CN101496220A

CN101496220A - 微腔mems器件及其制造方法

Info

Publication number: CN101496220A
Application number: CNA2006800380470A
Authority: CN
Inventors: 路易斯·C·许; L·A·克莱温格; T·J·达尔顿; C·J·雷登斯; 凯斯·洸·汉·黄; 杨智超
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: US20080092367A1; JP2009507343A; TWI364869B; JP4717118B2; KR100992026B1; EP1920493B1; TW200721585A; US20070046392A1; KR20080041676A; WO2007027813A2; US7726010B2; WO2007027813A3; US7394332B2; EP1920493A4; EP1920493A2; CN101496220B

Abstract

本发明提供一种MEM开关，具有在微腔(40)内自由移动的元件(140)，并被至少一个电感元件所引导。开关包括：上电感线圈(170)；非必需的下电感线圈(190)，每个电感线圈都具有优选地由透磁合金制成的磁芯(180，200)；微腔(40)；和自由移动的开关元件(140)，该开关元件也由磁性材料制成。通过使电流流过上线圈，在线圈元件中感应出磁场来实现开关。磁场向上吸引自由移动的磁性元件，将两根开路的导线(M_l，M_r)短路，从而闭合开关。当电流停止或反向时，自由移动的磁性元件由于重力而落到微腔的底部，并且将导线开路。当无法利用重力时，就必需有下线圈，以拉回自由移动的开关元件并将它保持在其原来位置。

Description

微腔MEMS器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有基于感应磁力的开关机构(switchingmechanism)的微电子机械(MEM)器件，以及制造此类器件的方法。

背景技术

MEM开关在低插入损失和出色的导通/关断电特性方面优于传统晶体管器件。这种开关正在被应用于越来越多的领域，尤其是高频领域。

例如，授予Pond的第5,943,223号美国专利描述了减少能量转换装置中的功率损失的MEM开关，其中MEM器件开关AC-AC转换器、AC-DC转换器、DC-DC转换器、矩阵变换器、电动机控制器、共振电动机控制器(resonant motor controller)及其它类似器件。

本领域所共知的是使用各种构造设计的MEM开关，这些结构非常适合于最优地用于很多不同应用中。

例如，授予Chow等人的第6,667,245号美国专利描述了如附图18中所示的悬臂型MEM开关，包括：1)上板71；(2)下板74；(3)下接触19；(4)上接触29；(5)互连插塞27；和(6)悬臂72。当电流在上板71和下板74之间流动时，静电力被建立，吸引上板71并将悬臂72向下朝着14弯曲，在两个接触点19和29之间产生接触。

另一构造使用扭臂(torsion beam)，如授予共同受让人(commonassignee)Volant等人的第6,701,779B2号美国专利中所述。垂直扭臂微电子机械开关，如附图19A和19B中所示，分别显示了其侧视图和俯视图。它描述了包括5个关键元件的开关：1)可移动接触20；(2)固定接触30；(3)固定的第一控制电极40；(4)柔性的第二控制电极50和50A；和(5)扭臂60。电极40和50在DC电压被施加于其间时被相互吸引，使得扭臂60弯曲。因为可移动接触20附着在扭臂60上，所以它会同样地向下移动，产生对固定接触30的接触。

在又一构造中，在共同受让人的第6,831,542B2号美国专利中描述了微电子机械感应耦合力开关，如附图20中所示。该MEM器件包括至少5个元件：1)可移动线圈组件10；(2)绕着枢轴销(pivotpin)75旋转的可移动电感线圈20和30；(3)固定线圈40和50；(4)梳状驱动器(comb driver)8和9；和(5)被耦合到移动电感线圈20和30的导体。线圈20和40、30和50地耦合力根据由梳状驱动器8和9调节的组件位置而可以是要么可忽略，要么非常强。在完全耦合的条件下，流到线圈40中的电流在电感线圈20中感应出电流。因为电感线圈20和30被互连在一起，同样的电流会流到30，于是在固定线圈50中感应出电流。

另一构造，如授予York等人的第6,452,124B1号美国专利中，公开了容性膜(capacitive membrane)MEM器件，如附图21所示。其中，所示MEM开关包括4个基本元件：1)上金属电极102；(2)下金属电极104；(3)绝缘体膜108；和(4)金属盖110。当DC电压电位被施加于102和104之间时，电极102向下弯曲并与金属盖110产生接触，使开关闭合。

