CN1661769A - 微开关元件的制备方法及微开关元件 - Google Patents

Abstract

一种用于制造微开关元件的方法。该开关包括一衬底、两个固定到衬底的支撑构件、以及一桥接在支撑构件之间的活动梁。该梁包括一隔膜，一活动接触电极以及一活动驱动电极，活动接触电极和活动驱动电极都设置在隔膜上。该开关元件也包括一对面向活动接触电极的固定接触电极、以及一固定驱动电极，其与活动驱动电极一起用于产生静电力。该方法包括在衬底上制造牺牲层的步骤、在牺牲层上制造隔膜的步骤、以及通过隔膜介入蚀刻牺牲层的步骤，以便在衬底和隔膜之间牺牲层的剩余部分形成为支撑构件。

Description

微开关元件的制备方法及微开关元件

技术领域

本发明涉及一种使用MEMS技术的微开关元件的制备方法。本发明也涉及一种由这种方法制造的微开关元件。

背景技术

在无线通信器件如移动电话的技术领域中，为了提供高质量的产品需要越来越多数量的部件。同时，产品还应当足够小以便使用者容易携带。为获得这种紧凑的无线通信器件，应将高频电路或RF电路制造得很小。为满足这种需求，采用MEMS技术以制造构成需要电路的微小组件。

这种微小组件的示例是MEMS开关。典型地，MEMS开关包括一对接触电极和一对驱动电极。机械地打开和闭合接触电极以用于完成开关功能。设置驱动电极用于通过静电力实现接触电极的开关操作。对于高频开关操作(例，在GHz数量级)，由于MEMS开关在开路状态下可提供更好的电绝缘并遭受较低的接入损耗，因此MEMS开关比常规PIN二极管开关或MESFET开关更有优势。例如，在JP-A-09-173000以及JP-A-2000-188050中公开了常规的MEMS开关。

图20和21示出了常规的MEMS微开关元件X3。图20是表示开关元件X3的主要部分的平面图，而图21是沿图20中的线XXI-XXI截取的剖面图。开关元件X3包括衬底301、一对接触电极302、两个驱动电极303、活动构件304以及增强电镀层305。接触电极302形成在衬底301上并彼此分隔。以关于接触电极302对称的方式在衬底301上形成两个驱动电极303。活动构件304在衬底301上的接触电极302和驱动电极303的上方延伸。构件304作为一个整体可由导电材料构成。如图21中所示，形成具有接触电极部分304a和两个驱动电极部分304b的活动构件304。接触电极部分304a设置为面向各个接触电极302的内端部(也参见图20)，同时每个驱动电极部分304b设置为面向对应的一个驱动电极303。设置电镀层305用于增强在活动构件304和衬底301之间的连接。尽管图中未示出，但在衬底301上形成布线图，该布线图被连接到接触电极302、驱动电极303或活动构件304。在开关元件X3中，活动构件304是弹性的，并当驱动电极303和驱动电极部分304b之间产生静电吸引时活动构件304向下变形。使活动构件304变形直到接触电极部分304a与接触电极302取得接触。

图22A～22D以及图23A～23D示出了用于制造上述开关元件X3的一些工艺步骤。首先，如图22A所示，通过构图在衬底301上形成驱动电极303。然后，如图22B所示，通过构图在驱动电极303之间形成接触电极302。如图22C所示，通过在衬底302上淀积合适的材料形成牺牲层(sacrifice layer)306。如图22D所示，例如，通过蚀刻将牺牲层306构图成预定结构。然后，如图23A所示，形成层304′以覆盖牺牲层306和衬底301。如图23B所示，通过构图将层304′形成为活动构件304。如图23C所示，在活动构件304的每个端部上形成增强电镀层305。然后，如图23D所示，蚀刻除去牺牲层306以在衬底301和活动构件304之间提供空间。

在制备微开关元件X3的工艺中，如上参考图22D所述，需要执行牺牲层306的构图。另外，如上参考图23C所述，需要在活动构件304的各个端部上形成增强电镀层305。不利地，牺牲层构图步骤以及增强层形成步骤降低了开关元件X3的成品率。

图24和图25表示另一个常规的MEMS微开关元件一开关元件X4。图24是表示开关元件X4的主要部分的平面图，而图25是沿图24中的XXV-XXV线截取的剖面图。开关元件X4包括一衬底401、一对接触电极402、两个驱动电极403、一对支撑构件404和一活动梁405。成对的接触电极402形成在衬底401上并彼此分隔。以关于接触电极402对称的方式在衬底401上形成两个驱动电极403。以关于这些电极对称的方式在衬底401上安装两个支撑构件404。活动梁405桥接在支撑构件404之间，以在接触电极402和驱动电极403上方延伸。支撑构件404由绝缘材料构成，而活动梁405作为一个整体由导电材料构成。形成具有接触电极部分405a和两个驱动电极部分405b的活动梁405。接触电极部分405a设置为面向各个接触电极402的内端部，同时每个驱动电极部分405b设置为面向对应的一个驱动电极403。尽管图中未示出，但在衬底上形成布线图以将该布线图连接到接触电极402、驱动电极403以及活动梁405。在微开关元件X4中，活动梁405是弹性的，并且当驱动电极403和驱动电极部分405b之间产生静电力时，活动梁405向下变形，以便接触电极部分405a与接触电极402取得接触。

