CN116941008A - 微机电系统开关及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微机电系统开关及其制造方法，该微机电系统开关包括绝缘基底、驱动电极、第一绝缘层、第一信号传输线和第二信号传输线，其中，绝缘基底的第一表面形成有第一区域，且第一区域相对于第一表面更靠近绝缘基底背离第一表面的表面，驱动电极设置于第一区域；第一绝缘层完全覆盖驱动电极；第一信号传输线设置于第一绝缘层背离绝缘基底一侧的表面；第二信号传输线包括连为一体的信号传输段和悬臂段，信号传输段设置于绝缘基底的第一表面，悬臂段悬置于第一信号传输线背离绝缘基底一侧。本发明提供的微机电系统开关及其制造方法，不仅可以简化开关结构、降低工艺复杂程度，而且可以减少悬臂变形和断裂的几率，提高悬臂的可靠性。
Description
本发明涉及射频开关技术领域，具体地，涉及一种微机电系统开关及其制造方法。
随着微电子技术和制造工艺水平的提升，器件加工尺寸不断缩小，机械结构和产品小型化趋势明显。微机电系统(Micro‐Electro‐Mechanical System，MEMS)在此基础上应运而生，该技术结合了多种学科技术，实现了将宏观机械结构小型化发展，具有巨大的发展潜力。
随着无线通讯技术快速发展，信号频率不断增加，这要求信号传输组件必须有效实现信号的传输，从而对射频前端器件提出了非常高的要求。射频开关是射频信号传输中必不可少的组成部分，它主要控制多电路的切换及信号的导通与中断。目前射频开关主要包括机电式开关和半导体式开关，其中，微机电系统开关(即，MEMS开关)是机电式开关小型化的主要代表。相比于其他机电式开关，除了器件小型化，MEMS开关还具有出色的线性度，低功率损耗以及更快的开关响应速度。
但是，现有的MEMS开关的悬臂仅通过锚点结构固定，这不仅在使用过程中很容易造成悬臂变形或者从锚点结构处脱落变形，而且，信号在传输过程中需要从一信号线依次通过锚点结构、悬臂到达与悬臂接触的另一信号线，这一过程会因接触的膜层较多而导致接触电阻增加，从而导致信号失真甚至断路。此外，现有的MEMS开关需要先制备锚点结构，再制备悬臂，导致工艺复杂程度增加，而且还需要考虑锚点结构与悬臂之间的结合力以及不同膜层间的有效接触，设计难度较大。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种微机电系统开关及其制造方法，其不仅可以简化开关结构、降低工艺复杂程度，从而可以减少信号在传输过程中的损耗和失真，而且可以减少悬臂变形和断裂的几率，提高悬臂的可靠性。
为实现上述目的，本发明提供一种微机电系统开关，包括绝缘基底、驱动电极、第一绝缘层、第一信号传输线和第二信号传输线，其中，所述绝缘基底的第一表面形成有第一区域和，且所述第一区域相对于所述第一表面更靠近所述绝缘基底背离所述第一表面的表面，所述驱动电极设置于所述第一区域；
所述第一绝缘层完全覆盖所述驱动电极；
所述第一信号传输线设置于所述第一绝缘层背离所述绝缘基底一侧的表面；
所述第二信号传输线包括连为一体的信号传输段和悬臂段，其中，所述信号传输段设置于所述绝缘基底的所述第一表面，所述悬臂段悬置于所述第一信号传输线背离所述绝缘基底一侧。
可选的，所述信号传输段靠近所述绝缘基底的表面和所述悬臂段靠近所述绝缘基底的表面相平齐，且所述信号传输段和所述悬臂段的厚度相同。
可选的，所述绝缘基底包括玻璃基底。
可选的，所述微机电系统开关还包括触点结构，所述触点结构设置于所述第一区域，所述第一绝缘层完全覆盖所述触点结构，所述第一信号传输线在所述第一区域上的正投影至少部分覆盖所述触点结构在所述第一区域上的正投影。
可选的，所述触点结构与所述绝缘基底连为一体。
可选的，所述第一绝缘层还覆盖所述绝缘基底的第一表面、连接于所述第一区域和所述第一表面之间的侧面和所述第一区域上的暴露区域，且所述第一绝缘层位于所述信号传输段的靠近所述绝缘基底一侧；或者，
所述第一绝缘层还覆盖所述侧面和所述第一区域上的暴露区域；或者，
所述第一绝缘层还覆盖所述第一区域上的暴露区域。
可选的，所述微机电系统开关还包括第二绝缘层，所述第二绝缘层设置于所述第一区域，所述驱动电极设置于所述第二绝缘层背离所述绝缘基底一侧的表面；所述第一绝缘层位于所述第二绝缘层背离所述绝缘基底的一侧。
可选的，所述第二绝缘层完全覆盖所述绝缘基底的第一表面和、连接于所述第一区域和所述第一表面之间的侧面和第一区域，且所述第二绝缘层位于所述信号传输段的靠近所述绝缘基底一侧；或者，
所述第二绝缘层完全覆盖所述侧面和第一区域；或者，
所述第二绝缘层完全覆盖所述第一区域。
