隔膜层60的非功能部分到支柱30，30’外部。更具体地说，静电向下拉动力施加在沿着负Z方向同时地在各侧向支柱30或30'的两个侧面上的隔膜层60的各非功能部分上。 在另一个变型中，为了将隔膜层60从向下迫使状态移动到向上迫使状态，在第一步骤中可以将致动电压施加在电极80a、80b上，同时保持在电极70a、70b上的致动电压。然后在第二步骤中，在预定持续期间以后(例如，与开关的切换时间相应的持续时间)，在电极70a和70b上不施加致动电压。 [0040] 到此为止，此描述遵循EP2230679B1的MEMS设备的描述。实际上，可以在如EP2230679B1中公开地，选择用于隔膜的类似形状。然而，在图2a至图2c中示出的发明实例与在EP2230679B1中描述的MEMS设备不同之处在于，设置了局部地形成在隔膜层60上方(例如，上面)的另外的隔膜层66，由此形成局部加厚/加固的隔膜。另外的隔膜层66形成在支柱30，30’与中间支柱(传输线)40上方的区域中并且增强了隔膜的机械稳定性。其可以沿着支柱30，30’和中间支柱40的整个横向尺寸延伸。另外的隔膜层66的宽度(沿着纵向方向)可以相应地超过支柱30，30’与中间柱40的宽度。另外的隔膜层66可以由与隔膜层60相同的材料制成。 [0041] 在欧姆MEMS开关中，通过金属接触件(在支柱40处)实现传输，并且接触力越大，传导性越高并且开关的插入损失越低。物理上地，通过下述事实进行说明，在纳米等级上，接触电极之间的接触(例如，传输线40)是非均匀的但是由粗糙接触表面的若干表面微凸体实现。基于此，增加在接触件上的力允许更大的接触面积，因此更多的表面微凸体将直接物理接触。在欧姆开关中，接触力直接地与由电极施加的静电力关联。通过开关的诸如限定的电极尺寸、接触结构与限定的致动电压的若干方面内在地限定静电力。因此为了增加接触力与降低插入损失，这里提出了隔膜结构的优化。通过基于形成在隔膜层60上方的另外的隔膜层66局部地增加隔膜的刚度，能够优化外部致动电极70a、70b、80a、80b与接触件(传输线)40之间的力传送并且增加施加到接触件40上的机械力。 [0042] 如在图2a至图2c中所示，具有未过多弯曲的隔膜的部分(通常地在支柱30、30’上方)以及其中需要强弯曲的部分(在电极70a、70b、80a、80b上方)。其中发生最低变形的隔膜的部分(在支柱30、30’上方)加厚，然而其中发生高变形的部分保持具有低刚度。同样地，在接触件40上方执行加厚。通过形成在隔膜层60上方的另外的隔膜层66提供局部加厚。支柱30、30’上方的加厚允许在外部电极80a、80b与隔膜的内(功能)部之间的更好的力传送。隔膜形成的越刚度，机械联接就越高。这允许从支柱30、30’的一侧到其另一侧的良好的力传送。其中不需要高变形的隔膜的部分未被加厚(在隔膜层60的这些部分上不形成额外的隔膜层)，以便保持隔膜的期望的整体柔性。在此实例中，仅加固低变形部分以便不影响此柔性。在接触件40上方的部分通过另外的隔膜层66加厚，以便增加在闭合位置中的接触力。在闭合位置中，迫使在接触高度处变形。由电极70a、70b施加的静电力在接触高度处转变成接触力与变形力。通过增加接触件40上方的刚度，变形力减小并且由此使接触力增加。这允许在不影响静电力的情况下通过增加接触力来优化施加的静电力的使用。 [0043] 在图3a至图3c中示出了用于根据本发明的包括三层隔膜的MEMS设备的制造的实例。 [0044] 如图3a中所示，第一隔膜层101形成在牺牲基层102上方。牺牲基层102形成在在层100上方。在下面，为了示例性目的，假设层100代表形成在基板上的柱(参照图2a至图2c)。 最终形成的隔膜将放置在柱(参见下面的描述)上。牺牲层103形成在第一隔膜层101上方，并且牺牲基层102形成在未被第一隔膜层101(参见图3b)覆盖的部分上方。可以例如通过聚合物或介电材料的旋转涂覆形成牺牲层103。 [0045] 止动部层形成在牺牲层103上方并且被蚀刻，以便形成连接到层100(参见图3c)的止动部104。接着，在第一隔膜层101的主部分上方蚀刻牺牲层103。