CN100411189C - 微型开关器件和制造微型开关器件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微型开关器件和制造微型开关器件的方法，该微型开关器件包括基板和经隔板或锚定部分固定到该基板上的悬臂。该悬臂具有面对该基板的内表面和与该内表面相对的外表面。在该悬臂的该外表面上形成导电条。该开关器件还包括固定到该基板上的一对固定电极。每个该电极包括与该悬臂上的该导电条隔开的向下接触部分。随着该悬臂向上弯曲，该导电条与各个固定电极的接触部分接触。
Description
技术领域
本发明涉及使用MEMS技术制造的微小开关器件和制造这种开关器件的方法。
背景技术
在无线通信设备如移动电话的技术领域中，例如，随着安装在该设备中的部件数量增加以实现改进的性能，对小型化高频电路和RF电路的需求日益增加。为了满足这些需求，对于构成电路的各种部件，在使用MEMS(微机电系统)技术的小型化中已经有所发展。
MEMS开关就是这种部件的例子。具体而言，MEMS开关是这样一种开关器件，其每个部分均使用MEMS技术细微地形成。该开关可包括通过机械打开/闭合而用于进行转换的一对接触件，和用于实现接触件的机械打开/闭合操作的驱动机构。特别是在GHz数量级的高频信号的转换中，与结合PIN二极管、MESFET(金属-半导体场效应管)等的开关器件相比，MEMS开关可以在打开状态下呈现更高的绝缘性和在闭合状态下呈现更低的插入损耗。这是由于打开状态是通过一对接触件之间的机械打开来实现的，由于是机械开关而使寄生电容很低。MEMS开关例如在日本专利申请特许公开No.9-17300和日本专利申请特许公开No.2001-143595中有公开。
图24和25表示常规MEMS微型开关器件X4。微型开关器件X4包括基板401、可移动部分402、可移动接触部分403、一对固定接触电极404、和驱动电极405和406。该可移动部分402具有连接到该基板401的锚定部分402a、和沿着该基板401从该锚定部分402a伸出的臂部分402b。该可移动接触部分403设置在该臂部分402b的下表面上。该驱动电极405设置在该臂部分402b的上表面一侧上。从该驱动电极405连续接通的布线部分407设置在该可移动部分402上。该对固定接触电极404按照使每个该固定接触电极404的一端面对该可移动接触部分403的方式设置在该基板401上。该驱动电极406接地，并在对应于该驱动电极405的位置上设于该基板401上。电连接于该固定接触电极404和该驱动电极406的规定布线图形(从图中省略了)形成在该基板401上。
利用具有上述设置的微型开关器件X4，当规定电势经该布线部分407施加于该驱动电极405时，在该驱动电极405和406之间产生静电吸引力。结果是，臂部分402b弹性变形到使可移动接触部分403与固定接触电极404接触的位置。通过这种方式，实现了微型开关器件X4的闭合状态。在该闭合状态下，固定接触电极404由可移动接触部分403电气桥接，因此允许电流在固定接触电极404之间通过。
当消除了作用于该驱动电极405和406之间的静电吸引力时，该臂部分402b返回到其自然状态，因此该可移动接触部分403与该固定接触电极404分开。通过这种方式，实现了如图25所示的微型开关器件X4的打开状态。在该打开状态下，固定接触电极404彼此电绝缘，因此防止了电流在固定接触电极404之间通过。
图26A-26D和27A-27D示出了制造上述微型开关器件X4的方法的一些步骤。在微型开关器件X4的制造中，首先，如图26A所示，该固定接触电极404和该驱动电极406被构图在该基板401上。具体而言，在该基板401上形成规定的导电材料，然后使用光刻法在该导电膜上形成规定的抗蚀剂图形，并使用该抗蚀剂图形作为掩模对该导电膜进行刻蚀处理。接着，如图26B所示，形成牺牲层410。具体而言，例如使用溅射法，在该基板401上淀积或生长规定的材料，以便覆盖该固定接触电极404和该驱动电极406。接着，通过使用规定的掩模进行刻蚀处理，如图26C所示，在该牺牲层410上对应于该固定接触电极404的位置上形成单个凹槽411。接着，如图26D所示，在凹槽411中形成规定材料膜，由此形成该可移动接触部分403。
接着，如图27A所示，例如使用溅射法形成材料膜412。接着，如图27B所示，该驱动电极405和该布线部分407被构图在该材料膜412上。具体而言，在该材料膜412上形成规定的导电材料膜，然后使用光刻法在该导电膜上形成规定的抗蚀剂图形，并且用该抗蚀剂图形作掩模对该导电膜进行刻蚀处理。接着，如图27C所示，对该材料膜412进行构图，由此形成构成该臂部分402b和一部分该锚定部分402a的膜体413。具体而言，使用光刻法在该材料膜412上形成规定的抗蚀剂图形，然后用该抗蚀剂图形作掩模对该材料膜412进行刻蚀处理。接着如图27D所示，形成该锚定部分402a的另一部分。具体地说，经用作刻蚀掩模的膜体413对牺牲层410进行各向同性刻蚀处理，这就使得在该臂部分402b的下面形成下切，同时通过留下其后面而形成该锚定部分402a的上述另一部分。