可选的，所述微机电系统开关还包括弹性层，所述弹性层设置于所述信号传输段背离所述绝缘基底一侧的表面和所述悬臂段背离所述绝缘基底一侧的表面；或者，所述弹性层设置于所述悬臂段背离所述绝缘基底一侧的表面。
可选的，所述弹性层包括石墨烯。
可选的，所述悬臂段上设置有多个沿其厚度方向贯通的通孔。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种微机电系统开关的制造方法，包括：
在绝缘基底的第一表面形成第一区域和除所述第一区域之外的第一表面，且所述第一区域相对于所述第一表面更靠近所述绝缘基底背离所述第一表面的表面；
在所述第一区域形成驱动电极；
形成第一绝缘层，所述第一绝缘层完全覆盖所述驱动电极；
在所述第一绝缘层背离所述绝缘基底一侧的表面形成第一信号传输线；
在所述第一区域上形成牺牲层，所述牺牲层的背离所述第一区域的表面与所述绝缘基底的所述第一表面相平齐；
在所述绝缘基底的所述第一表面和所述牺牲层的背离所述第一区域的表面形成第二信号传输线，所述第二信号传输线包括连为一体的信号传输段和悬臂段，其中，所述信号传输段设置于所述绝缘基底的所述第一表面，所述悬臂段设置于所述牺牲层背离所述第一区域的表面；
去除所述牺牲层，以使所述悬臂段悬置于所述第一信号传输线背离所述触点结构一侧。
可选的，在所述在所述第一区域形成驱动电极的步骤之前，所述制造方法还包括：
在所述第一区域形成触点结构；
其中，采用同一步骤形成所述第一区域和所述触点结构；或者，采用两个步骤先后形成所述第一区域和所述触点结构；
在形成所述第一绝缘层的步骤中，所述第一绝缘层完全覆盖所述触点结构；
在形成所述第一信号传输线的步骤中，所述第一信号传输线在所述第一区域上的正投影至少部分覆盖所述触点结构在所述第一区域上的正投影。
可选的，采用同一步骤形成所述第一区域和所述触点结构时，采用激光刻蚀的方法刻蚀形成所述第一区域和所述触点结构。
可选的，在所述在绝缘基底的所述第一表面形成所述第一区域的步骤之后，且在所述在所述第一区域形成驱动电极的步骤之前，还包括：
形成第二绝缘层；
其中，所述第二绝缘层完全覆盖所述绝缘基底的所述第一表面和连接于所述第一区域和所述第一表面之间的侧面和所述第一区域；或者，所述第二 绝缘层完全覆盖所述侧面和所述第一区域；或者，所述第二绝缘层完全覆盖所述第一区域。
可选的，采用等离子体刻蚀或者酸碱腐蚀的方法去除所述牺牲层。
可选的，在形成所述第二信号传输线的步骤之后，且在所述去除所述牺牲层的步骤之前，所述制造方法还包括：
在所述信号传输段背离所述绝缘基底一侧的表面和所述悬臂段背离所述绝缘基底一侧的表面形成弹性层；或者，在所述悬臂段背离所述绝缘基底一侧的表面形成弹性层。
图1为本发明实施例提供的微机电系统开关的第一种剖视图；
图2为本发明实施例提供的微机电系统开关的第二种剖视图；
图3为本发明实施例提供的微机电系统开关的第三种剖视图；
图4为本发明实施例提供的微机电系统开关的第四种剖视图；
图5为本发明实施例提供的微机电系统开关的第五种剖视图；
图6为本发明实施例提供的微机电系统开关的第六种剖视图；
图7为本发明实施例提供的微机电系统开关的第七种剖视图；
图8为本发明实施例提供的微机电系统开关的第八种剖视图；
图9为本发明实施例提供的微机电系统开关的第九种剖视图；
图10为本发明实施例提供的微机电系统开关的制造方法的第一种流程图；
图11为本发明实施例提供的微机电系统开关的制造方法的第二种流程图；
图12为本发明实施例提供的微机电系统开关的制造方法的第二种过程图；
图13为本发明实施例提供的微机电系统开关的制造方法的第三种流程图；
图14为本发明实施例提供的微机电系统开关的制造方法的第三种过程图；
图15为本发明实施例提供的微机电系统开关的在第一种状态下的等效电路示意图；
图16为本发明实施例提供的微机电系统开关的在第二种状态下的等效电路示意图。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是为了便于对本发明实施例的内容的理解。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对 象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
本公开实施例不限于附图中所示的实施例，而是包括基于制造工艺而形成的配置的修改。因此，附图中例示的区具有示意性属性，并且图中所示区的形状例示了元件的区的具体形状，但并不是旨在限制性的。
