TWI384518B - 低吸附電壓之射頻微機電開關及其製造方法 - Google Patents

Description

低吸附電壓之射頻微機電開關及其製造方法

本發明係關於一種射頻微機電開關及其製造方法，尤指一種適用於高頻電路整合之射頻微機電開關及其製造方法。

近年來，由於微機電技術的進步，已漸漸將此技術應用於電子資訊、無線通訊、與生物醫療等各種領域中，以期能應用微機電技術，製造出具有高品質、體積小、特性佳、及價格低廉等特性之元件，並且能輕易的整合各種電子元件。其中，射頻微機電是將微機電技術應用於射頻電路中，而微機電開關更是在射頻領域中最早應用成功的例子，並且具有低損耗、易控制等優點。

將目前已知的射頻微機電開關以其工作原理來區分，大致可分為金屬接觸式與電容耦合式兩種。其中，金屬接觸式簡單而言，就是開關與傳輸線直接做金屬面的接觸，其間並無任合介質。而電容耦合式則在金屬面間設有介電質，使訊號是利用電容耦合來導通。雖金屬接觸式與電容耦合式皆可並聯或串聯使用，但實際使用上金屬接觸式多用於串聯電路，電容耦合式多用於並聯電路。雖然開關的驅動方式有電磁、靜磁、靜電及電熱等方式，然而現今仍以靜電為主要驅動方式。

自1971年發產出具有懸臂樑機械結構之靜電式微機電開關問世之後，目前已使用許多製程來製作各式各樣的開關以求達到低吸附電壓的要求。圖1為一習知之具有懸臂樑的射頻微機電開關示意圖。

如圖1A所示，此射頻微機電開關具有一基板11、一下電極12、及一上電極13。其中，上電極包含有一固定部131與一懸臂樑132，且懸臂樑132係延伸至固定部131，並與下電極12平行。在此，懸臂樑132長度X為235μm，寬度Y為100μm，且下電極12與上電極24之距離(在此定義為初始間距)為4.26μm。當未施加電壓時，懸臂樑132利用其恢復力維持在下電極12的上方，與下電極12形成一電容，形成開路而使得訊號無法導通。當施加電壓之後，懸臂樑132受到靜電力的吸引，當懸臂樑132自由端的形變達到三分之一初始間隔(即懸臂樑132與下電極12之間距)時，懸臂樑132即可進入不穩定狀態，而達到靜電吸附的效果。此時，訊號可通過懸臂樑132而使訊號導通。為了降低此吸附電壓，一般是針對懸臂樑132的彈性係數(spring constant)做設計。

圖1B係圖1A之射頻微機電開關懸臂樑位移與吸附電壓關係圖，其中X軸標示為0表示尚未施加電壓時；Y軸標示為懸臂樑遠離固定部之一端的位移，其中Y軸為0表示懸臂樑係與下電極平行，而Y軸值越小表示越往下電極方向吸附。如圖1B所示，將懸臂樑132吸引至下電極12的吸附電壓至少需7V。

此外，如圖2A所示，此為另一種習知之射頻微機電開關，其與圖1A之結構相同，除了懸臂樑132為一雙層結構且遠離下電極12翹曲。而圖2A所示之射頻微機電開關即所謂之雙層結構射頻微機電開關(bimorph MEMS switch)。一般而言，射頻微機電開關之懸臂樑因上電極本身累積應力，在未特殊控制下都會往上翹曲，而造成吸附電壓的增加。如圖2B所示，此為圖2A之射頻微機電開關懸臂樑位移與吸附電壓關係圖。其中，Y軸值越大表示懸臂樑132遠離固定部131之一端越往上翹曲。由圖2B結果可知，懸臂樑132吸引至下電極12的吸附電壓至少需30V。由上述可知，目前所設計出的射頻微機電開關是利用懸臂樑的恢復力維持在下電極的上方，因此一般總是針對懸臂樑的結構及其材料做設計，希望能使懸臂樑在較低的電壓下即能進入不穩定狀態以達到靜電吸附的效果。然而，為了使得吸附電壓減少，往往造成懸臂樑的結構及製程漸趨複雜，而使得所製出的微機電開關無法良好應用在射頻電路的整合中，造成系統單晶片(system on a chip,SOC)的構想難以實現。

因此，本發明寄望以較簡單的製程，針對微機電開關進行結構上的設計，製造出一種能提早讓懸臂樑進入不穩定狀態的結構，而達到能低電壓驅動的射頻微機電開關之目的，以期能良好的應用於射頻電路中。