开关器件的所需性能之一是在闭合状态下的低插入损耗。而且，为了减少开关器件的插入损耗，希望该固定接触电极的电阻较低。
然而，对于上述微型开关器件X4，难以将该固定接触电极404做得很厚，并且在实际使用中，固定接触电极404的厚度最多大约为2μm。这是因为必须确保在拉制该牺牲层410时的上表面(生长端面)的平坦度，其中该牺牲层410是在微型开关器件X4的制造工艺中暂时形成的。
如上面参照图26B所述的，牺牲层410是由淀积或生长在基板401上以覆盖固定接触电极404的预定材料形成。因此牺牲层410的生长端面将变成阶梯状，这是由于固定接触电极404的厚度造成的。固定接触电极404越厚，阶梯越大，并且阶梯越大，越难以在适当位置形成可移动部分403或者形成合适形状的臂部分402b。而且，在固定接触电极404的厚度大于某一值时，形成在基板401上的牺牲层410可能由于固定接触电极404的厚度而破裂。如果牺牲层410破裂，则不可能适当地在牺牲层410上形成可移动接触部分403和臂部分402b。因此，对于微型开关器件X4，必须使固定接触电极404足够薄，以至于不会在牺牲层410的生长端面上形成不合适的阶梯。对于微型开关部分X4，难以使固定接触电极404实现足够低的电阻，结果是，不可能实现低插入损耗。
发明内容
本发明是在上述情况下提出的。因此本发明的目的是提供一种适于减少插入损耗的微型开关器件。本发明的另一目的是提供制造这种微型开关器件的方法。
根据本发明的第一方案，提供一种微型开关器件，包括：基板；可移动部分，包括锚定部分和延伸部分，该锚定部分连接于该基板，该延伸部分从该锚定部分延伸并面对该基板；可移动接触导体，设置在该延伸部分的与该基板相反的一侧上；第一固定接触电极，固定到该基板上，并包括面对该可移动接触导体的第一接触部分；第二固定接触电极，固定到该基板上，并包括面对该可移动接触导体的第二接触部分。
通过上述设置，该固定接触电极并不置于该基板和该可移动部分的该延伸部分之间。因而，在制造该器件时，不必遵循在基板上形成固定接触电极、形成覆盖固定接触电极的牺牲层、然后在牺牲层上形成延伸部分的一系列常规工艺。
例如，本发明的器件中的固定接触电极可以通过使用镀覆法经延伸部分在与该基板相反的一侧上淀积或生长材料来形成。该固定接触电极的厚度可以设置成足够大，以便实现所希望的低电阻。这种微型开关器件适合于减少插入损耗。
优选地，本发明的微型开关器件还可以包括设置在该可移动部分的与该基板相反的一侧上的第一驱动电极、和固定到该基板并包括面对该第一驱动电极的部分的第二驱动电极。
优选地，本发明的微型开关器件还可包括设置在该可移动部分的与该基板相反的一侧上的第一驱动电极、设置在该第一驱动电极上的压电膜和设置在该压电膜上的第二驱动电极。
优选地，该延伸部分可由单晶硅构成，以便抑制该延伸部分中的内部应力。该内部应力是不利的，因为它能引起该延伸部分变形。优选地，该延伸部分可具有至少5μm的厚度，即不小于5μm。这种设置适于抑制该延伸部分不希望的变形。
优选地，该第一固定接触电极或该第二固定接触电极或这两者都可具有不小于5μm的厚度。
根据本发明的第二方案，提供一种微型开关器件，包括：基板；可移动部分，包括锚定部分和延伸部分，该锚定部分连接于该基板，该延伸部分从该锚定部分延伸并面对基板，该延伸部分具有主体和头部；连接到该基板的固定件；可移动接触导体，设置在该延伸部分的头部的与该基板相反的一侧上；第一固定接触电极，连接到该固定件上，并包括面对该可移动接触导体的第一接触部分；和第二固定接触电极，连接到该固定件上，并包括面对该可移动接触导体的第二接触部分；其中该固定件包括多个固定岛形部分，该多个固定岛形部分彼此隔开并且分别连接于该基板。
优选地，该固定件可与该可移动部分隔开。
优选地，该固定件可完全包围该可移动部分。
根据本发明第二方案的微型开关器件还可包括第一驱动电极，形成为在可移动部分的与基板相反的一侧的锚定部分和主体上延伸，并且没有延伸到该可移动部分的头部；和连接到该固定件上并包括面对该第一驱动电极的部分的第二驱动电极。
优选地，该延伸部分可由单晶硅构成。
优选地，该第一固定接触电极和该第二固定接触电极中至少一个可具有不小于5μm的厚度。
优选地，该延伸部分可具有不小于5μm的厚度。