图1为本发明实施例提供的微机电系统开关的第一种剖视图。请参阅图1，微机电系统开关又称MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)开关，其是一种射频开关，是射频信号传输中必不可少的组成部分，它主要控制多电路的切换及信号的导通与中断。微机电系统开关包括绝缘基底1、驱动电极2、第一绝缘层3、第一信号传输线4和第二信号传输线5，其中，绝缘基底1采用绝缘材料制作，该绝缘材料优选为玻璃基底，玻璃基底具有较高的电阻率(一般在100S/m以上)，且介电损耗低(0.004)，其相对于现有技术中的半导体基底(例如硅基底，电阻率为0.1S/m，介电损耗为0.02)，有助于在信号传输过程中减小接触电阻，从而可以减少信号在传输过程中的损耗和失真。当然，在实际应用中，还可以采用其他绝缘材料，本发明实施例对此没有特别的限制。
在一些可选的实施例中，为了适应小尺寸生产，绝缘基底1的厚度可以为大于等于0.3mm，且小于等于0.7mm。
绝缘基底1的第一表面11形成有第一区域121，且该第一区域121相对于第一表面11更靠近绝缘基底1背离第一表面11的表面，即，在第一表面11(除第一区域121之外的其他区域)与第一区域121之间具有高度差，形成台阶结构12，该台阶结构12用于容置驱动电极2和第一信号传输线4，并为第二信号传输线5的悬置提供足够的高度差。具体来说，驱动电极2设置于第一区域121；驱动电极2的厚度可以为大于等于3um，且小于等于10um。第一绝缘层3完全覆盖驱动电极2，用于保护驱动电极2，提高驱动电极2的结构稳定性。第一绝缘层3的材料可以为氮化硅、氧化硅或氮化钽等等。 第一绝缘层3的厚度可以为大于等于0.1um，且小于等于3um。如图1所示，第一绝缘层3在覆盖驱动电极2的基础上，还可以覆盖绝缘基底1的第一表面11、连接于第一区域121和第一表面11之间的侧面122和第一区域121上的暴露区域(未被驱动电极2覆盖的区域)。通过使第一绝缘层3覆盖绝缘基底1的第一表面11、侧面122和第一区域121上的暴露区域，既可以降低绝缘基底1的表面粗糙度，又可以降低绝缘基底1的介电损耗，从而可以进一步减少信号在传输过程中的损耗和失真。
第一信号传输线4设置于第一绝缘层3背离绝缘基底1一侧的表面，如图1所示，该第一信号传输线4可以等厚度设置。第一信号传输线4和第二信号传输线5均可以采用诸如金、银、铝、钛、钨等的金属制成。第二信号传输线5包括连为一体的信号传输段51和悬臂段52，其中，信号传输段51设置于绝缘基底1的第一表面11，悬臂段52悬置于第一信号传输线4背离绝缘基底1一侧，具体来说，悬臂段52自绝缘基底1的第一表面11的边缘向侧面122内侧延伸，且悬臂段52在第一区域121上的正投影与第一信号传输线4在第一区域121上的正投影存在重叠部分，以使悬臂段52在受到静电吸引力时，能够下降并与第一信号传输线4接触。所谓悬置，是指悬臂段52在未受到静电吸引力时，其靠近第一信号传输线4的一端为自由端。在实际应用中，第一信号传输线4的厚度和第一表面11与第一区域121之间的高度差可以根据具体需要而设定，只要保证第二信号传输线5的悬臂段52在下降时能够与第一信号传输线4接触即可。可选的，第一表面11与第一区域121之间的高度差例如为大于等于1um，且小于等于8um。另外，台阶结构12的内部空间尺寸可以根据驱动电极2和第一信号传输线4的尺寸设定，例如，第一区域121平行于第一信号传输线4的宽度方向上的尺寸可以为大于等于80um，且小于等于700um。
需要说明的是，在实际应用中，绝缘基底1上的第一区域121的数量、 位置和排布方式可以根据实际中在绝缘基底1上设置的开关结构(包含但不限于驱动电极2、第一信号传输线4和第二信号传输线5)的数量、位置和排布方式设定，本发明实施例仅示例性地对绝缘基底1上的其中一个第一区域121和与之对应的开关结构进行说明。
图15为本发明实施例提供的微机电系统开关的在第一种状态下的等效电路示意图。如图15所示，悬臂段52在未受到静电吸引力时，其靠近第一信号传输线4的一端为自由端，且未与第一信号传输线4接触，此时第一信号传输线4相当于与电容连接，微机电系统开关处于断开状态，信号传输阻断。图16为本发明实施例提供的微机电系统开关的在第二种状态下的等效电路示意图。如图16所示，悬臂段52在受到静电吸引力时，其靠近第一信号传输线4的一端下降，并与第一信号传输线4接触，此时第一信号传输线4相当于与电感连接，从而两个电阻Zs之间的电路接通，微机电系统开关处于闭合状态，信号可以有效传输。
本发明实施例提供的微机电系统开关，其第二信号传输线5包括连为一体的信号传输段51和悬臂段52，换句话说，悬臂段52与信号传输段51是一体成型的，同时借助第一表面11与第一区域121之间的高度差实现悬臂段52的悬置，这与现有技术相比，省去了悬臂与信号线之间的锚点结构及其制备步骤，从而不仅可以简化开关结构、降低工艺复杂程度，进而可以减少在悬臂与信号线(即，悬臂段52和信号传输段51)的连接处的阻抗，减少信号在传输过程中的损耗和失真，而且连为一体的信号传输段51和悬臂段52具有更强的结合力，从而可以减少悬臂变形和断裂的几率，提高悬臂的可靠性。
