CN101512701A - 具有弯曲双层的机械开关 - Google Patents

Abstract

一种装置包括机械开关。该机械开关包括具有第一和第二稳定弯曲状态的双层(10，24)。双层从第一状态变换到第二状态时使开关闭合。

Description

具有弯曲双层的机械开关

技术领域

本发明涉及微机械开关及制造和操作微机械开关的方法。

背景技术

机械开关是具有电连接的电气开关，其电连接在开关在打开开关和闭合开关状态之间变换期间移动。在许多机械开关中，通过可控机电设备来驱动打开开关和闭合开关状态之间的变换。通常，在其中一个或这两个状态中，必须对机电设备连续供电。这样的机械开关的一个实例是普通的机电继电器，其中在闭合开关状态中，电磁体通常将开关触点连在一起。在一个或两个开关状态对这样的机电控制设备连续供电的需要导致使用这样的开关需要高电力成本。

发明内容

多个实施例提供包括机械开关的装置，机械开关中，双层的不同稳定弯曲配置支持不同的开关状态，即，打开和闭合开关状态。在其中一些机械开关中，不需要电力来维持闭合开关和打开开关状态。

一方面，一种装置包括机械开关。该机械开关包括具有第一和第二稳定弯曲状态的双层。双层从第一状态变换到第二状态使开关闭合。

另一方面，一种装置包括：具有顶表面的衬底，沿顶表面定位并且固定到衬底的多个电极，以及通过一个或多个支柱附着到衬底的双层。双层能够在第一和第二稳定弯曲状态之间变换。双层具有在第一和第二稳定弯曲状态中弯曲的不同边。

在一些实施例中，上述装置可包括位于双层上的电跳线以及位于顶表面上并固定到衬底的第一和第二电线。电跳线配置成响应双层处于第一弯曲状态而电连接电线，并且响应双层处于第二弯曲状态而不短路电线。

另一方面，一种制造机械开关的方法包括：在衬底的顶表面上形成受压双层，使得连接件将双层物理连接到衬底；以及通过去除位于双层与顶表面之间的牺牲材料层来释放双层。所释放的双层的表面具有弯曲形状。

附图说明

图1是示出具有矩形形态的示范性弹性双层的两个稳定翘曲或弯曲状态的斜视图；

图2A-2C是利用双层在不同的稳定弯曲状态之间的变换来改变微机械开关的打开或闭合开关状态的微机械开关的三个实施例的截面图。

图3是示出图2A-2C的微机械开关的双层的仰视图；

图4是示出穿过图2A-2C中的双层的实施例的一个垂直平面的截面图；

图5A是图2A-2C的微机械开关的一个实施例中面对双层并位于双层下方的表面的俯视图；

图5B是图2A-2C的微机械开关的另一个实施例中面对双层并位于双层下方的表面的俯视图；

图6A是图2A的机械开关中用于将双层的中心固定到衬底的压缩弹簧(CS)的俯视图；

图6B是图6A中的压缩弹簧(CS)的侧视图，其中示出弹簧如何迫使双层的中心靠向衬底；

图7是示出操作诸如图2A-2C中的微机械开关的微机械开关的方法的流程图，该微机械开关带有具多个稳定弯曲状态的双层；

图8是示出制造微机械开关的方法的流程图，其中不同的开关状态与不同的稳定弯曲状态关联，以便例如制造图2A-2C中的微机械开关的实施例；以及

图9-11是在执行图8中的方法的各个实施例过程中制造的中间结构的截面图。

在附图和正文中，相同的附图标记表示具有类似结构和/或功能的元件。

附图中，一些特征的相对尺寸可能有所夸大，以便更清楚地示出其中的一个或多个结构。

本文中，通过附图和具体实施方式来更全面地描述各个实施例。然而，本发明可以各种形式实施，而不限于附图和具体实施方式中所描述的实施例。

具体实施方式

两层具有相异组成的弹性平面双层通常易遭受内应力梯度。内应力梯度会使具有多边形形状的双层的平面状态不稳定。为此，这样的平面双层会自发地翘曲而变弯曲。在翘曲或弯曲状态，双层围绕例如经过双层的对边的中点的轴的轴弯曲。如果双层具有带偶数条边的多边形形状，则双层可具有多于一个稳定弯曲状态。