授予Pan等人的第6,577,431B2号美国专利中公开了提供角位移以激励微镜的磁耦合。该组件如附图22A和22B中所示，分别显示了其透视图和侧视图。它包括三个基本元件：1)反射镜44；(2)取向镜(orientation mirror)43；和(3)透磁合金材料(permalloy material)441和431。当电流通过致动器46时，两个透磁合金元件感应出磁场，产生排斥力并将镜弯曲得远离衬底。反射镜44和取向镜43两者由42a支撑在玻璃或硅衬底41上。

其它相关专利包括：

授予Yi等人的第6,166,478号美国专利，描述了一种微电子机械系统，该系统使用利用至少两个铰接片(hinged flap)的磁致动，其中每个铰接片都具有不同量的透磁合金或其它磁性材料。

授予Judy等人的第5,945,898号美国专利描述了一种磁微致动器，其具有悬臂元件，该悬臂元件被至少一个机械附件(mechanicalattachment)所支撑使得可以改变该元件的取向和被放置于悬臂一个或多个区上的至少一层磁性活性材料(magnetically active material)层的取向。

授予Wu等人的第6,542,653B2号美国专利描述了一种微开关组件，其包括多个闩锁机构(latching mechanism)。

工业上所未得到的和所需要的是低成本、高可靠的、且与CMOS制造技术兼容但无需难以被覆盖甚至难以正确平整化的大的开放腔(open cavity)的MEM开关。工业上还要求该MEM开关为无铰链的，即没有机械移动部件以实现耐用的和可靠的开关。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种微腔MEMS(下文称为MC-MEMS)和制造此类器件的方法，其可被完全整合于CMOS半导体芯片生产线中。

另一目的是提供一种无需大的开放表面空腔(open-surfacecavity)的MC_MEM开关。

再一个目的是提供一种高可靠和耐用的、无需移动密封于真空中的机械铰链元件的MC-MEMS。

本发明一方面提供一种由衬底支撑的微电子机械(MEM)开关，包括：衬底中的空腔；受至少一个电感元件激励而在空腔内自由移动的开关元件，其中在第一位置，开关元件将两根导线电耦合，而在第二位置，开关元件与两根导线分离开。

本发明另一方面提供一种在衬底上形成微电子机械开关的方法，包括以下步骤：在衬底上形成环绕磁芯的电感线圈；在衬底中蚀刻出具有与磁芯大致对准的开口的微腔；形成在微腔内自由移动的磁性开关元件，磁性开关元件在被电感线圈激励时移动到第一位置，而在被去激励时移动到第二位置。

本发明还提供一种基于感应磁力的MEM开关，其包括独有的特征，诸如：

a)没有开关器件的部分被暴露于开放表面；

b)开关元件不物理地附着于开关器件的任何其它部件；

c)自由移动的开关元件被嵌入在与用于BEOL(后段工艺)互连的金属嵌钉(metal stud)相同形状和尺寸的小空腔内；以及

d)开关元件在空腔内移动，它的移动受到感应磁力的控制。

附图说明

结合附图，通过本发明的详细优选实施方案可以更好地理解本发明的这些和其它的目标、方面以及优点。

附图1为根据本发明所述的MC-MEMS的示意图。

附图2到17为示意图，其显示了构造本发明的MEM器件的多个制造步骤。

附图18显示了现有技术的悬臂型MEM开关。

附图19A和19B分别显示了现有技术的正交扭臂微电子机械开关的横截面视图和俯视图。

附图20显示了现有技术的微电子机械电感耦合力MEM开关。

附图21显示了现有技术的容性膜MEMS器件。

附图22A和22B分别显示了用于提供角位移以驱动微镜的传统磁耦合的透视图和侧视图。

具体实施方式

附图1表示了本发明的MC-MEM开关的透视示意图。

所示MC-MEMS显示了下列基本元件：(1)上电感线圈170、非必需的下电感线圈190；(2)优选地由透磁合金制成的上磁芯180、非必需的下磁芯200；(3)微腔40；和(4)在该微腔40中自由移动的开关元件140(下文称为SW)，该开关元件140优选地由磁性材料制成。通过使电流Iu经过上线圈，在线圈元件170中感应出磁场来激励开关。这样的话，下线圈190被禁用(disable)(没有电流经过下线圈，即，Id＝0)。磁场向上吸引自由移动的磁性元件140，将两个独立的导线段M_l和M_r短路。当电流停止或反向时，自由移动的磁性元件140由于重力而落回到微腔的底部，将线开路并且关断MC-MEM开关。

