DE60215045T2 - Dreischichtige strahl-mems-einrichtung und diesbezügliche verfahren - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein mikro-elektromechanische System-(MEMS-)Vorrichtungen und -Verfahren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine MEMS-Vorrichtung mit einem dreischichtigen Arm und diesbezügliche Verfahren.
  • Stand der Technik
  • Ein elektrostatischer MEMS-Schalter ist ein Schalter, der durch eine elektrostatische Ladung betrieben wird und unter Verwendung von mikro-elektromechanischen System-(MEMS-)Techniken hergestellt wird. Ein MEMS-Schalter kann einen elektrischen, einen mechanischen oder einen optischen Signalfluss steuern. MEMS-Schalter weisen eine typische Anwendung in der Telekommunikation, wie etwa bei DSL-Schaltmatrizen und Mobiltelefonen, einem automatisierten Testgerät (ATE, Automated Testing Equipment) und anderen Systemen auf, die kostengünstige Schalter oder kostengünstige hochdichte Arrays erfordern. Die US-A-6057520 offenbart einen MEMS-Schalter, und die US-A-5702569 offenbart ein geschichtetes elastisches Element.
  • Wie von Fachleuten erkannt wird, können viele Typen von MEMS-Schaltern und diesbezügliche Vorrichtungen entweder durch Volumen- oder Oberflächen-Mikrobearbeitungstechniken oder eine Kombination beider Typen von Techniken hergestellt werden. Eine Volumen-Mikrobearbeitung bringt im Allgemeinen ein Formen von einer oder mehreren Seiten eines Substrats mit sich, um gewünschte dreidimensionale Strukturen und Vorrichtungen in dem gleichen Substratmaterial zu erzeugen. Das Substrat besteht aus einem Material, das bereits in Volumenform verfügbar ist, und dies ist üblicherweise Silizium oder Glas. Nass- und/oder Trockenätztechniken werden im Verbund mit Ätzmasken und Ätzblenden eingesetzt, um die Mikrostrukturen zu erzeugen. Ein Ätzen wird typischerweise auf der Rückseite oder der Vorderseite des Substrats durchgeführt. Die Ätztechnik kann im Allgemeinen in der Natur entweder isotrop oder anisotrop sein. Das isotrope Ätzen ist unempfindlich gegenüber der Kristallorientierung der Ebenen des Materials, die geätzt werden (z.B. das Ätzen von Silizium unter Verwendung einer Mischung aus Fluorwasserstoff-, Salpeter- und Essigsäuren (HNA) als das Ätzmittel). Anisotrope Ätzmittel, wie etwa Kaliumhydroxid (KOH), Tetramethyl-Ammoniumhydroxid (TMAH) und Ethylendiamin-Pyrochatechol (EDP) greifen selektiv unterschiedliche Kristallorientierungen bei unterschiedlichen Raten an und können somit verwendet werden, um relativ genaue Seitenwände in den Ätzgruben zu definieren, die geschaffen werden. Ätzmasken und Ätzblenden werden verwendet, um zu verhindern, dass vorbestimmte Bereiche des Substrats geätzt werden.
  • Andererseits bringt ein Oberflächenmikrobearbeiten im Allgemeinen ein Erzeugen dreidimensionaler Strukturen durch ein Aufbringen einer Anzahl unterschiedlicher Dünnfilme auf der Oberseite eines Siliziumwafers mit sich, jedoch ohne den Wafer selbst zu formen. Die Filme dienen üblicherweise entweder als Struktur- oder Opferschichten. Strukturelle Schichten bestehen häufig aus Polysilizium, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Siliziumcarbid oder Aluminium. Opferschichten bestehen häufig aus Polysilizium, einem Photoresistmaterial, Polyamid, Metallen oder verschiedenen Arten von Oxiden, wie etwa PSG (Phosphosilicatglas) und LTO (Niedrigtemperaturoxid). Aufeinander folgende Aufbringungs-Ätz- und -Strukturierungsprozeduren werden ausgeführt, um zu der gewünschten Mikrostruktur zu gelangen. Bei einem typischen Oberflächen-Mikrobearbeitungsprozess wird ein Siliziumsubstrat mit einer Isolationsschicht beschichtet, und eine Opferschicht wird auf dem beschichteten Substrat aufge bracht. Fenster werden in der Opferschicht geöffnet, und eine strukturelle Schicht wird dann aufgebracht und geätzt. Die Opferschicht wird dann selektiv geätzt, um eine frei stehende, bewegliche Mikrostruktur, wie etwa einen Arm oder einen Ausleger, aus der strukturellen Schicht heraus zu erzeugen. Die Mikrostruktur ist üblicherweise auf dem Siliziumsubstrat verankert und kann somit ausgelegt werden, im Ansprechen auf eine Eingabe von einem geeigneten Betätigungsmechanismus beweglich zu sein.
  • Viele gegenwärtige MEMS-Schalterauslegungen setzen für die Schaltstruktur eine Ausleger-Arm/Platten- oder mehrfach unterstützte Arm/Platten-Geometrie ein. In dem Fall von Ausleger-Armen/Platten enthalten diese MEMS-Schalter einen beweglichen Bimaterial-Arm, der eine strukturelle Schicht aus einem dielektrischen Material und eine Schicht aus einem Metall umfasst. In typischer Weise ist das dielektrische Material an einem Ende bezüglich des Substrats befestigt und stellt eine strukturelle Halterung für den Arm bereit. Die Metallschicht ist an der Unterseite des dielektrischen Materials angebracht und bildet eine bewegliche Elektrode und einen beweglichen Kontakt. Die Schicht kann ein Teil des Ankers oder eine Anbringung an dem Substrat sein. Der bewegliche Arm wird in einer Richtung zu dem Substrat hin durch die Anlegung einer Spannungsdifferenz über der Elektrode und einer anderen Elektrode, die an der Oberfläche des Substrats angebracht ist, betätigt. Die Anlegung der Spannungsdifferenz an die zwei Elektroden erzeugt ein elektrostatisches Feld, das den Arm zu dem Substrat hin zieht. Der Arm und das Substrat weisen jeweils einen Kontakt auf, der durch einen Luftspalt getrennt sein kann, wenn keine Spannung angelegt ist, wobei der Schalter in der "offenen" Position ist. Wenn die Spannungsdifferenz angelegt wird, wird der Arm zu dem Substrat hin gezogen, und die Kontakte führen eine elektrische Verbindung aus, wobei der Schalter in der "geschlossenen" Position ist.
  • Eines der Probleme, die mit gegenwärtigen MEMS-Schaltern einhergehen, die einen Bimaterial-Arm aufweisen, ist ein Verziehen oder andere Formen eines statisches Versatzes oder eine Deformation des Arms. Die statische Deformation kann durch eine Spannungsfehlanpassung oder einen Spannungsgradienten innerhalb der Filme verursacht sein. Bei einer bestimmten Gleichgewichtstemperatur können die Fehlanpassungseffekte ausgeglichen werden, um eine flache Bimetall-Struktur zu erreichen, aber dies korrigiert die Temperatureffekte nicht. Die Fehlanpassung kann über spezifische Prozesse (d.h. Abscheideraten, Drücke, Verfahren, etc.), eine Materialauswahl und geometrische Parameter, wie etwa eine Dicke, ausgeglichen werden. Diese Bimetall-Struktur von Metall und einem Dielektrikum führt eine große Variation in einer Funktion über der Temperatur ein, weil das Metall typischerweise eine höhere thermische Ausdehnungsrate als das Dielektrikum aufweisen wird. Wegen der unterschiedlichen Zustände einer statischen Spannung in den beiden Materialien kann der Schalter mit einem hohen Ausmaß einer Variabilität deformiert werden. Ein Schalterfehler kann auf einer Deformation des Arms herrühren. Der Schalterfehler kann auftreten, wenn (1) ein elektrischer Kontakt nicht zwischen der beweglichen Elektrode und stationären Kontakten eingerichtet werden kann, (2) ein elektrischer Kontakt ohne eine Betätigung eingerichtet wird oder (3) die Betriebsparameter aus dem akzeptablen Spezifikationsbereich aufgrund einer statischen Deformation oder wegen der Deformation, die als eine Funktion der Temperatur eingeführt wird, herauslaufen. Ein zweiter Fehlermodus wird beobachtet, wenn der bewegliche Kontakt und der stationäre Kontakt vorzeitig geschlossen werden, was zu einem "Kurzschluss" führt. Wegen der Deformation des Arms wird die Betätigungsspannung in Abhängigkeit davon, ob er von dem Substrat weg oder zu dem Substrat hin jeweils gebogen wird, erhöht oder verringert. Wegen dieser Variabilität kann die verfügbare Spannung nicht adäquat sein, um die gewünschte Kontaktkraft und somit einen Kontaktwiderstand zu erreichen.
  • Bestimmte gegenwärtige MEMS-Schalterauslegungen, die den Bimaterial-Arm aufweisen, bringen die Metallschicht für die bewegliche Elektrode an der Oberseite des dielektrischen Materials an. Die Metallschicht für den sich bewegenden Kontakt muss noch immer auf der Unterseite des dielektrischen Materials sein. Diese Auslegung kann in bestimmten Fällen dazu dienen, eine Isolation zwischen der beweglichen Elektrode und der stationären Elektrode auf dem Substrat bereitzustellen; jedoch erfordert diese Auslegung eine höhere Spannung für eine Betätigung, weil der Spaltabstand zwischen der Metallschicht und der Elektrode, die auf der Oberfläche des Substrats angebracht ist, größer ist. Der effektive Spalt ist die Summe des Spalts zwischen der stationären Elektrode und dem Dielektrikum und der Dielektrikumsdicke. Somit erfordert eine derartige Auslegung einen größeren Energieverbraucht und schafft Probleme hinsichtlich einer dielektrischen Aufladung.
  • Ein üblicher Zugang, um ein Kreuzschienen-Schalterarray zu entwickeln, besteht in einem Prozess zum Erzeugen der Kreuzschienen-Verbindungsstruktur auf einer gedruckten Verdrahtungsplatine (PWB), einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB), einem Niedrigtemperatur-Keramikmischungssubstrat (LTCC) oder einem Polymermischungssubstrat und einem darauf folgenden Anbringen eines Schalters an der Platine oder dem Substrat. Der Schalter kann durch eine Kombination von Verfahren, wie etwa Löten, Drahtbondieren, Höckerbondieren, Flip-Chip und anderen Anbringungs- und elektrischen Verbindungsverfahren angebracht werden. In diesem Prozess ist die Herstellung der Kreuzschienen-Verbindungsstruktur in den MEMS-Schalterprozess integriert, so dass sie auf dem gleichen Substrat mit dem gleichen Prozess hergestellt werden. Der Vorteil der Kreuzschienen-Verbindungsstruktur besteht darin, dass ein Feld von Eingangs signalen elektrisch zu einem einzigen (oder mehrfachen) Ausgang eines Felds von Ausgängen kommuniziert werden kann. Die Array-Dimensionen können quadratisch oder rechteckig sein, wobei ein Quadrat-Array ein NXN-Array von N Eingängen und N Ausgängen und ein rechteckiges Array NXM-Array von N Eingängen und M Ausgängen ist. Die Eingangs- und Ausgangsleitungen einer Kreuzschienenverbindung sind durch den MEMS-Schalter elektrisch verbunden, wenn er in eine "geschlossene" Position betätigt wird. An jedem Schaltknoten in dem Kreuzschienen-Array weisen die Eingangs-/Ausgangsleitungen stationäre Kontaktanschlüsse auf. Der integrierte MEMS-Schalter arbeitet, eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem sich bewegenden Kontakt und stationären Kontakten der Eingangs- und Ausgangsleitungen einzurichten. Die Eingangs- und Ausgangsleitungen kommunizieren über den Kontakt, der durch den MEMS-Schalter eingerichtet ist. Alternativ können die MEMS-Schalter in einem Kreuzschienen-Array in der üblichen Weise verwendet werden, falls er an den Schaltknoten des Kreuzschienen-Arrays angebracht ist. Diese Konfiguration ist unerwünscht, weil ein in hohem Maße leistungsfähiger Herstellungsprozess durch einen weniger leistungsfähigen Zusammensetzungsprozess ersetzt werden muss. Dies wird die Gesamtkosten erhöhen, die Qualität vermindern, den Prozess verkomplizieren und die Größe erhöhen.