图1示出位于平坦表面12上的弹性双层10的稳定弯曲状态。弹性双层10在展平时具有矩形形状或正方形形状。在弹性双层10中，用“A”表示一对对边的中心点，并用“B”表示另一对对边的中心点。

弹性双层10具有两个稳定弯曲状态，分别如图1中的上半部分和下半部分所示。图1中的上半部分示出第一稳定弯曲状态，在此状态，弹性双层10沿双层的中线B-B的整个长度接触平坦表面12。在此弯曲状态，弹性双层的包括“A”中点的对边在平坦表面12上凸起，如垂直虚线所示，而双层的具有中点“B”的边缘则发生弯曲。在第二稳定弯曲状态，弹性双层10沿双层的中线A-A的整个长度接触平坦表面12。在此弯曲状态，弹性双层的包括“B”中点的对边在平坦表面12上凸起，如垂直虚线所示，而双层的具有中点“A”的边缘则发生弯曲。因此，每个稳定弯曲状态都使弹性双层10的一条中线接触平坦表面12。双层的稳定弯曲状态由双层的多边形形状限定。

图1提出一种使弹性多边形双层10在其两个稳定弯曲状态之间变换的方法。该方法利用这样一个事实，即，每个弯曲状态使一条中线(即，A-A或B-B)沿该线的整个长度接触平坦支撑表面12。具体来说，弹性多边形双层10从第一弯曲状态变换到第二弯曲状态时必须使最初不接触平坦表面12的中线(即，A-A或B-B)接触平坦表面12。因此，该方法对弹性双层10施加了一个力而使A-A中线的整个长度接近或接触平坦表面12，从而使多边形双层从图1中的上稳定弯曲状态变换到下稳定弯曲状态。类似地，该方法对弹性双层10施加了一个力而使B-B中线的整个长度接近或接触平坦表面12，从而使弹性双层10从图1中的下稳定弯曲状态变换到上稳定弯曲状态。

使多边形弹性双层10在图1中的两个稳定弯曲状态之间变换所需的力可用静电的方法施加。这样的静电力操作如图2A-2C、图3、图4、图5A和图5B所示的微机械开关20的各个实施例。在每个实施例中，双层的一个稳定弯曲状态对应于闭合开关状态，而相同双层的一个或多个其它稳定弯曲状态对应于打开开关状态。

在每个实施例中，微机械开关20包括衬底22、弹性双层24、控制电极阵列28、电介质层30、导电跳线32和输入/输出(I/O)电线34。图2A、图2B和图2C中的不同实施例具有导电跳线32和/或I/O电线34的不同结构。

衬底22是微电子制造中的刚性支撑结构。例如，衬底22可以是晶体硅晶片-衬底、刚性电介质衬底、或覆盖有一个或多个绝缘电介质层的晶体半导体晶片-衬底。衬底22具有顶表面26，在顶表面26上设有机械开关20的其它元件。顶表面26可以是平坦的，或者可以是基本平坦的，即，与平坦相比有微小变化。