空腔优选地为圆柱状，直径为0.1到10μm。空腔在下文中也被称为微腔，因为它的直径近似于BEOL中所用的传统金属嵌钉的直径。

目前为止假定了芯片被正确地安装在竖直位置上，可以利用重力将电路开路。因而，可以无需具有下线圈。然而，当芯片没有被安装在竖直位置上时，无法利用重力。这样的话，第二线圈，称为下线圈190，就变得必需，以拉回SW并将它保持在其原来位置。因此，在开关期间，上线圈170被禁用(即，Iu＝0)而下线圈190由流经过的电流(Id)所激励。

如前所述，自由移动的导电元件SW优选地为透磁合金磁芯、或者为具有铜覆层的透磁合金磁芯以具有更好的导电性。本领域技术人员显然会认识到透磁合金是具有高导磁率的基于铁镍的合金，该合金被广泛用于磁性存储工业中。透磁合金材料还可以包含少量的Co、V、Re、和/或Mn。此外，它还可以通过物理溅射或电镀被沉积，如第4,699,702号美国专利；第6,656,419B2号美国专利；以及第6,599,411号美国专利中所述。少量的其它元素诸如Co、V、Re、和/或Mn可以被添加以增强基于铁镍的透磁合金的软磁特性的性能。

当电流被施加于电感器170时，在移动导电元件140和上磁芯180上感应磁场，使它们彼此吸引。自由移动的元件140将上电极M_l和M_r短路，使开关闭合。当电流停止流动时，磁场消失，移动元件140由于重力落回到空腔底部，开关断开。

在第二实施方案中，磁芯180作为永磁体。依赖于电流方向，自由移动的导电元件140的感应极性与永磁体磁芯180相同或相反。因此，自由移动的导电元件140会吸引或排斥上磁芯180。因此开关就相应地闭合或断开。

在另一实施方案中，分别具有磁芯的两组线圈被耦合到自由移动的开关元件140。磁芯和SW 140都优选地由透磁合金制成。因此，上线圈170可以在第一时刻被激励以吸引元件向上。同样地，下线圈190可以在第二时刻被激励以拉下SW 140。基于相同原理，其它开关操作的组合也是可以的。

接下来是讨论在CMOS生产线上制造MC-MEM开关所需的制造工序。

参考附图2，经由保护薄膜30将衬底10绝缘，该保护膜30优选地使用化学气相沉积(CVD)氮化物。通过普通工艺、包括沉积和图案化来形成蚀刻阻挡层20，不管该蚀刻阻挡层20是否导电。然后，在衬底中形成空腔40，该空腔40的形成停止于蚀刻阻挡层20。

参考附图3，缓冲(或牺牲)材料50被均厚沉积(blanket deposit)。通过为在微腔侧壁与所要形成的自由移动元件之间留下足够缝隙而允许自由移动的开关元件(未显示)到空腔侧壁之间有多大容许偏差来决定膜厚度。优选地，缝隙宽度范围小于或等于0.1μm数量级。牺牲材料优选地是相对于周围的绝缘材料可以被选择性移除的CVD多晶硅、非晶硅。这些材料可以用对氧化物具有高选择性的干法或湿法蚀刻来蚀刻掉。

参考附图4，导体材料60优选地由透磁合金制成，诸如基于铁镍的合金，该导体材料60被沉积于空腔中，接着通过平整化，使空腔被完全填满。表面处的缓冲层50在后续的化学机械抛光工艺期间被移除。缓冲层55只留在空腔内部。

在附图5中，所沉积的导体材料被凹陷到预定水平70，优选地为空腔高度的70％或80％。

在附图6中，与在空腔侧壁上使用的相同缓冲材料被沉积80，并再次被抛光成填满空腔顶部。

在附图7中，保护材料30被抛光并优选地被移除。

在附图8中，使用任何传统的金属化工艺，诸如金属沉积、图案化和蚀刻形成金属导线100。

在附图9中，沉积绝缘材料层110，例如CVD氧化物、旋涂玻璃等。

在附图10中，绝缘材料110中的孔120被图案化和蚀刻，到达微腔的顶部80。

参考附图11，空腔顶部的缓冲材料80被选择性移除。

在附图12中，通过传统的选择性干法或湿法蚀刻，剩余的缓冲材料55被从微腔侧壁上移除。

在附图13中，利用在结构顶上沉积的绝缘材料150来密封孔的顶部。该沉积通过使用高的沉积速率和压力以及低的或无偏置的源/电极功率(unbiased source/electrode power)的化学气相沉积来完成。高沉积速率(大于