根据本发明的第三方案，提供制造上述微型开关器件的方法。该方法包括：制备材料基板的步骤，该材料基板包括第一层、第二层以及置于第一层和第二层之间的中间层，该第一层包括第一部分、第二部分和第三部分，该第一部分被处理成延伸部分，该第二部分与该第一部分是连续的，并被处理成锚定部分，该第三部分被处理成固定件；第一电极形成步骤，在该第一层的该第一部分上形成该可移动接触导体；第一刻蚀步骤，在该第一层上进行各向异性刻蚀，直到达到该中间层为止，各向异性刻蚀是经过遮蔽了该第一层的该第一部分、该第二部分和该第三部分的掩模图形进行的；牺牲层形成步骤，形成带有第一开口和第二开口的牺牲层，该第一开口是用于暴露该第三部分中的第一连接区而提供的，该第二开口是用于暴露该第三部分中的第二连接区而提供的；第二电极形成步骤，形成该第一固定接触电极和该第二固定接触电极，该第一固定接触电极连接到该第一连接区，并具有经该牺牲层面对该可移动接触导体的该第一接触部分，该第二固定接触电极连接到该第二连接区并具有经该牺牲层面对该可移动接触导体的该第二接触部分；除去该牺牲层的牺牲层除去步骤；和第二刻蚀步骤，完全刻蚀掉该中间层的置于该第二层和该第一层之间且位于该第一部分之下的那部分，而保留该中间层的置于该第二层和该第一层之间且位于该第二部分之下的其他部分。
优选地，在该第一电极形成步骤中，第一驱动电极还可形成在该第一层的该第一部分上。在该牺牲层形成步骤中，还可在该牺牲层中形成第三开口，用于暴露该第一层的该第三部分中的第三连接区。在该第二电极形成步骤中，还可形成第二驱动电极，其连接于该第三连接区并包括经该牺牲层面对该第一驱动电极的部分。
本发明的其它特征和优点将从下面参照附图的详细说明中明显看出。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的微型开关器件的平面图；
图2是省略某些部分的图1的微型开关器件的平面图；
图3是沿着图1中的线III-III截取的剖面图；
图4是沿着图1中的线IV-IV截取的剖面图；
图5是沿着图1中的线V-V截取的剖面图；
图6A-6D表示制造图1的微型开关器件的方法的一些步骤；
图7A-7C表示图6D的步骤之后的步骤；
图8A-8C表示图7C的步骤之后的步骤；
图9是省略了一些部分的图1中所示的微型开关器件的改型的平面图；
图10是省略了一些部分的图1中所示的微型开关器件的另一改型的平面图；
图11是省略了一些部分的图1中所示的微型开关器件的另一改型的平面图；
图12是沿着图11中的线XII-XII截取的剖面图；
图13是根据本发明第二实施例的微型开关器件的平面图；
图14是省略了一些部分的图13中的微型开关器件的平面图；
图15是沿着图13中的线XV-XV截取的剖面图；
图16是沿着图13中的线XVI-XVI截取的剖面图；
图17是根据本发明第三实施例的微型开关器件的平面图；
图18是省略了一些部分的图17中的微型开关器件的平面图；
图19是沿着图18中的线XIX-XIX截取的剖面图；
图20A-20D表示制造图17的微型开关器件的方法中的一些步骤；
图21A-21C表示图20D的步骤之后的步骤；
图22A-22C表示图21C的步骤之后的步骤；
图23A-23C表示图22C的步骤之后的步骤；
图24是使用MEMS技术制造的常规微型开关器件的部分平面图；
图25是沿着图24中的线XXV-XXV截取的剖面图；
图26A-26D表示制造图24的微型开关器件的方法中的一些步骤；和
图27A-27D表示图26D的步骤之后的步骤。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的优选实施例。
图1至5表示根据本发明第一实施例的微型开关器件X1。图1是微型开关器件X1的平面图，图2是省略了一些部分的微型开关器件X1的平面图，图3至5分别是沿着图1中的线III-III、IV-IV和V-V截取的剖面图。
微型开关器件X1包括基板S1、可移动悬臂部分110、固定件120、可移动接触导体131、一对固定接触电极132(图2中省略了)、第一驱动电极133、和第二驱动电极134(图2中省略了)。
可移动悬臂部分110具有锚定部分111和延伸部分112。如图5所示，锚定部分111具有包括主层111a和边界层111b的层状结构，并且锚定部分111连接到边界层111b一侧的基板S1上。例如，如图2和5所示，延伸部分112具有主体112a和头部112b，并沿着基板S1即按照面对基板S1的方式从锚定部分111延伸。对于延伸部分112，图3和4中所示的厚度T1可以是5μm或以上，换言之，不小于5μm。对于主体112a，图2中所示的长度L1例如为400μm，长度L2例如为30μm。对于头部112b，图2中所示的长度L3例如为100μm，长度L4例如为30μm。锚定部分111的主层111a和延伸部分112例如由单晶硅制成，并且锚定部分111的边界层111b例如由二氧化硅制成。在延伸部分112由单晶硅制成的情况下，不会在延伸部分112中产生不合适的内部应力。而对于常规的MEMS开关，薄膜形成技术可用作形成可移动悬臂部分的延伸部分的方法，但是在这种情况下，将在所形成的延伸部分中产生内部应力，并且这种内部应力将导致延伸部分本身不适当地变形的问题。延伸部分的这种不适当的变形将引起MEMS开关的各种性能的退化，因此是不希望的。