弹性双层24具有基本上为多边形的横向形状，其中该多边形具有偶数条边。例如，弹性双层24可以具有带八、六或四条边的多边形形状，它可以具有或可以不具有使其横向形状不是完美的多边形的小边和/或拐角不规则性。示范性弹性双层24是边长介于约100μm与约500μm之间的正方形或矩形。弹性双层24由具有不同组成的两个接合成一体的薄层36、38形成。底层36是例如厚度为1微米(μm)至3μm的重掺杂多晶体硅(多晶硅)的导电层。顶层38是例如厚度为约0.3μm至约1.0μm的氮化硅层的无机电介质层，即0.5μm的Si₃N₄。因为接合的薄层36、38具有非常不同的组成，所以当弹性双层24是平坦时，它们可产生净应力梯度。例如，在氮化硅/多晶硅双层中，多晶硅层可产生压缩应力，而氮化硅层可产生拉伸应力，从而使得当双层24为平坦时，其组合在双层24中产生净应力梯度。这样的净应力梯度使弹性双层24自发地翘曲成多个稳定弯曲状态之一(图2A-2C、图3和图4中没有示出)。对于图3中示出的基本为矩形或正方形的弹性双层24，其两个弯曲状态的形状与如图1所示的弹性双层10的形状基本类似。

弹性双层24还包括如图2A-2C、图3和图4所示从它的导电底表面突出的一个或多个突出部。

这些突出部包括短小挡块42的规则阵列，其配置成当双层24的一部分被拉到衬底22附近时物理挡住导电底层36与下面的阵列28的控制电极电短路。如果导电底层36是由多晶硅形成的，则挡块42可以是来自多晶硅导电底层36的多晶硅短柱。在这样的实施例中，如图2A-2C、图5A和图5B所示，挡块42可以与诸如多晶硅短柱的电绝缘凸起区域44横向对准。凸起区域44固定到衬底22的平坦顶表面26。

突出部包括中心连接件40，中心连接件40将弹性双层24的中心物理锚定到衬底22，并提供弹性双层24的导电底层36与衬底22之间的导电通路。连接件40可以是弹簧，或者可以是一个或多个刚性支柱。在连接件40是弹簧的实施例中，弹簧提供压缩力而将弹性双层24拉向衬底22。在连接件40是一个或多个刚性支柱的实施例中，这一个或多个支柱将双层24的中心刚性固定在衬底22上。在示范性实施例中，连接件40由例如n型或p型重掺杂多晶硅制成，其直径可为约3μm至约5μm。如果连接件40是压缩弹簧，则它可具有更大的横向尺寸。连接件40也可以形成为从弹性双层24的重掺杂多晶硅导电底层36突出的突出部。

控制电极阵列28形成位于平坦顶表面26上并刚性固定到平坦顶表面26的平坦结构。如图5A和5B中针对弹性双层24的矩形/正方形几何形状所示，阵列28被分割成操作组A、B，并且可选地包括保护组O1、O2。每个操作组A、B、O1、O2包括对称地位于中心连接件40的相对侧上的一对控制电极。每个电极通过电绝缘间隙与它的相邻电极隔开。电绝缘间隙可以用或者可以不用电介质填充。在所示示范性实施例中，控制电极组A、B、O1、O2由重掺杂多晶硅结构形成。操作组A、B的控制电极位于弹性双层24的边缘的中间区域的周围或附近，而保护组O1、O2的控制电极位于弹性双层24的边缘之间的拐角周围。

如图5A中针对弹性双层24的示范性正方形形状所示意性指示的，每个组A、B、O1和O2的两个电极电短路在一起。为此，将每个操作组A、B的两个电极以及每个保护组O1、O2的两个电极维持在基本相同的电位值。例如，操作组A的电极连接到1x2开关46的一个输出1，而操作组B的电极连接到1x2开关46的另一个输出2。1x2开关46可以在衬底22之上，或位于衬底22之外。1x2开关46配置成将其输出1、2之一可切换地连接到外部电压源48。因此，电压源48可向操作组A的控制电极或操作组B的控制电极施加电压。保护组O1、O2的控制电极电连接到设备地，使得即使当对操作组A或操作组B的控制电极施加电压时，也不会对O1、O2的控制电极施加电压。因为保护组O1、O2的控制电极接地，所以通常不会对弹性双层24的拐角施加实质的静电力。相反，在导电双层24的边缘的中心区域附近并沿穿过弹性导电双层24的对边的中线施加实质的静电力。