  • Deswegen ist es wünschenswert, einen Herstellungsprozess zum Erzeugen einer Strukturelements (z.B. eines Arms, einer Platte und einer Membran) bereitzustellen, um eine Ausbeute, ein Betriebsverhalten über einer Temperatur, eine Betätigung und eine Qualität von MEMS-Schaltern zu verbessern. Es ist auch wünschenswert, einen Herstellungsprozess zum Erzeugen eines Strukturelements bereitzustellen, das gegenüber einer Deformation beständig ist, die durch eine parasitäre oder "Selbst"-Betätigung herbeigeführt wird. Es ist auch wünschenswert, einen Herstellungsprozess zum Erzeugen eines Strukturelements bereitzustellen, das robust gegenüber Prozessvariationen, Filmspannungen und ihren Gradienten ist. Überdies ist es wünschenswert, ein Verfahren zum Bilden einer Kreuzschienenverbindung und eines MEMS-Schalters in dem gleichen Herstellungsprozess bereitzustellen. Es ist wünschenswert, ein Verfahren bereitzustellen, das flexibel ist, so dass der MEMS-Schalter mit den Kreuzschienenverbindungen, die auf eine andere Weise hergestellt werden, gebildet und integriert werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines dreischichtigen Arms bereitgestellt. Das Verfahren kann ein Aufbringen einer Opferschicht auf einem Substrat und ein Aufbringen einer ersten leitfähigen Schicht auf der Opferschicht enthalten. Das Verfahren kann auch ein Bilden einer ersten leitfähigen Mikrostruktur durch ein Entfernen eines Teils der ersten leitfähigen Schicht enthalten. Überdies kann das Verfahren ein Aufbringen einer strukturellen Schicht auf der ersten leitfähigen Mikrostruktur, der Opferschicht und dem Substrat und ein Bilden eines Vias durch die strukturelle Schicht zu der ersten leitfähigen Mikrostruktur enthalten. Überdies kann das Verfahren noch das Folgende enthalten: Aufbringen einer zweiten leitfähigen Schicht auf der strukturellen Schicht und in dem Via; und Entfernen eines ausreichenden Anteils der Opferschicht, um so die erste leitfähige Mikrostruktur von dem Substrat zu trennen, wobei die strukturelle Schicht von dem Substrat an einem ersten Ende getragen wird und frei über dem Substrat an einem gegenüberliegenden zweiten Ende schwebt.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Aktors, der einen dreischichtigen Arm aufweist, bereitgestellt. Das Verfahren kann ein Bilden einer ersten Elektrode auf einem Substrat und ein Aufbringen einer Opferschicht auf der ersten Elektrode und dem Substrat enthalten.
  • Das Verfahren kann auch ein Bilden einer zweiten Elektrode auf der Opferschicht und ein Aufbringen einer strukturellen Schicht auf der zweiten Elektrode, der Opferschicht und dem Substrat enthalten. Überdies kann das Verfahren ein Bilden eines Vias durch die strukturelle Schicht und die zweite Elektrode; ein Aufbringen einer leitfähigen Schicht auf der strukturellen Schicht und in dem Via; und ein Bilden einer leitfähigen Mikrostruktur durch ein Entfernen eines Teils der leitfähigen Schicht enthalten, wobei die leitfähige Mikrostruktur elektrisch mit der zweiten Elektrode durch das Via kommuniziert. Überdies kann das Verfahren noch ein Entfernen eines ausreichenden Anteils der Opferschicht enthalten, um so die zweite Elektrode von dem Substrat zu trennen, wobei die strukturelle Schicht von dem Substrat an einem ersten Ende getragen wird und frei über dem Substrat an einem gegenüberliegenden zweiten Ende schwebt.
  • Gemäß einer dritten Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Mikroskalenschalters, der einen dreischichtigen Arm aufweist, bereitgestellt. Das Verfahren kann ein Bilden einer ersten Elektrode auf einem Substrat und ein Bilden eines ersten Kontakts auf dem Substrat enthalten. Das Verfahren kann auch ein Aufbringen einer Opferschicht auf der ersten Elektrode, dem ersten Kontakt und dem Substrat enthalten. Ferner kann das Verfahren ein Bilden einer zweiten Elektrode auf der Opferschicht und ein Bilden eines zweiten Kontakts auf der Opferschicht enthalten. Zusätzlich kann das Verfahren ein Aufbringen einer strukturellen Schicht auf der zweiten Elektrode, dem zweiten Kontakt und der Opferschicht enthalten. Das Verfahren kann ein Bilden eines ersten leitfähigen Verbindungs-Vias durch die strukturelle Schicht zu der zweiten Elektrode und ein Bilden eines zweiten leitfähigen Verbindungs-Vias durch die strukturelle Schicht zu dem zweiten Kontakt enthalten. Ferner kann das Verfahren ein Bilden einer Elektrodenverbindung auf der strukturellen Schicht, die das erste Verbin dungs-Via kontaktiert, und ein Bilden einer Kontaktverbindung auf der strukturellen Schicht, die das zweite Verbindungs-Via kontaktiert, enthalten.
  • Gemäß einer vierten Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Mikroskalenschalters, der eine Kreuzschienenverbindung aufweist, bereitgestellt. Das Verfahren kann das Folgende enthalten: Bilden einer leitfähigen Verbindung auf einem Substrat; Aufbringen einer dielektrischen Schicht auf der leitfähigen Verbindung; und Bilden eines ersten leitfähigen Verbindungs-Vias durch die dielektrische Schicht zu der leitfähigen Verbindung. Das Verfahren kann auch ein Bilden eines ersten Kontakts auf der dielektrischen Schicht, wobei der erste Kontakt zu dem ersten Verbindungs-Via verbindet, und ein Bilden einer ersten Elektrode auf dem Substrat enthalten. Zusätzlich kann das Verfahren das Folgende enthalten: Aufbringen einer Opferschicht auf der ersten Elektrode, dem ersten Kontakt und dem Substrat; Bilden einer zweiten Elektrode auf der Opferschicht; Bilden eines ersten leitfähigen Verbindungs-Vias durch die strukturelle Schicht zu der zweiten Elektrode; Bilden eines zweiten leitfähigen Verbindungs-Vias durch die strukturelle Schicht zu dem zweiten Kontakt; und Bilden einer Elektrodenverbindung auf der strukturellen Schicht, die das erste Verbindungs-Via kontaktiert. Das Verfahren kann auch ein Bilden einer Kontaktverbindung auf der strukturellen Schicht enthalten, die das zweite Verbindungs-Via kontaktiert.
  • Gemäß einer fünften Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Mikroskalenschalters, der eine Kreuzschienenverbindung aufweist, bereitgestellt. Das Verfahren kann das Folgende enthalten: Bilden einer leitfähigen Verbindung auf einem Substrat; Aufbringen einer dielektrischen Schicht auf der leitfähigen Verbindung; Bilden eines ersten leitfähigen Verbindungs-Vias durch die dielektrische Schicht zu der leitfähigen Verbindung; und Bilden eines ersten Kontakts auf der die lektrischen Schicht, wobei der erste Kontakt zu dem ersten Verbindungs-Via verbindet. Das Verfahren kann auch ein Bilden einer ersten Elektrode auf dem Substrat und ein Aufbringen einer Opferschicht auf der ersten Elektrode, dem ersten Kontakt und dem Substrat enthalten. Das Verfahren kann das Folgende enthalten: Bilden einer zweiten Elektrode auf der Opferschicht; Bilden eines zweiten Kontakts auf der Opferschicht; Aufbringen einer strukturellen Schicht auf der zweiten Elektrode, dem zweiten Kontakt und der Opferschicht; Bilden eines zweiten leitfähigen Verbindungs-Vias durch die strukturelle Schicht zu der zweiten Elektrode; und Bilden eines dritten leitfähigen Verbindungs-Vias durch die strukturelle Schicht zu dem zweiten Kontakt. Das Verfahren kann auch ein Bilden einer Elektrodenverbindung auf der strukturellen Schicht, die das zweite Verbindungs-Via kontaktiert, und ein Bilden einer Kontaktverbindung auf der strukturellen Schicht, die das dritte Verbindungs-Via kontaktiert, enthalten.
  • Gemäß einer sechsten Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Mikroskalenschalters, der einen dreischichtigen Arm aufweist, bereitgestellt. Das Verfahren kann das Folgende enthalten: Bilden einer ersten und zweiten leitfähigen Verbindung auf einem Substrat; Aufbringen von zumindest einer dielektrischen Schicht auf der ersten und zweiten leitfähigen Verbindung; und Bilden eines ersten und zweiten leitfähigen Verbindungs-Vias durch zumindest eine dielektrische Schicht zu den ersten bzw. zweiten leitfähigen Verbindungen. Das Verfahren kann auch ein Bilden eines ersten und zweiten Kontakts auf der dielektrischen Schicht, wobei der erste Kontakt mit dem ersten Verbindungs-Via verbindet und der zweiten Kontakt mit dem zweiten Verbindungs-Via verbindet, und ein Bilden einer ersten Elektrode auf dem Substrat enthalten. Ferner kann das Verfahren das Folgende enthalten: Aufbringen einer Opferschicht auf der ersten Elektrode, dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt; Bilden einer zweiten Elektrode auf der Opfer schicht; Bilden eines dritten und vierten Kontakts auf der Opferschicht; Aufbringen einer strukturellen Schicht auf der zweiten Elektrode, dem dritten Kontakt, dem vierten Kontakt und der Opferschicht; Bilden eines dritten leitfähigen Verbindungs-Vias durch die strukturelle Schicht zu der zweiten Elektrode; und Bilden eines vierten und fünften leitfähigen Verbindungs-Vias durch die strukturelle Schicht zu den dritten bzw. vierten Kontakten. Das Verfahren kann auch ein Bilden einer Elektrodenverbindung auf der strukturellen Schicht, die das dritte Verbindungs-Via kontaktiert, und ein Bilden einer Kontaktverbindung auf der strukturellen Schicht, die die vierten und fünften Vias kontaktiert, enthalten.
  • Gemäß einer siebten Ausführungsform ist eine Mikroskalenstruktur bereitgestellt. Diese Struktur kann ein Substrat und einen strukturellen dielektrischen Arm enthalten, der von dem Substrat getragen wird und obere und untere Oberflächen aufgehängt oberhalb des Substrats aufweist und ein Via aufweist, das in die oberen und unteren Flächen eindringt. Die Struktur kann auch ein erstes leitfähiges Element, das die untere Oberfläche kontaktiert, und ein zweites leitfähiges Element, das die obere Oberfläche kontaktiert und elektrisch mit dem ersten leitfähigen Element durch das Via kommuniziert, enthalten.