如图3和4所示，固定件120具有包括主层120a和边界层120b的层状结构，并且连接到边界层120b一侧的基板S1上。固定件120的主层120a例如由单晶硅制成，边界层120b例如由二氧化硅制成。而且，如图2所示，固定件120包括两个岛状底座121并包围可移动部分110，且其间具有狭槽141。每个岛状底座121与固定件120的其余部分被狭槽142分开。狭槽141和142的宽度例如为2μm。狭槽141和142有助于保证固定接触电极132、第一驱动电极133和第二驱动电极134之间的绝缘状态(非导电状态)。
如图2所示，接触导体131设置在可移动部分110的头部112b上。如图3和5所示，每个固定接触电极132设置在固定件120的一个岛状底座121上，并具有面对接触导体131的接触部分132a。固定接触电极132的厚度T2例如为5μm或更大。而且，固定接触电极132经规定布线(图中省略了)连接到要进行开关的规定电路。接触导体131和固定接触电极132各由合适的导电材料制成。
如图2所示，第一驱动电极133在可移动部分110的主体112a和锚定部分111上面延伸。如图4所示，第二驱动电极134设置为使得其两个边缘连接到固定件120的方式，由此跨在第一驱动电极133之上。对于第二驱动电极134，图1中所示的长度L5例如为200μm。而且，第二驱动电极134经规定布线(从图中省略)接地。第一驱动电极133和第二驱动电极134各由合适的导电材料制成。
对于具有上述设置的微型开关器件X1，当规定电势施加于第一驱动电极133时，在第一驱动电极133和第二驱动电极134之间产生静电吸引力。结果是，延伸部分112弹性变形到使接触导体131与固定接触电极132或电极的接触部分132a接触的位置。通过这种方式，实现了微型开关器件X1的闭合状态。在这种闭合状态下，固定接触电极132由接触导体131电气桥接，因此允许电流在固定接触电极132之间通过。
对于处于这种闭合状态下的微型开关器件X1，当停止施加于第一驱动电极133的电压而消除了作用于第一驱动电极133和第二驱动电极134之间的静电吸引力时，延伸部分112返回其自然状态，因此接触导体131与固定接触电极132分开。通过这种方式，实现了图3和5中所示的微型开关器件X1的打开状态。在该打开状态下，固定接触电极132彼此电绝缘，因此防止了电流在固定接触电极132之间通过。
图6A-6D、7A-7C和8A-8C通过材料基板的两个剖面的连续变化示出了制造微型开关器件X1的方法，其中一个剖面(左侧的)对应图3中所示的示意图，另一个剖面(右侧的)对应图4中所示的示意图。
在微型开关器件X1的制造中，制备如图6A所示的第一基板S’。该基板S’是SOI(绝缘体上硅)基板，并具有包括第一层101、第二层102以及置于其间的中间层103的层状结构。在本实施例中，例如，第一层101的厚度是10μm，第二层102的厚度是400μm，以及中间层103的厚度为2μm。第一层101和第二层102例如由单晶硅制成。中间层103例如由二氧化硅制成。
接下来，如图6B所示，在基板S’的第一层101上形成接触导体131和第一驱动电极133。具体而言，首先，使用溅射法，在第一层101上形成例如Cr膜，然后在其上形成例如Au膜。Cr膜的厚度例如为50nm，Au膜的厚度例如为500nm。接着，使用光刻法在得到的多层导体膜上形成预定的抗蚀剂图形，然后用抗蚀剂图形作掩模对该多层导体膜进行刻蚀处理。通过这种方式，接触导体131和第一驱动电极133可以构图在第一层101上。
接着，如图6C所示，对第一层101进行刻蚀处理，由此形成狭槽141和142。具体而言，使用光刻法在第一层101上形成规定抗蚀剂图形，然后使用该抗蚀剂图形作掩模对该第一层101进行刻蚀处理。Ion(离子)刻蚀(例如使用Ar离子的物理刻蚀)可用作刻蚀法。
接着，如图6D所示，在基板S’的第一层101一侧上形成牺牲层104，以便阻塞狭槽141和142。作为牺牲层材料，例如可使用二氧化硅。而且，作为形成牺牲层104的方法，例如可使用等离子体CVD(化学气相沉积)或溅射法。牺牲层104的厚度例如为2μm。在本步骤中，牺牲层材料也可以淀积在狭槽141和142的侧壁的部分上，由此堵塞狭槽141和142。
接着，如图7A所示，在牺牲层104中对应于接触导体131的位置上形成两个凹槽104a。具体而言，使用光刻法在牺牲层104上形成规定抗蚀剂图形，然后使用该抗蚀剂图形作掩模对牺牲层104进行刻蚀处理。湿刻蚀可用作刻蚀法。每个凹槽104a用于形成一个固定接触电极132的接触部分132a，并具有例如1μm的深度。
接着，如图7B所示，对牺牲层104进行构图，由此形成开口104b和104c。具体而言，使用光刻法在牺牲层104上形成规定的抗蚀剂图形，然后用该抗蚀剂图形作掩模对牺牲层104进行刻蚀处理。湿刻蚀可用作刻蚀法。开口104b用于暴露其中固定接触电极132将要连接到固定件120的岛状底座121的区域。开口104c用于暴露其中第二驱动电极134将要连接到固定件120的区域。
接下来，在基板S’的已经提供有牺牲层104的那侧的表面上形成用于通电的基底膜(图中省略了)，然后如图7C所示，形成掩模105。例如，基底膜可以通过使用溅射法形成厚度为50nm的Cr膜，然后在其上形成厚度为500nm的Au膜来形成。掩模105中具有对应该对固定接触电极132的开口105a和对应第二驱动电极134的开口105b。