如图5A所示意性地示出，在控制电极之中和/或之间设置有孔。这些孔包括凸起区域44，这些凸起区域与位于弹性双层24的导电底面上的挡块42垂直对准。因此，当弹性双层24的周围部分被拉到衬底22附近时，挡块42可与凸起区域44物理接触。凸起区域44也可由掺杂多晶硅形成。在图5A中，放大部分示出其中一个凸起区域44。放大部分示出，凸起区域44与组A、B、O1、O2的周围电极由间隙隔开。由于每个凸起区域44与相邻的控制电极之间存在间隙，所以即使弹性双层24的一些挡块42与一些凸起区域44接触，在操作机械开关20期间，弹性双层24的导电底层36也不会电短路到阵列28的控制电极。间隙可以是空的，或者可以用诸如氮化硅的电介质填充。

电介质薄层30将阵列28的控制电极、I/O电线34、凸起区域44和连接垫52、54与下面的衬底22绝缘开来。在示范性实施例中，电介质层30可由通过例如热氧化法形成的致密二氧化硅形成，或者可由氮化硅形成，例如由0.3μm-1.0μm的氮化硅形成。

参照图2A-2C，导电跳线32刚性固定到弹性双层24的顶表面，并且在例如其一边缘的中点附近悬于该边缘之上。在示范性实施例中，导电跳线32可由金属层或金属多层制成，例如由包括金(Au)的层和诸如钛(Ti)的接合金属层制成。导电跳线32经过对准以响应导电跳线32悬于其上的边缘被拉向连接垫52、54而在这对连接垫52、54之间形成电短路，如图5A所示。即，导电跳线32通过将两条电线34电短路在一起而使机械开关20闭合。导电跳线32还可包括一对垂直突出部56，用于在机械开关20处于闭合状态时，即，当迫使双层24的对应边缘靠向连接垫52、54时，接触连接垫52、54。

I/O电线34配置成将外部电引线(未示出)连接到连接垫52、54，连接垫52、54的电状态(即，电连接或电断开)由机械开关20控制。这两条I/O电线34可包括金属层、金属多层、例如Au/Ti、和/或n型或p型重掺杂多晶硅。

机械开关20的其它实施例可利用横向形状基本为各种类型的多边形的双层24。例如，弹性双层24可为具有4、6或8条边的基本规则的多边形。其它实施例可利用其它形状的受压双层24，只要该双层具有多个稳定弯曲状态，在这些状态中，多条边向上凸起。

图2A-2C的实施例具有导电跳线32和I/O电线34的不同布局。

在图2A的实施例中，在闭合开关状态，电跳线32在I/O电线34的连接垫52、54上施加向下的力。该向下的力是在弹性双层24的电跳线32的悬于其上的边缘发生弯曲时施加的。之所以产生向下的力是因为在该实施例中连接件40是压缩弹簧(CS)。

图6A-6B示出这样的压缩弹簧CS的一个实施例。压缩弹簧CS包括支柱P、中心臂CA和对称设置的侧臂SA。中心臂CA连接在支柱P的顶部与每个侧臂SA的一端之间。因为空间隙(EG)将中心臂CA和侧臂SA的长的长度彼此分隔并与弹性双层24分隔，所以中心臂CA和侧臂SA可独立弯曲。中心臂CA包括例如氮化硅顶层和掺杂多晶硅底层，即，与弹性双层24相同的层。由于其几何形状和附着，中心臂CA处于稳定的弯曲状态，使得中心臂CA的固定到支柱P的一端低于中心臂CA的另一端。因为侧臂SA是单层而不是双层的，所以侧臂SD是直的，例如不弯曲。例如，侧臂SA可由与弹性双层24的导电底层36相同的掺杂多晶硅制成。或者，侧臂SA可备选地由如同弹性双层24的电介质顶层38那样的氮化硅制成。在后一情形下，侧臂SA也可由金属层覆盖，该金属层提供弹性双层24(即，其导电底层36)与支柱P和中心臂CA的导电掺杂多晶硅之间的导电桥。由于中心臂CA具有一定曲率并且侧臂SA具有较长的长度，所以压缩弹簧CS迫使侧臂SA的远端靠向衬底22。因为双层24固定到侧臂SA的远端，所以压缩弹簧CS还将双层24的附着中心推向衬底22。