图26A～26D以及图27A～27D示出了用于制造上述开关元件X4的一些工艺步骤。首先，如图26A所示，通过构图在衬底401上形成接触电极402和驱动电极403。然后，如图26B所示，通过在衬底302上淀积合适的材料并构图形成的材料层来形成一对支撑构件404。如图26C所示，通过在衬底401上淀积合适的材料形成层406′以覆盖接触电极402、驱动电极403以及支撑构件404。如图26D所示，研磨层406′的表面直到暴露各个支撑构件404的顶面。由此，获得与支撑构件404相同厚度的牺牲层406。然后如图27A所示，蚀刻牺牲层406以提供具有预定表面结构的牺牲层406。如图27B所示，在牺牲层406上形成导电层405′。如图27C所示，将层405′构图为活动梁405。然后，如图27D所示，蚀刻除去牺牲层406以在衬底401和活动梁405之间提供空间。

在制造开关元件X4的工艺中，如上参考图26B所述，需要通过构图在衬底401上形成成对的支撑构件404。另外，如上参考图26D所述，需要研磨材料层406′以提供具有预定厚度的牺牲层406。不利地，这些步骤降低了开关元件X4的成品率。

发明内容

本发明是在上述的情况下被提出来。因此，本发明的目的是提供一种制造高成品率微开关元件的方法。本发明的另一个目的是提供一种由该方法制造的微开关元件。

根据本发明的第一方面，提供一种制造微开关元件的方法，该微开关包括：一第一衬底；一对支撑构件，其彼此分隔并固定到衬底；一活动梁，其包括桥接在支撑构件之间的一隔膜(membrane)，设置在隔膜上的一活动接触电极以及设置在隔膜上的一活动驱动电极；一对固定接触电极，其设置为面向活动接触电极；以及一固定驱动电极，其与活动驱动电极一起用于产生静电力。该方法包括：牺牲层形成步骤，用于在衬底上制造牺牲层；隔膜形成步骤，用于在牺牲层上制造隔膜的；以及支撑构件形成步骤，用于通过隔膜的介入蚀刻牺牲层，以便衬底和隔膜之间的牺牲层的剩余部分形成为支撑构件。

本发明的方法进一步包括：第一附加步骤，其在牺牲层形成步骤之前执行；第二附加步骤，其在隔膜形成步骤之后但在支撑构件形成步骤之前执行。执行第一附加步骤用于在衬底上形成固定驱动电极和固定接触电极，而执行第二附加步骤用于在隔膜上形成活动接触电极和活动驱动电极。在隔膜形成步骤中，在隔膜中对应固定接触电极的位置形成一开口。活动接触电极包括贯穿开口以面向相应的一个固定接触电极的部分。

本发明的方法进一步包括下列步骤：在一第二衬底上形成固定驱动电极和固定接触电极；并以活动接触电极面向固定接触电极，以及活动驱动电极面向固定驱动电极的方式通过接合壁将第一衬底和第二衬底结合起来。

优选地，第一衬底、第二衬底以及接合壁将活动接触电极、固定接触电极、活动驱动电极以及固定驱动电极与微开关元件的外部隔离开。

优选地，牺牲层由硅制成，而隔膜由二氧化硅或氮化硅制成。可选地，牺牲层由二氧化硅制成，而隔膜由硅制成。

优选地，隔膜具有不小于1.5μm的厚度。

根据本发明的第二方案，提供一种微开关元件，其包括：一衬底；一对支撑构件，其彼此分隔并固定到衬底；一活动梁，其包括桥接在支撑构件之间的隔膜，在隔膜上的活动接触电极以及在隔膜上的活动驱动电极；一对固定接触电极，其在衬底上形成并设置为面向活动接触电极；以及一固定驱动电极，其形成在衬底上并与活动驱动电极一起用于产生静电力。通过除去设置在衬底和隔膜之间的部分牺牲层而剩余的部分牺牲层形成支撑构件。

根据本发明的第三个方案，提供一种微开关元件，其包括：一第一衬底和面向第一衬底的一第二衬底；一对支撑构件，其彼此分隔并固定到第一衬底；活动梁，其包括桥接在支撑构件之间的隔膜，在隔膜上的活动接触电极以及在隔膜上的活动驱动电极，该梁设置在第一衬底和第二衬底之间；一对固定接触电极，其形成在第二衬底上并设置为面向活动接触电极；一固定驱动电极，其形成在第二衬底上并与活动驱动电极一起用于产生静电力；以及一接合壁，其设置在第一衬底和第二衬底之间。第一衬底、第二衬底、以及接合壁将活动接触电极、固定接触电极、活动驱动电极和固定驱动电极与微开关元件的外部隔离开。