接着，如图8A所示，形成固定接触电极132和第二驱动电极134。具体而言，例如，使用电镀法在暴露于开口105a和105b中的基底膜上生长金。
接着，如图8B所示，通过刻蚀除去掩模105。之后，通过刻蚀除去基底膜的暴露部分。可以在通过刻蚀除去的这些步骤的每个步骤中使用湿刻蚀。
接着，如图8C所示，除去牺牲层104和部分中间层103。具体而言，对牺牲层104和中间层103进行湿刻蚀处理。缓冲氢氟酸(BHF)可用作刻蚀剂。在这个刻蚀处理中，首先除去牺牲层104，然后从狭槽141和142与中间层103相邻的位置除去中间层103。在可移动部分110的整个延伸部分112已经与基板S’或第一层101适当地分开之后，停止刻蚀处理。以这种方式，通过留下后面而形成锚定部分111的边界层111b和固定件120的边界层120b。第二层102将构成基板S1。
接下来，如果需要的话，通过湿刻蚀除去附着于固定接触电极132和第一驱动电极134的每个的下表面上的部分基底膜(例如Cr膜)，然后使用超临界干燥法干燥整个器件。由于是该超临界干燥，可以避免可移动部分110的延伸部分112粘接到基板S1上的粘接现象。
通过上述程序，可制造该微型开关器件X1。利用上述方法，可使用镀覆法在牺牲层104上形成厚度较大的固定接触电极132，各固定接触电极132具有面对接触导体131的接触部分132a。由此该对固定接触电极132的厚度可以设置得足够大，以便实现所希望的低电阻。这种微型开关器件X1适于减少闭合状态下的插入损耗。
对于微型开关器件X1，每个固定接触电极132的接触部分132a的下表面(即与接触导体131接触的表面)具有高的平坦度，因此可以以高尺寸精度在接触导体131和每个接触部分132a之间形成气隙。这是因为每个接触部分132a的下表面是镀覆生长的起始表面，用于形成正在讨论的该固定接触电极132。具有高尺寸精度的气隙适于减少闭合状态下的器件的插入损耗，并且还适于提高打开状态下的器件的绝缘性能。
一般情况下，在微型开关器件中的接触导体和固定接触电极之间的气隙的尺寸精度很低的情况下，将会产生器件之间的气隙变化。形成的气隙相对于设计尺寸越长，在开关器件的闭合操作期间接触导体越难以与固定接触电极接触，因此器件的插入损耗将趋于变得越大。另一方面，形成的气隙相对于设计尺寸越短，在开关器件的打开状态期间接触导体和固定接触电极之间的绝缘性变得越低，因此，器件的绝缘性能将趋于退化。与使用溅射法、CVD等相比，使用镀覆法更难以控制膜厚，因此厚镀膜的生长端面具有相对大的波动，由此使平坦度低，并且形成生长端面的位置的精度相对较低。因而，对于一微型开关器件，在其固定接触电极分别由厚镀膜构成，并用该镀膜的生长端面作为将要与接触导体接触的表面的情况下，接触导体和固定接触电极之间的气隙的尺寸精度将很低，因此将在器件之间产生气隙变化。与此相反，对于微型开关器件X1，其每个固定接触电极132的接触部分132a的下表面是镀覆生长的起始表面，因此具有高平坦度，并且可以以高尺寸精度在接触导体131和每个接触部分132a之间形成气隙。
对于微型开关器件X1，如图9所示，可以在可移动部分110的延伸部分112中形成通孔110a。在主体112a与头部112b相邻的的端部处，通孔110a贯穿延伸部分112的主体112a。这种设置适于提高可移动部分110上的接触导体131和第一驱动电极133之间的电绝缘性。
对于微型开关器件X1，如图10所示，延伸部分112的主体112a可具有与锚定部分111相邻的相对窄的端部。这种设置适于允许延伸部分112进行弹性变形，而该弹性形变将有利于减少驱动功率。
如图11和12所示，微型开关器件X1可具有代替上述悬臂部分110的可移动悬臂部分150，并可具有代替上述第一驱动电极133的第一驱动电极135。可移动部分150具有锚定部分151和延伸部分152。如图12所示，锚定部分151连接到基板S1。延伸部分152具有主体152a、头部152b和连接部分152c，并沿着基板S1从锚定部分151伸出。主体152a具有比前述主体112a宽的截面，并具有多个通孔153，如图12所示。第一驱动电极135构图在锚定部分151、连接部分152c和主体152a上，并且该第一驱动电极135具有在主体152a上的主要部分136。主要部分136形成有与主体152a中的通孔153连通的开口136a。
上述设置，即具有大面积的主要部分136的第一驱动电极135适于减少驱动功率。而且，由于锚定部分151一侧的延伸部分152的端部是由两个窄连接部分152c构成的，因此可以用延伸部分152实现与前述延伸部分112大致相同程度的弹性变形。此外，在制造本改型过程中的通过刻蚀除去牺牲层的步骤(该步骤对应前面参照图8C所述的步骤)中，刻蚀剂可穿过主要部分136中的开口136a和主体152a中的通孔153，因此可以通过刻蚀很好地除去位于宽的主体152a下面的中间层103。