在图2B的实施例中，在闭合开关状态中，电跳线32将在I/O电线34的连接垫52、54上施加向上的力。每个连接垫52、54位于对应金属结构35的底面上。每个金属结构耦合到对应一个电导线34，并且垂直悬于导电跳线32之上。在图2B中的微机械开关闭合期间，当双层24的电跳线32悬于其上的边缘不弯曲时，会对金属结构35施加向上的力。在此状态下，双层24的其它边缘处于对应于闭合开关状态的稳定弯曲状态，并且接近衬底22的表面26。在图2B中的微机械开关20闭合期间，之所以产生向上的力是因为，双层24的弯曲状态将电跳线32交搭的边缘向上推向其一个稳定弯曲状态。

在图2C的实施例中，因为每个连接垫52位于对应双层结构37的凸起顶部上，所以导电跳线32在I/O电线34的连接垫52、54上施加向下的力。这两个双层结构37可具有与双层24相同的双层构造，例如位于多晶硅底层37上的氮化硅顶层38。每个双层结构37的自由端部分在制造过程中响应位于其所述端部分下的牺牲层的去除而变成弓形。具体来说，每个双层结构37的几何形状及其对电介质层30的几何固定使得这些端部分在去除其下的牺牲层时因为其中的净应力梯度而采取弓形形状。

图5B示出与图2A和图5A中的微机械开关类似的微机械开关中的阵列28的控制电极的备选实施例。这两种微机械开关之间的主要差别在于，与图2A和图5A中的微机械开关20不同，在图5B的开关中，导电连接件40没有穿透电介质层30。相反，导电连接件40连接到保护组O1、或O2、或O1和O2的控制电极的中心导电延伸部(E)。导电延伸部E和导电连接件40在弹性双层24的导电底层36与保护组O1、O2的控制电极之间形成导电通路。通过此导电通路，弹性双层24的导电底层36与保护组O1、O2的控制电极一起接地。

图7示出操作微机械开关的方法60，其中该微机械开关包括具有导电底层的弹性双层，如双层24。弹性双层具有两个或两个以上稳定弯曲状态，且其形状可以基本为多边形。在每个稳定弯曲状态，双层的不同边缘发生弯曲。弹性双层还通过诸如连接件40的导电连接件附着到衬底。例如，方法60可操作图2A-2C中的基于双层的机械开关20。

方法60包括对弹性双层施加第一控制力以便使双层从第一稳定弯曲状态变换到不同的第二稳定弯曲状态(步骤62)。第一控制力可以是例如由位于双层的导电层附近的充电控制电极产生的静电力。控制电极可以位于双层的一对对边的中间区域附近，例如如同图5A-5B中的操作组A或B的控制电极那样。在第二稳定弯曲状态，双层上的导电跳线电短路两个I/O电触点或电线，由此使机械开关闭合。例如，图2A-2C中的每个双层24具有导电跳线32，在弹性双层24的其中一个稳定弯曲状态中，导电跳线32电短路I/O电线34。

方法60可包括释放第一控制力以使双层保持处于第二稳定弯曲状态而不必对它进一步施加控制力(步骤64)。即，双层可闭锁进入第二稳定弯曲状态，以使得在开关变换到闭合开关状态之后，不必消耗电力便可使开关保持闭合。然后，方法60可包括：在双层处于第二稳定弯曲状态的同时，使电流通过微机械开关传输。