优选地，通过除去设置在第一衬底和活动梁之间的部分牺牲层而剩余部分的牺牲层形成支撑构件。

从下面参考附图的详细描述中本发明其它的特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是表示根据本发明第一实施例的微开关元件的主要部分的平面图；

图2是沿图1中的II-II线截取的剖面图；

图3是表示开关元件的固定接触电极和固体驱动电极的平面图；

图4是表示开关元件的隔膜的平面图；

图5是表示开关元件的活动接触电极、活动驱动电极和布线部分的平面图；

图6A-6D表示制造图1中所示的开关元件的方法的一些步骤；

图7A-7C表示在图6的工序后该方法的一些更多的步骤；

图8是用于该方法的可选步骤；

图9是沿图1中的II-II线截取的剖面图，其描述了采用可选步骤的情况；

图10是表示根据本发明第二实施例的微开关元件的平面图；

图11是沿图10中的线XI-XI截取的剖面图；

图12是沿图10中的线XII-XII截取的剖面图；

图13是沿图10中的线XIII-XIII截取的剖面图；

图14是沿图10中的线XIV-XIV截取的剖面图；

图15是沿图10中的线XV-XV截取的剖面图；

图16是沿图10中的线XVI-XVI截取的剖面图；

图17A-17C表示用于制造第二实施例的开关元件的基座组件的工序；

图18A-18E表示用于制造第二实施例的开关元件的盖帽组件的工序；

图19A-19D表示在图18中所示的之后的工序；

图20是表示常规微开关元件的主要部分的平面图；

图21是沿图20中的线XXI-XXI截取的剖面图；

图22A-22D表示制造图20中所示的微开关的方法的一些步骤；

图23A-23D表示在图22中所示的步骤之后的工序；

图24是表示另一个常规微开关元件的主要部分的平面图；

图25是沿图24中的线XXV-XXV截取的剖面图；

图26A-26D表示制造图24中所示的常规开关元件的方法的一些步骤；

图27A-27D表示在图26所示的步骤之后的工序。

具体实施方式

下面参考附图描述本发明的优选实施例。

图1和图2表示根据本发明第一实施例的微开关元件X1。图1是表示开关元件X1的主要部分的平面图，而图2是沿图1的线II-II截取的剖面图。所示的开关元件X1包括一衬底S1、一对支撑构件20和一活动梁30。

衬底S1具有一上表面，一对接触电极11和两个驱动电极12被固定在上表面。固定接触电极11彼此分隔。固定驱动电极12以关于电极11对称的方式排列在接触电极11的两侧。图3是表示在衬底S1上的电极11和12的排列的平面图。接触电极11通过未示出的布线串联到电路，而驱动电极12通过未示出的布线接地。关于这些电极对称地设置成对的支撑构件20。如从垂直方向所见(参见图2)，在衬底S1和活动梁30之间设置支撑构件20。活动梁30包括一隔膜31、一活动接触电极32、两个活动驱动电极33和两个布线部分34。图4表示隔膜31的结构，而图5示出了活动接触电极32、两个驱动电极33以及两个布线部分34的排列。

如图4所示，活动梁30的隔膜31包括一主要部分31A、一对端部31B、以及将端部3 1B连接到主要部分31A的四个连接部分31C。形成具有一对开口31a和多个开口31b的主要部分31A。每个开口31a对应固定接触电极11之一的内端的位置，并且每个开口31a例如为具有20μm长侧边的矩形的形式。另一方面，开口31b例如为具有5μm直径的圆的形式。然而，本发明不限于这些。例如，开口31b可包括一个或多个矩形开口。主要部分31A具有长度L1和宽度W1，这里长度在150-300μm的范围，并且宽度在100-250μm的范围。优选地，隔膜的厚度不小于1.5μm并且比值W1/L1不小于0.4以防止隔膜31(由此到梁30)不正常变形。端部31B直接接触支撑构件20。每个端部31B具有在100-200μm范围内的宽度W2。每个连接部分31C具有在5-30μm范围内的宽度W3。由于主要部分31A通过窄连接部分31C连接到端部31B，因此隔膜31(由此到梁30)表现出适当的弹性。根据本发明，端部31B的宽度W2大于下面三个尺寸的任意一个：(1)在主要部分31A的一个边缘和最接近该边缘的开口31b之间的距离(例如，该距离在10-30μm的范围内)，(2)开口31b的形成节距(该节距在10-30μm的范围内)，以及(3)宽度W3。

在隔膜31上形成的活动接触电极32对应各个固定接触电极11的内端的位置(参见图1)。形成具有一对向下的突起32a的电极32。如图2所示，每个突起32a贯穿隔膜31的一个开口31a以面向固定接触电极11之一。形成具有开口32b的活动接触电极32(参见图5)，开口32b与隔膜31中的一个相应开口31b相通。