  • Gemäß einer achten Ausführungsform ist ein Mikroskalenschalter, der eine leitfähige Verbindung aufweist, bereitgestellt. Der Schalter kann das Folgende enthalten: ein Substrat, das eine erste leitfähige Verbindung und eine stationäre Elektrode aufweist; eine erste dielektrische Schicht, die auf der ersten leitfähigen Verbindung gebildet ist; und einen stationären Kontakt, der an der ersten dielektrischen Schicht angebracht ist und eine elektrische Kommunikation mit der ersten leitfähigen Verbindung aufweist. Der Schalter kann auch das Folgende enthalten: eine bewegliche strukturelle Schicht, die eine untere Oberfläche, die über dem ersten stationären Kontakt hängt, und eine obere Oberfläche, die der unteren Oberfläche gegenübersteht, enthält; eine bewegliche Elektrode, die an der unteren Oberfläche der strukturellen Schicht, wobei die bewegliche Elektrode durch einen ersten Spalt getrennt von der stationären Elektrode ist; und eine Elektrodenverbindung, die an der oberen Oberfläche der strukturellen Schicht angebracht ist und mit der beweglichen Elektrode für eine elektrische Kommunikation verbunden ist. Ferner kann der Schalter einen beweglichen Kontakt enthalten, der an der unteren Oberfläche der strukturellen Schicht angebracht ist, wobei der bewegliche Kontakt durch einen zweiten Spalt getrennt von dem ersten stationären Kontakt und positioniert ist, den ersten stationären Kontakt zu kontaktieren, wenn sich die strukturelle Schicht zu dem ersten stationären Kontakt hin bewegt.
  • Gemäß einer neunten Ausführungsform ist ein Verfahren zum Implementieren einer Schaltfunktion in einem Schalter, der leitfähige Verbindungen aufweist, bereitgestellt. Das Verfahren kann ein Bereitstellen eines Schalters, der leitfähige Verbindungen aufweist, enthalten. Der Schalter kann ein Substrat, das eine erste und zweite leitfähige Verbindung und eine stationäre Elektrode und erste und zweite dielektrische Schichten gebildet auf den ersten bzw. zweiten leitfähigen Verbindungen aufweist, enthalten. Der Schalter kann auch das Folgende enthalten: erste und zweite stationäre Kontakte, die an den ersten und zweiten dielektrischen Schichten jeweils angebracht sind und eine elektrische Kommunikation mit den ersten bzw. zweiten leitfähigen Verbindungen aufweisen; eine bewegliche strukturelle Schicht, die eine untere Oberfläche hängend über den ersten und zweiten stationären Kontakten und eine obere Oberfläche gegenüberliegend der unteren Oberfläche enthält; und eine bewegliche Elektrode, die an der unteren Oberfläche der strukturellen Schicht angebracht ist, wobei die bewegliche Elektrode durch einen Spalt von der stationären Elektrode getrennt ist. Das Verfahren kann auch eine Elektrodenverbindung, die an der oberen Oberfläche der strukturellen Schicht angebracht ist und mit der beweglichen Elektrode für eine elektrische Kommunikation verbunden ist, und einen beweglichen Kontakt, der an der unteren Oberfläche der strukturellen Schicht angebracht ist und positioniert ist, die ersten und zweiten stationären Kontakte zu kontaktieren, wenn sich die strukturelle Schicht zu den ersten und zweiten Kontakten hin bewegt, enthalten. Ferner kann das Verfahren ein Anlegen einer Spannung zwischen der Elektrodenverbindung und der stationären Elektrode enthalten, um die bewegliche Elektrode mit der stationären Elektrode über den Spalt zu koppeln, wobei die elastische strukturelle Schicht zu dem Substrat hin abgelenkt wird und der bewegliche Kontakt die ersten und stationären Kontakte zum Einrichten einer elektrischen Kommunikation zwischen den ersten und zweiten leitfähigen Verbindungen kontaktiert.
  • Dementsprechend ist es eine Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Vorrichtung, die einen dreischichtigen Arm aufweist, und diesbezügliche Verfahren bereitzustellen.
  • Eine Aufgabe, die oben stehend offenbart ist und die als Ganzes oder teilweise durch die MEMS-Vorrichtung mit dreischichtigem Arm und diesbezügliche, hierin beschriebene Verfahren gelöst wird, und andere Aufgabe werden offensichtlich werden, wenn die Beschreibung fortschreitet, wenn sie in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen genommen wird, wie unten stehend zweckdienlich beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1A–1V Herstellungsschritte eines Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schalters, der einen dreischichtigen Arm aufweist;
  • 2 eine Querschnittsansicht eines MEMS-Schalters, der einen dreischichtigen Arm aufweist, in einer "geschlossenen" Position; und
  • 3A–3K Herstellungsschritte einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schalters, der einen dreischichtigen Arm aufweist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Für Zwecke der Beschreibung hierin ist zu verstehen, dass dann, wenn eine Komponente, wie etwa eine Schicht oder ein Substrat, bezeichnet wird, "auf" einer anderen Komponente aufgebracht oder gebildet zu werden, diese Komponente direkt auf der anderen Komponente sein kann oder alternativ Zwischenkomponenten (beispielsweise eine oder mehrere Puffer- oder Übergangsschichten, Zwischenschichten, Elektroden oder Kontakte) ebenfalls vorhanden sein können. Überdies ist zu verstehen, dass die Ausdrücke "angeordnet auf" und "gebildet auf" austauschbar verwendet werden, um zu beschreiben, wie eine gegebene Komponente in Bezug auf eine andere Komponente positioniert oder gelegen sein kann. Deswegen ist zu verstehen, dass die Ausdrücke "angeordnet auf" und "gebildet auf" nicht irgendwelche Beschränkungen in Bezug auf bestimmte Verfahren eines Materialtransports, einer Aufbringung oder einer Herstellung einführen.
  • Kontakte, Verbindungen, leitfähige Vias und Elektroden verschiedener Metalle können durch ein Sputtern, CVD oder Verdampfung gebildet werden. Wenn Gold, Nickel, Kupfer oder PERMALLOYTM (NixFey) als das Metallelement eingesetzt wird, kann ein Elektroplattierungsprozess ausgeführt werden, um das Material zu einer gewünschten Oberfläche zu transportieren. Die chemischen Lösungen, die bei dem Elektroplattieren verschiedener Metalle verwendet werden, sind üblicherweise bekannt. Bestimmte Metalle, wie etwa Gold, können eine geeignete Zwischenadhäsionsschicht erfordern, um ein Abschälen zu verhindern. Beispiele eines Adhäsionsmaterials, das oft verwendet wird, umfassen Chrom, Titan oder eine Legierung, wie etwa Titanwolfram (TiW). Um eine interstitielle oder intergranulare Diffusion zu verhindern, können Diffusionsbarrieren zwischen unterschiedlichen Schichten erforderlich sein. Geeignete Diffusionsbarrieren umfassen Titannitrid (TiN), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Tantalnitrid (TaN) oder jedwede Kombination davon. Alternativ kann jedwede andere geeignete Diffusionsbarriere, die Fachleuten bekannt ist, verwendet werden. Beispielsweise kann Nickel als eine Diffusionsbarriere zu der Chromadhäsionsschicht verwendet werden, die entlang der Korngrenzen einer Goldmetallisierung diffundiert.
  • Herkömmliche Lithographietechniken können in Übereinstimmung mit einer Herstellung, wie etwa einem Mikrobearbeiten, der hierin beschriebenen Erfindung eingesetzt werden. Dementsprechend werden grundlegende Lithographieprozessschritte, wie etwa eine Photoresistauftragung, eine optische Belichtung und die Verwendung von Entwicklern im Detail hierin nicht beschrieben.
  • Auf ähnliche Weise können allgemein bekannte Ätzprozesse geeignet eingesetzt werden, um Material oder Bereiche von Material selektiv zu entfernen. Eine abgebildete Photoresistschicht wird üblicherweise als eine Maskenvorlage verwendet. Ein Muster kann direkt in das Volumen eines Substrats oder in einen Dünnfilm oder eine Schicht geätzt werden, die dann als eine Maske für nachfolgende Ätzschritte verwendet wird.
  • Der Typ des Ätzprozesses, der in einem bestimmten Herstellungsschritt eingesetzt wird (z.B. nass, trocken, isotrop, anisotrop, anisotrop-orientierungsabhängig), die Ätzrate und der Typ eines verwendeten Ätzmittels werden von der Zusammensetzung des zu entfernenden Materials, der Zusammensetzung jedweder zu verwendender Maskierungs- oder Ätzstoppschicht und dem Profil des zu bildenden geätzten Bereichs abhängen. Beispielsweise kann ein Polyätzen (HF:HNO3:CH3COOH) im Allgemeinen für isotropes Nassätzen verwendet werden. Hydroxide von Alkalimetallen (z.B. KOH), einfaches Ammoniumhydroxid (NH4OH), quaternäres (Tetramethyl-)Ammoniumhydroxid ((CH3)4NOH, auch kommerziell als ZMAH) und Ethylendiamin, gemischt mit Pyrochatechol in Wasser (EDP) können für anisotropes Nassätzen verwendet werden, um V-förmige oder sich verjüngende Nuten, Gräben oder Kavitäten herzustellen. Siliziumnitrid kann typischerweise als das Maskierungsmaterial gegenüber einem Ätzen durch KOH verwendet werden und kann somit in Verbindung mit dem selektiven Ätzen von Silizium verwendet werden. Siliziumdioxid wird von KOH langsam geätzt und kann somit als eine Maskierungsschicht verwendet werden, wenn die Ätzzeit kurz ist. Während KOH undotiertes Silizium ätzen wird, kann hochdotiertes (p++)-Silizium als ein Ätzstopp gegenüber KOH wie auch den anderen Alkali-Ätzmitteln und EDP verwendet werden. Siliziumoxid und Siliziumnitrid kann als Masken gegenüber ZMAH und EDP verwendet werden. Das bevorzugte Metall, das verwendet wird, um Kontakte und Verbindungen in Übereinstimmung mit der Erfindung zu bilden, ist Gold und seine Legierungen, die beständig gegenüber EDP sind. Die Adhäsionsschicht, die in Verbindung mit einem Bilden einer Goldkomponente aufgetragen wird (z.B. Chrom), ist auch beständig gegenüber EDP.
  • Allgemein bekannte Nassätzmittel können verwendet werden, um Materialien, wie etwa Kupfer, Gold, Siliziumdioxid, und Sekundärmaterialien, wie etwa Adhäsions- und Barrierenmaterialien, zu ätzen. Beispielsweise kann Gold mit einer wässrigen Lösung aus KI3 in einem Temperaturbereich von 20 bis 50°C geätzt werden. Als ein weiteres Beispiel kann Chrom (eine übliche Adhäsionsschicht) bei 25°C in einer Lösung aus Ceric-Ammoniumnitrat, Nitratsäure und H2O nass geätzt werden. Überdies kann beispielsweise Kupfer bei 25°C in einer verdünnten Lösung von Salpetersäure geätzt werden. Ein übliches Verfahren zum Ätzen von Siliziumdioxid ist mit verschiedenen wässrigen Lösungen von HF oder Lösungen von HF, die mit Ammoniumfluorid gepuffert sind.
  • Es wird erkannt werden, dass ein elektrochemisches Ätzen in einer Hydroxidlösung anstelle eines zeitlich festgelegten Nassätzens durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann, wenn ein Siliziumwafer vom p-Typ als ein Substrat verwendet wird, ein Ätzstopp durch ein epitaktisches Aufwachsen einer Siliziumendschicht von n-Typ erzeugt werden, um eine p-n-Sperrschichtdiode zu bilden. Eine Spannung kann zwischen der Schicht vom n-Typ und einer Elektrode angelegt werden, die in der Lösung angeordnet ist, um den p-n-Übergang umzupolen. Folglich wird das Volumensilizium vom p-Typ durch eine Maske herunter zu dem p-n-Übergang, stoppend bei der Schicht vom n-Typ, geätzt. Überdies sind photovoltaische und galvanische Ätzstopptechniken auch geeignet.