在蚀刻处理以后，牺牲层103仅保持在第一隔膜层101的相对小的侧向区域上方。在第一隔膜层101的暴露的主部分上方，形成第三隔膜层105(参见图3d)。应该指出的是第三隔膜层105不是必须精确地居中在第一隔膜层101上。第一隔膜层101的表面积可以大于或小于形成在其上的第三隔膜层 105的表面积。第三隔膜层105可以由与第一隔膜层101相同的材料形成，例如由电传导性合金或金属材料(例如包括铝或金)形成。第一隔膜层10与第三隔膜层105都可以包括子层。止动部层与第三隔膜层105都可以通过沉积形成。 [0046] 如在图3e中示出的，例如通过反应离子刻蚀或等离子体蚀刻移除牺牲层103。形成的第三隔膜层105示出了布置在其中牺牲层103被移除的第一隔膜层101的侧向部分上方的侧向凹入部R。此外，移除牺牲基层102。例如，可以在一次蚀刻处理过程中移除牺牲层103与牺牲基层102，或者可以相继地移除牺牲层103与牺牲基层102。在移除牺牲层102以后，包括第一隔膜层101与第三隔膜层105的自由可移动隔膜落在层100(图3e中未示出)上。止动部104可以布置为在不与第三隔膜层105接触的情况下与第三隔膜层105的凹入部内的第一隔膜层101的边缘接触(此外参照图7示出了包括第一隔膜层101和第三隔膜层105以及部分地布置在第三隔膜层105的凹入部内的止动部104的构造的俯视图)。当使第一隔膜层101与一些部分接触时，止动部不与第三隔膜层105接触，一部分延伸到第三隔膜层105的凹入部R中。形成的侧向自由移动空间(距离)取决于牺牲层103的厚度。总之，侧向自由移动距离增加到2A(参见图3e)。根据特定实例，2A不超过大约1μm。例如，第一隔膜层101具有约1μm的厚度，第三隔膜层105的厚度为约2μm或更多，并且牺牲层103的厚度约为0.5μm。 [0047] 与现有技术相反，根据本发明，隔膜包括较厚部分与在第三隔膜层105的凹入部R处的较薄部分。较薄部分允许较薄的牺牲层103形成与现有技术相比的可移动(自由支撑)隔膜的较小侧向自由移动空间(距离)。较小的侧向自由移动空间允许形成的MEMS开关的更加可靠的操作。 [0048] 在第三隔膜层105上形成另外的第二隔膜层106。第二隔膜层106可以形成在柱和/或传输(传导)线(参照图2a至图2c的另外的隔膜层66)上方。第二隔膜层106当设置在传输(传导)线上方时可以产生接触力的增强，由此导致切换处理的提高的效率。当第二隔膜层106形成在自由移动隔膜放置在其上的柱上方时，第二隔膜层106改进在柱上的力传送，由此允许切换处理的加速。 [0049] 在图3a至图3e中示出的实例中，第三隔膜层105随后地形成以形成止动部104。然而，图3e中示出的构造可以以不同方式形成。特别地，第三隔膜层105与止动部104可以同时地形成。这些层的厚度可以是相同或者可以彼此不同。 [0050] 根据图4a中示出的实例，图3b中示出的构造被蚀刻以形成止动部104以前移除在第一隔膜层101的主要部分上方的牺牲层103。牺牲层103保持在第一隔膜层101的不同侧向区域上。再次，例如，牺牲层103可以由聚合物或介电材料形成并且可以通过反应离子蚀刻来蚀刻。第三隔膜层105在蚀刻区域中形成在第一隔膜层101上方。此外，止动部层形成在牺牲层103上方并且被蚀刻，以便形成连接到层100(参见图4b)的止动部104。例如，止动部104与第三隔膜层105可以由可以是金属材料或电传导合金的相同材料形成。例如，可以以相同的处理步骤形成止动部104和第三隔膜层105。处理步骤可以包括如现有技术中已知的一些沉积技术。沉积技术可以包括在电镀材料层以后沉积电镀种子层，其随后地例如图案化为形成第三隔膜层105与止动部104。 [0051] 在形成止动部104与第三隔膜层105以后移除牺牲层103(图4c)。此外，牺牲基层102被移除，使得包括第一隔膜层101和第三隔膜层105的隔膜可以落在层(柱)100上。在形成最后的隔膜层106以后可以移除牺牲基层102与牺牲层103。与图3e中示出的实例类似，形成与现有技术相比可移动(自由支撑)隔膜的较小的侧向自由移动空间(距离)2A。