)和压力(大于100mTorr)限制了反应物质的平均自由程并且阻止它们沉积于空腔中。如本领域技术人员所知，低的和无偏置的源/电极功率(小于100W)限制了空腔顶部的角部的倒角的量，这进一步抑制了反应物质在空腔中的沉积。

现在参考附图14，利用传统的沉积、图案化和蚀刻工艺分别形成线圈和磁芯元件。磁芯材料由透磁合金材料制成，优选地为镍、铜、钛或钼。线圈由任意传统金属诸如铝、铜、钨或其合金制成。制造步骤如下：首先沉积薄膜透磁合金材料，接着将透磁合金薄膜图案化。有利地通过先沉积绝缘材料接着蚀刻以形成磁芯图案的镶嵌工艺来完成图案化。然后用磁芯材料填充并且抛光以填充图案。然后该绝缘材料被图案化以形成磁芯图案，接着沉积金属并抛光以填充线圈图案。

附图15显示了处于开路状态的MC-MEM开关，导电开关移动元件140示于空腔底部。

附图16显示了将两根导线100短路的所述MC-MEM开关，这是通过利用磁场将导电自由移动的开关元件140上拉来实现的。为了不使SW变得被“粘”在微腔底部，缓冲材料被蚀刻掉，如附图12中所示。

附图17A和17B分别显示了最终的MC-MEMS结构的侧视图和沿X-X’线看去的相应俯视图。

附图17B中的微腔开孔被显示为被金属线部分地遮蔽。附加的金属延展片200用于两个用途：(1)用于在顶部密封工艺期间阻隔残余物，(也被称为荫蔽效应(shadowing effect))；以及(2)用于为开关元件提供更多的电接触区域。可想象的是可以用这样的方式来图案化金属线：即，能实现完全的荫蔽效应以避免残余物被沉积于空腔内部。

本发明的微腔大约尺寸与传统金属嵌钉相同。空腔内部自由移动的开关元件优选地在真空中被密封并因此免于被侵蚀。

与现有技术的MEM开关不同，本发明没有机械移动的铰链元件，因此器件更健壮(robust)和耐用。因为空腔被完全包封(encapsulate)和密封，所以随后平整化的表面进一步提供了集成或组装的能力。所述MC-MEMS与传统CMOS半导体制造工序完全兼容。

为了更好地量化本发明的MEM开关的各个参数，接下来会在下文中讨论对MC-MEMS的磁场和线圈尺寸的估算。

自由移动元件移动一定距离所需的能量或功由以下方程给出：

能量＝1/2LI²＝(mg(1+ε))h

其中：

ε：摩擦系数＝0.1

m：开关元件的质量

h：移动距离的高度：0.5μm

H：圆柱形开关元件的高度＝0.5μm

D：圆柱形开关元件的直径＝1μm

g：重力系数：9.8m/s²

L：电感值(亨利)

I：用于产生磁场的电流(安培)

自由移动的元件的质量估算如下：

铝和合金的密度为大约2.7g/cm³

移动元件的体积由下列方程给出：

V＝π(d/2)²H＝(3.14)(0.25)(0.5)＝0.39E-12cm³

移动元件的质量是

M＝2.7x0.39E-12＝1.05E-12g

估算的功为

功＝(mg(1+ε))h＝(1.06E-12)x9.8x1.1(0.5E-6)＝5.7E-18gm²/s²

＝5.7E-21Nm＝5.7E-21J

电感的大小估算是：

1/2LI²＝5.7E-21J

电流I计算如下：

I＝0.1mA＝1E-4A(即1mA＝1E-3A)

那么，螺线电感值为

L＝(2x5.7E-21)/1E-4)²＝1.14E-11＝10pH(即0.01nH)