在隔膜31上形成的每个活动驱动电极33对应固定驱动电极12之一的位置(例如，参见图1)。形成具有多个开口33a的每个电极33(参见图5)，开口33a与隔膜31中的一个相应的开口31b相通。

如图1所示，在隔膜31的端部31B和连接部分31C上形成每个布线部分34，并且布线部分34覆盖大部分端部和大部分连接部分31C。彼此整体地形成每个布线部分34以及相邻的活动驱动电极33。两个布线部分34通过未示出的布线彼此连接。因此，两个活动驱动电极也彼此连接。形成每个布线部分34，其具有用于电源的导电凸缘(未示出)。可选地，例如，每个布线部分34连接到电源线。

具有上述排列的微开关元件X1以下面的方式工作。首先，通过布线部分34将预定电压施加到活动驱动电极33。这在每个活动驱动电极33和相应的一个固定驱动电极12之间产生静电吸引。结果，活动梁向下变形直到活动接触电极32(参见图2)的每个突起32a接触到相应的一个固定接触电极11。在这种状态下，两个物理间隔的固定接触电极11通过活动接触电极32彼此电连接，其使电流流过闭合电路。

当排除电极33和电极12之间的静电吸引时，活动梁30恢复到初始不变形状态，并将活动接触电极32的突起32a从固定接触电极11分开。这导致开关元件X1处于打开的状态，如图2所示。在打开状态中，两个固定接触电极11彼此电隔离，因此没有电流流过它们。

现在参考图6A-6D以及7A-7C中所示，在剖面图中为用于制造上述开关元件X1的工艺。每个剖面图沿图1中的线II-II被截取。

首先，如图6A所示，在绝缘衬底S1上形成固定接触电极11和固定驱动电极12。衬底S1为高电阻硅或涂敷有例如1μm厚的二氧化硅薄膜的玻璃平板。制造电极11和12的具体方法如下。首先，例如，通过溅射在衬底S1上制作Cr(铬)层和层叠在Cr层上的Au(金)层。形成的Cr层具有例如50nm的厚度，而Au层具有例如300nm的厚度。然后，通过光刻在Au层上形成抗蚀图形。将获得的抗蚀图形用作掩模，蚀刻Au和Cr层。因此，获得图3中所示的接触电极11和驱动电极12。

然后，如图6B所示，例如通过溅射，在衬底S1上形成覆盖电极11、12的牺牲层20′。形成的牺牲层20′具有1-3μm的厚度。牺牲层20′可由如硅或二氧化硅的材料制成。优选地，非掺杂材料用于制造牺牲层20′。

然后，如图6C所示，例如，通过等离子体CVD在牺牲层20′上形成材料层31′。形成的层31′的厚度在1.5-3μm的范围内。用于制造层31′的材料需要与制造牺牲层20′的材料不同，以便这些材料的蚀刻率(当在下面描述的后面阶段蚀刻牺牲层时观察到的比率)不同。例如，当牺牲层20′由硅构成，优选地层31′由二氧化硅或氮化硅构成。当牺牲层20′由二氧化硅构成时，优选地层31′由硅构成。

然后，如图6D所示，通过构图材料层31′形成隔膜31(参见图4)。具体地，通过光刻在材料层31′上形成抗蚀图形。将抗蚀图形用作掩模，蚀刻材料层31′。因此，获得需要的隔膜31(具有形成在其中的开口31a、31b)。

然后，如图7A所示，凹槽20′a形成在牺牲层20′中通过隔膜31的开口31a暴露凹槽的位置处。具体地，在隔膜31和牺牲层20′上通过光刻形成抗蚀图形。将抗蚀图形用作掩模，蚀刻牺牲层20′(例如，反应离子蚀刻或RIE)。凹槽20′的深度可在0.5-2.5μm范围内。

然后，如图7B所示，在隔膜31上形成活动接触电极32、活动驱动电极33以及布线部分34。具体地，通过例如溅射在隔膜31和牺牲层20′上形成Cr层和Cr层上的Au层。Cr层的厚度可以为50nm，并且Au层的厚度可以为300nm。然后，通过光刻在Au层上形成抗蚀图形。将抗蚀图形用作掩模，蚀刻Cr层和Au层。因此，获得图5中所示的活动接触电极32、活动驱动电极33以及布线部分34。在该步骤中，形成的活动接触电极32具有向下的突起32a以确保活动接触电极32用适当的触点压力(contact pressure)接触固定接触电极11。