方法60包括对弹性双层施加第二控制力以使得双层从第二稳定弯曲状态变换到另一稳定弯曲状态(步骤66)。该另一稳定弯曲状态可以是第一稳定弯曲状态，或者可以是非第二稳定弯曲状态的另一稳定弯曲状态。因为双层上的导电跳线在处于不同于第二稳定弯曲状态的稳定弯曲状态时不会电短路I/O导电电线或触点，所以状态变换使机械开关打开。第二控制力可以是通过对其它控制电极充电而产生的静电力。例如，如果施加第一控制力的控制电极是图5A或图5B中的操作组A的控制电极，则施加第二控制力的控制电极可以是操作组B的控制电极。第一和第二控制力的施加使得双层的具有导电跳线的边缘在第一和第二稳定弯曲状态之一中发生弯曲，而在第一和第二稳定弯曲状态的另一状态中基本不弯曲。

在一些实施例中，方法60可包括释放第二控制力以使得双层保持处于这另一稳定弯曲状态(步骤68)。即，双层可闭锁进入这另一稳定弯曲状态，以便在开关变换到打开开关状态之后，不必消耗电力便可使开关保持打开。

图8示出用于制造微机械开关的方法70，其中微机械开关的打开和闭合开关状态对应于其中的弹性双层的不同稳定弯曲状态。方法70的各个实施例可制造例如如图2A-2C所示的微机械开关20。方法70的各个实施例可产生如图9-11所示的中间结构108、114、116。

方法70包括经由常规工艺在诸如晶体硅衬底的衬底102的平坦顶表面上沉积第一氮化硅层100(步骤72)。所沉积的第一氮化硅层100的厚度可为约0.3μm至约1.0μm，即为约0.5μm的Si₃N₄。

方法70包括经由常规工艺在第一氮化硅层100上形成第一p型或n型重掺杂多晶硅层104(步骤74)。第一多晶硅层104的厚度可为约1μm至约3μm。

方法70包括执行横向图案化第一多晶硅层104的掩模控制干式或湿式蚀刻(步骤76)。蚀刻选择在例如下面的第一氮化硅层100上中止。蚀刻将第一多晶硅层104分隔成断开的横向区域。如图5A或5B所示，独立的横向区域可包括例如阵列28中的控制电极、I/O电线34、凸起区域44和连接垫52、54。

在一些实施例中，方法70可包括在第一多晶硅层104的一部分上执行掩模控制的气相沉积金属的步骤。这样的金属沉积可为图2A和图2B中的微机械开关20产生例如金属I/O电线34和连接垫52、54。

方法70包括执行常规工艺以在第一多晶硅层104上和第一氮化硅层100的裸露部分上沉积二氧化硅层106(步骤78)。二氧化硅层106是牺牲层，它将用于帮助制作其它结构，但将从最终的微机械开关去除。

方法70可包括将所沉积的二氧化硅层106的表面平坦化以产生光滑的顶表面用于进一步的制作(步骤80)。平坦化可包括执行对二氧化硅具选择性的化学机械平坦化(CMP)。最终的平坦二氧化硅层106的厚度可为例如约1μm至约5μm。

方法70包括对二氧化硅层106执行常规的掩模控制的干式蚀刻以产生孔H1以用于为其中的弹性双层形成诸如图2A-2C、图3和图4中的挡块42的短小挡块(步骤82)。将蚀刻定时为例如在穿过二氧化硅层106之前中止。

方法70包括对二氧化硅层106执行第二常规掩模控制的干式蚀刻以形成孔H2用于其中的支柱、如图2A-2C中的导电连接件40的支柱(步骤84)。此蚀刻步骤还可包括在二氧化硅层中形成孔(未示出)以用于稍后形成图2A中的导电跳线32的尖端。蚀刻剂可选择在下面的衬底102上中止。在其它实施例中，蚀刻步骤84可备选地配置成在第一氮化硅层100上中止，以便例如形成如图5B所示的微机械开关20。