注意具有高μ值磁芯的线圈可以将磁场增大到10倍或更多，使得所要电流电平(I)可以被降低10X。

修正惠勒(Wheeler)方程

L_{mw} = K_{1} μ_{0} \frac{n^{2} d_{avg}}{1 + K_{2} ρ}

其中，K₁＝2.34

K₂＝2.75

n＝圈数＝1

d_avg＝平均直径＝0.5(din+dout)

ρ＝填充比＝(dout-din)/(dout+din)

μ₀＝空气磁导率＝1.26E-6

1)对于单圈，

din＝1μm，而dout＝2μm

d_avg＝1.5μm，

ρ＝0.34

L＝(2.34x1.26E-6x(1x1.5E-6))/(1+2.75x0.34)＝1.90pH

2)对于双圈

din＝1μm，而dout＝4μm

d_avg＝2.5μm，

ρ＝0.6

L＝(2.34x1.26E-6x(4x2.5E-6))/(1+2.75x0.6)＝11.12pH

如果使用1mA的电流，那么具有内径为1μm、圈宽和间隔为0.5μm的1圈线圈就应该足够了。如果电感器电流被减少到0.1mA，那就需要双圈电感。这两种情况中的线圈的电流和尺寸对于半导体应用都是可接受的。

虽然已经结合特定实施方案部分地描述了本发明，但是显然其它替代物、修改和变形对于本领域技术人员在本发明的启发下将会显而易见。因此预期的是所附权利要求将包含处于本发明真实范围和精神之内的任何这样的替代物、修改和变形。

工业实用性

微电子机械系统(MEMS)开关可在通信装置中得到应用，更确切地说在手机中。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种由衬底支撑的微电子机械(MEM)开关，包括：

在所述衬底中的空腔(40)；

在所述空腔(40)内自由移动的开关元件(140)，所述开关元件由至少一个电感元件(170，190)激励，其中在第一位置，所述开关元件(140)将两个导电元件(M_l，M_r)电耦合，而在第二位置，所述开关元件与所述两个导电元件(M_l，M_r)分离开，所述开关元件在被去激励时因重力从所述第一位置落到所述第二位置。

2. 如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述开关元件(140)由导电材料制成。

3. 如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述至少一个电感元件(170，190)由磁性材料制成。

4. 如权利要求3中所述的MEM开关，其中，所述开关元件(140)在去激励时由于重力而落到所述第二位置。

5. 如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述电感元件包括与磁芯(180，200)耦合的线圈。

6. 如权利要求5中所述的MEM开关，其中，所述磁芯和所述开关元件由透磁合金制成。

7. 如权利要求5中所述的MEM开关，其中，施加于所述线圈的电流在所述开关元件和所述磁芯上感应出磁场，将所述开关元件朝向所述磁芯吸引，所述开关元件将所述导电元件短路，将所述MEM闭合。

8. 如权利要求7中所述的MEM开关，其中，当所述电流被禁止时，所述磁场消失，所述开关元件由于重力而落回到所述空腔底部，将所述开关开路。

9. 如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述两个导电元件被置于所述空腔顶上，所述两个导电元件的间隔与所述开关元件对准。

10. 如权利要求1中所述的MEM开关，其中，在所述空腔内自由移动的所述开关元件由上电感元件和下电感元件所引导。

11. 如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述空腔具有圆柱形形状，直径为0.1到10μm，高度为0.1到10μm。

12. 如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述开关元件被成形为球形、圆柱形、或者最大横截面积小于所述空腔直径的任何形状。

13. 如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述电感元件是N圈金属线圈，N大于或等于1，并且磁芯位于所述金属线圈内。

14. 如权利要求13中所述的MEM开关，其中，所述金属线圈由从包括Al、Cu、Ti、Ta、Ni、W、及其任意合金的组中选择的材料制成。

15. 如权利要求5中所述的MEM开关，其中，所述磁芯由透磁合金制成，所述透磁合金为与一定量的从包括Co、V、Re、和Mn的组中选择的材料相组合的、基于铁镍的合金。

16. 一种在衬底上形成微电子机械(MEM)开关的方法，包括以下步骤：

在所述衬底上形成围绕可移动磁芯的电感线圈；

在所述衬底中蚀刻出具有与所述磁芯大致对准的开口的微腔；以及

形成在所述微腔内自由移动的、包括所述可移动磁芯的磁性开关元件，所述磁性开关元件在被所述电感线圈激励时移动到第一位置并将两根导线短路，而在所述电感线圈被去激励时移动到第二位置以将被短路的上述两根导线开路，所述开关元件在被去激励时因重力从所述第一位置落到所述第二位置。