本發明之主要目的係在提供一種射頻微機電開關，俾能降低上電極吸附至其下電極所需之吸附電壓。

本發明之另一目的係在提供一種射頻微機電開關之製造方法，以利用簡單的製程，製造出能降低上電極吸附至其下電極所需之吸附電壓之射頻微機電開關。

為達成上述目的，本發明提供一種射頻微機電開關，其包括：一基板、一下電極、以及一上電極。其中，下電極形成於基板上；而上電極包含一固定部、一靜電板、兩個懸臂樑、以及一扭轉樑。其中，固定部係設置於基板上，且固定部是用以固定上電極的位置，而靜電板、兩個懸臂樑、以及扭轉樑則是位於下電極之上方。此外，兩個懸臂樑之一端係分別連接於固定部，兩個懸臂樑之另一端係分別連接扭轉樑之兩端，靜電板係連接扭轉樑並位於兩個懸臂樑之間。

除此之外，本發明亦提供另一種射頻微機電開關，其包括：一基板、一下電極、以及一上電極。其中，下電極形成於基板上；而上電極包含一固定部、兩個靜電板、一懸臂樑、以及一扭轉樑。其中，固定部係設置於基板上，兩個靜電板、懸臂樑、以及扭轉樑係位於下電極之上方，懸臂樑之一端係連接於固定部，懸臂樑之另一端係連接於扭轉樑，兩個靜電板之一端係連接扭轉樑，且懸臂樑係位於兩個靜電板之間。

本發明亦提供一種射頻微機電開關之製造方法，其包括下列步驟：(A)提供一基板；(B)形成一下電極於基板之一表面；(C)形成一犧牲層於下電極之一表面，使下電極位於基板與犧牲層之間；(D)形成一上電極於犧牲層之一表面，使犧牲層位於下電極與上電極之間；(E)蝕刻上電極，以形成至少一靜電板、至少一懸臂樑、一扭轉樑、及一固定部；其中，至少一懸臂樑之一端係連接於固定部，至少一懸臂樑之另一端係連接扭轉樑之兩端，至少一靜電板係連接扭轉樑；以及(F)移除該犧牲層。

因此，本發明之射頻微機電開關由於具有扭轉樑的設計，所以當施予電壓造成其靜電板因靜電力之作用而往下電極吸附時，能讓其上電極能提早進入「不穩定狀態」，進而達到降低其吸附電壓的效果。

此外，本發明之射頻微機電開關的靜電板更包含一突出部，且突出部是連接於扭轉樑。

再者，於本發明之射頻微機電開關的靜電板中，上電極之懸臂樑係延伸自固定部且平行於下電極，或上電極之懸臂樑係遠離下電極翹曲。而懸臂樑之翹曲程度，係隨著製程與材料而有所不同。在懸臂樑為翹曲的情形下，上電極係可能為一雙層結構，此雙層結構包含一金屬層、及一第一絕緣層，且金屬層係位於第一絕緣層與下電極之間。但上電極也有可能是一單層結構，而上電極因其本身累積的應力(intrinsic stress)而向上翹曲。

另一方面，本發明之射頻微機電開關可同時應用於電容式開關及接觸式開關。

以電容式開關而論，本發明之上電極與下電極皆為單層之金屬層，且於下電極之一表面上更形成一介電層，使下電極位於基板與介電層之間。形成於下電極表面之介電層可做為電性隔絕之用，避免開關短路。

以接觸式開關而論，本發明之上電極係為一三層結構，此三層結構包含一金屬層、第一絕緣層與第二絕緣層，且金屬層是位於第一絕緣層與第二絕緣層之間。較佳地，上電極更包括一接觸墊，此接觸墊是貫穿上電極並位於突出部與扭轉樑間，以用於導通高頻訊號。

此外，本發明之射頻微機電開關對於第一絕緣層及第二絕緣層的材料並無特殊限制，可因製程需要，因時制宜。較佳為氮化矽或二氧化矽。

本發明之射頻微機電開關的上電極金屬的材料並無特殊限制。同時，亦可考量與電路整合可行性，可選擇能與CMOS製程相容的材料，如鋁或銅。

於本發明之一實施態樣中，於射頻微機電開關中，若定義兩個懸臂樑其中之一與突出部之間的距離為一長度，且懸臂樑於垂直於前述之長度之方向上之兩側邊之間的距離為一寬度，則扭轉樑之長度與寬度的比例係介於10:1至50:1之間。若此扭轉樑的長寬比太大(長度太長)，則可能因為此扭轉梁的扭轉勁度太小，導致此開關在靜電致動達到吸附之後，靜電板無法回復原狀。