  • Trockenätztechniken, wie etwa Plasmaphasenätzen und reaktives Ionenätzen (RIE), können ebenfalls verwendet werden, um Silizium und seine Oxide und Nitride wie auch verschiedene Metalle zu entfernen. Tiefes reaktives Ionenätzen (DRIE) kann verwendet werden, um tiefe vertikale Gräben in Volumenschichten anisotrop zu ätzen. Siliziumdioxid wird typischerweise als eine Ätzstoppschicht gegenüber DRIE verwendet, und somit können Strukturen, die eine vergrabene Siliziumdioxidschicht enthalten, wie etwa Silizium-auf-Isolator-(SOI-)Wafer, gemäß den Verfahren der Erfindung als Startsubstrate für die Herstellung von Mikrostrukturen verwendet werden. Als ein Beispiel eines Trockenätzprozesses kann Siliziumdioxid in Chemien, die CF4 + O2, CHF3, C2F6 oder C3F8 mit sich bringen, geätzt werden. Als ein weiteres Beispiel kann Gold mit C2Cl2F4 oder C4Cl2F4 + O2 trockengeätzt werden.
  • Ein alternativer Strukturierungsprozess zu einem Ätzen ist ein Abheben. Bei dem Abhebungsprozess werden die herkömmlichen Photolithographietechniken zum Erzeugen des negativen Bildes des gewünschten Musters verwendet. Der Abhebungsprozess wird typischerweise verwendet, um Metalle zu strukturieren, die als ein kontinuierlicher Film oder als Filme aufgebracht sind, wenn Adhäsionsschichten und Diffusionsbarrieren benötigt werden. Zusätzlich kann er verwendet werden, um andere Materialien zu strukturieren. Das Metall wird auf den Bereichen zum Strukturieren und auf der Oberseite der Photoresistmaske (negatives Bild) aufgebracht. Das Photoresist und das Metall auf der Oberseite werden entfernt, um dahinter das gewünschte Muster des Metalls zu belassen.
  • Wie hierin verwendet, wird der Ausdruck "leitfähig" im Allgemeinen genommen, um sowohl leitende als auch halbleitende Materialien zu umschließen.
  • Beispiele werden nun unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben werden.
  • Unter Bezugnahme auf 1A–1V wird nun ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Schalters, der einen dreischichtigen Arm aufweist, gemäß einem Oberflächenbearbeitungsprozess der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Das Herstellungsverfahren, das hierin beschrieben ist, kann verwendet werden, um andere MEMS-Vorrichtungen, wie etwa Beschleunigungsmesser, Drucksensoren, optische Schalter, Varkatoren (variablen Kondensatoren), variable Induktoren und Phasenschieber herzustellen. Das Herstellungsverfahren kann auf MEMS-Schalter angewen det werden, die eine dreischichtige Struktur aufweisen, wobei die dreischichtige Struktur ein doppelt gehaltener Arm (angebracht an dem Substrat an zwei Enden), eine Platte/Membran (wobei die Kanten auf unterschiedliche Arten eingespannt sind, z.B. mit vier eingespannten Kanten), eine feste Platte, die durch eine Mehrzahl von konformen Haltern, wie etwa Torsionsarmen, gefalteten und nicht gefalteten Armen, und anderen Aufhängungssystemen, die Fachleuten bekannt sind, gehalten wird, sein kann. Unter Bezugnahme spezifisch auf 1A wird ein Startwafer oder -substrat 100 bereitgestellt, das vorzugsweise Silizium umfasst. Nicht-einschränkende Beispiele von Materialien zur Verwendung als ein Startsubstrat 100 umfassen Silizium (in einkristallinen, polykristallinen oder amorphen Formen), Siliziumoxynitrid, Glas, Quarz, Saphir, Zinkoxid, Aluminium, Silica oder eine der verschiedenen Gruppe-III-V-Verbindungen in entweder binären, ternären oder quaternären Formen (z.B. GaAs, InP, GaN, AlN, AlGaN, InGaAs, usw.). Die Leitfähigkeit einer Siliziumschicht kann durch ein Durchführen bekannter Verfahren eines Verunreinigungsdotierens moduliert werden. Die verschiedenen Formen von Siliziumoxiden (z.B. SiO2, andere Siliziumoxide und Silicatglas) können als strukturelle, Isolations- oder Ätzstoppschichten verwendet werden. Wie im Stand der Technik bekannt ist, können diese Oxide vorzugsweise in Fluorwasserstoffsäure (HF) geätzt werden, um gewünschte Profile zu bilden. Verschiedene Verfahren zum Hinzufügen von Oxidmaterial zu einem Substrat sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann Silizium thermisch durch ein Oxidieren von Silizium bei hohen Temperaturen in entweder Trocken- oder Nassoxidationsprozessen aufgewachsen werden. Oxide und Gläser, einschließlich Phosphosilicatglas (PSG), Borsilicatglas (BSG), Borphosphosilicatglas (BPSG, auch als Niedrigtemperaturoxid oder LTO bezeichnet), wie auch Siliziumbasierte Dünnfilme können durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) einschließlich Atmosphärendruck-CVD (APCVD), Niederdruck-CVD (LPCVD) und Niedertemperatur-Plasma-unterstütztes CVD (PECVD) wie auch durch eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), wie etwa Sputtern, oder in manchen Fällen durch einen Spin-on-Prozess ähnlich jenem, der verwendet wird, um Polymere und Photoresists abzuscheiden, aufgebracht werden. Sowohl stöchiometrisches als auch nicht stöchiometrisches Siliziumnitrid kann als ein Isolationsfilm oder als eine Maskierungsschicht in Verbindung mit einer Alkali-Ätzlösung verwendet werden, und wird üblicherweise durch ein geeignetes CVD-Verfahren aufgebracht. Wenn die Zusammensetzung des Startsubstrats 100 gewählt wird, ein leitfähiges oder halbleitendes Material zu sein, wird eine nicht-leitfähige erste dielektrische Schicht 102 auf der oberen Oberfläche des Substrats 100 oder zumindest auf Teilen der oberen Oberfläche aufgebracht, wo elektrische Kontakte oder leitfähige Bereiche gewünscht sind. Als Nächstes wird eine erste photolithographische Maskenschicht oder Opferschicht 104 auf eine gleichförmige Dicke zum Planarisieren der oberen Oberfläche der Opferschicht 104 aufgebracht.
  • Unter Bezugnahme auf die 1B–1C ist der Prozess zum Erzeugen einer ersten leitfähigen Mikrostruktur 106 über einen Abhebungs-Strukturierungsprozess veranschaulicht. In dieser Ausführungsform ist die erste leitfähige Mikrostruktur 106 eine Kreuzschienenverbindung, die geeignet zur Kommunikation mit einer anderen elektrischen Vorrichtung ist. Die leitfähige Mikrostruktur 106 verläuft in die Seite auf eine Tiefe größer als die Querschnittsbreite. Alternativ kann die erste leitfähige Mikrostruktur 106 in die Seite um eine Entfernung gleich oder weniger als ihre Querschnittsbreite verlaufen. In einer anderen Alternative kann die erste leitfähige Mikrostruktur 106 eine Masseplatte darstellen, die in sämtliche Richtungen verläuft, um die MEMS-Mikrostruktur vollständig zu unterlegen. Alternativ kann die erste leitfähige Mikrostruktur 106 die feste Platte eines stationären oder variablen Kondensators, ein Teil einer planaren Spule (kreisförmig oder rechteckig), die eine induktive Spule singulär definiert oder die ein Teil einer dreidimensionalen Spule ist, wenn sie elektrisch mit anderen Schichten verbunden ist, sein. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die erste leitfähige Mikrostruktur 100 jedwede andere geeignete leitfähige Mikrostruktur zum Leiten einer Elektrizität sein, wie sie Fachleuten bekannt ist.
  • Unter Bezugnahme spezifisch auf 1B ist eine erste photolithographische Maske wie gezeigt strukturiert. Eine erste leitfähige Schicht 108 wird auf der ersten Opferschicht 104 und dem freigelegten Teil der ersten dielektrischen Schicht 102 aufgebracht. Die erste leitfähige Schicht 108 umfasst Gold oder jedwedes geeignete leitfähige Material, das Fachleuten bekannt ist. Nicht-einschränkende Beispiele eines Aufbringens der ersten leitfähigen Schicht 108 umfassen Sputtern, Verdampfen, Elektroplattieren und jedwedes andere geeignete Verfahren, das Fachleuten bekann ist. Die erste leitfähige Schicht 108 umfasst jedwedes geeignete Adhäsionsmaterial und Diffusionsbarrierenmaterial, das Fachleuten bekannt ist. Das Adhäsionsmaterial fördert eine Adhäsion der ersten leitfähigen Schicht 108 an der ersten dielektrischen Schicht 102 und eine Adhäsion jedweder nachfolgenden dielektrischen Schichten. Die Diffusionsbarriere verhindert die Diffusion der ersten leitfähigen Schicht 108 in die erste dielektrische Schicht 102 und in nachfolgende Leiter- oder dielektrische Schichten.
  • Als Nächstes wird eine Abhebungstechnik zum Entfernen der verbliebenen ersten photographischen Maskenschicht 104 und der ersten leitfähigen Schicht 108 außer dem Teil, der die erste leitfähige Mikrostruktur 106 bildet, verwendet. Die Abhebungstechnik umfasst ein Eintauchen in ein Lösungsmittelbad, um die erste photolithographische Maskenschicht 104 und die unerwünschten Teile der ersten leitfähigen Schicht 106 zu entfernen. Somit verbleibt unter Bezugnahme auf 1C die erste leitfähige Mikrostruktur 106 gebildet auf dem Substrat 100, um die Funktion einer elektrischen Verbindung von Masse/Abschirm-Ebenen oder einer Wärmedissipation auszuführen. Andere nichteinschränkende Beispiele eines Strukturierens der ersten leitfähigen Mikrostruktur 106 umfassen Ätzen, Fräsen, Elektroplattieren, elektrodenloses Plattieren und jedwedes andere geeignete Verfahren, das Fachleuten bekannt ist.
  • Unter Bezugnahme auf 1D wird eine zweite dielektrische Schicht 110 auf der ersten dielektrischen Schicht 102 und der ersten leitfähigen Mikrostruktur 106 aufgebracht. Die zweite dielektrische Schicht 110 ist konform zu der ersten dielektrischen Schicht 102 und der ersten leitfähigen Mikrostruktur 106. Alternativ kann die erste dielektrische Schicht 102 durch jedwedes geeignete Verfahren, das Fachleuten bekannt ist, abgedeckt und planarisiert werden. Eine Einebnungstechnik, wie etwa ein chemisch-mechanisches Planarisieren (CMP), kann nach einer Aufbringung der zweiten dielektrischen Schicht 110 implementiert werden, um eine planare Oberfläche für nachfolgende Schichten bereitzustellen. Ein alternatives Einebnungsverfahren ist die Benutzung eines Spin-on-Dielektrikums, das selbstplanarisierend ist. Wie in 1D gezeigt, ist die zweite dielektrische Schicht 110 nicht planarisiert, Wenn die Oberfläche nicht planarisiert ist, wird die aufgebrachte Dicke der zweiten dielektrischen Schicht 110 die Dicke des Zwischenschicht-Dielektrikums definieren. Wenn die Oberfläche planarisiert ist, wird das Dielektrikum auf eine Dicke größer als die Dicke der ersten leitfähigen Schicht 108 und der zweiten leitfähigen Schicht 110 aufgebracht. Der CMP-Prozess kann Überschussmaterial entfernen, bis die Oberfläche planar ist und die gewünschte Zwischenschicht-Dielektrikumsdicke erreicht ist.