在一个可选的实施例中，如图1所示，信号传输段51靠近绝缘基底1的表面和悬臂段52靠近绝缘基底1的表面相平齐，且信号传输段51和悬臂段52的厚度相同。这样，有助于悬臂段52与信号传输段51一体成型，从而 可以进一步简化工艺难度。
在另一个可选的实施例中，图2为本发明实施例提供的微机电系统开关的第二种剖视图。如图2所示，微机电系统开关还包括触点结构6，该触点结构6设置于第一区域121，其具体可以为在第一区域121上形成的凸部。在这种情况下，上述第一绝缘层3在覆盖驱动电极2的基础上，还完全覆盖触点结构6，用以保护驱动电极2和触点结构6，提高驱动电极2和触点结构6的结构稳定性。而且，第一信号传输线4在第一区域121上的正投影完全覆盖触点结构6在第一区域121上的正投影，这样可以使第一信号传输线4在对应触点结构6的位置处形成一凸起，从而有助于第一信号传输线4与悬臂段52的接触。当然，在实际应用中，第一信号传输线4在第一区域121上的正投影也可以部分覆盖触点结构6在第一区域121上的正投影，只要第一信号传输线4能够在对应触点结构6的位置处形成一凸起即可。
上述触点结构6的材料可以为绝缘材料，如氮化硅等。触点结构6的厚度可以为大于等于1um，且小于等于5um。
如图2所示，触点结构6与绝缘基底1为分体式结构，该触点结构6例如采用沉积、刻蚀的方式形成在第一区域121上。为了进一步降低工艺复杂度，在另一个可选的实施例中，如图3所示，触点结构6与绝缘基底1连为一体，例如可以在同一步骤中采用激光刻蚀的方法刻蚀形成第一区域121和触点结构6，从而可以减少工艺步骤，降低工艺成本。
在图1、图2和图3示出的微机电系统开关中，第一绝缘层3在覆盖驱动电极2或者在覆盖驱动电极2和触点结构6的基础上，还可以覆盖绝缘基底1的第一表面11、侧面122和第一区域121上的暴露区域。但是，本发明实施例并不局限于此，例如，如图4所示，第一绝缘层3在覆盖驱动电极2或者在覆盖驱动电极2和触点结构6的基础上，第一绝缘层3也可以覆盖侧面122和第一区域121上的暴露区域，即，绝缘基底1的第一表面11未覆盖 有第一绝缘层3。又如，如图5所示，第一绝缘层3还可以覆盖第一区域121上的暴露区域，即，绝缘基底1的第一表面11和侧面122未覆盖有第一绝缘层3。图4和图5中示出的第一绝缘层3的两种结构均适用于图1、图2和图3示出的微机电系统开关的任意一者。需要说明的是，在第一绝缘层3覆盖绝缘基底1的第一表面11的情况下，第一绝缘层3位于信号传输段51的靠近绝缘基底1一侧。
图6为本发明实施例提供的微机电系统开关的第六种剖视图。如图6所示，在图3示出的微机电系统开关的基础上，微机电系统开关还包括第二绝缘层7，该第二绝缘层7设置于第一区域121，具体地，第二绝缘层7完全覆盖绝缘基底1的第一表面11和侧面122和第一区域121，且第二绝缘层7位于第一绝缘层3的靠近绝缘基底1一侧。第二绝缘层7的材料可以为氮化硅、氧化硅或氮化钽等等。第二绝缘层7的厚度可以为大于等于0.1um，且小于等于3um。借助第二绝缘层7，既可以降低绝缘基底1的表面粗糙度，又可以降低绝缘基底1的介电损耗，从而可以进一步减少信号在传输过程中的损耗和失真。驱动电极2设置于第二绝缘层7背离绝缘基底1一侧的表面；第一绝缘层3位于第二绝缘层7背离绝缘基底1的一侧。
图6中示出的第二绝缘层7完全覆盖绝缘基底1的第一表面11和侧面122和第一区域121，但是，本发明实施例并不局限于此，例如，如图7所示，第二绝缘层7也可以仅完全覆盖侧面122和第一区域121，而不覆盖绝缘基底1的第一表面11；又如，如图8所示，第二绝缘层7还可以仅完全覆盖第一区域121，而不覆盖绝缘基底1的第一表面11和侧面122。图6、图7和图8中示出的第二绝缘层7的三种结构均适用于图1至图5中示出的微机电系统开关的任意一者。需要说明的是，在触点结构6与绝缘基底1连为一体的情况下，如图6所示，第二绝缘层7覆盖触点结构6；在触点结构6与绝缘基底1采用如图2所示的分体式结构的情况下，第二绝缘层7可以位于触 点结构6的靠近绝缘基底1的一侧，或者也可以使第二绝缘层7覆盖触点结构6。
图9为本发明实施例提供的微机电系统开关的第九种剖视图。如图9所示，在图1至图8示出的微机电系统开关的任意一者的基础上，微机电系统开关还包括弹性层8，该弹性层8设置于信号传输段51背离绝缘基底1一侧的表面和悬臂段52背离绝缘基底1一侧的表面。弹性层8的材料例如为石墨烯等的弹性材料。借助弹性层8，可以有效提升悬臂段52的弹性系数，在悬臂段52向下弯曲时可以通过弹性层8的拉应力将悬臂段52向上拉起，从而可以减少第一信号传输线4与悬臂段52之间的粘附，提升微机电系统开关的可靠性。需要说明的是，在实际应用中，弹性层8也可以仅设置于悬臂段52背离绝缘基底1一侧的表面，只要其可以起到上述作用即可，本发明实施例对此没有特别的限制。