然后，如图7C所示，通过除去部分牺牲层20′形成支撑构件20。具体地，干蚀刻(RIE)牺牲层20′。例如，使用的蚀刻气体是SF₆。持续执行蚀刻工艺直到隔膜31的主要部分31A和连接部分31C被适当地从衬底S1释放。强调在蚀刻中，隔膜31的端部31B用作用于形成支撑构件20的蚀刻掩模。在该连接中，如上所述，端部31B的宽度W2大于下面三个尺寸中的任意一个：(1)在主要部分31A的边缘和最接近该边缘的开口(在主要部分31A中形成)之间的距离，(2)在隔膜31中的开口的形成节距，以及(3)连接部分31C的宽度W3。通过这种设置，当蚀刻掉在主要部分31A和连接部分31C下的牺牲层部分时，部分牺牲层保留在31B和衬底S1之间。该剩余部分用作支撑构件20。如图7C所示，由于在端部31B下面的蚀刻形成的下切(undercut)，支撑构件20的宽度小于端部31B的宽度W2。

在上述的蚀刻工艺中，由于隔膜31的开口31b以及活动接触电极32或活动驱动电极33的开口32b、33a的存在，蚀刻气体对主要部分31A下面的牺牲层的作用大于对端部31B下面的牺牲层。当采用干蚀刻时，优选地牺牲层20′由硅制成，而隔膜31优选地由二氧化硅或氮化硅制成。

为制造支撑构件20，可采用湿蚀刻技术代替干蚀刻。在这种情况下，使用的蚀刻剂可为缓冲氟酸(buffered fluoric acid)(BHF)，其包括氟酸和氟化铵。以这种方式执行湿蚀刻，以便从衬底S1适当地释放隔膜31的主要部分31A和连接部分31C。为执行湿蚀刻，优选地牺牲层20′由二氧化硅构成，而隔膜31优选地由硅构成。在执行湿蚀刻后，蚀刻物体需要被干燥。为防止干燥元件受到粘附，优选地采用超临界干燥(supercritical drying)。

如上强调，在执行牺牲层20′的蚀刻中，端部31B用作形成支撑构件20的掩模。根据本发明，图8中所示的抗蚀图形21可用作代替端部31B的掩模(用粗线描绘抗蚀图形的轮廓)。每个抗蚀图形21具有比隔膜31的端部31B更大的表面积，每个抗蚀图形21的边缘区突出端部31B的边缘预定距离。当蚀刻牺牲层20′时，这种距离的调整能控制在抗蚀图形21下制造的下切的形成。具体地，当突出距离足够小时，则形成相对大的截槽。另一方面，当突出距离足够大时，则形成相对小的截槽或没有截槽形成。当没有截槽形成时，参考图9，形成的支撑构件20具有与端部31B相同的宽度。换句话说，可形成支撑构件20比不使用抗蚀图形21时(参见图7C)更厚。对于支撑构件20这是有利的，以便更稳定地支撑负载。当使用抗蚀图形21时，隔膜31的端部31B不必用作用于制造支撑构件20的蚀刻掩模。因此，可减小端部31B的大小，其有助于开关元件X1的小型化。

在完成蚀刻后，例如通过氧等离子体的作用除去抗蚀图形21。

以上述的方式制造本发明的微开关元件X1。根据该方法，在形成牺牲层20′之前不需要形成成对的支撑构件20。另外，在牺牲层20′上形成活动梁的隔膜31前不需要执行对牺牲层20′的构图。当除去牺牲层20′的其它部分(该部分提供隔膜31形成在其上的表面)时，在衬底S1和隔膜31之间的牺牲层20′的剩余部分形成为成对的支撑构件20。以这种方式，可有效地制造成对的支撑构件20。而且，根据本发明的方法，不需要形成增强活动梁30端部的构件，并且不需要研磨牺牲层20′的步骤。由此，制造本发明微开关元件X1具有高效和高成品率。

图10-16表示根据本发明第二实施例的微开关元件X2。具体地，图10是微开关元件X2的平面图。图11和12分别是沿图10中的线XI-XI以及XII-XII截取的局部剖面图。图13-16分别是沿图11中的线XIII-XIII、XIV-XIV、XV-XV以及XVI-XVI截取的剖面图或局部剖面图。如图11所示，开关元件X2包括基座组件(base assembly)(下组件)100以及接合到基座组件100的盖帽组件(cap assembly)(上组件)200。

如图13所示，基座组件100包括一衬底S2、一对固定接触电极41、两个固定驱动电极42、三对电极焊盘43A、43B、43C以及一环形壁44。

固定接触电极41在衬底S2上彼此分隔。每个接触电极41包括矩形条(主体)41a以及设置在条41a的一端的突起41b。在另一端，条41a连接到一个电极焊盘43A。当活动接触电极52与固定接触电极41取得接触时，突起41b确保足够的触点压力。如图12所示，每个电极焊盘43A具有凸缘(bump)45A。在图13中，通过圆形的虚线表示用于每个电极焊盘的凸缘提供区域。固定接触电极41通过电极焊盘43A、凸缘45A以及未图示的布线串联连接到需要开关操作的电路。在衬底S2上以关于接触电极41对称的方式，在固定接触电极41的两侧排列两个固定驱动电极42。每个固定驱动电极42在它的两个端部连接到合适的电极焊盘43B，每个电极焊盘43B具有凸缘45B(参见图12)。固定驱动电极42通过电极焊盘43B、凸缘45B以及未图示的布线接地。如图11所示，每个电极焊盘43C具有凸缘45C。在图示的基座组件100中，电极焊盘43A-43C以及环形壁44具有超过衬底S2的上表面的相同高度。