在第三隔膜层105上形成另外的第二隔膜层106。第二隔膜层106可以形成在柱和/或传输(传导)线(参照图2a至图2c的另外的隔膜层66)上方。 [0052] 在图5a至图5c中示出了图4a至图4c中示出的实例的修改版本。与图4a至图4c中示出的实例不同，第三隔膜层105包括沿着第三隔膜层105的凹入部的方向延伸的悬置部分115。为了实现图4b中示出的结构，连续形成在图4a中示出的结构上方材料层，由图案掩膜覆盖并且被蚀刻，以便实现止动部104与第三隔膜层105。 [0053] 然而，需要在牺牲层103上方将材料层过度蚀刻到一定程度，以便确保牺牲层103可以在进一步进程中被适当地移除。由于第三隔膜层105与牺牲层103之间的一些错配，因此在材料层的蚀刻过程中存在下面的第一隔膜层101可能被侵害(在第三隔膜层105的下边缘)的风险。如在图5b和图5c中所示的，可以通过在牺牲层103上方形成悬置区域115来避免此风险。原则上，图5a至图5c中示出的制造处理可以涉及或不涉及第二隔膜层106的形成。 [0054] 在图6a至图6e中示出了用于制造包括隔膜的MEMS设备的另一个实例，所隔膜包括具有悬置区域115的第三隔膜层105。在示出的实例中，利用电镀来形成止动部104与第三隔膜层105。例如，止动部104与第三隔膜层105由金形成。在图6a中，图3b中示出的构造被蚀刻以移除第一隔膜层101的大部分上方的牺牲层103。牺牲层103保持在形成与于牺牲基层102上方的第一隔膜层101的不同侧向区域上，牺牲基层102形成在层100上(例如，参照图1和图2a到图2c的柱)。薄的电镀种子层107(例如，薄的金层)形成在图6a中示出的结构上方。接着，在薄的电镀种子层106(图6c)上形成成型件108。成型件108用于随后的电镀处理。应该强调的是，成型件108暴露形成在邻近形成在第一隔膜层101上方的电镀种子层106的部分的牺牲层103上方电镀种子层106的部分。如图5c中所示，此暴露部分将形成第三隔膜层105的悬置部分。 [0055] 如图6d中所示，利用成型件108通过电镀形成材料层109。在移除成型件108以后，可以在图6e中看到形成的止动部104与第三隔膜层105。在移除牺牲层103以前，需要移除在电镀处理中使用的形成在牺牲层103上并且形成在成型件108下面的薄的电镀种子层107。如参照图5a至图5c描述的，在第三隔膜层105与牺牲层103之间可能具有一些错配。然而，在示出的示例性制造处理中，在电镀种子层的蚀刻过程中不存在潜在的第一隔膜层101可能受到侵害(在第三隔膜层105的下边缘)的风险。如图6e中所示，实际上通过在牺牲层103上方形成悬置区域115来避免此风险。在形成第二隔膜层106与移除牺牲层103以后，形成与图 5c中所示的构造类似的构造。 [0056] 原则上，图5a至图5c和图6a至图6e中示出的制造处理可以涉及或不涉及第二隔膜层106的形成。 [0057] 图7中示出了图3e、图4c和图5c中示出的构造的俯视图。第二隔膜层106形成在隔膜放置于其上的柱上方的第三隔膜层105的区域上方，并且在切换过程中通过传导部分接触的传导线在隔膜下面。柱与传导线沿着横向方向(上下)延伸。第二隔膜层106可以完全地或部分地覆盖沿着纵向方向和/或横向方向形成在隔膜下方的柱和/或传输线。凹入部沿着纵向方向(从左到右)布置。第三隔膜层105的整个表面积可以大于或小于第一隔膜层101的整个表面积。第一隔膜层101可以成形为使得其不在凹入部的整个区域上方延伸。此外，可以改变包括第一隔膜层101和第三隔膜层105的隔膜的形状。例如，可以将第一隔膜层101和第三隔膜层105中的另外的凹入部沿着纵向方式设置。特别地，第一隔膜层与第三隔膜层都可以在其中传输线定位在MEMS设备的基板上的纵向位置处包括侧向凹入部(参见图2a到图2c)。 [0058] 前面讨论的全部实施方式都不旨在作为限定而是用作示出本发明的特征与优点的实例。应该理解的是上述特征中的一部分或全部还可以以不同方式结合在一起。 |
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