  • Unter Bezugnahme auf die 1E–1G ist ein Prozess zum Bilden einer Aussparung 112, um ein erstes leitfähiges Via 114 zu platzieren, und einer zweiten leitfähigen Mikrostruktur 116 veranschaulicht. In dieser Ausführungsform ist die zweite leitfähige Mikrostruktur 116 eine Kreuzschienenverbindung zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung mit einer anderen elektrischen Vorrichtung. Alternativ kann die zweite leitfähige Mikrostruktur 116 jedwede andere geeignete leitfähige Mikrostruktur sein, die Fachleuten bekannt ist. Unter Bezugnahme spezifisch auf 1E wird ein Ätz- und Strukturierungsprozess durchgeführt, um eine Aussparung 112 durch die zweite dielektrische Schicht 110 zu der ersten leitfähigen Mikrostruktur 106 zu bilden. Unter Bezugnahme nun auf 1F wird eine zweite leitfähige Schicht 118 auf der ersten leitfähigen Mikrostruktur 106 und in der Aussparung 112 zu der zweiten dielektrischen Schicht 110 aufgebracht. Somit wird die Aussparung 112 mit einem leitfähigen Material gefüllt, um das erste leitfähige Via 114 zu bilden. Das erste leitfähige Via 114 führt die Funktion einer elektrischen Verbindung mit der ersten leitfähigen Mikrostruktur 106 aus, wie detaillierter unten stehend beschrieben. In einer alternativen Ausführungsform kann eine elektrische Verbindung mit der ersten leitfähigen Mikrostruktur 106 durch ein Aufbringen eines Zapfenmetalls in die Aussparung 112 ausgeführt werden. Das Zapfenmaterial kann ein Material unterschiedlich von jenem der ersten leitfähigen Mikrostruktur 106 oder der zweiten leitfähigen Schicht 118 sein. Die zweite leitfähige Schicht 118 umfasst jedwedes geeignete Adhäsionsmaterial und Diffusionsbarrierenmaterial. Das Adhäsionsmaterial fördert eine Adhäsion der zweiten leitfähigen Schicht 108 an der zweiten dielektrischen Schicht 110 und eine Adhäsion jedweder nachfolgender dielektrischer Schichten. Die Diffusionsbarrierenschicht verhindert die Diffusion der zweiten Leiterschicht 118 in die erste Leiterschicht 108, in die zweite dielektrische Schicht 110 und in nachfolgende Leiter- oder dielektrische Schichten.
  • Unter Bezugnahme nun auf 1G ist eine zweite leitfähige Mikrostruktur 116 gezeigt, die aus einem Strukturieren und Ät zen der zweiten leitfähigen Schicht 118 gebildet ist. Die zweite leitfähige Mikrostruktur 116 führt eine elektrische Verbindung aus, wie im Detail unten stehend beschrieben. Die zweite leitfähige Mikrostruktur 116 kann in die Seite auf eine Tiefe größer als die Querschnittsbreite der zweiten leitfähigen Mikrostruktur 116 verlaufen. In dieser Ausführungsform der Kreuzschienenverbindung wird die zweite leitfähige Mikrostruktur 116 senkrecht (nach links und rechts) zu der leitfähigen Mikrostruktur 106 verlaufen. Alternativ kann die zweite leitfähige Mikrostruktur 116 in die Tiefe der Seite um einen Abstand in der Größenordnung der Querschnittsbreite verlaufen. In dieser Ausführungsform dient der Zweck der zweiten leitfähigen Mikrostruktur 116 nur zur elektrischen Verbindung zwischen der ersten leitfähigen Schicht 108 und der zweiten leitfähigen Schicht 118. In einer anderen Anwendung kann die zweite leitfähige Mikrostruktur 116 eine Masseplatte darstellen, die in sämtliche Richtungen verlaufen wird, um den MEMS-Schalter vollständig zu unterlegen. Alternativ kann die zweite leitfähige Mikrostruktur 116 die feste Platte eines stationären und variablen Kondensators oder ein Teil einer planaren Spule sein, die eine induktive Spule singulär definiert oder die ein Teil einer dreidimensionalen Spule ist, wenn sie elektrisch mit anderen Schichten verbunden wird. Überdies kann die zweite leitfähige Mikrostruktur 116 jedwede geeignete leitfähige Mikrostruktur sein, die Fachleuten bekannt ist. Der Teil des ersten leitfähigen Vias 114, das über die Oberfläche der zweiten dielektrischen Schicht 110 hinaus verläuft, wird weggeätzt.
  • In dem Prozess zum Bilden des ersten leitfähigen Vias 114 und der zweiten leitfähigen Mikrostruktur 116, der oben stehend beschrieben ist, werden die zweite leitfähige Mikrostruktur 116 und das erste leitfähige Via 114 gleichzeitig gebildet. Alternativ kann das Material für das erste leitfähige Via 114 unabhängig von der zweiten leitfähigen Mikrostruktur 116 auf gebracht werden. Der Zweck eines Aufbringens und Strukturierens des ersten leitfähigen Vias 114 besteht darin, das erste leitfähige Via 114 auf die Oberfläche der zweiten dielektrischen Schicht 110 aufzufüllen. Als Nächstes wird die zweite leitfähige Mikrostruktur 116 wie oben beschrieben aufgebracht und strukturiert. Ein alternativer Prozess zum Aufbringen und Strukturieren des ersten leitfähigen Vias 114 ist ein Damascene-Prozess. In einem Damascene-Prozess wird die zweite dielektrische Schicht 110 wie oben beschrieben planarisiert. Ein Ätz- und Strukturierungsprozess wird durchgeführt, um eine Aussparung 112 durch die zweite dielektrische Schicht 110 zu der ersten leitfähigen Mikrostruktur 106 oder einer anderen strukturierten Mikrostruktur in der ersten leitfähigen Schicht 108 zu bilden. Die Oberfläche der zweiten dielektrischen Schicht 110 ist planar außer der Aussparung 112. Die zweite leitfähige Schicht 118 wird auf der zweiten dielektrischen Schicht 110 aufgebracht. Die zweite leitfähige Schicht 118 wird auf der ersten leitfähigen Mikrostruktur 106 und in der Aussparung 112 auf die zweite dielektrische Schicht 110 aufgebracht. Die Aussparung 112 wird mit einem leitfähigen Material gefüllt, um das erste leitfähige Via 114 zu bilden. Die zweite leitfähige Schicht 118 kann durch jedwedes geeignete Verfahren planarisiert werden, das Fachleuten bekannt ist. Eine Planarisierungstechnik, wie etwa eine chemisch-mechanische Planarisierung (CMP), kann nach einer Aufbringung der zweiten leitfähigen Schicht 118 implementiert werden, um sämtliches leitfähige Material der zweiten leitfähigen Schicht 118 außer dem leitfähigen Material zu entfernen, das verbleibt, um das erste leitfähige Via 114 zu bilden. Die zweite leitfähige Mikrostruktur 116 wird wie oben beschrieben strukturiert und gebildet.
  • Unter Bezugnahme auf 1H wird eine dritte dielektrische Schicht 120 auf der zweiten dielektrischen Schicht 110, der zweiten leitfähigen Mikrostruktur 116 und dem ersten leitfähi gen Via 114 aufgebracht, um eine konforme Oberfläche zu erzeugen. Alternativ kann die Oberfläche der dritten dielektrischen Schicht 120 wie oben beschrieben planarisiert werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 1I–1K ist ein Prozess zum Erweitern des ersten leitfähigen Vias 114 und zum Bilden eines zweiten leitfähigen Vias 122 veranschaulicht. Unter Bezugnahme spezifisch auf 1 wird ein Ätz- und Strukturierungsprozess durchgeführt, um Aussparungen 124 und 126 zu bilden. Die Aussparung 124 verläuft von der oberen Oberfläche der dritten dielektrischen Schicht 120 zu der zweiten leitfähigen Mikrostruktur 116. Die Aussparung 126 verläuft von der oberen Oberfläche der dritten dielektrischen Schicht 120 zu dem ersten leitfähigen Via 114. Unter Bezugnahme auf 1J wird eine dritte leitfähige Schicht 128 auf der zweiten leitfähigen Mikrostruktur 116, dem ersten leitfähigen Via 114 und der dritten dielektrischen Schicht 120 aufgebracht. Die dritte leitfähige Schicht 128 füllt die Aussparungen 124 und 126. Unter Bezugnahme nun auf 1K wird die dritte leitfähige Schicht 128 (in 1J gezeigt) strukturiert und geätzt, um die Erweiterung zu dem ersten leitfähigen Via 114 und das zweite leitfähige Via 122 durch die oben beschriebenen Verfahren zu bilden. Das zweite leitfähige Via 122 führt die Funktion einer elektrischen Verbindung mit der zweiten leitfähigen Mikrostruktur 116 aus. Alternativ können das zweite leitfähige Via 122 und die Verbindung zu dem ersten leitfähigen Via 114 durch die Damascene-Technik, die oben beschrieben ist, oder durch jedwede andere geeignete Verfahren, die Fachleuten bekannt sind, gebildet werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 1L–1M ist ein Prozess zum Erzeugen eines ersten stationären Kontakts 130, eines zweiten stationären Kontakts 132 und einer stationären Elektrode 134 veranschaulicht. Unter Bezugnahme auf 1L wird eine leitfähige Schicht auf dem ersten leitfähigen Via 114, dem zweiten leitfähigen Via 122 und der dritten dielektrischen Schicht 120 aufgebracht. Die leitfähige Schicht ist wie oben stehend beschrieben strukturiert. Unter Bezugnahme auf 1M werden der erste stationäre Kontakt 130, der zweite stationäre Kontakt 132 und die stationäre Elektrode 134 gleichzeitig gebildet. Alternativ können der erste stationäre Kontakt 130 und der zweite stationäre Kontakt 132 der Bildung der stationären Elektrode 134 vorausgehend oder nachfolgend gebildet werden. Diese Sequenz einer Bildung wird es zulassen, dass der erste stationäre Kontakt 130 und der zweite stationäre Kontakt 132 aus unterschiedlichen leitfähigen Materialien gebildet, durch unterschiedliche Strukturierungsverfahren strukturiert oder durch unterschiedliche Aufbringungsverfahren als die stationäre Elektrode 134 aufgebracht werden. Beispielsweise kann der erste stationäre Kontakt 130 durch eine Gasphasenabscheidung und ein Ätzen gebildet werden. Alternativ können ein Via-Zapfen, ein Bolzen, ein Pfosten, eine elektrische Verbindung, Übertragungsleitungen, Wellenleiter, stationäre Betätigungselektroden, stationäre Kontaktelektroden, Elektrodenverbindungen oder jedwede andere geeignete Struktur, die Fachleuten bekannt ist, gebildet werden. Der erste stationäre Kontakt 130, ein zweiter stationärer Kontakt 132 und eine stationäre Elektrode 134 werden in diesem Prozess gleichzeitig gebildet. Alternativ können die Komponenten 130, 132 und 134 in getrennten Prozessen gebildet werden.
  • Der erste stationäre Kontakt 130, der zweite stationäre Kontakt 132 und die stationäre Elektrode 134 umfassen ein leitfähiges Material, wie etwa Gold, oder ein anderes geeignetes Metall, das Fachleuten bekannt ist. Alternativ können der erste stationäre Kontakt 130, der zweite stationäre Kontakt 132 und die stationäre Elektrode 134 einen Halbleiter, wie etwa Polysilizium, ein leitfähiges Polymer oder jedwedes andere geeignete leitfähige Material, das Fachleuten bekannt ist, umfassen. Wenn der erste stationäre Kontakt 130 und der zweite sta tionäre Kontakt 132 aus einem anderen Material als die stationäre Elektrode 134 ausgeführt sind, wird die stationäre Elektrode 134 vorzugsweise aus einer viel niedrigeren Leitfähigkeit ausgeführt. Der erste stationäre Kontakt 130 und der zweite stationäre Kontakt 132 sollten aus einem Material mit sehr hoher Leitfähigkeit, wie etwa Kupfer, Aluminium, Gold, oder ihren Legierungen oder Mischungen bestehen.