图13至16表示根据本发明第二实施例的微型开关器件X2。图13是微型开关器件X2的平面图，图14是省略了一些部分的微型开关器件X2的平面图，以及图15和16分别是沿着图13中的线XV-XV和XVI-XVI截取的剖面图。
微型开关器件X2包括基板S2、四个可移动悬臂部分210、固定件220、四个可移动接触导体231、公共接触电极232(图14中省略了)、四个固定独立接触电极233(图14中省略了)、四个第一驱动电极234、和两个第二驱动电极235(图14中省略了)。微型开关器件X2设有第一实施例的四个微型开关器件。
每个可移动部分210具有锚定部分211和延伸部分212。与利用前述锚定部分111一样，锚定部分211具有包括主层和边界层的层状结构，并且连接到边界层一侧的基板S2上。例如，如图14中所示，延伸部分212具有主体212a和头部212b，该延伸部分212沿着基板S2即以面对基板S2的方式从锚定部分211延伸。锚定部分211的主层和延伸部分212例如由单晶硅制成。锚定部分211的边界层例如由二氧化硅制成。
如图15和16所示，固定件220具有包括主层220a和边界层220b的层状结构，并且连接到边界层220b一侧的基板S2。而且，如图14所示，固定件220包括一个中心岛状底座221和四个岛状底座222，它们包围该可移动部分210，并且其间具有狭槽241。岛状底座221和222与固定件220的其它部分由狭槽242分开。狭槽241和242有助于保证固定接触电极232和233、第一驱动电极234和第二驱动电极235之间的绝缘状态(非导电状态)。固定件220的主层220a由例如单晶硅制成，边界层220b由例如二氧化硅制成。
如图14所示，每个接触导体231设置在相应的可移动部分210的头部212b上。如图15所示，固定接触电极232位于固定件220的岛状底座221上，并具有四个接触部分232a。每个接触部分232a面对一个接触导体231。如图15所示，每个固定接触电极233位于固定件220的一个岛状底座222上，并具有面对一个接触导体231的接触部分233a。而且，固定接触电极232和233经规定布线(图中省略了)连接到将要进行开关的规定电路上。接触导体231和固定接触电极232和233各由合适的导电材料制成。
每个第一驱动电极234在相应的可移动部分210的主体212a上延伸并延伸到锚定部分211。如图16所示，每个第二驱动电极235以直立方式设置，以便在三个位置连接到固定件220，并且跨在两个第一驱动电极234上。而且，第二驱动电极235经规定布线(图中省略了)接地。第一驱动电极234和第二驱动电极235各由合适的导电材料制成。
对于具有上述设置的微型开关器件X2，当规定电势施加于一个第一驱动电极234时，在第一驱动电极234和面对其的第二驱动电极235之间产生静电吸引力。结果是，相应的延伸部分212弹性变形到使接触导体231与固定接触电极232和233的接触部分232a和233a接触的位置。通过这种方式，实现了微型开关器件X2的一个通道的闭合状态。
如果停止给第一驱动电极234施加电压而消除了作用于用于闭合状态的通道的第一驱动电极234和相应的第二驱动电极235之间的静电吸引力，相应的延伸部分212返回到其自然状态，因此接触导体231与固定接触电极232和233分开。通过这种方式，实现了用于微型开关器件X2的通道的打开状态。
对于微型开关器件X2，如上所述，可以通过选择性地控制施加于四个第一驱动电极234的电势来控制四个通道的打开和闭合。就是说，微型开关器件X2可用作1×4通道开关。
微型开关器件X2可通过与用于前述微型开关器件X1相同的工艺来制造。因而，对于微型开关器件X2，可以使用镀覆法形成厚度较大的具有面对接触导体231的接触部分232a的固定接触电极232，以及固定接触电极233，每个固定接触电极233具有面对一个接触导体231的接触部分233a。因此固定接触电极232和233可做得足够厚。这种微型开关器件X2适于减少闭合状态下的插入损耗。
对于微型开关器件X2，固定接触电极232和233的每个接触部分232a和233a的下表面(即与接触导体231接触的表面)具有高的平坦度，因此可以在接触导体231和接触部分232a和233a之间以高尺寸精度形成气隙。具有高尺寸精度的气隙适于减少闭合状态下的每个通道的插入损耗，并且还可适于提高打开状态下的每个通道的绝缘性能。
图17至19表示根据本发明第三实施例的微型开关器件X3。图17是微型开关器件X3的平面图。图18是省略了一些部分的微型开关器件X3的平面图，图19是沿着图18中的线XIX-XIX截取的剖面图。
微型开关器件X3包括基板S3、可移动悬臂部分110、固定件120、可移动接触导体131、一对固定接触电极132(图18中省略了)、和压电驱动部件340。微型开关器件X3不同于微型开关器件X1的地方在于：代替第一驱动电极133和第二驱动电极134而设置了压电驱动部件340。