在一些可选的实施例中，悬臂段52上设置有多个沿其厚度方向贯通的通孔(图中未示出)。在制作上述第二信号传输线5时，一种方法是在台阶结构12中填充牺牲层，以使绝缘基底1的整个表面(包括第一表面11和牺牲层的背离台阶结构12的第一区域121的表面)平坦化，并在第二信号传输线5形成后，再去除牺牲层。上述通孔即用于在进行去除牺牲层的步骤时为使牺牲层更容易释放。可选的，上述通孔呈阵列排布。在实际应用中，通孔的大小和间距可根据工艺需要调整，以通孔为圆形为例，通孔的直径可以为大于等于5um，且小于等于20um，相邻的两个通孔之间的间距为大于等于10um，且小于等于50um。当然，通孔也可以为正方形、矩形等的其他任意形状，本发明实施例对此没有特别的限制。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种微机电系统开关的制造方法，图10为本发明实施例提供的微机电系统开关的制造方法的第一种流程图。请参阅图10，以图1中示出的微机电系统开关的制造方法为例，该制造 方法包括：
步骤101、在绝缘基底1的第一表面11形成第一区域121，且该第一区域121相对于第一表面11更靠近绝缘基底1背离第一表面11的表面，即，在第一表面11(除第一区域121之外的其他区域)与第一区域121之间具有高度差；
在一些可选的实施例中，在进行步骤101之前，对绝缘基底1进行超声波清洗，以去除绝缘基底1表面上的杂质，具体地，超声波清洗工艺是将绝缘基底1依次浸泡在去离子水、乙醇和异丙醇中，并进行超声波(震荡)清洗，清洗时间例如为20min。
步骤101中，可以采用激光对玻璃基底1进行图案化刻蚀，以在绝缘基底1上形成第一区域121，该第一区域121的数量、位置和排布方式可以根据实际中在绝缘基底1上设置的开关结构(包含但不限于驱动电极2、第一信号传输线4和第二信号传输线5)的数量、位置和排布方式设定。
步骤102、在第一区域121形成驱动电极2；
步骤102中，可以采用电镀金属走线、旋涂光刻胶、曝光刻蚀图形等的工艺，完成驱动电极2的制备。
步骤103、形成第一绝缘层3，该第一绝缘层3完全覆盖驱动电极2；
步骤103中，可以采用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)或者化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)等的方法制备第一绝缘层3。
步骤104、在第一绝缘层3背离绝缘基底1一侧的表面形成第一信号传输线4；
步骤104中，可以采用电镀信号走线、旋涂光刻胶、曝光刻蚀图形等的工艺，完成第一信号传输线4的制备。
步骤105、在第一区域121上形成牺牲层，该牺牲层的背离台阶结构12 的第一区域121的表面与绝缘基底1的第一表面11相平齐；
上述牺牲层填充在台阶结构12中可以使绝缘基底1的整个表面(包括第一表面11和牺牲层的背离台阶结构12的第一区域121的表面)平坦化，从而可以在后续步骤中制备第二信号传输线5的连为一体的信号传输段51和悬臂段52。
牺牲层的材料可以为有机材料，如聚酰亚胺(PI)、光刻胶等，或者也可以为无机材料，如多晶硅、磷硅玻璃等。有机材料的牺牲层可以通过旋涂的方式制备，并在制备过程中可以通过对旋涂工具的转速以及滴加溶液总量的精确控制，来实现绝缘基底1的整个表面的高度平坦化。无机材料的牺牲层可以通过CVD或PVD方法制备，并在制备过程中通过精准控制膜层厚度，来实现绝缘基底1的整个表面的高度平坦化。
步骤106、在绝缘基底1的第一表面11和牺牲层的背离第一区域121的表面形成第二信号传输线5，该第二信号传输线5包括连为一体的信号传输段51和悬臂段52，其中，信号传输段51设置于绝缘基底1的第一表面11，悬臂段52设置于牺牲层背离第一区域121的表面；
步骤106中，可以通过电镀金属、旋涂光刻胶、曝光刻蚀图形等的工艺，完成连为一体的信号传输段51和悬臂段52的制备。
在一些可选的实施例中，在步骤106中，还可以使悬臂段52上形成多个沿其厚度方向贯通的通孔。上述通孔即用于在后续进行去除牺牲层的步骤时为使牺牲层更容易释放。
步骤107、去除牺牲层，以使悬臂段悬52置于第一信号传输线4背离触点结构6一侧。
步骤107中，可以采用等离子体刻蚀或者酸碱腐蚀的方法去除牺牲层。