同時，前述之寬度可依射頻微機電開關之實際大小依比例縮放，最小尺寸應受製程限制所限，故最小尺寸可為2μm。

而於本發明之另一實施態樣中，於射頻微機電開關中，若定義該懸臂樑與該靜電板其中之一之間的距離為一長度，且該扭轉樑於垂直於該長度之方向上之兩側邊之間的距離為一寬度，則該扭轉樑之該長度與該寬度的比例係介於10:1至50:1之間。同時，前述之寬度可依射頻微機電開關之實際大小依比例縮放，最小尺寸應受製程限制所限，故最小尺寸可為2μm。

此外，於本發明之射頻微機電開關之製造方法中，於步驟(B)後更可包括步驟(B1)：形成一介電層於下電極之一表面，使下電極位於介電層與基板之間。

而於本發明之射頻微機電開關之製造方法中，步驟(D)可為依序形成一第一絕緣層、一金屬層、及一第二絕緣層於犧牲層之一表面上，以形成上電極層。在此，於步驟(F)之移除犧牲層後，懸臂樑係延伸至固定部且與下電極平行。

或者，於本發明之射頻微機電開關之製造方法中，步驟(D)係依序形成一金屬層、及一第一絕緣層，以形成上電極層。在此，於步驟(F)之移除犧牲層後，懸臂樑係遠離下電極翹曲。

另外，於本發明之射頻微機電開關之製造方法中，步驟(D)後更可包括步驟(D1)：形成一接觸墊，而接觸墊係貫穿上電極，且並位於突出部與扭轉樑間。

另一方面，於本發明之射頻微機電開關之製造方法中，形成基板、下電極、犧牲層、以及上電極之方法係至少一選自於一由塗佈法、印刷法、層壓法、濺鍍法、電子束蒸鍍、局部電子機械沉積及化學氣相沉積法構成之群組。

綜合以上所述，本發明提供了具有特殊的扭轉樑設計之射頻微機電開關及其製造方法。因其具有特殊的扭轉樑設計，所以即使本發明之微機電開關的結構不複雜，其吸附電壓仍能有效降低。此外，本發明之射頻微機電開關因靜電板與扭轉樑之設計，即使上電極呈現往上翹取的狀態，仍可達到降低吸附電壓之功效。反觀習知之射頻微機電開關，若上電極因本身累積應力往上翹曲時，往往造成很大的吸附電壓。並且，透過使用本發明之具有簡單結構之射頻微機電開關，因其具有扭轉樑的結構，故本發明之射頻微機電之開關速度高於一般不具扭轉樑之射頻微機電開關。因此，本射頻微機電開關相較於一般之射頻微機電開關更適合應用於高頻電路中。

實施例1

圖3A係本實施例之射頻微機電開關的示意圖。本實施例之射頻微機電開關包括：一基板21、一下電極22、以及一上電極24。其中，下電極22形成於基板21上。另一方面，上電極24包含一固定部249、一靜電板247、一突出部248、兩個懸臂樑246、以及一扭轉樑245。其中，固定部249係設置於基板21上，靜電板247、突出部248、兩個懸臂樑246、以及扭轉樑245係位於下電極22之上方。本實施例之兩個懸臂樑246之一端係分別連接於固定部249，兩個懸臂樑246之另一端係分別連接扭轉樑245之兩端。此外，靜電板247係透過突出部248與扭轉樑245連接，且靜電板247係位於兩個懸臂樑246之間。此外，本實施例之下電極22表面上，更形成有一介電層221，以做為電性隔絕之用，避免開關短路。

接著，參考圖3A至圖3C。其中，圖3A為尚未施加電壓時本實施例之射頻微機電開關的狀態，圖3B為開始施加電壓時本實施例之射頻微機電開關的狀態，圖3C則為施加電壓後本實施例之射頻微機電開關的狀態。如圖3B所示，當開始施加電壓時，靜電板247便被下電極22吸附，且透過扭轉樑245的扭轉拉動懸臂樑246逐漸往下電極22方向傾斜。接著，如圖3C所示，當懸臂樑246進入不穩定狀態時，靜電板247便幾乎吸附至下電極22上，使本實施例之射頻微機電開關呈關閉的狀態。