压电驱动部件340包括第一驱动电极341、第二驱动电极342和设置在这两个电极之间的压电膜343。第一驱动电极341和第二驱动电极342各具有例如包括Ti基底层和Au主层的层状结构。第二驱动电极342经规定布线(图中省略了)接地。压电膜343由压电材料制成，该压电材料通过施加电场而呈现应变(反向压电效应)。作为这种压电材料，例如可使用PZT(PbZrO3和PbTiO3的固体溶液)、掺杂Mn的ZnO、ZnO、或AlN。第一驱动电极341和第二驱动电极342的厚度例如为0.55μm，压电膜343的厚度例如为1.5μm。
基板S3、可移动部分110、固定件120、接触导体131和该对固定接触电极132构成为与前述微型开关器件X1相同。
对于具有上述设置的微型开关器件X3，当规定电势施加于第一驱动电极341时，在第一驱动电极341和第二驱动电极342之间产生电场，因此在压电膜343中产生面内(或纵向)方向的收缩力。距离由延伸部分112直接支撑的第一驱动电极341越远，即越靠近第二驱动电极342，压电膜343中的压电材料越容易在面内方向收缩。由这种收缩力引起的面内方向的收缩量，在压电膜343内从第一驱动电极341一侧向第二驱动电极342一侧逐渐增大，因此延伸部分112弹性变形到使接触导体131与该对固定电极132接触的位置。通过这种方式，实现了微型开关器件X3的闭合状态。在这种闭合状态下，固定接触电极132由接触导体131电气桥接，因此允许电流在固定接触电极132之间通过。
对于处于闭合状态下的微型开关器件X3，如果停止给第一驱动电极341施加电压而消除了第一驱动电极341和第二驱动电极342之间的电场，压电膜343和延伸部分112返回到其自然状态，因此接触导体131与固定接触电极132分开。通过这种方式，实现了微型开关器件X3的打开状态。在这种打开状态下，固定接触电极132彼此电绝缘，因此防止了电流在固定接触电极132之间流过。
图20A-20D、21A-21C、22A-22C和23A-23C通过材料基板的两个剖面的连续变化示出了制造微型开关器件X3的方法，其中一个剖面(左侧的)是沿着图17中的线XX-XX截取的，另一个(右侧的)是沿着图17中的线XXI-XXI截取的。
在微型开关器件X3的制造中，首先，制备如图20A中所示的基板S’。该基板S’是SOI基板，并具有包括第一层101、第二层102和置于其间的中间层103的层状结构。在本实施例中，例如，第一层101的厚度为10μm，第二层102的厚度为400μm，中间层103的厚度为2μm。第一层101和第二层102例如由单晶硅制成。在本实施例中，中间层103由绝缘材料制成。作为这种绝缘材料，可使用二氧化硅、氮化硅等。
接着，如图20B所示，在基板S’的第一层101上形成压电驱动部件340。在形成压电驱动部件340时，在第一层101上形成第一导电膜。接着，在该第一导电膜上形成压电材料膜。然后，在压电材料膜上形成第二导电膜。之后，使用光刻法对这些膜进行构图，然后刻蚀。例如使用溅射法，通过形成例如Ti膜，然后在其上形成例如Au膜可形成第一和第二导电膜。Ti膜的厚度例如为50nm，Au膜的厚度例如为500nm。压电材料膜可例如使用溅射法通过形成合适的压电材料的膜来形成。
接着，如图20C所示，用与前面参照图6所述的用于形成微型开关器件X1的接触导体131相同的方式，在第一层101上形成接触导体131。
接着，如图20D所示，形成用于覆盖压电驱动部件340的保护膜106。例如，通过使用溅射法经规定掩模形成Si膜来形成该保护膜106。保护膜106的厚度例如为300nm。
在微型开关器件X3的制造中，如图21A所示，对第一层101进行刻蚀处理，用于形成狭槽141和142。这种工艺是用与前面参照图6C所述的用于制造微型开关器件X1相同的方式进行的。
然后，如图21B所示，在基板S’的第一层101一侧上形成牺牲层107，以便堵塞狭槽141和142。这种工艺是用与前面参照图6D所述的用于形成牺牲层104相同的方式进行的。
随后，如图21C所示，在牺牲层107中对应于接触导体131的位置上形成两个凹槽107a。这种处理是用与前面参照图7A所述的用于形成凹槽104a相同的方式进行的。每个凹槽107a用于形成一个固定接触电极132的接触部分132a，并具有例如1μm的深度。
接着，如图22A所示，构图牺牲层107，由此形成开口107b。具体而言，使用光刻法在牺牲层107上形成规定的抗蚀剂图形，然后使用该抗蚀剂图形作掩模对牺牲层107进行刻蚀处理。湿刻蚀可用作该刻蚀法。开口107b用于暴露固定接触电极132将要连接到固定件120的岛状底座121的区域。
接着，在基板S’的已经提供有牺牲层107的那侧的表面上形成用于通电的基底膜(图中省略了)，然后如图22B所示，形成掩模108。例如，基底膜可以通过使用溅射法形成厚度为50nm的Cr膜，然后在其上形成厚度为500nm的Au膜来形成。掩模108具有对应该对固定接触电极132的开口108a。