本发明实施例提供的微机电系统开关的制造方法，其在同一步骤(即，步骤106)中形成连为一体的信号传输段51和悬臂段52，换句话说，悬臂段 52与信号传输段51是一体成型的，同时借助第一表面11与第一区域121之间的高度差实现悬臂段52的悬置，这与现有技术相比，省去了悬臂与信号线之间的锚点结构及其制备步骤，从而不仅可以简化开关结构、降低工艺复杂程度，进而可以减少在悬臂与信号线(即，悬臂段52和信号传输段51)的连接处的阻抗，减少信号在传输过程中的损耗和失真，而且连为一体的信号传输段51和悬臂段52具有更强的结合力，从而可以减少悬臂变形和断裂的几率，提高悬臂的可靠性。
在图10示出的微机电系统开关的制造方法的基础上，还可以对制造方法作进一步改进，具体地，图11为本发明实施例提供的微机电系统开关的制造方法的第二种流程图。图12为本发明实施例提供的微机电系统开关的制造方法的第二种过程图。请一并参阅图11和图12，提供一绝缘基底1，如图12的(1)图所示，绝缘基底1具有第一表面11。
制造方法包括：
步骤201、如图12的(2)图所示，在绝缘基底1的第一表面11形成第一区域121，且该第一区域121相对于第一表面11更靠近绝缘基底1背离第一表面11的表面，即，在第一表面11(除第一区域121之外的其他区域)与第一区域121之间具有高度差；
步骤202、如图12的(3)图所示，形成第二绝缘层7；
其中，第二绝缘层7完全覆盖绝缘基底1的第一表面11、侧面122和第一区域121。当然，本发明实施例并不局限于此，第二绝缘层7也可以完全覆盖侧面122和第一区域121，而未覆盖绝缘基底1的第一表面11；或者，第二绝缘层7还可以完全覆盖第一区域121，而未覆盖绝缘基底1的第一表面11和侧面122。另外，也可以省去第二绝缘层7。
步骤203、如图12的(4)图所示，在第二绝缘层7背离绝缘基底1一侧的表面形成触点结构6；
如果没有设置第二绝缘层7，则触点结构6形成在第一区域121上。
步骤203中，可以通过CVD的方法制备触点结构6的膜层，并通过匀胶、光刻、刻蚀的方法制备触点结构6的图形结构，该图形结构例如为在第二绝缘层7上形成的凸部。
步骤204、如图12的(5)图所示，在第二绝缘层7背离绝缘基底1一侧的表面形成驱动电极2；
步骤205、如图12的(6)图所示，形成第一绝缘层3，该第一绝缘层3完全覆盖触点结构6和驱动电极2，以及完全覆盖第二绝缘层7的暴露区域。上述第一绝缘层3用于保护驱动电极2和触点结构6，提高驱动电极2和触点结构6的结构稳定性。
如果没有设置第二绝缘层7，则第一绝缘层3覆盖在第一区域121的暴露区域、侧面122以及绝缘基底1的第一表面11上。当然，本发明实施例并不局限于此，第一绝缘层3也可以完全覆盖侧面122和第一区域121，而未覆盖绝缘基底1的第一表面11；或者，第一绝缘层3还可以完全覆盖第一区域121，而未覆盖绝缘基底1的第一表面11和侧面122。
步骤206、如图12的(7)图所示，在第一绝缘层3背离绝缘基底1一侧的表面形成第一信号传输线4，该第一信号传输线4在第一区域121上的正投影至少部分覆盖触点结构6在第一区域121上的正投影，这样可以使第一信号传输线4在对应触点结构6的位置处形成一凸起，从而有助于第一信号传输线4与悬臂段52的接触。当然，在实际应用中，第一信号传输线4在第一区域121上的正投影也可以部分覆盖触点结构6在第一区域121上的正投影，只要第一信号传输线4能够在对应触点结构6的位置处形成一凸起即可。
步骤206、如图12的(8)图所示，在第一区域121上形成牺牲层9，该牺牲层9的背离台阶结构12的第一区域121的表面与第一绝缘层3相平齐；
上述牺牲层9填充在台阶结构12中可以使绝缘基底1的整个表面(包括第一绝缘层3背离绝缘基底1的表面和牺牲层的背离第一区域121的表面)平坦化，从而可以在后续步骤中制备第二信号传输线5的连为一体的信号传输段51和悬臂段52。
步骤207、如图12的(9)图所示，在第一绝缘层3背离绝缘基底1的表面和牺牲层9背离第一区域121的表面形成第二信号传输线5，该第二信号传输线5包括连为一体的信号传输段51和悬臂段52，其中，信号传输段51设置于第一绝缘层3背离绝缘基底1的表面，悬臂段52设置于牺牲层9背离第一区域121的表面。
步骤208、如图12的(10)图所示，在信号传输段51背离绝缘基底1一侧的表面和悬臂段52背离绝缘基底1一侧的表面形成弹性层8；
借助弹性层8，可以有效提升悬臂段52的弹性系数，在悬臂段52向下弯曲时可以通过弹性层8的拉应力将悬臂段52向上拉起，从而可以减少第一信号传输线4与悬臂段52之间的粘附，提升微机电系统开关的可靠性。
需要说明的是，在实际应用中，弹性层8也可以仅设置于悬臂段52背离绝缘基底1一侧的表面，只要其可以起到上述作用即可，本发明实施例对此没有特别的限制。