第一和第二蚀刻步骤82和84利用具有适于所需特征孔H1、H2的窗口的掩模。蚀刻步骤82和84产生如图9所示的中间结构108。

方法70包括在中间结构108的二氧化硅层106上形成第二p型或n型重掺杂多晶硅层110(步骤86)。形成步骤86可包括：沉积掺杂多晶硅；然后执行常规平坦化，例如对多晶硅具选择性的CMP。第二多晶硅层110的示范性厚度可为约1μm至约3μm。所形成的第二多晶硅层110的部分也可直接位于下面的第一多晶硅层104上，例如如图11所示。

方法70包括执行常规的掩模控制的蚀刻以图案化第二多晶硅层110，从而产生形状基本为多边形的弹性双层，例如图2A-2C和图3-4中的弹性双层24(步骤88)。为了制造图2A中的机械开关20，图案化也可如图6A所示在第二多晶硅层112中产生一组间隙EG。制造这些间隙可用于形成图6A和图6B中的压缩弹簧CS。蚀刻步骤88可备选地包括图案化第二多晶硅层110的第二部分以便制作如图2C所示的双层结构37的底层36。第二多晶硅层110的这个第二部分可制造成部分地位于二氧化硅层106上且部分地位于二氧化硅层106之外。即，第二多晶硅层110的第二部分的一部分直接位于下面的第一多晶硅层104上或直接位于第一氮化硅层100上。

方法70包括在第二多晶硅层110上沉积共形的第二氮化硅层112(步骤90)。第二氮化硅层112的示范性厚度可为约0.3μm至约1.0μm，如0.5μm。

方法70包括对第二氮化硅层112执行掩模控制的蚀刻以形成图10中的中间结构114或图11中的中间结构116(步骤92)。在图10的中间结构114中，可将第二氮化硅层112横向图案化成具有与第二多晶硅层110近似相同的形状，以便例如产生如同图3和图4中的基本为多边形的弹性双层24。在图11的中间结构116中，横向图案化产生图2A-2C、图3和图4中的基本为多边形的弹性双层24以及图2C中的形状的双层结构37。

在制造图2A的微机械开关20的实施例中，蚀刻步骤92也可从基本为多边形的弹性双层24的中心区域中的侧臂SA和间隙EG选择性地去除第二氮化硅层112。这些图案化的特征将与通过第二多晶硅层110图案化的间隙EG对准，并且配置成如同图6A中的压缩弹簧CS那样构形。

为了形成图2A中的机械开关20，方法70还包括对第二二氧化硅层106的与双层右边110、112相邻的那部分执行掩模控制蚀刻，以便在其中产生一个或多个孔。这一个或多个孔的尺寸设计成适于随后在其中形成导电跳线32的垂直突出部56。

方法70包括形成悬于第二氮化硅层112的一个图案化边缘之上的金属电跳线，例如图2A-2C中的导电跳线32(步骤96)。金属电跳线的金属可通过常规地掩模控制气相沉积金属、随后剥离位于掩模上的多余金属来沉积。备选地，金属电跳线的金属可通过常规的电镀工艺来沉积。金属电跳线的示范性金属包括Au/Ti，但也可使用其它金属组合。在制造图2A的机械开关20的实施例中，连接垫52、54的裸露部分可在例如形成导电跳线20的此金属实施例的过程中用光刻胶薄层进行保护。

为了形成图2B中的机械开关20，方法70还可包括执行步骤序列以形成用于连接垫52、54(同样参见图5A)的两个金属结构35。该序列可包括：在之前的中间结构上形成第二牺牲二氧化硅层；以及平坦化第二二氧化硅层。该序列可包括：接着，执行干式蚀刻以产生穿过第二二氧化硅层并在导电I/O电线34上中止的两个通孔；然后，用金属填充这两个通孔以产生与导电I/O电线34接触的金属支柱。最后，该序列可包括：执行掩模控制气相沉积金属的步骤；以及剥离第二牺牲层的顶表面上的多余金属。这个最后步骤将产生与金属填充的通孔接触的金属结构35的上水平部分。然后，随后去除第二牺牲二氧化硅层应当产生如图2B所示的用于连接垫52、54的垂直金属结构35。