17. 如权利要求16中所述的方法，其中，形成所述微腔的步骤包括首先沉积和图案化蚀刻阻挡层，然后在所述衬底中蚀刻出所述微腔并停止于所述蚀刻阻挡层。

18. 如权利要求16中所述的方法，其中，在所述微腔中形成所述磁性开关元件的步骤还包括以下步骤：

在所述微腔侧壁上保形沉积牺牲材料到某一厚度，该厚度由自由移动的开关元件到所述微腔的侧壁之间的容许偏差所决定；在所述微腔中沉积导电材料；平整化以填充所述微腔；将所述导电材料凹陷到所述微腔高度的预定水平上；用牺牲材料将所述微腔重新填充到所述微腔的顶部；以及选择性移除所述牺牲材料以使所述导电材料从所述侧壁上分开。

19. 如权利要求16中所述的方法，其中，所述磁芯和所述开关元件由透磁合金制成。

20. 如权利要求18所述的方法，还包括以下步骤：

在所述微腔内沉积导电材料并接着平整化，将所述微腔填充到所述微腔的预定高度；并且用牺牲材料完全填充所述微腔。

21. 如权利要求20中所述的方法，还包括以下步骤：

从所述微腔顶上选择性移除所述牺牲材料；然后形成互连导线并在其上沉积绝缘材料。

22. 如权利要求21中所述的方法，还包含步骤：

图案化和蚀刻出到达所述微腔的开孔；并从所述微腔顶上和侧壁上选择性移除所述牺牲材料。

23. 如权利要求21中所述的方法，其中，所述互连导线被图案化为包括彼此间隔开的导线段，其中所述间隔与所述开关移动元件大致对准，使得所述自由移动的开关元件在所述电感线圈被激励和去激励时分别将所述线段短路和开路。

24. 如权利要求22中所述的方法，还包括密封所述微腔顶面的步骤。

25. 如权利要求23中所述的方法，其中，激励和去激励所述电感元件的实现是通过将电流施加于所述线圈，在所述开关元件和所述磁芯上感应出磁场，将所述开关元件朝向所述磁芯吸引，所述开关元件将所述导电元件短路，将所述MEM开关闭合。

26. 如权利要求25中所述的方法，其中，当所述电流被禁止时，所述磁场消失，使得所述开关元件由于重力而落到所述空腔底部，将所述开关开路。

27. 如权利要求25中所述的方法，其中，在所述空腔内自由移动的所述开关元件由上电感线圈和下电感线圈所引导。

28. 如权利要求25中所述的方法，其中，所述空腔具有圆柱形外形，其直径为0.1到10μm，高度为0.1到10μm。

29. 如权利要求25中所述的方法，其中，所述开关元件被成形为球形、圆柱形、或者最大横截面积小于所述空腔直径的任何形状。

30. 如权利要求25中所述的方法，其中，所述电感元件是N圈金属线圈，N大于或等于1，并且磁芯位于所述金属线圈内。

31. 如权利要求25中所述的方法，其中，所述金属线圈由从包括Al、Cu、Ti、Ta、Ni、W、及其任意合金的组中选择的材料制成。

32. 如权利要求26中所述的方法，其中，所述磁芯由透磁合金制成，所述透磁合金为与一定量的从包括Co、V、Re、和Mn的组中选择的材料相组合的、基于铁镍的合金。

Claims

1.一种由衬底支撑的微电子机械(MEM)开关，包括：

在所述衬底中的空腔(40)；

由至少一个电感元件(170，190)激励、在所述空腔(40)内自由移动的开关元件(140)，其中在第一位置，所述开关元件(140)将两个导电元件(M_l，M_r)电耦合，而在第二位置，所述开关元件与所述两个导电元件(M_l，M_r)分离开。

2.如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述开关元件(140)由导电材料制成。

3.如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述开关元件(140)由所述至少一个电感元件(170，190)供电。

4.如权利要求3中所述的MEM开关，其中，所述开关元件(140)在去激励时由于重力而落到所述第二位置。

5.如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述电感元件包括与磁芯(180，200)耦合的线圈。