接著，如圖4所示，此為本實施例之射頻微機電開關的上視圖。一般而言，懸臂樑246與突出部248之間的距離(在此定義為”長度”，以L表示)跟扭轉樑245於垂直於前述之長度之方向上之兩側邊2451,2452之間的距離(在此定義為”寬度”，以W表示)之間的比例(即長寬比L:W)可介於10:1至50:1之間。於本實施例中，L:W是為50:1。

至於上述的L:W比例之所以有所限制的原因，在於當扭轉樑之長度L與寬度W的比例小於10:1時，則吸附電壓勢必要增加，導致本發明之射頻微機電開關失去因其扭轉樑245而具有之較低吸附電壓的功效。另一方面，當扭轉樑245之長度L與寬度W的比例大於50:1時，則扭轉樑245可能會失去其恢復力，使得扭轉樑245於吸附過程因結構過於細長而易斷裂或是無法提供足夠的恢復力，造成上電極24吸死在下電極22上，進而造成上電極24結構的破壞。

同時，如圖4所示，本實施例中，寬度W可依射頻微機電開關之實際大小依比例縮放，不過最小尺寸應受製程限制所限。因為，由於長寬比的限制，此寬度W不能過窄，使得此寬度W不能小於2μm，否則此扭轉樑可能無法提供足夠恢復力。但是，在此實施例中為了使扭轉樑245可發揮其效用，故此寬度W亦不能超過10μm，否則本發明之射頻微機電開關則無法達成其降低吸附電壓的目的。

此外，本發明之射頻微機電開關其下電極22與上電極24間的距離可在1至10μm內。於本實施例中，下電極22與上電極24之距離(在此定義為初始間距)為4.26μm。

再者，本發明之射頻微機電開關可依照製程的不同而選擇一金屬作為上電極24的材料，且對於此金屬並無特殊限制。於本實施例中，上電極24所使用的材料為銅。

因此，為了達到降低吸附電壓的效果，上電極24的材料以及扭轉樑245的尺寸皆會影響到扭轉樑245是否能提早使懸臂樑246進入「不穩定狀態」。因此，上電極24的材料較佳為具有低楊氏係數(Young’s Modulus)及低剪力模數(Shear Modulus)之材料。因為當上電極24使用的材料具有低楊式係數時，其懸臂樑246便具有低楊氏係數的特性，故具有較低的彈性係數(spring constant)，即在被施加相同應力的情況下，其具有較大的形變量。此外，當上電極24使用的材料具有低剪力模數時，其扭轉樑245能在受到相同力矩的作用時，具有較大的扭轉角度。

參考圖4，本實施例之懸臂樑246長度X為235μm，兩懸臂樑之間的距離Y為80μm。另外，懸臂樑246與突出部248之間的距離L為30μm，扭轉樑245於垂直於前述之長度之方向上之兩側邊2451,2452之間的距離W為2..5μm。

另一方面，經施予本實施例之射頻微機電開關一電壓測試之後，所得之本實施例之射頻微機電開關之扭轉樑位移與吸附電壓關係圖，如圖5所示。其中，X軸為驅動本實施例之射頻微機電開關作動所需施加的吸附電壓，圖中X軸標示為0的位置表示尚未施加電壓時；Y軸為扭轉樑的位移，且圖中Y軸為0表示上電極與下電極平行之位置，而Y軸值越小表示越往下電極方向吸附。此外，虛線表示懸臂樑尖端下降至三分之一初始間距(上電極與下電極間的距離)的位置。

如圖5所示，並同時參考圖3A與圖3C，當施予約5V左右的吸附電壓至本實施例之射頻微機電開關時，扭轉樑245下降至約初始間距的三分之一。此時，本實施例之射頻微機電開關便進入「不穩定狀態」，且當被施加6V的吸附電壓時，本實施例之射頻微機電開關的靜電板247即可吸附於下電極22上(如圖3C所示)。相較於習知之懸臂樑式射頻微機電開關(如圖1A所示)，其吸附電壓至少為7V(如圖1B所示)。

因此，本發明之射頻微機電開關由於具有扭轉樑，其可大大減少其吸附電壓，使得其上電極可較早吸附至其下電極上，達到開關作動的效果。

實施例2

圖6A至圖6B係本實施例之射頻微機電開關作動示意圖。本實施例之射頻微機電開關結構與實施例1相同，除了上電極24為一雙層結構且遠離下電極22翹曲。其中，此雙層結構包含一金屬層242、及一第一絕緣層241，且金屬層242係位於第一絕緣層241與下電極22之間。利用上電極24材料不同，且再藉由改變製程參數，可調整上電極24之殘留硬力，使上電極24呈現遠離下電極22翹曲之狀態。