为了形成图2C中的机械开关20，步骤96可包括执行步骤序列以制造导电跳线32。该序列可包括：在步骤94中产生的中间结构116上形成第二牺牲二氧化硅层；以及平坦化第二二氧化硅层。该序列可包括：接着，执行干式蚀刻以产生穿过第二牺牲层并在双层24的边缘附近的第二氮化硅层112上中止的通孔；然后执行掩模控制金属沉积以产生填充通孔的金属支柱。该序列可包括执行掩模控制金属沉积并剥离第二牺牲层上的多余金属以产生位于金属填充的通孔上并与该通孔接触的导电跳线32的上水平部分。随后去除第二牺牲层应当产生如图2C所示的导电跳线32的金属实施例。

最后，方法70包括通过执行去除这个(或这些)牺牲二氧化硅层(如层106)的蚀刻来物理释放弹性双层(步骤98)。该蚀刻可以是利用HF的水溶液的湿式蚀刻。

除了释放双层24之外，去除牺牲氧化物将产生图2B中的金属连接结构35，并将使双层结构37的末端像图2C所示那样弹起。

在制造诸如图2A-2C中的微机械开关20的微机械开关的方法的其它实施例中，其它材料可取代上述方法70中所用的材料。例如，这些其它方法可用微电子领域中的技术人员或微机电系统(MEMS)领域中的技术人员已知的可作为合适的替代物的其它在功能上和/或结构上类似的材料来取代以上方法70中的特定半导体、金属和/或电介质。

从以上公开、附图和权利要求，本领域的技术人员将明白其它实施例。

Claims (10)

1.一种装置，包括：

包括具有第一和第二稳定弯曲状态的双层的机械开关；并且

其中所述双层从所述第一状态变换到所述第二状态使所述开关闭合。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述双层具有带偶数条边的基本为多边形的形状。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述多边形形状具有四条或六条边；

所述边短于约500微米；

所述双层具有导电表面；并且

第一电极面对所述双层的表面，且第二电极面对所述双层的表面。

4.如权利要求3所述的装置，

其中所述双层配置成响应施加在所述双层与所述第一电极之间的电压而变换到所述第一状态；并且

其中所述双层配置成响应施加在所述双层与所述第二电极之间的电压而变换到所述第二状态。

5.一种装置，包括：

具有顶表面的衬底；

沿所述顶表面定位并固定到所述衬底的多个电极；以及

通过连接件物理附着到所述衬底的双层，所述双层能够在第一和第二稳定弯曲状态之间变换，所述双层具有在所述第一和第二状态中弯曲的不同边。

6.如权利要求5所述的装置，还包括：

位于所述双层上的电跳线；以及

位于所述顶表面上并固定到所述衬底的第一和第二电线；并且

其中所述电跳线配置成响应所述双层处于所述第一弯曲状态而电连接所述电线，并且响应所述双层处于所述第二弯曲状态而不短路所述电线。

7.一种制造机械开关的方法，包括：

在衬底的顶表面上形成受压双层，以使得连接件将所述双层的一部分物理连接到所述衬底；以及

通过去除位于所述双层与所述顶表面之间的牺牲材料层来释放所述双层；并且

其中所释放的双层的表面具有弯曲形状。

8.如权利要求7所述的方法，还包括：

沿所述顶表面形成电极的阵列，所述电极固定到所述衬底并介于所述双层与所述衬底之间。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述形成双层包括形成多晶硅层。

10.如权利要求7所述的方法，其中所述连接件在所述双层的导电层与所述衬底之间形成导电通路。

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