6.如权利要求5中所述的MEM开关，其中，所述磁芯和所述开关元件由透磁合金制成。

7.如权利要求5中所述的MEM开关，其中，施加于所述线圈的电流在所述开关元件和所述磁芯上感应出磁场，将所述开关元件朝向所述磁芯吸引，所述开关元件将所述导电元件短路，将所述MEM闭合。

8.如权利要求7中所述的MEM开关，其中，当所述电流被禁止时，所述磁场消失，所述开关元件由于重力而落回到所述空腔底部，将所述开关开路。

9.如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述两个导电元件被置于所述空腔顶上，所述两个导电元件的间隔与所述开关元件对准。

10.如权利要求1中所述的MEM开关，其中，在所述空腔内自由移动的所述开关元件由上电感元件和下电感元件所引导。

11.如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述空腔具有圆柱形形状，直径为0.1到10μm，高度为0.1到10μm。

12.如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述开关元件被成形为球形、圆柱形、或者任何具有最大横截面积小于所述空腔直径的形状。

13.如权利要求1中所述的MEM开关，其中，所述电感元件是N圈金属线圈，N大于或等于1，并且磁芯位于所述金属线圈内。

14.如权利要求13中所述的MEM开关，其中，所述金属线圈由从包括Al、Cu、Ti、Ta、Ni、W、及其任意合金的组中选择的材料制成。

15.如权利要求5中所述的MEM开关，其中，所述磁芯由透磁合金制成，所述透磁合金为与一定量的从包括Co、V、Re、和Mn的组中选择的材料相组合的、基于铁镍的合金。

16.一种在衬底上形成微电子机械(MEM)开关的方法，包括以下步骤：

在所述衬底上形成围绕磁芯的电感线圈；

在所述衬底中蚀刻出具有与所述磁芯大致对准的开口的微腔；

形成在所述微腔内自由移动的磁性开关元件，所述磁性开关元件在被所述电感线圈激励时移动到第一位置，并在所述电感线圈被去激励时移动到第二位置。

17.如权利要求16中所述的方法，其中，形成所述微腔的步骤包括首先沉积和图案化蚀刻阻挡层，然后在所述衬底中蚀刻出所述微腔并停止于所述蚀刻阻挡层。

18.如权利要求16中所述的方法，其中，在所述微腔中形成所述磁性开关元件的步骤还包括以下步骤：

19.如权利要求16中所述的方法，其中，所述磁芯和所述开关元件由透磁合金制成。

20.如权利要求18所述的方法，还包括以下步骤：

21.如权利要求20中所述的方法，还包括以下步骤：

22.如权利要求21中所述的方法，还包含步骤：

23.如权利要求21中所述的方法，其中，所述互连导线被图案化为包括彼此间隔开的导线段，其中所述间隔与所述开关移动元件大致对准，使得所述自由移动的开关元件在所述电感线圈被激励和去激励时分别将所述线段短路和开路。

24.如权利要求22中所述的方法，还包括密封所述微腔顶面的步骤。

25.如权利要求23中所述的方法，其中，激励和去激励所述电感元件的实现是通过将电流施加于所述线圈，在所述开关元件和所述磁芯上感应出磁场，将所述开关元件朝向所述磁芯吸引，所述开关元件将所述导电元件短路，将所述MEM开关闭合。

26.如权利要求25中所述的方法，其中，当所述电流被禁止时，所述磁场消失，使得所述开关元件由于重力而落到所述空腔底部，将所述开关开路。

27.如权利要求25中所述的方法，其中，在所述空腔内自由移动的所述开关元件由上电感线圈和下电感线圈所引导。

28.如权利要求25中所述的方法，其中，所述空腔具有圆柱形外形，其直径为0.1到10μm，高度为0.1到10μm。

29.如权利要求25中所述的方法，其中，所述开关元件被成形为球形、圆柱形、或者任何具有最大横截面积小于所述空腔直径的形状。

30.如权利要求25中所述的方法，其中，所述电感元件是N圈金属线圈，N大于或等于1，并且磁芯位于所述金属线圈内。

31.如权利要求25中所述的方法，其中，所述金属线圈由从包括Al、Cu、Ti、Ta、Ni、W、及其任意合金的组中选择的材料制成。

32.如权利要求26中所述的方法，其中，所述磁芯由透磁合金制成，所述透磁合金为与一定量的从包括Co、V、Re、和Mn的组中选择的材料相组合的、基于铁镍的合金。