步骤209、如图12的(11)图所示，去除牺牲层9，以使悬臂段悬52置于第一信号传输线4背离触点结构6一侧。
图11示出的微机电系统开关的制造方法与图10示出的微机电系统开关的制造方法相同的部分由于在前文中已有了详细描述，再此不再重复描述。
在图11示出的微机电系统开关的制造方法的基础上，还可以对制造方法作进一步改进，具体地，图13为本发明实施例提供的微机电系统开关的制造方法的第三种流程图。图14为本发明实施例提供的微机电系统开关的制造方法的第三种过程图。请一并参阅图13和图14，提供一绝缘基底1，如图 14的(1)图所示，绝缘基底1具有第一表面11。
制造方法包括：
步骤301、如图14的(2)图所示，在绝缘基底1的第一表面11形成第一区域121，且该第一区域121相对于第一表面11更靠近绝缘基底1背离第一表面11的表面，即，在第一表面11(除第一区域121之外的其他区域)与第一区域121之间具有高度差，以及在第一区域121形成触点结构6，即，采用同一步骤形成第一区域121和触点结构6，该触点结构6与绝缘基底1连为一体。
这样，可以进一步减少工艺步骤，降低工艺复杂度和工艺成本。
在一些可选的实施例中，可以采用激光刻蚀的方法刻蚀形成第一区域121和触点结构6。
步骤302、如图14的(3)图所示，形成第二绝缘层7；
在触点结构6与绝缘基底1连为一体的情况下，第二绝缘层7覆盖触点结构6。
步骤303、如图14的(4)图所示，在第二绝缘层7背离绝缘基底1一侧的表面形成驱动电极2；
步骤304、如图14的(5)图所示，形成第一绝缘层3，该第一绝缘层3完全覆盖驱动电极2，以及完全覆盖第二绝缘层7的暴露区域。
如果没有设置第二绝缘层7，则第一绝缘层3完全覆盖驱动电极2和触点结构6，以及覆盖在第一区域121的暴露区域、侧面122以及绝缘基底1的第一表面11上。当然，本发明实施例并不局限于此，第一绝缘层3也可以完全覆盖侧面122和第一区域121，而未覆盖绝缘基底1的第一表面11；或者，第一绝缘层3还可以完全覆盖第一区域121，而未覆盖绝缘基底1的第一表面11和侧面122。
步骤305、如图14的(6)图所示，在第一绝缘层3背离绝缘基底1一 侧的表面形成第一信号传输线4，该第一信号传输线4在第一区域121上的正投影至少部分覆盖触点结构6在第一区域121上的正投影。
步骤306、如图14的(7)图所示，在第一区域121上形成牺牲层9，该牺牲层9的背离第一区域121的表面与第一绝缘层3相平齐；
步骤307、如图14的(8)图所示，在第一绝缘层3背离绝缘基底1的表面和牺牲层9背离第一区域121的表面形成第二信号传输线5，该第二信号传输线5包括连为一体的信号传输段51和悬臂段52，其中，信号传输段51设置于第一绝缘层3背离绝缘基底1的表面，悬臂段52设置于牺牲层9背离第一区域121的表面。
步骤308、如图14的(9)图所示，在信号传输段51背离绝缘基底1一侧的表面和悬臂段52背离绝缘基底1一侧的表面形成弹性层8；
步骤309、如图14的(10)图所示，去除牺牲层9，以使悬臂段悬52置于第一信号传输线4背离触点结构6一侧。
图13示出的微机电系统开关的制造方法与图11示出的微机电系统开关的制造方法相同的部分由于在前文中已有了详细描述，再此不再重复描述。
综上所述，本发明实施例提供的微机电系统开关及其制备方法，其与现有技术相比，省去了悬臂与信号线之间的锚点结构及其制备步骤，从而不仅可以简化开关结构、降低工艺复杂程度，进而可以减少在悬臂与信号线(即，悬臂段52和信号传输段51)的连接处的阻抗，减少信号在传输过程中的损耗和失真，而且连为一体的信号传输段51和悬臂段52具有更强的结合力，从而可以减少悬臂变形和断裂的几率，提高悬臂的可靠性。
可以解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (17)
- 一种微机电系统开关，其特征在于，包括绝缘基底、驱动电极、第一绝缘层、第一信号传输线和第二信号传输线，其中，所述绝缘基底的第一表面形成有第一区域，且所述第一区域相对于所述第一表面更靠近所述绝缘基底背离所述第一表面的表面，所述驱动电极设置于所述第一区域；所述第一绝缘层完全覆盖所述驱动电极；所述第一信号传输线设置于所述第一绝缘层背离所述绝缘基底一侧的表面；所述第二信号传输线包括连为一体的信号传输段和悬臂段，其中，所述信号传输段设置于所述绝缘基底的所述第一表面，所述悬臂段悬置于所述第一信号传输线背离所述绝缘基底一侧。
- 根据权利要求1所述的微机电系统开关，其特征在于，所述信号传输段靠近所述绝缘基底的表面和所述悬臂段靠近所述绝缘基底的表面相平齐，且所述信号传输段和所述悬臂段的厚度相同。