如图10以及图14-16所示，盖帽组件200包括一衬底S3(图10中省略)、一活动梁50、一对支撑构件或隔板60、两个内密封壁70以及一环形壁80。

活动梁50包括隔膜51、活动接触电极52、两个活动驱动电极53、以及两个布线部分54。图14表示接触电极52、驱动电极53以及布线部分54的排列。图15表示隔膜51的结构。如图11所示，活动梁50通过隔板60连接到衬底S3。梁50桥接在两个隔板60之间，同时也桥接在基座组件100的两个电极焊盘43C之间。图16表示隔板60的排列。

如图15所示，活动梁50的隔膜51包括一主要部分51A、一对端部51B以及将主要部分51A连接到各个端部51B的四个连接部分51C。形成具有多个开口51a的主要部分51A。例如，这些开口可为具有5μm直径的圆形。主要部分51A的长度L1′可在150-300μm的范围内，而宽度W1′可在100-250μm的范围内。优选地，隔膜51的厚度不小于1.5μm并且比值W1′/L1′不小于0.4以防止隔膜51(由此到梁50)不适当变形。每个端部51B直接接触一个隔板60并具有例如，100-200μm的宽度W2′。每个连接部分51C具有5-30μm的宽度W3′。如上面第一实施例中所述，端部51B的宽度W2′大于下面三个尺寸的任意一个：(1)在主要部分51A的一边缘和最接近该边缘的开口51a之间的距离(例如，该距离可在10-30μm范围内)，(2)开口51a的成形节距(例如，该节距可在10-30μm范围内)，(3)宽度W3′。

如图13和14所示，在隔膜51上形成的活动接触电极52，对应各个固定接触电极41的内端部的位置。如图14和15所示，形成具有开口52a的活动接触电极52，排列开口52a以与隔膜51的一个合适开口51a相通。

如图13和14所示，在隔膜51上形成的每个活动驱动电极53，对应一个固定驱动电极42的位置。如图14和15所示，形成具有开口53a的每个活动驱动电极53，排列开口53a以与隔膜51的一个合适开口51a相通。

在隔膜51的合适的端部51B以及连接部分51C上形成每个布线部分54，连接部分51C连接到相邻的活动驱动电极53。每个布线部分54也通过直接接触连接到一个电极焊盘43C(参见图11)。两个布线部分54通过电极焊盘43C、凸缘45C以及未图示的布线彼此连接。因此，两个活动驱动电极53(与布线部分54整体地形成)也彼此连接。

如图12所示，内密封壁70具有多层结构。壁70在衬底S3以及电极焊盘43A、43B之间延伸，以限定盖帽组件200的每个孔H的部分，在上述孔H中插入凸缘45A、45B。盖帽组件200的孔H对应电极焊盘43C的位置并延伸穿过衬底S3、隔板60、端部51B以及布线部分54。凸缘45A-45C每个都从对应的一个孔H外突。如图11所示，合并盖帽组件200的环形壁80与基座组件100的环形壁44以提供环形密封壁90。衬底S2-S3、环形密封壁90、内密封壁70、以及限定用于容纳凸缘45C的孔H的部件(即，隔板60、隔膜51的端部51B、布线部分54、以及电极焊盘43C)将开关元件的内部与外部电隔离。具体地，将活动接触电极52、成对固定接触电极41、两个活动驱动电极53以及两个固定驱动电极42密封到开关元件的内部。

在具有上述设置的微开关元件X2中，当通过凸缘45C以及布线部分54将合适的电压施加到活动驱动电极53时，在活动驱动电极53以及相应的固定驱动电极42之间产生静电吸引。结果，活动梁50向下弹性地变形直到微开关元件X2闭合，即，活动驱动电极52与各个固定接触电极41的突起416相接触。在该闭合状态，通过活动接触电极52电桥接两个固定接触电极41，以便电流流过电极41。

当停止对活动驱动电极53的施加电压时，在驱动电极53和驱动电极42之间的静电吸引消失，活动梁50返回到自然位置。结果，活动接触电极52与固定接触电极41的突起41b分离。这使微开关元件X2处于图11所示的打开状态。在打开状态中，固定接触电极41彼此电隔离，由此没有电流经过接触电极41。

图17A-17C、18A-18E以及19A-19D图示了制造上述微开关元X2的方法。每个剖面图对应图11的剖面的位置。图17A-17C示出了制造基座组件100的工艺。图18A-18E示出了制造盖帽组件200的工艺。图19A-19D示出了合并基座组件和盖帽组件的工艺以及一些后面的工序。