接着，如图22C所示，形成固定接触电极132。具体而言，例如，使用电镀法在暴露于开口108a中的基底膜上生长金。
然后，如图23A所示，通过刻蚀除去掩模108。之后，通过刻蚀除去基底膜的暴露部分。在这些除去步骤的每个步骤中可使用湿刻蚀。
接着，如图23B所示，除去牺牲层107和部分中间层103。这个处理是用与前面参照图8C所述的用于除去牺牲层104和部分中间层103相同的方式进行的。在该步骤中，通过留下后面而形成锚定部分111的边界层111b和固定件120的边界层120b。而且，第二层102将构成基板S3。
接着，如果需要的话，通过湿刻蚀除去附着于每个固定接触电极132的下表面的该部分基底膜(例如Cr膜)，然后使用超临界干燥法干燥整个器件。之后，如图23C所示，除去保护膜106。作为除去方法，例如可采用使用SF6气体进行的RIE(Reactive Ion Etching，即反应离子刻蚀)。
通过上述说明，可制造微型开关器件X3。利用上述方法，可使用镀覆法在牺牲层107上形成大厚度的固定接触电极132，每个该固定接触电极具有面对接触导体131的接触部分132a。因此该对固定接触电极132的厚度可设置为足够大。这种微型开关器件X3适于减少闭合状态下的插入损耗。
对于微型开关器件X3，每个固定接触电极132的接触部分132a的下表面(即与接触导体131接触的表面)具有高的平坦度，因此可以以高尺寸精度地在接触导体131和每个接触部分132a之间形成气隙。具有高尺寸精度的气隙适于减少闭合状态下的插入损耗，并且还适于提高打开状态下的绝缘性能。
前面已经描述了本发明，显然可以用很多方式修改本发明。这种修改不应被视为不脱离本发明的精神和范围的，并且所有这些对于本领域技术人员来说都是显而易见的修改意味着落入所附的权利要求书的范围内。
Claims (9)
1. 一种微型开关器件，包括：
基板；
可移动部分，包括锚定部分和延伸部分，该锚定部分连接于该基板，该延伸部分从该锚定部分延伸并面对该基板，该延伸部分包括主体和头部；
固定件，连接于该基板；
可移动接触导体，设置在该延伸部分的头部的与该基板相反的一侧上；
第一固定接触电极，连接到该固定件上，并包括面对该可移动接触导体的第一接触部分；和
第二固定接触电极，连接到该固定件上，并包括面对该可移动接触导体的第二接触部分；
其中该固定件包括多个固定岛形部分，该多个固定岛形部分彼此隔开并且分别连接于该基板。
2. 如权利要求1所述的微型开关器件，其中该固定件与该可移动部分隔开。
3. 如权利要求1所述的微型开关器件，其中该固定件包围该可移动部分。
4. 如权利要求1所述的微型开关器件，还包括第一驱动电极，形成为在该可移动部分的与该基板相反的一侧的锚定部分和主体上延伸，并且没有延伸到该可移动部分的头部；和第二驱动电极，连接到该固定件上，并包括面对该第一驱动电极的部分。
5. 如权利要求1所述的微型开关器件，其中该延伸部分由单晶硅构成。
6. 如权利要求1所述的微型开关器件，其中该第一固定接触电极和该第二固定接触电极中至少一个具有不小于5μm的厚度。
7. 如权利要求1所述的微型开关器件，其中该延伸部分具有不小于5μm的厚度。
8. 一种制造如权利要求1所述的微型开关器件的方法，该方法包括：
制备材料基板的步骤，该材料基板包括第一层、第二层以及置于该第一层和该第二层之间的中间层，该第一层包括第一部分、第二部分和第三部分，该第一部分被处理成该延伸部分，该第二部分与该第一部分是连续的，并被处理成该锚定部分，该第三部分被处理成该固定件；
第一电极形成步骤，在该第一层的该第一部分上形成该可移动接触导体；
第一刻蚀步骤，在该第一层上进行各向异性刻蚀，直到达到该中间层为止，该各向异性刻蚀是经过遮蔽了该第一层的该第一部分、该第二部分和该第三部分的掩模图形进行的；
牺牲层形成步骤，形成具有第一开口和第二开口的牺牲层，该第一开口是用于暴露该第三部分中的第一连接区而提供的，该第二开口是用于暴露该第三部分中的第二连接区而提供的；
第二电极形成步骤，形成该第一固定接触电极和该第二固定接触电极，该第一固定接触电极连接到该第一连接区，并具有经该牺牲层面对该可移动接触导体的该第一接触部分，该第二固定接触电极连接到该第二连接区，并具有经该牺牲层面对该可移动接触导体的该第二接触部分；
除去该牺牲层的牺牲层除去步骤；和
第二刻蚀步骤，完全刻蚀掉该中间层的置于该第二层和该第一层之间且位于该第一部分之下的那部分，而保留该中间层的置于该第二层和该第一层之间且位于该第二部分之下的其他部分。
9. 如权利要求8所述的方法，其中在该第一电极形成步骤中，第一驱动电极还形成在该第一层的该第一部分上，在该牺牲层形成步骤中，还在该牺牲层中形成第三开口，用于暴露该第一层的该第三部分中的第三连接区，和在该第二电极形成步骤中，还形成第二驱动电极，该第二驱动电极连接到该第三连接区，并包括经该牺牲层面对该第一驱动电极的部分。
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