接著，請同時參考圖6A、圖6B與圖7，其中圖7之Y軸係指扭轉樑245之位移。由於懸臂樑246係延伸至固定部249往上翹曲，在此，定義懸臂樑246與下電極22平行之位置為0，而Y值越大表示扭轉樑245遠離下電極22往上翹曲之位置。故本實施例中，扭轉樑245與下電極22間之間距為24.26μm(請參閱圖6A)。

當施予約4V左右的吸附電壓至本實施例之射頻微機電開關時，扭轉樑245下降至約初始間距的三分之一。而當施加5V的吸附電壓時，本實施例之射頻微機電開關的靜電板247即可完全吸附於下電極22上。因此，相較於習知往上翹曲之射頻微機電開關(如圖2A所示)，其吸附電壓至少為30V(如圖2B所示)。

因此，雖本實施例之射頻微機電開關上電極24因本身累積應力而往上翹曲，與如圖2A所示之射頻微機電開關相同。然而，利用扭轉樑245與靜電板247之設計，雖懸臂樑246係往上翹曲，但靜電板247卻往下電極22傾斜(即，由靠近扭轉樑245之一端至固定部249之一端傾斜)，造成靜電板247與下電極22之接觸面積增大，故可大幅減少射頻微機電開關之吸附電壓。因此，在選擇適合之上電極24材料與製程下，即使上電極24因本身累積應力往上翹曲仍可達到減少吸附電壓之效果。

實施例3

接著，參考圖8，此為本實施例之射頻微機電開關的示意圖。本實施例之射頻微機電開關結構與實施例1相同，除了下電極22表面上未形成有一介電層，且上電極24係為一三層結構，而此三層結構包含一金屬層242、一第一絕緣層241、及一第二絕緣層243。其中，金屬層242係位於第一絕緣層241與第二絕緣層243之間。因此，本實施例之射頻微機電開關為一種接觸式開關。

接著，配合圖8，將說明本實施例之射頻微機電開關之製造方法。如圖9所示，此製造方法至少包括以下步驟：步驟A：提供一基板21；步驟B：形成一下電極22於基板21之一表面；步驟C：形成一犧牲層(圖中未示)於下電極22之一表面，使下電極22位於基板21與犧牲層(圖中未示)之間；步驟D：形成一上電極24於犧牲層(圖中未示)之一表面，使犧牲層(圖中未示)位於下電極22與上電極24之間；步驟E：蝕刻上電極24，以形成一靜電板247、兩個懸臂樑246、一扭轉樑245、及一固定部249。其中，兩個懸臂樑246之一端係分別連接於固定部249，兩個懸臂樑246之另一端係分別連接扭轉樑245之兩端，靜電板247係連接扭轉樑245，且靜電板247係位於兩個懸臂樑246之間；以及步驟F：移除該犧牲層(圖中未示)。

此外，於本實施例中，步驟D係為：依序形成一第一絕緣層241、一金屬層242、及一第二絕緣層243於犧牲層(圖中未示)之一表面上，使金屬層242位於第一絕緣層241及第二絕緣層243之間。

再者，於本實施例中，步驟D後更包括步驟D1：形成一接觸墊(圖中未示)，此接觸墊係貫穿上電極24。

此外，在執行前述之步驟B後，需定義出導通直流訊號之下電極，使之與上電極之金屬層242形成一直流對(DC pair)，使靜電力能作用在微波開關上，以達到靜電致動的效果。另外尚需定義出導通微波訊號之傳輸線於上電極下，當開關被吸附時，上電極之接觸墊即與傳輸線接觸，使電訊號經由接觸墊導通。

圖10A至圖10G為製造本實施例之射頻微機電開關之製作流程剖面示意圖。如圖10A所示，首先提供一基板21，且於基板21上形成下電極22。接著，圖案化下電極22，以於下電極22上形成共面波導線(coplanar waveguide,CPW)(圖中未示)及直流墊片(DC pad)(圖中未示)。

其次，如圖10B所示，於下電極22上形成犧牲層23。犧牲層23的材料一般可為多孔矽材料、聚醯乙胺、二氧化矽、磷玻璃、多晶矽、及鋁等。於本實施例中，犧牲層23的材料為二氧化矽。

如圖10C所示，再於犧牲層23上形成第一絕緣層241。接著，再於第一絕緣層241上形成金屬層242，如圖10D所示。然後，於金屬層242上形成第二絕緣層243，如圖10E所示249。最後，圖案化上電極24，以形成固定部249、靜電板(圖中未示)、兩個懸臂樑(圖中未示)、突出部(圖中未示)、及扭轉樑(圖中未示)。

其中，上電極24的金屬層242材料為並無限制，只要是可以用於靜電驅動的金屬即可。於本實施例中，金屬層242的材料為銅。另外，第一絕緣層241與第二絕緣層243的材料並無限制，以具有低楊式係數與低剪力模數的材料為佳，它們的材料較佳為氮化矽或二氧化矽。於本實施例中，第一絕緣層241與第二絕緣層243的材料是氮化矽。

接著，如圖10F所示，於上電極24上更形成一接觸墊244。此接觸墊244係貫穿上電極24，並位於突出部與扭轉樑間。另外，關於接觸墊244的材料，可選自與金屬層242相同或不同之金屬。於本實施例中，接觸墊244的材料亦為銅。

最後，如圖10G所示，移除犧牲層23，則本實施例之射頻微機電開關即製作完成。其中，移除犧牲層23的方法，可依照犧牲層23的材料而使用不同的方法，以能盡量減少對其他非犧牲層材料造成影響的方法為佳。一般而言，移除犧牲層係採用化學腐蝕法、或是亁性蝕刻法。於本實施例中，移除犧牲層23所採用的方法為以氫氟酸為蝕刻液之化學腐蝕法。

除此之外，形成下電極22、犧牲層23、上電極24、接觸墊244等可採用一般半導體製程中之方法，如塗佈法、印刷法、層壓法、濺鍍法、電子束蒸鍍、局部電子機械沉積或化學氣相沉積法。於本實施例中，形成下電極22、犧牲層23、上電極24、接觸墊244等均採用化學氣相沉積法。

另外，圖案化下電極22與上電極24的製程，也是採用本技術領域中熟知的圖案化製程，如曝光顯影、化學蝕刻、金屬蝕刻、表面微加工等，而於本實施例中，則採用圖案化之光阻結合金屬蝕刻，以圖案化下電極22與上電極24。

實施例4

除上述實施例外，如圖11A至圖11B所示，係為本實施例之射頻微機電開關作動示意圖。首先，如圖11A所示，本實施例之射頻微機電開關包括：一基板21、一下電極22、以及一上電極24。其中，下電極22形成於基板21上。另一方面，上電極24包含一固定部249、兩個靜電板247、一懸臂樑246、以及兩個扭轉樑245。其中，固定部249係設置於基板21上，靜電板247、懸臂樑246、以及扭轉樑245係位於下電極22之上方。本實施例之懸臂樑246之一端係連接於固定部249，懸臂樑246之另一端係連接於扭轉樑245，而兩個扭轉樑245係分別連接於兩個靜電板247，使懸臂樑246位於兩靜電板247間。此外，本實施例之下電極22表面上，更形成有一介電層221，以做為電性隔絕之用，避免開關短路。接著，參考圖11B，此為施加電壓後本實施例之射頻微機電開關的狀態。當施加電壓於本實施例之射頻微機電開關後，靜電板247便被下電極22吸附，且透過扭轉樑245的扭轉拉動懸臂樑246逐漸往下電極22方向傾斜。當懸臂樑246進入不穩定狀態時，靜電板247便幾乎吸附至下電極22上，使本實施例之射頻微機電開關呈關閉的狀態。

另一方面，經施予本實施例之射頻微機電開關一電壓測試之後，所得之本實施例之射頻微機電開關之扭轉樑位移與吸附電壓關係圖，如圖12所示。其中，X軸為驅動本實施例之射頻微機電開關作動所需施加的吸附電壓，圖中X軸標示為0的位置表示尚未施加電壓時；Y軸為扭轉樑的位移，且圖中Y軸標示為0的位置表示尚未施加電壓時上電極的位置，其中上電極24與下電極22之初始間距為1μm。。由其可見，此開關之穩定區間仍小於傳統靜電式開關的三分之一間距。

透過前述之扭轉樑設計，本發明之射頻微機電開關不需經過複雜的設計，即可使懸臂樑提早進入不穩定狀態，可降低使靜電板吸附至下電極所需之吸附電壓。此外，本發明之射頻微機電開關，即使懸臂樑因本身累積應力往上翹曲，但由於靜電板之設計，可使靜電板與下電極接觸面積增加，反而能大幅減少吸附電壓。同時，因本發明之射頻微機電開關構造較簡單且製程容易，所以本發明之射頻微機電開關將可整合應用於高頻電路中，實現系統單晶片的構想。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

11,21．．．基板

12,22．．．下電極

13．．．上電極

131,249．．．固定部

132,246．．．懸臂樑

221．．．介電層

23．．．犧牲層

241．．．第一絕緣層

242．．．金屬層

243．．．第二絕緣層

244．．．接觸墊

245．．．扭轉樑

247．．．靜電板

248．．．突出部

2451,2452．．．側邊

圖1A係習知之射頻微機電開關之示意圖。

圖1B係習知之射頻微機電開關扭轉樑位移與吸附電壓之關係圖。

圖2A係習知另一射頻微機電開關之示意圖。

圖2B係習知另一射頻微機電開關扭轉樑位移與吸附電壓之關係圖。

圖3A至圖3C係本發明實施例1之射頻微機電開關作動示意圖。

圖4係本發明實施例1之射頻微機電開關上視圖。

圖5係本發明實施例1之射頻微機電開關扭轉樑位移與吸附電壓之關係圖。

圖6A至圖6B係本發明實施例2之射頻微機電開關作動示意圖。

圖7係本發明實施例2之射頻微機電開關扭轉樑位移與吸附電壓之關係圖。

圖8係本發明實施例3之射頻微機電開關之示意圖。

圖9係本發明實施例3之射頻微機電開關之製作方法之流程圖。

圖10A至圖10G係本發明實施例3之射頻微機電開關之製作流程剖面示意圖。

圖11A至圖11B係本發明實施例4之射頻微機電開關作動示意圖。

圖12係本發明實施例4之射頻微機電開關扭轉樑位移與吸附電壓之關係圖。

21．．．基板

22．．．下電極

221．．．介電層

24．．．上電極

245．．．扭轉樑

246．．．懸臂樑

247．．．靜電板

248．．．突出部

249．．．固定部

Claims (29)

1. 一種射頻微機電開關，包括：一基板；一下電極，形成於該基板上；以及一上電極，其包含一固定部、一靜電板、兩個懸臂樑、以及一扭轉樑樑；其中，該固定部係設置於該基板上，該靜電板、該兩個懸臂樑、以及該扭轉樑係位於該下電極之上方，該兩個懸臂樑之一端係分別連接於該固定部，該兩個懸臂樑之另一端係分別連接該扭轉樑之兩端，該靜電板係連接該扭轉樑，且該靜電板係位於該兩個懸臂樑之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之射頻微機電開關，其中，該靜電板更包含一突出部，且該突出部連接於該扭轉樑。
3. 如申請專利範圍第1項所述之射頻微機電開關，其中，該懸臂樑係遠離該下電極翹曲。
4. 如申請專利範圍第3項所述之射頻微機電開關，其中，該上電極係為一雙層結構，該雙層結構包含一金屬層、及一第一絕緣層，且該金屬層係位於該第一絕緣層與該下電極之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之射頻微機電開關，其中，該下電極之一表面更形成一介電層，使得該下電極位於該基板與該介電層之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之射頻微機電開關，其中，該上電極係為一三層結構，該三層結構包含一金屬層、一第一絕緣層、及一第二絕緣層，且該金屬層係位於該第一絕緣層與該第二絕緣層之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之射頻微機電開關，其中，該上電極更包括一接觸墊，該接觸墊係貫穿該上電極，且該接觸墊係與該扭轉樑連接。
8. 如申請專利範圍第1項所述之射頻微機電開關，其中，該上電極之材料係為鋁或銅。
9. 如申請專利範圍第6項所述之射頻微機電開關，其中，該第一絕緣層及該第二絕緣層之材料係為氮化矽或二氧化矽。
10. 如申請專利範圍第2項所述之射頻微機電開關，其中，定義該兩個懸臂樑其中之一與該突出部之間的距離為一長度，且該扭轉樑於垂直於該長度之方向上之兩側邊之間的距離為一寬度，則該扭轉樑之該長度與該寬度的比例係介於10:1至50:1之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述之射頻微機電開關，其中，該上電極與該下電極之間的距離係介於1至10μm之間。
12. 一種射頻微機電開關，包括：一基板；一下電極，形成於該基板上；以及一上電極，其包含一固定部、兩個靜電板、一懸臂樑、以及一扭轉樑；其中，該固定部係設置於該基板上，該兩個靜電板、該懸臂樑、以及該扭轉樑係位於該下電極之上方，該懸臂樑之一端係連接於該固定部，該懸臂樑之另一端係連接於該扭轉樑，該兩個靜電板之一端係連接該扭轉樑，且該懸臂樑係位於該兩個靜電板之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述之射頻微機電開關，其中，該下電極之一表面更形成一介電層，使得該下電極位於該基板與該介電層之間。
14. 如申請專利範圍第12項所述之射頻微機電開關，其中，該上電極係為一三層結構，該三層結構包含一金屬層、一第一絕緣層、及一第二絕緣層，且該金屬層係位於該第一絕緣層與該第二絕緣層之間。
15. 如申請專利範圍第12項所述之射頻微機電開關，其中，該上電極更包括一接觸墊，該接觸墊係貫穿該上電極，且該接觸墊係與該扭轉樑連接。
16. 如申請專利範圍第12項所述之射頻微機電開關，其中，該上電極之材料係為鋁或銅。
17. 如申請專利範圍第14項所述之射頻微機電開關，其中，該第一絕緣層及該第二絕緣層之材料係為氮化矽或二氧化矽。
18. 如申請專利範圍第12項所述之射頻微機電開關，其中，定義該懸臂樑與該靜電板其中之一之間的距離為一長度，且該扭轉樑於垂直於該長度之方向上之兩側邊之間的距離為一寬度，則該扭轉樑之該長度與該寬度的比例係介於10:1至50:1之間。
19. 如申請專利範圍第12項所述之射頻微機電開關，其中，該上電極與該下電極之間的距離係介於1至10μm之間。
20. 一種射頻微機電開關之製造方法，包括下列步驟：(A)提供一基板；(B)形成一下電極於該基板之一表面；(C)形成一犧牲層於該下電極之一表面，使該下電極位於該基板與該犧牲層之間；(D)形成一上電極於該犧牲層之一表面，使該犧牲層位於該下電極與該上電極之間；(E)定義該上電極，以形成至少一靜電板、至少一懸臂樑、一扭轉樑、及一固定部；其中，該至少一懸臂樑之一端係連接於該固定部，該至少一懸臂樑之另一端係連接該扭轉樑，該至少一靜電板係連接該扭轉樑；以及(F)移除該犧牲層。
21. 如申請專利範圍第20項所述之製造方法，其中，該該至少一靜電板更包含一突出部，且該突出部連接於該扭轉樑。
22. 如申請專利範圍第20項所述之製造方法，於步驟(F)之移除該犧牲層後，該懸臂樑係遠離該下電極翹曲。
23. 如申請專利範圍第22項所述之製造方法，其中，步驟(D)係依序形成一金屬層、及一第一絕緣層，以形成該上電極層。
24. 如申請專利範圍第20項所述之製造方法，其中，於步驟(B)後更包括步驟(B1)：形成一介電層於該下電極之一表面，使該下電極位於該介電層與該基板之間。
25. 如申請專利範圍第20項所述之製造方法，其中，步驟(D)係依序形成一第一絕緣層、一金屬層、及一第二絕緣層於該犧牲層之一表面上，以形成該上電極層。
26. 如申請專利範圍第25項所述之製造方法，其中，於步驟(D)後更包括步驟(D1)：形成一接觸墊，該接觸墊係貫穿該上電極，且並位於該突出部與該扭轉樑間。
27. 如申請專利範圍第20項所述之製造方法，其中，形成該基板、該下電極、該犧牲層、以及該上電極之方法係至少一選自於一由塗佈法、印刷法、層壓法、濺鍍法、電子束蒸鍍、局部電子機械沉積及化學氣相沉積法構成之群組。
28. 如申請專利範圍第21項所述之製造方法，其中，定義該至少一懸臂樑其中之一與該突出部之間的距離為一長度，且該至少一懸臂樑於垂直於該長度之方向上之兩側邊之間的距離為一寬度，則該扭轉樑之該長度與該寬度的比例係介於10:1至50:1之間。
29. 如申請專利範圍第20項所述之製造方法，其中，定義該懸臂樑與該靜電板其中之一之間的距離為一長度，且該扭轉樑於垂直於該長度之方向上之兩側邊之間的距離為一寬度，則該扭轉樑之該長度與該寬度的比例係介於10:1至50:1之間。