微开关元件X2的基座组件100可以下面方法制造。首先，如图17A所示，在绝缘衬底S2上形成固定接触电极41的主件41a和固定驱动电极42。具体地，在衬底上形成Cr层，然后在Cr层上形成Au层(例如，Cr层和Au层都通过溅射形成)。Cr层的厚度可以为50nm，而Au层的厚度可以为1μm。衬底S2可由高电阻率硅材料制成。为制造主件41a以及固定驱动电极42，例如，通过光刻在两层导体上(Cr层和Au层)形成合适的抗蚀图形。将该抗蚀图形用作掩模，蚀刻该两层导体，以提供图13所示的主件41a和固定驱动电极42。

然后，如图17B所示，在每个主件41a上形成突起41b。具体地，例如，通过溅射在主件41a上连续形成Cr层和Au层。Cr层可为50nm，而Au层的厚度为500nm。然后，通过光刻在Au层上形成抗蚀图形。最后，将抗蚀图形用作掩模，蚀刻Au层，以便在主件41a上提供需要的突起41b。

然后，参考图17C，在衬底S2上形成如图13所示的电极焊盘43A-43C以及环形壁44。具体地，通过溅射在衬底S2上连续形成Cr层和Au层。Cr层厚度可为50nm，而Au层的厚度可为2.6μm。然后，通过光刻在Au层上形成抗蚀图形。最后，将抗蚀图形用作掩模，蚀刻Au层，以便在衬底S2上提供需要的电极焊盘43A-43C以及环形壁44。此后，用绝缘膜涂敷固定驱动电极42(未示出)，以防止在微开关元件X2工作期间固定驱动电极42电接触活动驱动电极53。由此，获得基座组件100。

微开关元件X2的盖帽组件200可以下面方式制造。首先，如图18A所示，例如，通过溅射在衬底S3上形成牺牲层60′。牺牲层60′由硅或二氧化硅制成并具有1-3μm的厚度。优选地，用于制造牺牲层60′的材料不掺杂。

然后，如图18B所示，例如，通过等离子体CVD，在牺牲层60′上形成材料层51′。例如，材料层51′的厚度是2μm。当在后面描述的蚀刻牺牲层60′时，材料层51′以及牺牲层60′应显示不同的蚀刻率。最后，当牺牲层60′由硅制成时，材料层51′可由二氧化硅或氮化硅构成。当牺牲层60′由二氧化硅制成时，材料层51′由硅制成。

然后，如图18C所示，将材料层51′加工为隔膜51和层图形81。在这个阶段，也形成壁图形71(如图15中所示，但不具有开口)。工艺的具体步骤与上述形成微开关元件X1的隔膜的步骤相似。形成的成形隔膜51具有多个开口51a，壁图形71构成部分内密封壁70，同时壁图形80构成部分环绕壁80。

然后，如图18D所示，在隔膜51上形成活动接触电极52、活动驱动电极53以及布线部分54，同时在壁图形81上形成壁图形82。在这个阶段，也形成壁图形72(如图14所示，但不具有开口)。工艺的具体步骤与那些上述的在微开关元件X1的隔膜31上形成活动接触电极32、活动驱动电极33以及布线部分34的步骤相似。壁图形72构成部分内密封壁70，同时壁图形82构成部分环绕壁80。

然后，如图18E所示，干蚀刻或湿蚀刻牺牲层60′以除去部分层60′以便剩余部分构成隔板60以及壁图形83。在这个阶段，剩余部分也形成壁图形73(如图16所示，但不具有开口)。工艺的具体步骤与那些上述形成微开关元件X1的支撑构建20的步骤相似。壁图形73构成部分内密封壁70，同时壁图形83构成部分环绕壁80。在上述工艺中，获得盖帽组件200，其包括衬底S3、活动梁50、隔板60、内密封壁70(壁图形71、72、73)、以及环形壁80(壁图形81、82、83)。

为制造微开关元件X2，如图19A和19B所示，上述的基座组件100和盖帽组件200，通过至少一个接合壁彼此接合在一起。具体地，如图13所示的基座组件100的环形壁44(接合壁)以及电极焊盘43A-43C连接到14所示的盖帽组件200的环形壁80的壁图形82、内密封壁70的壁图形72以及布线部分54。当两个组件的所有连接区都由Au制成，在加热(例如300℃)和加压的情况下基座组件100和盖帽组件200可适当地彼此接合。在这种方式下，在接合边界处不会产生剥蚀接触电极41、52的气体。因此，Au接合方式对保证开关元件的长使用寿命是有利的。

然后，如图19C所示，湿蚀刻衬底S3以将衬底的厚度减小到例如100μm。例如，蚀刻剂为碱性溶液。然后，通过反应离子蚀刻(RIE)形成具有孔H的盖帽组件200。此后，参考图19D，在相应的孔H中形成凸缘45A-45C。

以上述方式可制造微开关元件X2。在上面的方法中，不需要在形成牺牲层60′之前执行构图衬底上一对隔板60的步骤。另外，不需要在牺牲层60′上形成活动梁的隔膜51之前执行构图牺牲层60′的步骤。根据本发明的方法，当除去部分(大部分)牺牲层60′时，在衬底S3和隔膜51之间的牺牲层60′的剩余部分形成隔板60。因此，可有效地制造隔板60。此后，不需要制造用于活动梁50的端部的增强构件，也不需要研磨牺牲层60′。因此，有效地制造了本发明的微开关元件。

进一步地，由于没有使用SOI衬底，本发明的方法实现了成本的降低。

在制造微开关元件X2的方法中，有效地实现了晶片级封装。因此，例如，本方法有利地保护了活动梁免于在执行用于制造独立元件的切割步骤中的受损，或在用于将元件从一个地方移动到另一地方的装载步骤中受损。

如此描述的本发明，很显然可以许多方式进行变换。这些改变不认为脱离了本发明的精神和范围，并且所有这些改变对本领域技术人员而言都是显而易见的，并且这些改变都包括在权利要求的范围中。

Claims (10)

1、一种制造微开关元件的方法，该开关元件包括：一第一衬底；一对支撑构件，彼此分离并固定到该衬底；一活动梁，包括桥接在所述支撑构件之间的一隔膜，设置在该隔膜上的一活动接触电极以及设置在该隔膜上的一活动驱动电极；一对固定接触电极，排列为面向该活动接触电极；以及一固定驱动电极，与该活动驱动电极一起用于产生静电力；该方法包括：

牺牲层形成步骤，用于在该衬底上制造一牺牲层；

隔膜形成步骤，用于在该牺牲层上制造该隔膜；

支撑构件形成步骤，用于通过该隔膜介入，蚀刻该牺牲层，以便在该衬底和该隔膜之间的牺牲层的剩余部分形成所述支撑构件。

2、根据权利要求1的方法，进一步包括：在该牺牲层形成步骤之前执行的第一附加步骤；以及在该隔膜形成步骤之后但在该支撑构件形成步骤之前执行的第二附加步骤；

其中，执行该第一附加步骤用于在该衬底上形成该固定驱动电极以及所述固定接触电极，执行该第二附加步骤用于在该隔膜上形成该活动接触电极和该活动驱动电极；

其中，在该隔膜形成步骤中，在隔膜中对应所述固定接触电极的位置形成一开口，该活动接触电极包括贯穿该开口的部分，以面向相应的一个所述固定接触电极。

3、根据权利要求1的方法，进一步包括以下步骤：在一第二衬底上形成该固定驱动电极和所述固定接触电极；以及通过一接合壁以该活动接触电极面向所述固定接触电极，而该活动驱动电极面向该固定驱动电极的方式将该第一衬底和该第二衬底结合在一起。

4、根据权利要求3的方法，其中该第一衬底、该第二衬底、以及该接合壁将该活动接触电极、所述固定接触电极、该活动驱动电极以及该固定驱动电极与该微开关元件的外部隔离开。

5、根据权利要求1的方法，其中该牺牲层由硅制成，该隔膜由二氧化硅或氮化硅制成。

6、根据权利要求1的方法，其中该牺牲层由二氧化硅制成，该隔膜由硅制成。

7、根据权利要求1的方法，其中该隔膜具有不小于1.5μm的厚度。

8、一种微开关元件包括：

一衬底；

一对支撑构件，彼此分隔并固定到衬底；

一活动梁，包括桥接在所述支撑构件之间的一隔膜，该隔膜上的一活动接触电极和该隔膜上的一活动驱动电极；

一对固定接触电极，形成在该衬底上并排列成面向该活动接触电极；以及

一固定驱动电极，形成在该衬底上并与该活动驱动电极一起用于产生静电力；

其中，通过除去设置在该衬底和该隔膜之间的部分牺牲层，该牺牲层的剩余部分形成所述支撑构件。

9、一种微开关元件包括：

一第一衬底和一第二衬底，该第二衬底面向该第一衬底；

一对支撑构件，彼此分离并固定到该第一衬底；

一活动梁，其包括桥接在所述支撑构件之间的一隔膜，在该隔膜上的一活动接触电极以及在该隔膜上的一活动驱动电极，该梁设置在该第一衬底和该第二衬底之间；

一对固定接触电极，形成在该第二衬底上并排列为面向该活动接触电极；

一固定驱动电极，形成在该第二衬底上并与该活动驱动电极一起用于产生静电力；以及

一接合壁，其设置在该第一衬底和该第二衬底之间；

其中，该第一衬底、该第二衬底以及该接合壁将该活动接触电极、所述固定接触电极、该活动驱动电极以及该固定驱动电极与该微开关元件的外部分隔开。

10、根据权利要求9的微开关元件，其中，通过除去设置在该第一衬底和该活动梁之间的部分牺牲层，该牺牲层的剩余部分形成所述支撑构件。

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