  • Unter Bezugnahme auf 1N wird eine erste Opferschicht 136 auf eine gleichförmige Dicke aufgebracht, so dass ihre obere Oberfläche vorzugsweise planarisiert ist. Die erste Opferschicht 136 definiert den Spalt zwischen den Komponenten 130, 132 und 134 und einer dreischichtigen Armstruktur, die darauf zu bilden ist, wie im Detail unten stehend beschrieben. Die erste Opferschicht 136 umfasst ein Polymer. Alternativ kann die erste Opferschicht 136 ein Metall, ein Halbleiter, ein Dielektrikum oder jedwedes andere geeignete Material sein, das Fachleuten bekannt ist, derart, dass die Entfernungschemie zu den anderen elektrischen und strukturellen Materialien kompatibel ist. Primär definiert die erste Opferschicht 136 den Spalt zwischen Komponenten auf dem Substrat 100 und der dreischichtigen Armstruktur. Alternativ kann ein leitfähiges Material elektrische Verbindungen, Übertragungsleitungen, Wellenleiter, stationäre Kondensatorplatten oder stationäre Induktorelemente bilden. Alternativ kann eine dielektrische oder Polymer-Opferschicht, um ein Zwischenschicht-Dielektrikum zu definieren, um eine Kapazität zwischen stationären Kondensatorplatten zu erhöhen, um eine Isolation zwischen stationären Elektroden zu erhöhen, als eine mechanische Halterung oder ein Federelement für die dreischichtige Armstruktur verwendet werden. In diesen Ausführungsformen wird die erste Opferschicht 136 vorzugsweise durch Schichten der dreischichtigen Armstruktur während der Freigabeätzung, die detaillierter unten stehend beschrieben ist, geschützt.
  • Unter Bezugnahme auf die 1O–1P ist ein Prozess zum Erzeugen einer beweglichen Elektrode 138 veranschaulicht. Unter Bezugnahme auf 1O wird eine vierte leitfähige Schicht 140 auf der ersten Opferschicht 136 aufgebracht. Die vierte leitfähige Schicht 140 ist wie oben stehend beschrieben strukturiert. Unter Bezugnahme auf 1B wird die bewegliche Elektrode 138 gebildet. Die bewegliche Elektrode 138 umfasst ein leitfähiges Material, wie etwa Gold, oder jedwedes andere geeignete Metall. Alternativ kann die bewegliche Elektrode 138 einen Halbleiter, wie etwa Polysilizium, ein leitfähiges Polymer oder jedwedes andere geeignete leitfähige Material, das Fachleuten bekannt ist, umfassen. Alternativ kann die vierte leitfähige Schicht 140 strukturiert werden, um eine bewegliche Kontaktelektrode, eine bewegliche Kontaktschiene, eine bewegliche Platte eines variablen Kondensators, einen beweglichen Induktor eines variablen Induktors, ein Teil einer Luftbrücken-Übertragungsleitung/eines Wellenleiters, elektrische Verbindungen, Elektrodenverbindungsschichten, ein Strukturelement der dreischichtigen Armstruktur und ein Teil der Anbringung zwischen der unten beschriebenen strukturellen Schicht und dem Substrat 100 zu bilden.
  • Unter Bezugnahme auf die 1Q–1R ist ein Prozess zum Erzeugen einer strukturellen Schicht 142 zum Bereitstellen einer Struktur für den Arm und zum Anbringen des Arms an dem Substrat 100 veranschaulicht. Unter Bezugnahme spezifisch auf 1Q wird eine erste Opferschicht 136 strukturiert und auf die dritte dielektrische Schicht 120 (trocken oder nass) durchgeätzt, wie gezeigt, um eine Struktur zu bilden, um den Arm an dem Substrat 100 anzubringen und den Arm oberhalb der Komponenten 130, 132 und 134 aufzuhängen. Alternativ kann die erste Opferschicht 136 durch andere geeignete Verfahren strukturiert werden, die Fachleuten bekannt sind, wie etwa ein Abheben, ein Elektroplattieren, ein elektronenloses Plattieren, eine Photobelichtung und eine Veraschung. Primär definiert das Strukturieren der ersten Opferschicht 136 den Ort des Anbringungsteils der dreischichtigen Armstruktur an dem Substrat 100. Alternativ wird die erste strukturelle Schicht 142 strukturiert, um Isolationsgrenzflächen für elektrische Verbindungen, Übertragungsleitungen, Wellenleiter, stationäre Kondensatorplatten, stationäre Induktorelemente oder Zwichenschichtdielektrika zu bilden. Unter Bezugnahme auf 1R wird die strukturelle Schicht 142 auf der dritten dielektrischen Schicht 120, der ersten Opferschicht 136 und der beweglichen Elektrode 138 aufgebracht. Die strukturelle Schicht 142 umfasst vorzugsweise Siliziumdioxid, das durch Sputtern, Verdampfung, Spin-on-Oxidationen und andere geeignete Verfahren, die Fachleuten bekannt sind, aufgebracht werden kann. Alternativ kann die strukturelle Schicht 142 Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Aluminiumoxid, Polymere oder jedwedes andere geeignete, nicht-leitfähige, elastische Material, das Fachleuten bekannt ist, umfassen. Die strukturelle Schicht 142 ist elastisch und stellt eine gewünschte Isolation zwischen den stationären Kontakten 130 und 132 und den Kontakten auf dem Arm bereit, wie unten stehend beschrieben. Überdies stellt die strukturelle Schicht 142 eine Isolation zwischen der stationären Elektrode 134 und den beweglichen Elektroden auf dem Arm bereit, wie unten stehend beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf die 1S–1U ist ein Prozess zum gleichzeitigen Erzeugen der folgenden leitfähigen Mikrostrukturen veranschaulicht: ein erster beweglicher Kontakt 144, ein zweiter beweglicher Kontakt 146, eine erste Zwischenverbindung 148, eine zweite Zwischenverbindung 150, eine Elektrodenverbindung 152, eine dritte Verbindung 154 und eine elektrische Verbindung 156. Vorzugsweise betragen die Dimensionen der beweglichen Elektrode 138 180 × 350 Mikron. Alternativ kann die bewegliche Elektrode 138 jedwede anderen geeigneten Dimensionen aufweisen. Diese Dimensionen werden durch eine gewünschte Funktionalität und Herstellungsanforderungen bestimmt. Vor zugsweise betragen die Dimensionen der Elektrodenverbindung 152 180 × 350 Mikron. Unter Bezugnahme spezifisch auf 1S werden Aussparungen 158, 160 und 162 in die strukturelle Schicht 142 geätzt. Zusätzlich wird eine Aussparung 164 in die strukturelle Schicht 142 geätzt. Eine Aussparung 158 wird strukturiert und durch die strukturelle Schicht 142 und in die erste Opferschicht 136 zum Bilden der ersten Verbindung 148 und des ersten beweglichen Kontakts 144 geätzt. Der erste bewegliche Kontakt 144 und der zweite bewegliche Kontakt 146 umfassen ein Material, wie etwa Kupfer, Gold, Aluminium, ihre Legierungen oder Zusammensetzungen oder jedwedes andere geeignete Material, das Fachleuten bekannt ist.
  • Die Aussparung 158 wird in die erste Opferschicht 136 geätzt, so dass der erste bewegliche Kontakt 144 über die strukturelle Schicht 142 hinaus verläuft. Eine Aussparung 160 wird strukturiert und durch die strukturelle Schicht 142 und in die erste Opferschicht 136 zum Bilden einer zweiten Verbindung 150 und des zweiten beweglichen Kontakts 146 geätzt. Die Aussparung 160 wird in die erste Opferschicht 136 geätzt, so dass der zweite bewegliche Kontakt 146 über die strukturelle Schicht 142 hinaus verläuft. Eine Aussparung 162 wird strukturiert und durch die strukturelle Schicht 142 zum Bilden einer dritten Verbindung 154 zu der beweglichen Elektrode 138 geätzt. Eine Aussparung 164 wird strukturiert und durch die strukturelle Schicht 142 geätzt, um ein aufgehängtes Ende des Arms und die nicht-eingespannte Seite des Arms zu bilden. Die Aussparungen 158, 160, 162 und 164 können durch einen Trocken- oder Nassätzprozess geätzt und durch jedwede geeignete Verfahren, die Fachleuten bekannt sind, strukturiert werden. Die gleichzeitige Herstellung der Aussparungen 158, 160, 162 und 164 stellt eine Vereinfachung des Gesamtprozesses relativ zu der Anzahl von Photolithographieschritte und Maskenschichten bereit. Alternativ kann es vorteilhaft sein, Aussparungen 160, 162 und 164 durch die strukturelle Schicht 142 und in die erste Opfer schicht 136 zu bilden, um die erste Verbindung 148 und den ersten beweglichen Kontakt 144 zu bilden. Die Bildung der Aussparungen 160, 162 und 164 durch die strukturelle Schicht 142 erfordert einen anderen Prozess als die Bildung in die erste Opferschicht 136. Zusätzlich kann die Aussparung 164 in einem weiteren Schritt gebildet werden, weil es nur erforderlich ist, dass sie durch die strukturelle Schicht 142 und nicht die erste Opferschicht 136 gebildet wird. Zusätzlich kann die Aussparung durch ein Strukturieren und Ätzen der strukturellen Schicht 142 an dem freien Ende des Arms und entlang der Seiten gebildet werden, aber nicht an dem Teil der strukturellen Schicht, die an dem Substrat 100 festhängt. Die Sequenz der alternativen Schritte muss durch Einfachheit und Kompatibilität bestimmt sein. Alternativ können der erste bewegliche Kontakt 144 und der zweite bewegliche Kontakt 146 durch eine weitere Struktur in der vierten leitfähigen Schicht 140 gebildet werden. Alternativ können der erste bewegliche Kontakt 144 und der zweite bewegliche Kontakt 146 in der ersten Opferschicht 136 strukturiert und gebildet werden. Zusätzlich kann eine Struktur in der vierten leitfähigen Schicht 140 mit der Struktur für den ersten beweglichen Kontakt 144 und den zweiten beweglichen Kontakt 146, wie sie in der ersten Opferschicht 136 gebildet sind, übereinstimmen. Der erste bewegliche Kontakt 144 und der zweite bewegliche Kontakt 146 können durch Verfahren, die Fachleuten bekannt sind, strukturiert und gebildet werden.
  • Die beweglichen Kontakte 144 und 146 sind erforderlich, um eine elektrische Kommunikation zwischen dem ersten stationären Kontakt 130 und dem zweiten stationären Kontakt 132 einzurichten. Die elektrische Kommunikation wird eingerichtet, wenn die erste bewegliche Elektrode in nächster Nähe zu dem ersten stationären Kontakt 130 ist und wenn der zweite bewegliche Kontakt in nächster Nähe zu dem ersten stationären Kontakt 130 ist. Die elektrische Kommunikation wird durch einen Pfad ver vollständigt, der den ersten stationären Kontakt 130, den ersten beweglichen Kontakt 144, die erste Verbindung 148 (die elektrische Verbindung, die unten stehend detaillierter beschrieben ist), die zweite Verbindung 150 (die elektrische Verbindung, die unten stehend detaillierter beschrieben ist) und den zweiten beweglichen Kontakt 146 enthält. Der erste bewegliche Kontakt 144 und der zweite bewegliche Kontakt 146 sind in der Ebene des Querschnitts gezeigt, wobei der erste bewegliche Kontakt 144 am nächsten zu dem freien Ende des Arms und dem zweiten beweglichen Kontakt 146 ist. In dieser Ausführungsform richtet der erste bewegliche Kontakt 144 einen Kontakt mit dem ersten stationären Kontakt 130 ein, und dann richtet der zweite bewegliche Kontakt 146 einen Kontakt mit dem zweiten stationären Kontakt 132 ein. Alternativ weist die primäre Konfiguration den ersten beweglichen Kontakt 144 und den zweiten beweglichen Kontakt 146 an der gleichen Position entlang der Länge des Arms angeordnet auf. In dieser Konfiguration sind der erste bewegliche Kontakt 144 und der zweite bewegliche Kontakt 146 relativ zueinander getrennt, wie in 1U gezeigt. Die beweglichen Kontakte 144 und 146 richten einen Kontakt mit den stationären Kontakten 130 bzw. 132 ein.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind ein einziger beweglicher Kontakt und ein stationärer Kontakt vorhanden. In dieser Ausführungsform arbeitet der zweite bewegliche Kontakt als ein statischer Kontakt an dem festen Ende des Arms. Der statische Kontakt richtet eine elektrische Verbindung über ein Via in der strukturellen Schicht 142 zu dem zweiten beweglichen Kontakt 146 an dem festen Ende des Arms ein. In dieser Ausführungsform wird die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten beweglichen Kontakt 146 und dem statischen Kontakt die Länge des Arms von dem Ort des zweiten beweglichen Kontakts 146 an dem freien Ende des Arms zu dem statischen Kontakt an dem festen Ende des Arms traversieren.
  • Unter Bezugnahme auf 1T wird eine fünfte leitfähige Schicht 166 auf der ersten Opferschicht 166 und der strukturellen Schicht 142 aufgebracht. Die fünfte leitfähige Schicht 166 wird durch ein Verfahren, wie es oben beschrieben ist, strukturiert.
  • Unter Bezugnahme auf 1U werden die Elektrodenverbindung 152 und die elektrische Verbindung 156 gebildet. Die Elektrodenverbindung 152 ist eine strukturelle Anpassung an die bewegliche Elektrode 138. In einer Alternative sind die Geometrie und Dimensionen der Elektrodenverbindung 152 und der beweglichen Elektrode 138 exakt angepasst. Das exakte Anpassen dieser Strukturen stellt eine bessere Robustheit gegenüber einer Filmspannungs- und Temperatur-induzierten Deformation des Arms bereit. In einer weiteren Alternative zum Erreichen einer ähnlichen Robustheit gegenüber einer Filmspannungs- und Temperaturinduzierten Armdeformation sind die Elektrodenverbindung 152 und die bewegliche Elektrode 138 ausgelegt, strukturell ähnlich, aber geometrisch und dimensionsmäßig unterschiedlich zu sein. Das strukturelle Ansprechverhalten der Elektrodenverbindung 152 ist ausgelegt, ähnlich der beweglichen Elektrode 138 zu sein, um die Wirkungen und Variationen aufgrund der Filmspannungen und der Temperatur unabhängig von der Geometrie- und Dimensionsanpassung zu minimieren. Wie gezeigt, verbindet die elektrische Verbindung 164 den ersten beweglichen Kontakt 144 und den zweiten beweglichen Kontakt 146 über die erste Verbindung 148 und die zweite Verbindung 150. Die Elektrodenverbindung 152 stellt eine elektrische Verbindung mit einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) über die elektrische Verbindung 164 bereit. Die bewegliche Elektrode 138 ist mit einer elektrischen Verbindung zu der Spannungsquelle über eine weitere elektrische Verbindung (nicht gezeigt) versehen.
  • Unter Bezugnahme auf 1V ist der letzte Schritt beim Herstellen des MEMS-Schalters veranschaulicht. In diesem Schritt wird die erste Opferschicht 136 entfernt, um einen dreischichtigen Arm zu bilden, allgemein mit 168 bezeichnet. Die erste Opferschicht 136 kann durch jedwedes geeignete Verfahren, das Fachleuten bekannt ist, entfernt werden.
  • Der MEMS-Schalter ist in einer "geöffneten" Position gezeichnet, wobei ein Spalt zwischen dem ersten beweglichen Kontakt 144 und dem ersten stationären Kontakt 130 und zwischen dem zweiten beweglichen Kontakt 146 und dem zweiten stationären Kontakt 132 existiert. In der "geöffneten" Position ist keine elektrische Verbindung zwischen dem ersten beweglichen Kontakt 144 und dem ersten stationären Kontakt 130 und zwischen dem zweiten beweglichen Kontakt 146 und dem zweiten stationären Kontakt 132 eingerichtet. Eine Bewegung des MEMS-Schalters in eine "geschlossene" Position kann durch Anlegung einer Spannung über der stationären Elektrode 134 und der elektrischen Verbindung 156 über eine Spannungsquelle bewirkt werden. Die Spannungsquelle kann elektrisch mit der stationären Elektrode 134 und der elektrischen Verbindung 156 durch ein geeignetes Verfahren, das Fachleuten bekannt ist, elektrisch verbunden werden. Die bewegliche Elektrode 138 wird durch eine Spannungsanlegung aufgrund der elektrischen Verbindung der beweglichen Elektrode 138 über die Elektrodenverbindung 152, die dritte Verbindung 154 und die elektrische Verbindungseinheit 156 betätigt. Wenn die Spannung angelegt wird, wird eine gleiche und entgegengesetzte Ladung auf der stationären Elektrode 134 an der beweglichen Elektrode 138 erzeugt. Die Ladungsverteilung auf den gegenüberliegenden Elektroden erzeugt eine elektrostatische Kraft, die durch elastische Kräfte des nun deformierten Arms ausgeglichen wird. Wenn die Spannung erhöht wird, nimmt die Ladung auf eine nicht-gleichförmige und nichtlineare Weise über der Oberfläche des Arms zu, bis ein Instabilitätspunkt erreicht ist. Der Stabilitätspunkt ist durch die Unfähigkeit der elastischen Kräfte definiert, ein Gleichgewicht mit den elektrostatischen Kräften aufrechtzuerhalten, und der Arm schnappt um, um einen Kontakt einzurichten. An diesem Punkt kann die Spannung fortgesetzt erhöht werden, wodurch die Kontaktkraft erhöht wird und der Kontaktwiderstand bis zu der Grenze der Isolationsgrenzen des Arms verringert wird. Die Isolationsgrenzen sind durch einen dielektrischen Durchbruch, eine Gasentladung oder -durchbruch oder einen elastischen Durchbruch definiert, wobei der Arm ein zweites Mal umschnappt, um die Elektroden kurzzuschließen. Verfahren, die Fachleuten bekannt sind, können angewandt werden, um diese Isolation zu maximieren. Alternativ kann die Spannung verringert werden, bis die Freigabespannung erreicht wird, wobei der Arm weg von dem Substrat schnappt, um die Kontakte zu "öffnen". Die Freigabespannung ist typischerweise geringer als die Anziehspannung, die eine Schließung der Kontakte bestimmte. Eine monotone Erweiterung der Spannungszeitfunktion ist nicht erforderlich, um diesen Betrieb zu erleichtern, derart, dass der Schalter ziemlich unmittelbar arbeitet. Die elektrische Verbindung 156 und die stationäre Elektrode 134 sind in einer strukturellen Ähnlichkeit ausgelegt, so dass der Arm in der "geöffneten" Position weitgehend flach ist. Zusätzlich verbessert die strukturelle Ähnlichkeit das Betriebsverhalten gegenüber einer Temperatur wegen dem thermomechanischen Ausgleich über dem Arm.
  • Unter Bezugnahme auf 2 ist der hergestellte MEMS-Schalter in einer "geschlossenen" Position gezeigt, wobei der erste bewegliche Kontakt 144 den stationären Kontakt 130 kontaktiert und der zweite bewegliche Kontakt 146 den zweiten stationären Kontakt 152 kontaktiert. Somit ist in der "geschlossenen" Position eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten beweglichen Kontakt 144 und dem ersten stationären Kontakt 130 und zwischen dem zweiten beweglichen Kontakt 146 und dem zweiten stationären Kontakt 132 eingerichtet. Zusätzlich ist eine elektrische Verbindung zwischen der ersten leitfähigen Mikrostruktur 106 und der zweiten leitfähigen Mikrostruktur 116 durch die Konfiguration der Komponenten 148, 150 und 164 eingerichtet. Der MEMS-Schalter wird in eine "geöffnete" Position zurückgebracht, wenn die Spannung, die über der beweglichen Elektrode 138 und der stationären Elektrode 134 angelegt ist, ausreichend verringert wird, derart, dass die Rückstellkraft der strukturellen Schicht 142 den Arm 168 in eine natürliche Position zurückbringt.
  • Unter Bezugnahme auf die 3A–3K wird nun eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Schalters, der einen dreischichtigen Arm aufweist, gemäß einem Oberflächenmikrobearbeitungsprozess der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Unter Bezugnahme spezifisch auf 3A ist ein Substrat 300 bereitgestellt. Das Substrat 300 umfasst Silizium. Alternativ kann das Substrat 300 jedwedes andere geeignete Material, das Fachleuten bekannt ist, umfassen. Wenn die Zusammensetzung des Substrats 300 gewählt wird, ein leitfähiges oder halbleitendes Material zu sein, wird eine nichtleitfähige erste dielektrische Schicht 302 auf der oberen Oberfläche des Substrats 300 oder zumindest einem Teil der oberen Oberfläche aufgebracht, wo elektrische Kontakte oder leitfähige Bereiche erwünscht sind.
  • Unter Bezugnahme auf 3B–3C ist ein Prozess zum Erzeugen eines stationären Kontakts 304 an einer stationären Elektrode 306 veranschaulicht. Unter Bezugnahme auf 3B wird eine erste leitfähige Schicht 308 auf der ersten dielektrischen Schicht 302 aufgebracht. Die erste leitfähige Schicht 308 ist wie oben beschrieben strukturiert. Unter Bezugnahme auf 3C werden der stationäre Kontakt 304 und die stationäre Elektrode 306 gleichzeitig gebildet. Alternativ können der stationäre Kontakt 304 und die stationäre Elektrode 306 in getrennten Prozessen gebildet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 3D wird eine Opferschicht 310 auf eine gleichförmige Dicke aufgebracht, derart, dass ihre obere Oberfläche vorzugsweise planarisiert ist. Die Opferschicht 310 definiert den Spalt zwischen dem stationären Kontakt 304 und der stationären Elektrode 306 und einer dreischichtigen Armstruktur, wie im Detail unten stehend beschrieben. Die Opferschicht 310 umfasst ein Polymer. Alternativ kann die Opferschicht 310 ein Metall, ein Dielektrikum oder jedwedes andere geeignete Material, das Fachleuten bekannt ist, umfassen, derart, dass die Entfernungschemie kompatibel zu den anderen elektrischen und strukturellen Materialien ist.
  • Alternativ kann die Opferschicht 310 derart strukturiert und geätzt werden, dass Kontakthöcker unterhalb von Strukturen ausgespart sind, die auf der Unterseite der Armstruktur gebildet sind, oder um eine größere Struktur zu bilden, die ausgespart ist. Alternativ können die Aussparungen durch andere geeignete Mittel, wie sie Durchschnittsfachleuten bekannt sind, gebildet werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 3E–3F ist ein Prozess zum Erzeugen eines beweglichen Kontakts 312 und einer beweglichen Elektrode 314 veranschaulicht. Unter Bezugnahme auf 3E werden Nuten 316, 318 und 320 in die Opferschicht 310 geätzt. Die Nuten 316 und 318 werden in die Opferschicht 310 für den beweglichen Kontakt 312 bzw. die bewegliche Elektrode 314 geätzt. Die Nut 320 wird zum Bilden einer Struktur gebildet, um den Arm an dem Substrat 300 anzubringen und den Arm oberhalb der Komponenten 304 und 306 aufzuhängen. Unter Bezugnahme auf 3F wird eine leitfähige Schicht auf der Opferschicht 310 aufgebracht, bis die Nuten 316 und 318 gefüllt sind. Als Nächstes wird die leitfähige Schicht wie oben beschrieben strukturiert, um den beweglichen Kontakt 312 und die bewegliche Elektrode 314 zu bilden.
  • Unter Bezugnahme auf 3G wird eine strukturelle Schicht 322 auf den beweglichen Kontakt 312, der beweglichen Elektrode 314, der Opferschicht 310 und der ersten dielektrischen Schicht 302 aufgebracht. Die strukturelle Schicht 322 umfasst in dieser Ausführungsform ein Oxid.
  • Unter Bezugnahme auf 3H–3J ist ein Prozess zum gleichzeitigen Erzeugen der folgenden leitfähigen Mikrostrukturen gezeigt: eine Kontaktverbindung 324, eine Elektrodenverbindung 326 und Verbindungs-Vias 328 und 330. Unter Bezugnahme spezifisch auf 3H werden Aussparungen 332 und 334 in die strukturelle Schicht 322 zum Bilden von Verbindungs-Vias 328 bzw. 330 geätzt. Die Aussparungen 332 und 334 werden durch die strukturelle Schicht 322 zu dem beweglichen Kontakt 312 und der beweglichen Elektrode 314 geätzt.
  • Unter Bezugnahme nun auf 3I wird eine zweite leitfähige Schicht 336 auf der strukturellen Schicht 322 und in die Aussparungen 332 und 334 wie gezeigt zum Bilden einer elektrischen Verbindung von dem beweglichen Kontakt 312 und der beweglichen Elektrode 314 zu der oberen Oberfläche der strukturellen Schicht 322 aufgebracht. Als Nächstes wird die zweite leitfähige Schicht 336 zum Bilden der Kontaktverbindung 324 und der Elektrodenverbindung 326 strukturiert, wie in 3J gezeigt. Verbindungs-Vias 328 und 330 können durch eine weitere leitfähige Schicht gebildet werden, die der Aufbringung der zweiten leitfähigen Schicht 336, die oben beschrieben ist, vorausgeht.
  • Der stationäre Kontakt 304, die stationäre Elektrode 302, der bewegliche Kontakt 312, die bewegliche Elektrode 314, die Elektrodenverbindung 326, die Kontaktverbindung 324 und die Verbindungs-Vias 328 und 330 umfassen in dieser Ausführungsform ein Metall. Vorzugsweise werden die bewegliche Elektrode 314 und die Elektrodenverbindung 326 aus dem gleichen Material hergestellt und gleich dimensioniert, um zwei Funktionen auszuführen. Zunächst wird ein mechanischer Ausgleich auf beiden Seiten der strukturellen Schicht 322 bereitgestellt. Dieser mechanische Ausgleich wird wegen der elastischen Symmetrie bereitgestellt, weil die Filme auf die gleiche Weise aufgebracht werden, um ein symmetrisches Spannungsfeld zu erzeugen, und weil die thermischen Ausdehnungseigenschaften symmetrisch sind. Die elastische Symmetrie wird durch eine Verwendung des gleichen Materials und durch eine Verwendung der gleichen Dimensionen bewahrt. Das symmetrische Spannungsfeld wird durch ein Aufbringen der gleichen Materialien unter Verwendung des gleichen Prozesses und der gleichen Dicken erzeugt. Die symmetrischen thermischen Ausdehnungseigenschaften minimieren jedwede Variation in dem Schaltbetrieb bezüglich einer Temperatur, weil das gleiche Material auf jeder Seite der strukturellen Schicht 322 ist. Dies bedeutet, dass jedwede funktionelle Variation, die von dem MEMS-Schalter aufgezeigt wird, primär von der Prozessvariation abhängt, die durch eine geeignete Optimierung der Auslegung in dem Prozess minimiert werden kann. Zweitens wird die Stromtragfähigkeit des Kontakts unterstützt. Es ist zweckmäßig, dass der dreischichtige Arm das Metall gleichen Typs aufweist, das durch den gleichen Prozess aufgebracht ist, in der gleichen Geometrie strukturiert ist und auf die gleiche Dicke aufgebracht ist, aber die Verwendung unterschiedlicher Materialien könnte mit einer geeigneten Auslegung und Charakterisierung erreicht werden. Um die Frage einer Kontaktadhäsion, eines Kaltschweißens oder Heißschweißens anzugehen, könnten der stationäre Kontakt 304, die stationäre Elektrode 306, die bewegliche Elektrode 314, der bewegliche Kontakt 312, die Elektrodenverbindung 326, die Kontaktverbindung 324 und die Verbindungs-Vias 328 und 330 unterschiedliche Materialien oder unterschiedliche Legierungen der gleichen Materialien sein. Die Materialauswahl minimiert einen Kontaktwiderstand und Fehler, wie etwa Reibung.
  • Unter Bezugnahme auf 3K ist der letzte Schritt beim Herstellen des MEMS-Schalters veranschaulicht. In diesem Schritt wird die Opferschicht 310 entfernt, um einen dreischichtigen Arm zu bilden, allgemein mit 338 bezeichnet. Die Opferschicht 310 kann durch jedwedes geeignete Verfahren, das Fachleuten bekannt ist, entfernt werden.
  • Der MEMS-Schalter ist in einer "geöffneten" Position veranschaulicht. In einer "geschlossenen" Position wird der Arm 338 zu dem Substrat 300 hin abgelenkt, und der bewegliche Kontakt 312 kontaktiert den stationären Kontakt 304. Wie oben beschrieben, kann eine Spannung über der Elektrodenverbindung 326 und der stationären Elektrode 306 zum Bewegen des MEMS-Schalters in eine "geschlossene" Position angelegt werden.
  • Es ist zu verstehen, dass verschiedene Details der Erfindung geändert werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Schalterausführungsformen, die oben stehend beschrieben sind, können auf Auslegerarme, doppelt gehaltene Arme, Platten oder andere Schaltergeometrien eines bekannten Typs, die Fachleuten bekannt sind, angewandt werden. Überdies dient die voranstehende Beschreibung nur dem Zweck einer Veranschaulichung und nicht dem Zweck einer Beschränkung – wobei die Erfindung durch die Ansprüche definiert ist.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Herstellen eines dreischichtigen Arms, mit den Schritten: (a) Aufbringen einer Opferschicht (136) auf einem Substrat (100); (b) Aufbringen einer ersten leitfähigen Schicht (140) auf der Opferschicht; (c) Bilden einer ersten leitfähigen Mikrostruktur (138) durch Entfernen eines Teils der ersten leitfähigen Schicht; (d) Aufbringen einer strukturellen Schicht (142) auf der ersten leitfähigen Mikrostruktur (138) und der Opferschicht (136); (e) Bilden eines Vias (162) durch die strukturelle Schicht (142) zu der ersten leitfähigen Mikrostruktur (138); (f) Aufbringen einer zweiten leitfähigen Schicht (166) auf der strukturellen Schicht (142) und dem Via (162); (g) Bilden einer zweiten leitfähigen Mikrostruktur (152) durch Entfernen eines Teils der zweiten leitfähigen Schicht (166), wobei die zweite leitfähige Mikrostruktur (152) elektrisch mit der ersten leitfähigen Mikrostruktur (138) durch das Via (162) gekoppelt ist; und (h) Entfernen eines ausreichenden Anteils der Opferschicht (136), so dass die erste leitfähige Mikrostruktur (138) von dem Substrat (100) getrennt wird, wobei die strukturelle Schicht (142) durch das Substrat (100) an einem ersten Ende getragen wird und frei über dem Substrat (100) an einem gegenüberliegenden zweiten Ende schwebt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat (100) aus einem der Materialien ausgewählt ist: Silizium, Siliziumoxid, Glas, Quarz, Saphir, Zinkoxid, Aluminium, Gruppen III-V-Verbindungen und Legierungen der Materialien.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste leitfähige Mikrostruktur (138) aus einem Material zusammengesetzt ist, das Gold und/oder Nickel und/oder Eisen und/oder Aluminium und/oder deren Legierungen aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite leitfähige Mikrostruktur (152) aus einem Material gebildet ist, das aus Gold und/oder Nickel und/oder Eisen und/oder deren Legierungen besteht.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die strukturelle Schicht (142) aus einem Material gebildet ist, das Polysilizium und/oder Siliziumnitrid und/oder Siliziumdioxid und/oder Siliziumkarbid und/oder Aluminium und/oder deren Legierungen aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste leitfähige Mikrostruktur (138) und die zweite leitfähige Mikrostruktur (152) im Wesentlichen die gleiche Form und die gleichen Abmessungen aufweisen.
  7. Mikroskopischer Schalter, der eine leitfähige Verbindung aufweist, wobei der Schalter aufweist: (a) ein Substrat (100), das eine erste leitfähige Verbindung (106) und eine erste stationäre Elektrode (134) aufweist; (b) eine erste dielektrische Schicht (110), die auf der ersten leitfähigen Verbindung (106) gebildet ist; (c) einen ersten stationären Kontakt (132), der an der ersten dielektrischen Schicht (110) angeordnet ist und eine elektrische Kopplung mit der ersten leitfähigen Verbindung (106) aufweist; (d) eine bewegliche strukturelle Schicht (168), die eine untere Oberfläche beinhaltet, die über dem ersten stationären Kontakt schwebt und eine obere Oberfläche, die der un teren Oberfläche gegenüberliegt; (e) eine bewegliche Elektrode (138), die an der unteren Oberfläche der strukturellen Schicht angeordnet ist, wobei die bewegliche Elektrode von der stationären Elektrode durch einen ersten Spalt beabstandet ist; (f) eine Elektrodenverbindung (152), die an der oberen Oberfläche der strukturellen Schicht angeordnet ist und mit der beweglichen Elektrode der elektrischen Kopplung verbunden ist; und (g) ein beweglicher Kontakt (156), der an der unteren Oberfläche der strukturellen Schicht angeordnet ist, wobei der bewegliche Kontakt von dem ersten stationären Kontakt durch einen zweiten Spalt getrennt ist und angeordnet ist, um den ersten stationären Kontakt zu kontaktieren, wenn die strukturelle Schicht sich zu dem ersten stationären Kontakt bewegt.
  8. Schalter nach Anspruch 7, der ferner eine Kontaktverbindung (150) aufweist, die auf der oberen Oberfläche der strukturellen Schicht gebildet ist und elektrisch mit dem beweglichen Kontakt gekoppelt ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, der ferner beinhaltet: (a) eine zweite leitfähige Verbindung (116), die an dem Substrat angeordnet ist; (b) eine zweite dielektrische Schicht (120), die auf der zweiten leitfähigen Verbindung gebildet ist; und (c) einen zweiten stationären Kontakt (130), der an der zweiten dielektrischen Schicht angeordnet ist, der eine elektrische Kopplung mit der zweiten leitfähigen Verbindung aufweist und der zum Kontaktieren des beweglichen Kontakts gleichzeitig mit dem ersten stationären Kontakt, wenn die strukturelle Schicht sich zu dem ersten stationären Kontakt bewegt, angeordnet ist, wobei die erste und die zweite leitfähige Verbindung elektrisch durch den beweglichen Kon takt und den ersten und zweiten stationären Kontakt gekoppelt sind.
  10. Schalter nach Anspruch 9, der ferner eine Kontaktverbindung (148) aufweist, die auf der oberen Oberfläche der strukturellen Schicht gebildet ist und elektrisch mit dem beweglichen Kontakt gekoppelt ist.
  11. Schalter nach Anspruch 10, wobei der bewegliche Kontakt einen ersten und zweiten Kontaktteil (144, 146) aufweist, der an der Kontaktverbindung angeordnet ist und durch die Kontaktverbindung elektrisch gekoppelt ist, wobei der erste und zweite Kontaktteil zum Kontaktieren des ersten bzw. zweiten stationären Kontakts angeordnet sind, wenn sich die strukturelle Schicht bewegt.
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