- 根据权利要求1所述的微机电系统开关，其特征在于，所述绝缘基底包括玻璃基底。
- 根据权利要求1所述的微机电系统开关，其特征在于，所述微机电系统开关还包括触点结构，所述触点结构设置于所述第一区域，所述第一绝缘层完全覆盖所述触点结构，所述第一信号传输线在所述第一区域上的正投影至少部分覆盖所述触点结构在所述第一区域上的正投影。
- 根据权利要求4所述的微机电系统开关，其特征在于，所述触点结构与所述绝缘基底连为一体。
- 根据权利要求1所述的微机电系统开关，其特征在于，所述第一绝缘层还覆盖所述绝缘基底的第一表面、连接于所述第一区域和所述第一表面之间的侧面和所述第一区域上的暴露区域，且所述第一绝缘层位于所述信号传输段的靠近所述绝缘基底一侧；或者，所述第一绝缘层还覆盖所述侧面和所述第一区域上的暴露区域；或者，所述第一绝缘层还覆盖所述第一区域上的暴露区域。
- 根据权利要求1所述的微机电系统开关，其特征在于，所述微机电系统开关还包括第二绝缘层，所述第二绝缘层设置于所述第一区域，所述驱动电极设置于所述第二绝缘层背离所述绝缘基底一侧的表面；所述第一绝缘层位于所述第二绝缘层背离所述绝缘基底的一侧。
- 根据权利要求7所述的微机电系统开关，其特征在于，所述第二绝缘层完全覆盖所述绝缘基底的第一表面和、连接于所述第一区域和所述第一表面之间的侧面和第一区域，且所述第二绝缘层位于所述信号传输段的靠近所述绝缘基底一侧；或者，所述第二绝缘层完全覆盖所述侧面和第一区域；或者，所述第二绝缘层完全覆盖所述第一区域。
- 根据权利要求1所述的微机电系统开关，其特征在于，所述微机电系统开关还包括弹性层，所述弹性层设置于所述信号传输段背离所述绝缘基底一侧的表面和所述悬臂段背离所述绝缘基底一侧的表面；或者，所述弹性层设置于所述悬臂段背离所述绝缘基底一侧的表面。
- 根据权利要求9所述的微机电系统开关，其特征在于，所述弹性层包括石墨烯。
- 根据权利要求1所述的微机电系统开关，其特征在于，所述悬臂段上设置有多个沿其厚度方向贯通的通孔。
- 一种微机电系统开关的制造方法，其特征在于，包括：在绝缘基底的第一表面形成第一区域和除所述第一区域之外的第一表面，且所述第一区域相对于所述第一表面更靠近所述绝缘基底背离所述第一表面的表面；在所述第一区域形成驱动电极；形成第一绝缘层，所述第一绝缘层完全覆盖所述驱动电极；在所述第一绝缘层背离所述绝缘基底一侧的表面形成第一信号传输线；在所述第一区域上形成牺牲层，所述牺牲层的背离所述第一区域的表面与所述绝缘基底的所述第一表面相平齐；在所述绝缘基底的所述第一表面和所述牺牲层的背离所述第一区域的表面形成第二信号传输线，所述第二信号传输线包括连为一体的信号传输段和悬臂段，其中，所述信号传输段设置于所述绝缘基底的所述第一表面，所述悬臂段设置于所述牺牲层背离所述第一区域的表面；去除所述牺牲层，以使所述悬臂段悬置于所述第一信号传输线背离所述触点结构一侧。
- 根据权利要求12所述的微机电系统开关的制造方法，其特征在于，在所述在所述第一区域形成驱动电极的步骤之前，所述制造方法还包括：在所述第一区域形成触点结构；其中，采用同一步骤形成所述第一区域和所述触点结构；或者，采用两个步骤先后形成所述第一区域和所述触点结构；在形成所述第一绝缘层的步骤中，所述第一绝缘层完全覆盖所述触点结构；在形成所述第一信号传输线的步骤中，所述第一信号传输线在所述第一区域上的正投影至少部分覆盖所述触点结构在所述第一区域上的正投影。
- 根据权利要求13所述的微机电系统开关的制造方法，其特征在于，采用同一步骤形成所述第一区域和所述触点结构时，采用激光刻蚀的方法刻蚀形成所述第一区域和所述触点结构。
- 根据权利要求12-14任意一项所述的微机电系统开关的制造方法，其特征在于，在所述在绝缘基底的所述第一表面形成第一区域的步骤之后，且在所述在所述第一区域形成驱动电极的步骤之前，还包括：形成第二绝缘层；其中，所述第二绝缘层完全覆盖所述绝缘基底的所述第一表面和连接于所述第一区域和所述第一表面之间的侧面和所述第一区域；或者，所述第二绝缘层完全覆盖所述侧面和所述第一区域；或者，所述第二绝缘层完全覆盖所述第一区域。
- 根据权利要求12所述的微机电系统开关的制造方法，其特征在于，采用等离子体刻蚀或者酸碱腐蚀的方法去除所述牺牲层。
- 根据权利要求12所述的微机电系统开关的制造方法，其特征在于，在形成所述第二信号传输线的步骤之后，且在所述去除所述牺牲层的步骤之前，所述制造方法还包括：在所述信号传输段背离所述绝缘基底一侧的表面和所述悬臂段背离所述绝缘基底一侧的表面形成弹性层；或者，在所述悬臂段背离所述绝缘基底一侧的表面形成弹性层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |