專利名稱：微型繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地來說涉及微型結(jié)構(gòu)，并具體地說涉及由微型結(jié)構(gòu)形成的繼電器及開關(guān)或閥。
背景技術(shù)：
電子繼電器廣泛用于各種應(yīng)用中。這些應(yīng)用包括例如選擇不同的導(dǎo)電路徑或開啟或關(guān)閉電路。
一般地是，繼電器包括線圈和用于接合或分離一對觸點的機械元件。在給線圈供能時，產(chǎn)生電磁場以接合觸點，形成電連接。
目前存在對消費品(例如，電子和通信產(chǎn)品)小型化的要求，這就產(chǎn)生了減小繼電器尺寸的相應(yīng)需求。然而，傳統(tǒng)的電子機械繼電器不適于輕易小型化。例如，對于可以減小的線圈的尺寸存在限制，這種限制減少了利用繼電器產(chǎn)品的小型化程度。
上述討論證明了需要提供一種允許進(jìn)一步小型化的繼電器結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種微結(jié)構(gòu)繼電器。該繼電器包括一具有上和下部分的主體。提供了具有固定在主體上以形成懸臂的第一端的支撐元件。支撐元件的上表面和主體上部的下表面形成空腔。第一接觸區(qū)位于支撐元件第二端部的上表面上。第一接觸區(qū)包括第一觸點，當(dāng)支撐元件被向上朝該下表面移動時，該觸點被電連接到第二觸點上。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，主體的上部被形成在主體下部上。這只要求一單獨的基板以制造該繼電器，避免了對將繼電器上和下部結(jié)合到一起的需要。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，繼電器包括一S形支撐元件以提供多余行程(over-travel)。第一和第二應(yīng)力層被用于形成S形支撐元件。第一應(yīng)力層引發(fā)壓應(yīng)力以使支撐元件彎曲而遠(yuǎn)離繼電器的上部，而第二層被設(shè)置以使第一接觸區(qū)在相反方向上朝著繼電器上部彎曲。第一應(yīng)力層可以被構(gòu)圖以位于支撐體上除了第一接觸區(qū)之外。在一實施例中，應(yīng)力層包括用半導(dǎo)體加工技術(shù)形成的高溫材料。
提供了一種生產(chǎn)微結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括利用電化學(xué)蝕刻以形成微結(jié)構(gòu)。電化學(xué)蝕刻依靠刻蝕阻擋層(etch stop layer)，例如，此層可以是一p-n節(jié)。例如，電化學(xué)蝕刻刻蝕p型摻雜部分或區(qū)域，而在n型摻雜區(qū)終止。在一實施例中，使用了一重?fù)诫s的p型區(qū)。重?fù)诫sp型區(qū)的使用使蝕刻能夠形成具有小于250μm的橫向尺寸的孔或槽。


圖1A至圖1B是根據(jù)本發(fā)明實施例的繼電器的橫截面圖和平面圖；圖2A至圖2B是根據(jù)本發(fā)明另一實施例繼電器的橫截面圖和平面圖；圖3至圖8是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的繼電器生產(chǎn)方法的三維視圖；圖9至圖10是示出生產(chǎn)繼電器的替換方法的三維視圖；以及圖11至圖12是示出生產(chǎn)繼電器的另一方法的三維視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及微結(jié)構(gòu)的制造。具體地，本發(fā)明涉及由微結(jié)構(gòu)形成的繼電器。使用微結(jié)構(gòu)能夠生產(chǎn)小型化繼電器。
圖1A至圖1B分別是根據(jù)本發(fā)明一實施例的微型繼電器的橫截面圖和平面圖。如圖所示，該繼電器包括一主體110。主體包括支撐元件160。該支撐元件在第一端部163被主體支撐，形成一懸臂。第一接觸區(qū)133被設(shè)置在支撐元件第二端部165附近。第一接觸區(qū)包括第一觸點131。
一間隙將支撐元件的頂面168與主體的表面109分開，形成空腔121。空腔允許支撐元件繞第一端部163轉(zhuǎn)動。表面109包括接觸區(qū)134，其上設(shè)置了第二觸點130。第二觸點通常被稱作相對觸點(counter contact)。第一和第二觸點被定位以使得當(dāng)支撐元件向上朝表面109轉(zhuǎn)動時它們相互接觸。觸點的尺寸依賴于設(shè)計參數(shù)，并且可隨要求變化。典型地，觸點的高度為約2-10微米(μm)。
靜電力被用于將支撐元件朝表面109移動或轉(zhuǎn)動以使第一和第二觸點接合。繼電器結(jié)合了具有加載其上的相反電荷或相反偶極層的電極的使用以產(chǎn)生靜電力。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，第一電極141位于支撐元件的表面168上，而第二電極140位于主體的表面109上。電極與觸點絕緣。如圖所示，第一和第二電極相互對齊以在相反電荷加載到電極上時產(chǎn)生靜電力。介電層145被設(shè)置在第一或第二電極上，以防止當(dāng)支撐元件朝表面109向上移動時短路。在所有電極上設(shè)置介電層也是有用的。
實際上，電極和介電層形成電容以用于產(chǎn)生靜電力。所產(chǎn)生的靜電力的大小依賴于例如電極表面積、加在電極上的電壓(接入電壓)和電極間距離。產(chǎn)生足夠靜電力需要的所加電壓依賴于設(shè)計參數(shù)，諸如支撐元件的剛度和所需接觸力。
在一實施例中，主體包括上和下部105和106。下部106優(yōu)選地包括硅。其它晶體材料諸如砷化鎵也是有用的。諸如石英、陶瓷、玻璃、諸如硼硅酸鹽玻璃、菲利克斯(Pyrex)的硅酸鹽玻璃、或其它可以為繼電器元件提供支撐的材料也可以被使用。在一實施例中，上部105包括鎳或諸如鎳鐵的鎳合金。也可以使用其它包括金、合金、塑料、環(huán)氧樹脂和可按需要充分支撐繼電器元件的材料。
根據(jù)本發(fā)明一實施例，上部被形成或沉積在下部上。這有利地避免了傳統(tǒng)兩片晶片方法所需的將上部和下部粘結(jié)到一起，提高了可靠性并降低了生產(chǎn)成本。
在上部中，設(shè)置了表面109，第二觸點130位于其上。第二觸點形成在表面109上第二接觸區(qū)134內(nèi)。如圖所示，在第二接觸區(qū)內(nèi)的表面108從表面109凹進(jìn)以產(chǎn)生用于觸點的分離接觸區(qū)。也可以使用未從表面109凹進(jìn)的第二接觸區(qū)。觸點包括導(dǎo)電材料。觸點材料應(yīng)當(dāng)具有低的接觸電阻、良好的熱導(dǎo)系數(shù)，以及硬度以在繼電器的整個壽命期間內(nèi)抵抗中擊(sticking)。觸點材料的其它所需特性包括高的抗電弧能力、高的起弧電壓、低應(yīng)力，以及低的或沒有冷焊效應(yīng)。在一實施例中，觸點包括金。例如，包含諸如金鈀、金鎳和金鈷等的金，或包含銀的合金也是有用的。其它提供良好接觸特性的導(dǎo)電材料對形成觸點也是有用的。
支撐元件160在第一端部163處被主體支撐。包括第一觸點131的第一接觸區(qū)133位于支撐元件的第二端部165附近。沒有必要使用相同的材料以形成第一和第二觸點。當(dāng)支撐元件被向上移動時，觸點相互接觸。
在一實施例中，支撐元件是主體下部的一部分。這種支撐元件包括與主體下部相同的材料。在優(yōu)選實施例中，支撐元件包括單晶硅。其它單晶材料對形成下部和支撐元件也是有用的。包括諸如低疲勞和低蠕變的良好彈性性能的材料也是有用的。
提供不是主體下部的一部分的支撐元件也是有用的。通過這種結(jié)構(gòu)，那些與包括主體下部的材料不同的材料可以被用于支撐元件。具有良好彈性性能的材料對形成支撐元件是有用的。在一實施例中，支撐元件包括多晶硅。多晶硅可以被沉積為多晶或非晶硅，并重結(jié)晶而形成多晶硅。形成支撐元件的外延生長的單晶材料的使用也是有用的。顯現(xiàn)良好彈性性能的鎳、諸如鎳鐵的鎳合金、金屬、或金屬合金也可以被用于形成支撐元件。
第二電極140被設(shè)置在主體上部的表面109上，而第一電極141被設(shè)置在支撐元件的表面168上。電極包括導(dǎo)電材料。各種導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可被用于形成電極。為簡化工藝，電極可用被用以形成觸點的相同材料形成。電極的厚度不是關(guān)鍵。然而，第一電極應(yīng)當(dāng)相對薄，以減少由支撐元件上的電極導(dǎo)致的機械應(yīng)力的影響(impact)。在一實施例中，第一電極應(yīng)當(dāng)盡可能薄以使支撐元件上的應(yīng)力最小。電極與觸點隔離或分開。觸點和電極間的分隔依賴于設(shè)計要求，諸如供電電路和負(fù)載電路之間的絕緣電壓和最大連續(xù)驅(qū)動電壓。
在一實施例中，介電層145被設(shè)置在整個第二電極上以提供電極和其它元件之間的所需絕緣。在整個第一電極上或所有電極上提供介電層也是有用的。介電層的厚度依賴于材料的絕緣特性和設(shè)計要求，諸如，例如，供電和負(fù)載電路間的絕緣電壓和最大連續(xù)驅(qū)動電壓。
電極和觸點分別設(shè)置有到接觸焊盤179的連接部或引線178。焊盤和引線的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)和位置不重要。到電極的接觸焊盤被連接到相對極性的電壓源上，形成了驅(qū)動電路。到觸點的接觸焊盤被連接到負(fù)載電路部分上。當(dāng)觸點未接合時，負(fù)載電路斷開。向電極上加載相反極性電荷的電壓產(chǎn)生了靜電力，導(dǎo)致支撐元件向上移動。這將第一和第二觸點接合，使負(fù)載電路閉合。
示意性地，第一和第二觸點被連接到負(fù)載電路的相應(yīng)部分上。將第一觸點連接到接觸焊盤上的引線被設(shè)置在第一電極上。為了將電極與引線隔開，第一電極被分隔為兩部分141a和141b。這樣，設(shè)置引線以將電極連接到公共焊盤上。替換地，介電層可以被設(shè)置在引線下方，以提供電極和引線之間的絕緣。
在另一實施例中，第一觸點未連接到負(fù)載電路部分。取代的是，提供第一和第二相對觸點，連接到負(fù)載電路的相應(yīng)部分。當(dāng)支撐元件被向上移動以形成與第一和第二相對觸點的接觸時，負(fù)載電路的相應(yīng)部分被電連接。這種設(shè)計不要求用于第一觸點的引線和焊盤，消除了將第一電極分割為兩部分，或在引線和形成橋式觸點的電極間提供介電層的需要。附加觸點或替換的觸點結(jié)構(gòu)也是有用的。例如，也可設(shè)置多組觸點以用于驅(qū)動多個負(fù)載電路。
需要在各觸點之間有足夠大的力，以獲得低的接觸電阻。考慮到接觸摩損，低接觸電阻應(yīng)當(dāng)在繼電器的整個壽命期間內(nèi)得以維持。在一實施例中，繼電器包括一多余行程，以在觸點間產(chǎn)生高的接觸力。多余行程是當(dāng)支撐元件被向上移動以接合觸點時，一觸點在另一觸點不在時可行進(jìn)而超出另一觸點表面的距離。理想地是，多余行程充分保持高的接觸力，以在繼電器的整個壽命期中產(chǎn)生低的穩(wěn)定接觸電阻。例如，被設(shè)置的多余行程的量依賴于觸點的磨損和接觸特性。例如，多余行程約為5μm。其它的多余行程距離也是有用的。
在一實施例中，多余行程被合并入支撐元件中。多余行程來自于S形支撐元件(如虛線所顯示的)。S形是通過使支撐元件的主要部分在第一方向繞軸偏移或彎曲，且使端部165在相反方向上彎曲而獲得。為了形成S形，支撐元件的主要部分被引導(dǎo)向下偏移而遠(yuǎn)離表面109，而端部165被引致向上朝表面109偏移。
在一實施例中，通過使支撐元件的主要部分向下偏移而遠(yuǎn)離表面，同時使第一接觸區(qū)在主要部分的相反方向上偏移，而提供多余行程。在優(yōu)選實施例中，第一接觸區(qū)被從支撐元件的余下端165a和165b隔離開。隔離第一接觸區(qū)形成了支撐元件中的懸臂。這種設(shè)計是有利的，是因為它增加了加載在觸點之間的接觸力。
在一實施例中，第一應(yīng)力層180被設(shè)置在支撐元件的表面168上。第一應(yīng)力層導(dǎo)致支撐元件上的壓應(yīng)力，使它向下彎曲或拱起而遠(yuǎn)離第一電極。優(yōu)選地，第一應(yīng)力層導(dǎo)致支撐元件的內(nèi)在壓應(yīng)力。第二應(yīng)力層被設(shè)置在支撐元件第二端附近第一接觸區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致拉應(yīng)力而使第一接觸區(qū)朝表面109向上拱起。優(yōu)選地， 第二應(yīng)力層在支撐元件第一接觸區(qū)上導(dǎo)致內(nèi)在拉應(yīng)力。這種拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的結(jié)合形成S形支撐元件。彎曲量依賴于材料及其厚度。應(yīng)力引發(fā)層的材料和厚度被選擇以形成產(chǎn)生所需多余行程量的形狀。
在一替換實施例中，第一應(yīng)力層被設(shè)置在除了第一接觸區(qū)之外的支撐元件的表面168上。第一層在支撐元件上導(dǎo)致壓應(yīng)力，使它向下彎曲或翹曲而遠(yuǎn)離第一電極。第二層被設(shè)置在第一接觸區(qū)內(nèi)支撐元件第二端附近，引發(fā)拉應(yīng)力而導(dǎo)致第一接觸區(qū)朝表面109向上翹曲。
應(yīng)力引發(fā)層優(yōu)選地包括相對高溫形成的材料，例如那些用在半導(dǎo)體加工中的材料。例如，這種材料包括氧化硅、氮化硅、多晶硅和外延生長硅。材料可以是摻雜的或非摻雜的。
高溫形成的材料包括穩(wěn)定的機械性能(例如，本征應(yīng)力、低的疲勞或蠕變)，且不會被用于形成繼電器的其它低溫工藝所影響。高溫形成的材料的穩(wěn)定性和可重復(fù)性提供了優(yōu)異的應(yīng)力引發(fā)層，使得支撐元件在整個期間內(nèi)在各種操作溫度下能夠維持其形狀。這提高了繼電器的可靠性。進(jìn)一步，這種材料的使用減少了生產(chǎn)成本。
在一實施例中，支撐元件包括硅。第一應(yīng)力引發(fā)層包括氧化硅，以在支撐元件上引發(fā)壓應(yīng)力。在支撐元件上引發(fā)壓應(yīng)力的其它材料，例如摻雜或非摻雜多晶硅，也是有用的。為了在支撐元件上引發(fā)拉應(yīng)力，第二應(yīng)力引發(fā)層包括氮化硅(Si3N4)。在支撐元件上導(dǎo)致拉應(yīng)力的其它材料也是有用的。
替換地，在支撐元件上引發(fā)壓或拉應(yīng)力的由低溫工藝形成的金屬或其它材料也可以被用于應(yīng)力引發(fā)層。
如所述，在彎曲軸附近具有不同應(yīng)力的非對稱材料組合被用于引發(fā)復(fù)合結(jié)構(gòu)的彎曲。被引發(fā)的應(yīng)力包括不同分量，例如內(nèi)在應(yīng)力和熱膨脹導(dǎo)致的應(yīng)力。不同應(yīng)力分量可以受應(yīng)力引發(fā)層的厚度影響。增加或減少厚度增加或減少支撐元件上內(nèi)在應(yīng)力分量的大小。依賴于材料的熱膨脹系數(shù)(TCE)應(yīng)力的熱分量還受溫度的影響。熱膨脹導(dǎo)致的應(yīng)力隨應(yīng)力引發(fā)層由溫度變化導(dǎo)致的膨脹或收縮而變化。
在一些應(yīng)用中，尤其是在較寬操作溫度范圍內(nèi)運行的裝置，理想地是具有在所期望的操作溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定形狀的支撐元件。通過有效減少或最小化應(yīng)力熱分量，穩(wěn)定的支撐元件能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)得以保持?？梢圆捎貌煌夹g(shù)以減少由TCE導(dǎo)致的應(yīng)力變化。
在本發(fā)明的一實施例中，由TCE導(dǎo)致的應(yīng)力變化通過采用包括與支撐元件的熱膨脹系數(shù)相似的TCE的應(yīng)力引發(fā)層而被減小或最小化。不同材料TCE的相近匹配使得支撐元件在繼電器的所需操作溫度的整個范圍內(nèi)維持穩(wěn)定形狀。
替換地，由熱膨脹造成的應(yīng)力層引發(fā)的應(yīng)力的變化可以通過使用薄應(yīng)力引發(fā)層而避免。減小應(yīng)力層的厚度就減小它們的熱應(yīng)力分量。使用薄應(yīng)力層可以要求材料具有更高的內(nèi)在應(yīng)力分量以在支撐元件上產(chǎn)生理想彎曲。
在另一實施例中，補償層被用于減少或最小化不同層的TCE之間的失配效應(yīng)。在一實施例中，補償層被設(shè)置成與應(yīng)力引發(fā)層相接觸。在一實施例中，補償層被設(shè)置在支撐元件和應(yīng)力引發(fā)層之間。補償層具有與應(yīng)力層的熱膨脹系數(shù)相近但相反(壓代替張，反之亦然)的TCE。提供具有與應(yīng)力引發(fā)層的TCE相反的TCE的補償層消除了TCE的失配效應(yīng)。
在支撐元件不是主體下面部件的一部分的情況下，補償層可以被設(shè)置在相反表面上，此表面上設(shè)置有應(yīng)力引發(fā)層。在一實施例中，補償層被設(shè)置在支撐元件的下表面上，而應(yīng)力引發(fā)層在支撐元件的上表面上。補償層包括與應(yīng)力引發(fā)層相似的TCE。在支撐元件相反表面上設(shè)置具有與應(yīng)力引發(fā)層的TCE接近匹配的TCE的補償層，消除了應(yīng)力引發(fā)層和支撐元件之間的TCE失配效應(yīng)。
補償層的內(nèi)在應(yīng)力應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)小于應(yīng)力層的內(nèi)在應(yīng)力，以減少或最小化補償層對支撐元件的影響。
為了確保支撐元件的多余行程不被阻礙，多余行程區(qū)170可以被設(shè)置在表面109上。多余行程區(qū)通過從表面109下凹表面171而形成。多余行程區(qū)使得支撐元件的上彎不會被表面109所抑制。多余行程區(qū)的大小應(yīng)當(dāng)足以容納支撐元件的多余行程。多余行程區(qū)的表面積應(yīng)當(dāng)大于支撐元件的多余行程部分的表面積。例如，多余行程區(qū)的深度或高度等于第一和第二觸點的高度之和。
如圖1b的平面圖所示，支撐元件包括一定程度上呈正方形的懸臂。也可以用其它的形狀，例如圓形或橢圓形。支撐元件的尺寸和表面積可以參考電極的尺寸要求而設(shè)計，以產(chǎn)生移動支撐元件所需的力。例如，支撐元件表面積可以是1500μm×1200μm。
圖2a至圖2b是本發(fā)明替換實施例的橫截面圖和平面圖。如圖所示，繼電器結(jié)合了包括第一和第二支撐元件260和270的雙支撐元件結(jié)構(gòu)。雙支撐元件的使用有利地避免了對以產(chǎn)生多余行程的第二應(yīng)力層(拉應(yīng)力引發(fā)層)的需要。繼電器包括主體210。第一支撐元件260在第一端262被主體支撐，形成懸臂。相似地，第二支撐元件包括具有被主體支撐的第二端272的懸臂。支撐元件在大致同一平面內(nèi)起作用。一間隙將支撐元件和主體表面209分開，形成空腔221。
在一實施例中，主體包括下部和上部205和206。下部包括硅。其它晶體材料諸如砷化鎵也是有用的。諸如石英、陶瓷、玻璃、諸如硼硅酸鹽玻璃、菲利克斯(Pyrex)的硅酸鹽玻璃、或其它可以為繼電器組件提供支持的材料也可以被使用。在一實施例中，上部105包含鎳。而包含金、塑料、環(huán)氧樹脂及按需要可充分支撐繼電器元件的材料的其它材料也可以被使用。
提供不是主體下部的一部分的支撐元件也是有用的。通過這種結(jié)構(gòu)，那些與包括主體下部的材料不同的材料可以被用于支撐元件。具有良好彈性性能的材料(例如，低疲勞和蠕變)對支撐元件是有用的。例如，一包含多晶硅的支撐元件可以是有用的。多晶硅可以被沉積為多晶或非晶硅，并重結(jié)晶而形成多晶硅。用于形成支撐元件的外延生長的單晶材料的使用也是有用的。具有所需性能的鎳、諸如鎳鐵的鎳合金、金屬、或其它合金也可以被用于形成支撐元件。
第一觸點231位于第一支撐元件的第二端265附近，第二觸點230位于第二支撐元件的第二端275附近。這些觸點被定位成當(dāng)?shù)谝恢卧砻?09向上移動時，它們相互接觸。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，第二觸點是相對觸點，且第一觸點向上移動以接觸第二觸點。為了在觸點接合時，在第一觸點上產(chǎn)生所需的反向力，第二支撐元件的長度相對短，以提供足夠的剛度。
第一觸點延伸而超出第一支撐元件，以確保當(dāng)?shù)诙考砻?09向上移動時與第二觸點形成接觸。在一實施例中，觸點的延伸超出第一支撐元件的部分相對于支撐元件上的部分在不同平面內(nèi)。在一實施例中，觸點的延伸超出支撐元件的部分在高于支撐元件上觸點的部分的平面的平面內(nèi)。這為在觸點未接合時它們分離而提供條件。
第一電極241位于第一支撐元件的表面268上，而第二電極240位于表面209上。介電層245被設(shè)置在整個第一或第二電極上。在所有電極上提供介電層也是有用的。在一實施例中，介電層被設(shè)置在整個第二電極上。在相反極性電荷施加于第一和第二電極上時，第一支撐元件朝第二電極向上移動以形成觸點之間的電連接。
多余行程可以被結(jié)合到繼電器設(shè)計中。在一實施例中，多余行程通過向下翹曲第一和第二部件而遠(yuǎn)離表面209(如虛線所描繪的)而提供。通過在支撐元件上誘發(fā)壓應(yīng)力，向下彎曲予以結(jié)合。如上所述，壓應(yīng)力由壓應(yīng)力引發(fā)層281的使用而導(dǎo)致。
提供S形第一支撐元件以產(chǎn)生多余行程也是有用的。S形支撐元件利用如圖1A至圖1B所述的壓和拉應(yīng)力引發(fā)層而被形成。
在一實施例中，設(shè)置了多余行程區(qū)290。多余行程區(qū)確保在相對觸點230和端部265之間有足夠的間隙以防止阻礙支撐元件260的多余行程。
圖3至圖8示出了制造根據(jù)本發(fā)明實施例的繼電器的方法。附圖提供該方法的三維橫截面視圖。橫截面沿位于支撐元件大致一半處的軸截取。支撐元件的另一半一般是與所示一半對稱，但并非必須如此。
根據(jù)本發(fā)明一實施例，電化學(xué)蝕刻(ECE)技術(shù)被用以形成支撐元件。ECE技術(shù)采用了對反型摻雜區(qū)的使用和電荷的應(yīng)用。在一實施例中，ECE刻蝕p型摻雜區(qū)，并在n型摻雜區(qū)鈍化。這樣，n型摻雜區(qū)有效地用作蝕刻阻擋區(qū)。取代p型摻雜區(qū)，使用ECE去刻蝕n型摻雜區(qū)也能是有用的。
參照圖3，提供了基板301。基板優(yōu)選地包括硅，諸如硅晶片。其它諸如砷化鎵的晶體基板也是有用的。包括諸如石英、陶瓷、玻璃、諸如硼硅酸鹽玻璃的硅酸鹽玻璃(例如菲利克斯)或可以為繼電器元件提供支持的材料的基板也可以被使用。
在一實施例中，采用了對基板的晶體取向有選擇性的ECE刻蝕劑。在一定晶面內(nèi)優(yōu)先刻蝕的刻蝕劑的使用能夠應(yīng)用濕法刻蝕化學(xué)原理以確定支撐元件。
在一實施例中，KOH被用作ECE刻蝕劑以刻蝕硅。優(yōu)先于111晶面，KOH優(yōu)選地刻蝕在100晶面刻蝕硅(也即，相對于其它晶面，在100晶面上刻蝕速率高得多)。為了適應(yīng)刻蝕劑的刻蝕特性，基板以100晶面取向。其它晶體取向也可以是有用的。
基板包括第一摻雜區(qū)305，它包括第一類型摻雜劑。在一實施例中，第一摻雜區(qū)包括p型摻雜劑，例如硼(B)。包括第二類型摻雜劑的第二摻雜區(qū)307形成在基板表面上。在一實施例中，為了形成n型摻雜區(qū)，第二摻雜區(qū)包括n型摻雜劑，例如砷(As)或磷(P)。使用n型摻雜劑以形成第一摻雜區(qū)其使用p型摻雜劑以形成第二摻雜區(qū)也是有用的。
第二摻雜區(qū)的圖形或結(jié)構(gòu)確定了支撐元件360的形狀。如圖所示，n型摻雜區(qū)為懸臂形以用作支撐元件。在一實施例中，懸臂包括相互垂直的邊緣。其它懸臂形狀也是有用的。例如，具有相互間非90°角的邊緣或彎曲的邊緣也是有用的。第二摻雜區(qū)的深度確定了支撐元件的厚度。一后續(xù)ECE工藝選擇性地除去第一摻雜區(qū)305以形成支撐元件。
支撐元件的大小決定其剛度。支撐元件的剛度應(yīng)當(dāng)使當(dāng)加載到電極上的電壓下降到特定脫離電壓時觸點能夠脫離或放開，當(dāng)加載到電極上的電壓超過特定吸引電壓時能夠接合觸點。例如，支撐元件的尺寸為約1200μm寬、1500μm長及10μm厚。其它尺寸也是有用的，這依賴于設(shè)計規(guī)范，諸如吸引和脫離電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，第一摻雜區(qū)包括重?fù)诫s區(qū)，例如，重p型(P+)摻雜區(qū)。在一實施例中，P+區(qū)包括導(dǎo)致約50mΩ·cm電阻率的摻雜濃度。
被重度摻雜的第一摻雜區(qū)的使用提供了一優(yōu)于使用輕度摻雜區(qū)的傳統(tǒng)ECE技術(shù)的改善。輕度摻雜區(qū)導(dǎo)致具有約6-9mΩ·cm的電阻率的基板。在這種電阻率下，ECE只能形成大于250μm的孔或槽。增加摻雜濃度以將電阻率降低至小于6mΩ·cm能夠形成小于250μm的孔或槽。增加摻雜濃度以得到具有約50mΩ·cm電阻率的基板能夠形成明顯更小特征，例如，小于60μm，優(yōu)選地約30μm。更小的特征有利地允許更小的繼電器結(jié)構(gòu)。
在一實施例中，具有所需摻雜濃度的p型摻雜基板被用以提供p型摻雜區(qū)。替換地，p型摻雜劑被注入和/或擴(kuò)散進(jìn)基板內(nèi)，以形成p型摻雜區(qū)305。
N型摻雜區(qū)307形成在基板表面上。例如，n型摻雜區(qū)通過將諸如As或P的摻雜劑注入到基板的所選區(qū)域中而形成。N型摻雜區(qū)的摻雜濃度應(yīng)當(dāng)足以與p型摻雜區(qū)形成適當(dāng)?shù)膒-n結(jié)。典型地，n型摻雜區(qū)的雜質(zhì)濃度約1018-1020atoms/cm3。在一實施例中，POCl3源被用于選擇性地沉積P摻雜劑到基板中以形成n型摻雜區(qū)307。包括，例如，氧化硅(SiO2)的擴(kuò)散掩膜被用于保護(hù)基板上的某些區(qū)域以免被擴(kuò)散摻雜劑，同時允許摻雜劑進(jìn)入基板的未受保護(hù)區(qū)。替換地，摻雜劑能夠被選擇性地注入到基板中。
在一實施例中，其中形成第一觸點的第一接觸區(qū)368在支撐元件的一端365附近被確定。在一實施例中，第一觸點在支撐元件內(nèi)形成懸臂。懸臂通過在用于確定支撐元件的注入掩膜內(nèi)包含槽309而形成。槽形成懸臂，它可被引致向上彎曲，且具有足夠的剛度以增加觸點之間的接觸力。槽的長度，例如是支撐元件長度的約1/3-1/2。在一實施例中，槽的長度約為500μm。
在通過注入和/或擴(kuò)散摻雜劑到基板中而形成第一摻雜區(qū)的位置，第二摻雜區(qū)的深度應(yīng)當(dāng)小于第一摻雜區(qū)的深度，以確保支撐元件通過ECE正確形成。
在第二摻雜區(qū)形成后，優(yōu)先于硅，注入掩膜通過濕法刻蝕氧化物而除去。
在本發(fā)明一實施例中，S型支撐元件被用于提供多余行程。為了形成S型支撐元件，導(dǎo)致張和壓應(yīng)力的第一和第二應(yīng)力層被沉積在基板表面上。應(yīng)力層優(yōu)選地包括高溫形成的材料。高溫材料通過半導(dǎo)體工藝而形成，例如在干或濕環(huán)境中的熱氧化、以及諸如低壓CVD(LPCVD)、高密度CVD、或等離子強化CVD(PECVD)等不同類型的化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝。這種材料因為它們具有非常穩(wěn)定的電學(xué)和力學(xué)性能而是理想的。例如，高溫形成的材料的本征應(yīng)力特性非常穩(wěn)定，且不受用于形成繼電器其它特征的相對低溫工藝的影響。這導(dǎo)致具有穩(wěn)定彎曲或形狀的支撐元件。也可使用足夠穩(wěn)定的低溫形成的材料。
參照圖4，第一應(yīng)力層沉積在基板表面上。第一應(yīng)力層在支撐元件上引發(fā)壓應(yīng)力。壓應(yīng)力導(dǎo)致支撐元件向下翹曲。
在一實施例中，第一應(yīng)力層包括氧化硅(SiO2)。第一應(yīng)力層的厚度導(dǎo)致支撐元件按所需彎曲。典型地，SiO2的厚度約為4000-5000。應(yīng)力層的厚度可以被改變，這依賴于諸如支撐元件的多余行程和剛度的設(shè)計規(guī)范。在一實施例中，SiO2通過熱氧化而生長。熱氧化可以在氧化氣氛中進(jìn)行。CVD技術(shù)也可以用于形成第一應(yīng)力層。
替換地，第一應(yīng)力層可以包括多晶硅。多晶硅可以摻雜或不摻雜。多晶硅可以沉積成多晶或非晶硅，它隨后續(xù)重結(jié)晶二形成多晶硅。多種CVD技術(shù)可以被用于沉積多晶硅。在低溫下形成的相對穩(wěn)定的材料也可以被使用。足夠穩(wěn)定并在支撐元件上導(dǎo)致拉應(yīng)力的其它材料也是有用的。
第二應(yīng)力層472形成在整個第一應(yīng)力層上。第二應(yīng)力層在支撐元件上導(dǎo)致壓應(yīng)力。在一實施例中，第二應(yīng)力層包括Si3N4。例如，Si3N4通過LPCVD沉積。形成第二應(yīng)力層的其它技術(shù)也是有用的。第二應(yīng)力層的厚度致使支撐元件按所需向上彎曲。典型地，第二應(yīng)力層的厚度約為1000-2000。應(yīng)力層的厚度可以變化，這依賴于諸如支撐元件的多余行程和剛度的設(shè)計規(guī)范。在低溫下形成的且相對穩(wěn)定的材料也可以被用于形成第二應(yīng)力層。足夠穩(wěn)定且在支撐元件上引發(fā)拉應(yīng)力的其它材料也是有用的。
選擇性刻蝕除去第二應(yīng)力引發(fā)層的非需要部分，留下在第一接觸區(qū)內(nèi)的剩余部分。第二應(yīng)力引發(fā)層的剩余部分導(dǎo)致第一接觸區(qū)在與支撐元件的余下部分相反的方向上翹曲。在一實施例中，蝕刻也留下第二應(yīng)力引發(fā)層的部分以完全覆蓋p型摻雜區(qū)和第一接觸區(qū)。覆蓋p型摻雜區(qū)的第二應(yīng)力層作為后續(xù)ECE工藝的刻蝕阻擋層，以確保繼電器的其它部件得以保護(hù)而與ECE蝕刻劑隔離。
參照圖5，導(dǎo)電層通過傳統(tǒng)工藝被形成在基板上，例如，濺鍍、物理氣相沉積或電鍍。例如，導(dǎo)電層包括金或諸如金鎳(AuNi5)、金鈀，或金鈷的金合金。其它導(dǎo)電材料，如銀或銀合金，也有用。
為了確保導(dǎo)電層對基板表面的附著，粘結(jié)層可以先于導(dǎo)電層的形成而沉積在基板表面上。在一實施例中，粘接層包括鈦。鈦層也可以被用作減小內(nèi)擴(kuò)散的屏蔽層。促進(jìn)導(dǎo)電材料和支撐元件粘接的其它材料，例如鉻，也有用于作用為粘接層。例如，粘接層通過濺鍍或蒸發(fā)而沉積。其它沉積技術(shù)也是有用的。
在導(dǎo)電和粘接層形成后，它們被構(gòu)圖以形成支撐元件上的第一電極541。在一實施例中，導(dǎo)電層被構(gòu)圖，在支撐元件上留下了除第一接觸區(qū)外的導(dǎo)電層。為了減少由支撐元件上電極導(dǎo)致的應(yīng)力，它應(yīng)當(dāng)薄。在一實施例中，電極的厚度約為75nm。
第一觸點531形成在第一接觸區(qū)內(nèi)。觸點包括諸如金的導(dǎo)電材料。包括諸如金鈀、金鎳和金鈷的金的合金，或包括銀的合金也是有用的。也可以使用提供良好接觸特性的其它材料。諸如鈦或鉻的粘接層可被用于確保接觸材料與支撐元件的粘接。觸點和粘接層通過傳統(tǒng)技術(shù)形成，例如濺鍍、物理氣相沉積、電鍍，或其它技術(shù)。
在一實施例中，提供了焊盤和將焊盤連接至觸點的引線。例如，焊盤和引線用與形成觸點相同的工藝形成。引線區(qū)在第一電極形成過程中被提供以容納引線。例如，引線區(qū)將第一電極分割成第一和第二子部分。
在一實施例中，第一觸點用電鍍技術(shù)形成。這種技術(shù)使用接觸材料鍍在其上的種子層(seed layer)。種子層包括用于形成觸點的導(dǎo)電材料。利于接觸材料電鍍的其它類型的材料也可使用。多種技術(shù)，例如濺鍍或蒸鍍，可被用于沉積種子層。例如鈦或鉻的粘接層可以被提供以促進(jìn)種子層的粘接。
在一實施例中，粘接和種子層(粘接/種子層)也用作第一電極。為了減小粘接和種子層對支撐元件的應(yīng)力效應(yīng)，它們應(yīng)當(dāng)相對薄。為了最小化對支撐元件的應(yīng)力效應(yīng)，粘接/種子層應(yīng)當(dāng)盡可能薄。在一實施例中，粘接層約25nm厚，而種子層約50nm厚，產(chǎn)生約75nm厚的粘接/種子層。
在一實施例中，掩膜被設(shè)置，以在第一接觸區(qū)內(nèi)選擇性地電鍍導(dǎo)電材料以形成第一觸點。包含抗蝕劑的掩膜在第一觸點將要形成的區(qū)域內(nèi)顯露種子層。導(dǎo)電材料被鍍在種子層的暴露區(qū)中以形成第一觸點。觸點的大小應(yīng)當(dāng)足夠應(yīng)付額定負(fù)載電流。例如，高度約為2.5μm。
在觸點形成后，去除掩膜以顯露出種子/粘接層。蝕刻選擇性地去除種子/粘接層以形成第一電極541。例如，蝕刻包括各向異性蝕刻，如反應(yīng)離子刻蝕(RIE)。蝕刻掩膜被用于保護(hù)種子/粘接層中留以用作第一電極的部分。
在一實施例中，用以形成第一電極的蝕刻掩膜無需保護(hù)觸點。在種子/粘接層被構(gòu)圖時，這導(dǎo)致觸點和引線表面的小部分被除去。然而，因為觸點比種子/粘接層厚得多，應(yīng)保留下足夠的量以用作觸點。
第一電極與觸點電絕緣。如所示，第一電極占據(jù)了除第一接觸區(qū)的支撐元件的表面。這種設(shè)計使電極表面積最大化。用以形成電極和觸點的掩膜也可容易地被改變，以包括焊盤和連接觸點和焊盤的引線。
介電層可以被設(shè)置在用于觸點的引線之下。介電層提供了引線和電極之間的電絕緣，消除了將電極構(gòu)圖成兩個子部分的需要。
在替換實施例中，導(dǎo)電層被電鍍到種子/粘接層上。導(dǎo)電層還可被沉積在一粘接層上，例如，通過濺鍍、或物理氣相沉積、或不要求使用種子層的其它沉積工藝。導(dǎo)電層后續(xù)地被掩隔并刻蝕，以形成觸點，如果應(yīng)用的話，還可形成引線和焊盤。用掩隔和刻蝕形成觸點需要沉積附加導(dǎo)電層以用作電相。
參照圖6，形成多余行程區(qū)以確保S形支撐元件的多余行程不被阻擋。為了形成多余行程區(qū)，第一犧牲層630被沉積在基板上。犧牲層的厚度決定了多余行程區(qū)的深度。該厚度足夠容納支撐元件的多余行程。例如，對于2.5μm的觸點高度，犧牲層的厚度約為3-3.5μm。
犧牲層包括可以被相對于其它繼電器材料優(yōu)先刻蝕的材料。優(yōu)選地，犧牲層包括可以被快速和容易地刻蝕而不會顯著除去其它繼電器材料的材料。在一實施例中，第一犧牲層包括銅。鋁、鈦、鋯、鐵、聚酰亞胺或可以相對于其它繼電器材料而被優(yōu)先刻蝕的其它材料也有用，具體地在使用Si3N4和多晶硅為應(yīng)力層的鎳彈簧(spring)的情形下，用作犧牲層的SiO2也是有用的。例如，銅通過物理氣相沉積或濺鍍而被沉積。依賴于犧牲層材料的其它沉積技術(shù)也有用。
傳統(tǒng)掩膜和蝕刻工藝被用以構(gòu)圖犧牲層，以確定多余行程區(qū)面積并為觸點提供開口640。多余行程區(qū)的大小應(yīng)當(dāng)足以確保支撐元件的多余行程不被阻擋。開口640確定第二觸點的部分，當(dāng)觸點接合時，其與第一觸點接觸。
在導(dǎo)電和犧牲材料通過互擴(kuò)散而相互作用以降低導(dǎo)電層的接觸特性的情況下，屏蔽層可以被設(shè)置在該兩層之間。優(yōu)選地，屏蔽層包括防止導(dǎo)電和犧牲材料間互擴(kuò)散，且能相對于其它繼電器材料而優(yōu)先被去除的材料。例如，該屏蔽層包括鈦、鉻、鎢或鈀。
第二犧牲層631被沉積在整個表面上。第二犧牲層包括可相對于其它繼電器材料而被優(yōu)先刻蝕的材料。優(yōu)選地，第二犧牲層包括可被迅速而容易地刻蝕而不去除其它繼電器材料的材料。在一實施例中，第二犧牲層包括銅?？梢韵鄬τ谄渌^電器材料而被優(yōu)先刻蝕的其它材料也有用。例如，銅通過物理氣相沉積或濺鍍而沉積。依賴于犧牲層材料的其它沉積技術(shù)也有用。雖然不是必要的，第一和第二犧牲層可包括同種材料。
第二犧牲層確定第一和第二電極間的間隙。在一實施例中，第二犧牲層的厚度約為0.5μm，以在電極間產(chǎn)生0.5μm的間隔。第二犧牲層通過傳統(tǒng)掩隔和刻蝕技術(shù)被構(gòu)圖，以確定空腔區(qū)。
參照圖7，介電層745設(shè)置在基板上，以在支撐元件向上移動時，將第一電極與第二電極絕緣。介電層的厚度應(yīng)當(dāng)足以提供設(shè)計參數(shù)所規(guī)定的電絕緣。典型地，介電層的厚度約為1μm厚。當(dāng)然，依賴設(shè)計規(guī)范和材料的介電特性，其它厚度值可以使用。
介電層應(yīng)當(dāng)在由其上不同特征產(chǎn)生的基板外形提供良好的多極覆蓋(stepcoverage)。氧化硅或諸如氮化硅的其它介電材料可被用于形成介電層。
在一實施例中，介電層包括富硅的氮化硅(Si3N4)介電層。Si3N4通過PECVD沉積。其它沉積技術(shù)，例如LPCVD，也有用。介電層被構(gòu)圖，形成對第一觸點的觸點開口。傳統(tǒng)掩隔和刻蝕工藝去除介電材料的部分以顯露接觸孔640。
繼電器的第二電極和第二觸點被形成。如果需要，屏蔽層可以在觸點和電極形成前被設(shè)置在第二犧牲層的表面上，以防止觸點和犧牲材料之間的互擴(kuò)散。優(yōu)選地，屏蔽層包括可以相對于其它繼電器材料而被優(yōu)先除去的材料。例如，屏蔽層包括鈦、鉻、鎢或鈀。防止觸點和犧牲材料間互擴(kuò)散的其它屏蔽材料也有用。
在一實施例中，電極和觸點通過如上所述的電鍍技術(shù)形成。促進(jìn)用于形成觸點和電極的導(dǎo)電材料的電鍍的種子層，例如，通過在基板表面上濺鍍或其它技術(shù)而形成，覆蓋了介電層。在一實施例中，種子層包括金。促進(jìn)觸點和電極材料電鍍的其它材料也有用。
導(dǎo)電材料被電鍍在種子層上。導(dǎo)電材料用作電極和觸點。在一實施例中，導(dǎo)電材料包括金，或諸如金鈀、金鎳(AuNi5)、或金鈷的金合金。其它金屬或合金，例如銀或銀合金，也有用。提供良好接觸特性的其它材料也可使用。例如，導(dǎo)電材料和種子層的厚度約為2.5μm。
設(shè)置粘接層以促進(jìn)觸點和電極在繼電器主體上部的粘接。在一實施例中，粘接層包括鈦。包括鉻或促進(jìn)導(dǎo)體材料在繼電器上部的粘貼的材料的粘接層也有用。粘接層可以通過濺鍍、蒸發(fā)沉積、電鍍或其它技術(shù)沉積。種子層、導(dǎo)電層、和粘接層用傳統(tǒng)的掩膜和蝕刻工藝構(gòu)圖，以形成第二電極740和第二觸點730。掩膜和刻蝕工藝也形成引線和焊盤。
在一替換實施例中，導(dǎo)電層通過濺鍍、物理氣相沉積或其它不要求種子層的沉積工藝沉積。
在另一替換實施例中，掩膜層被用于選擇性地在種子層上電鍍導(dǎo)電材料，以形成第二電極和第二觸點。在電極和觸點形成后，掩膜被去除。粘接層被沉積和構(gòu)圖，以在第二觸點和第二電極上形成粘接層。
參照圖8，蓋805(cap)被形成。蓋形成繼電器的上部，支撐第二電極和第二觸點。蓋包括足以支撐觸點和電極的材料。在一實施例中，蓋包括鎳或諸如NiFe的鎳合金。諸如金、塑料、環(huán)氧樹脂或可以足夠支撐繼電器元件的其它材料的材料可以被使用。
如果導(dǎo)電材料被用于形成蓋，介電層880在蓋形成前在基板表面上形成。介電層用于將蓋與觸點和電極絕緣，以防止繼電器元件短路。多種介電體可以被使用以形成介電層。在一實施例中，介電層包括用PECVD形成的SiO2。用以形成介電層的其它技術(shù)也有用。介電層的厚度足以滿足設(shè)計規(guī)范。例如，介電層約1μm厚。當(dāng)然，根據(jù)設(shè)計規(guī)范和使用的介電材料，厚度可以被改變。
介電層用傳統(tǒng)技術(shù)構(gòu)圖，以覆蓋基板上的蓋所形成的區(qū)域。觸點和電極的焊盤被顯露以對其接近。
在一實施例中，鎳蓋通過電鍍形成。粘接層在基板上形成，以促進(jìn)蓋材料和基板之間的粘接。例如，粘接層包括鈦。諸如鉻或促進(jìn)粘接的材料的其它材料也有用。粘接層約為25nm。種子層形成在基板上，以利于電鍍蓋材料。例如，種子層包括約50μm厚的鎳。于是，鎳蓋層被電鍍在種子層上。例如，蓋的厚度約為5-10μm。蓋層與粘接和種子層一起被構(gòu)圖以形成蓋805。觸點和電極的焊盤被顯露以對其接近。
替換地，掩膜層被形成，以在蓋的區(qū)域內(nèi)選擇性電鍍蓋層。掩膜被去除，顯露種子和粘接層。顯露的種子和粘接層被除去。
基板的背側(cè)被掩隔，顯露將要被除去以形成懸臂支撐元件的基板區(qū)域。基板使用ECE技術(shù)得以刻蝕?？涛g除去基板的p型摻雜區(qū)，包括被n型摻雜區(qū)環(huán)繞的區(qū)域。ECE在n型摻雜區(qū)和氮化物上停止或鈍化。于是，刻蝕除去氮化物層，顯露犧牲層。例如，包括干法刻蝕的蝕刻利用了相對于硅優(yōu)先刻蝕氮化物的化學(xué)原理。于是濕法刻蝕被使用，以刻蝕犧牲層和屏蔽層，將支撐元件與繼電器主體的上部隔開。
在另一實施例中，第一觸點未設(shè)置引線。相反地，第一觸點用作橋式觸點，以電連接位于繼電器主體的上部中第二接觸區(qū)內(nèi)的第一和第二觸點。
參照圖9，顯示了基板301，它已被加工以包括構(gòu)圖后的第一犧牲層930。第一和第二觸點開口940和941得以形成，顯露出下面第一觸點表面。工藝?yán)^續(xù)，提供如上所述的第二犧牲層和介電層。
參照圖10，電極140及第二和第三觸點150和151得以形成。接觸焊盤和引線也提供給電極和觸點。觸點和電極通過電鍍技術(shù)形成。諸如沉積導(dǎo)電層和構(gòu)圖之以形成觸點和電極的其他技術(shù)也有用。工藝如上所述地延續(xù)以完成繼電器。
在本發(fā)明的替換實施例中，支撐元件通過除去基板的部分而確定。參照圖11，基板101被設(shè)置。例如，基板是硅晶片。其它類型的基板也有用?；灏ǖ谝粨诫s區(qū)，例如p型摻雜區(qū)。第一摻雜區(qū)可以是基板的一部分，也可以另外形成。第二摻雜區(qū)107，如n型摻雜區(qū)，被設(shè)置在基板的表面上。第二摻雜區(qū)的深度確定支撐元件的厚度。
因為支撐元件通過刻蝕基板的表面而確定，沒有必要設(shè)置重?fù)诫s區(qū)?？涛g掩膜形成在基板表面上，并被構(gòu)圖以顯露基板的部分。掩膜的圖形確定支撐元件的形狀。
基板顯露的部分通過諸如RIE的各向異性刻蝕而被去除，形成基板表面上的溝道180。溝道的深度180比n型摻雜區(qū)更深，以確保支撐元件通過如圖8中所示的后續(xù)ECE刻蝕的正確形成。
用于圖8所示的后續(xù)ECE刻蝕的屏蔽層190形成在基板上，覆蓋表面并加固(lining)溝道。在一實施例中，ECE刻蝕屏蔽層包括Si3N4。不被ECE刻蝕化學(xué)反應(yīng)刻蝕的其它材料也可使用。
參照圖12，插頭196被設(shè)置在溝道180上，以使后續(xù)加工成為可能。在一實施例中，插頭包括鋁。插頭通過在基板上濺鍍鋁而形成。其它沉積技術(shù)也有用。
替換地，插頭材料包括硅酸鹽玻璃。在一實施例中，插頭材料包括摻雜硅酸鹽玻璃。例如，摻雜硅酸鹽玻璃為硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)。能夠填充溝道的材料也有用。其它摻雜硅酸鹽玻璃，諸如磷硅酸鹽玻璃(PSG)和硼硅酸鹽玻璃(BSG)，或未摻雜硅酸鹽玻璃也可使用。如果所用插頭材料不受刻蝕ECE化學(xué)反應(yīng)的影響，隔離ECE屏蔽層是不需要的，因為插頭可以用作ECE屏蔽層。
形成繼電器的工藝如圖4所述地延續(xù)。
在另一實施例中，雙支撐元件設(shè)置在繼電器中，如圖2所述。生產(chǎn)雙支撐元件繼電器相似于已經(jīng)得以描述的工藝，除了在確定支撐元件的過程中確定第二支撐元件以外。
為了形成多余行程區(qū)，額外的犧牲層得以使用。在一實施例中，雙支撐元件繼電器采取使用三層犧牲層。例如，第一犧牲層確定第一和第二觸點間的間隔，第二犧牲層確定多余行程區(qū)，而第三犧牲層確定第一和第二電極間的間隔。
雖然本發(fā)明參照多個實施例已經(jīng)得以具體圖示和描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，在不偏離其范圍的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行修改和改變。因而，本發(fā)明的范圍不應(yīng)當(dāng)參照以上描述確定，而應(yīng)當(dāng)參照與其等價物的全部范圍一起的所附權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種微結(jié)構(gòu)繼電器，包括主體，其包括上部和下部，其中下部由基板形成，而上部形成在基板上以避免將下部粘接到上部；支撐元件，其具有固定在主體上以形成懸臂的第一端部，其中，支撐元件的上表面和主體上部的下表面形成空腔；以及第一接觸區(qū)，其位于支撐元件第二端部的上表面，第一接觸區(qū)包括第一觸點，其中，將支撐元件向下表面轉(zhuǎn)動導(dǎo)致第一觸點電連接至相對觸點。
2.如權(quán)利要求1所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，支撐元件被靜電力向下表面轉(zhuǎn)動，靜電力通過加載電勢到第一和第二電極上產(chǎn)生，第一電極位于上表面，而第二電極位于下表面。
3.如權(quán)利要求2所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括在下表面上的第二接觸區(qū)，第二接觸區(qū)包括第二觸點。
4.如權(quán)利要求3所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，支撐元件具有S形，以在支撐元件向下表面旋轉(zhuǎn)時提供了多余行程。
5.如權(quán)利要求4所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，S形支撐元件包括第一和第二應(yīng)力層，第一應(yīng)力層在支撐元件上引發(fā)壓應(yīng)力以使之彎曲而遠(yuǎn)離下表面，第二應(yīng)力層在第一接觸區(qū)上引發(fā)拉應(yīng)力以導(dǎo)致第一接觸區(qū)向下表面彎曲。
6.如權(quán)利要求5所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，第一接觸區(qū)向下表面的彎曲確定了多余行程。
7.如權(quán)利要求6所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括在下表面內(nèi)的多余行程區(qū)，該多余行程區(qū)容納第一接觸區(qū)的彎曲，以防止多余行程被阻礙。
8.如權(quán)利要求7所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，支撐元件包括硅。
9.如權(quán)利要求8所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，第一應(yīng)力層包括氧化硅。
10.如權(quán)利要求9所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，第二應(yīng)力層包括氮化硅。
11.如權(quán)利要求10所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，主體的下部包括硅。
12.如權(quán)利要求11所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，上部包括鎳。
13.如權(quán)利要求12所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括將主體上部與第二觸點和第二電極絕緣的介電層。
14.如權(quán)利要求7所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，支撐元件包括鎳。
15.如權(quán)利要求14所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，第一應(yīng)力引發(fā)層包括氧化硅，而第二應(yīng)力引發(fā)層包括多晶硅。
16.如權(quán)利要求15所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，多晶硅包括摻雜多晶硅。
17.如權(quán)利要求16所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括在支撐元件的與上表面相對的表面上的補償層，補償層具有大小上與第一應(yīng)力引發(fā)層的TCE相近的熱膨脹系數(shù)(TCE)。
18.如權(quán)利要求17所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，所述補償層的本征應(yīng)力小于第一應(yīng)力層的本征應(yīng)力，以減小補償層對支撐元件的影響。
19.如權(quán)利要求2所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括第二支撐元件，所述第二支撐元件具有固定在主體上的第一端部，且第二觸點被支撐在第二支撐元件上表面的第二端部上。
20.如權(quán)利要求19所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括在第一和第二支撐元件的上表面上的應(yīng)力引發(fā)層，應(yīng)力引發(fā)層在支撐元件上引發(fā)壓應(yīng)力，以導(dǎo)致支撐元件彎曲而離開主體上部的下表面。
21.如權(quán)利要求20所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，支撐元件包括硅。
22.如權(quán)利要求21所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，應(yīng)力引發(fā)層包括氧化硅。
23.如權(quán)利要求22所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，第二支撐元件比第一支撐元件短。
24.如權(quán)利要求23所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，多余行程由第二支撐元件確定。
25.如權(quán)利要求24所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括在第二支撐元件上的多余行程區(qū)，以確保當(dāng)?shù)谝恢卧蛳卤砻孓D(zhuǎn)動時多余行程不被阻擋。
26.一種微型繼電器，包括主體，其包括上部和下部；支撐元件，其在第一端部被主體支撐以形成懸臂，其中，支撐元件的主要表面與主體上部的下表面形成空腔；以及第一接觸區(qū)，其位于支撐元件第二端部的主表面上，第一接觸區(qū)包括第一觸點；支撐元件具有S形，其中，支撐元件的主體在遠(yuǎn)離主體上部表面的方向上彎曲，而第一接觸區(qū)在朝主體上部表面的方向彎曲；當(dāng)S形支撐元件朝下表面旋轉(zhuǎn)時，其導(dǎo)致第一觸點電連接到相對觸點上。
27.如權(quán)利要求26所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，支撐元件被靜電力朝下表面轉(zhuǎn)動，靜電力通過將電勢加載到第一和第二電極上產(chǎn)生，第一電極位于上表面上，而第二電極位于下表面上。
28.如權(quán)利要求27所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括在下表面上的第二接觸區(qū)，第二接觸區(qū)包括第二觸點。
29.如權(quán)利要求28所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，S形支撐元件包括第一和第二應(yīng)力層，第一應(yīng)力層在支撐元件上引發(fā)壓應(yīng)力，以使之彎曲而遠(yuǎn)離下表面，而第二應(yīng)力層在第一接觸區(qū)上引發(fā)拉應(yīng)力，以導(dǎo)致第一接觸區(qū)朝下表面彎曲。
30.如權(quán)利要求29所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，第一接觸區(qū)向下表面的彎曲確定多余行程。
31.如權(quán)利要求30所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括在下表面內(nèi)的多余行程區(qū)，所述多余行程區(qū)容納第一接觸區(qū)的彎曲以防止多余行程被阻擋。
32.如權(quán)利要求31所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，支撐元件包括硅。
33.如權(quán)利要求32所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，第一應(yīng)力層包括氧化硅。
34.如權(quán)利要求33所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，第二應(yīng)力層包括氮化硅。
35.如權(quán)利要求34所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，主體的下部包括硅。
36.如權(quán)利要求35所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，上部包括鎳。
37.如權(quán)利要求36所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括將主體上部與第二觸點和第二電極絕緣的介電層。
38.如權(quán)利要求31所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，支撐元件包括鎳。
39.如權(quán)利要求38所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，第一應(yīng)力引發(fā)層包括氧化硅，而第二應(yīng)力引發(fā)層包括多晶硅。
40.如權(quán)利要求39所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，多晶硅包括摻雜多晶硅。
41.如權(quán)利要求40所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括在支撐元件相對上表面的表面上的補償層，所述補償層具有大小相近于第一應(yīng)力引發(fā)層的TCE的熱膨脹系數(shù)(TCE)。
42.如權(quán)利要求41所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，補償層的本征應(yīng)力小于第一應(yīng)力層的本征應(yīng)力，以減少補償層對支撐元件的影響。
43.如權(quán)利要求27所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括第二支撐元件，第二支撐元件具有固定在主體上的第一端，以及支撐在第二支撐元件上表面第二端的第二觸點，其中，支撐元件被靜電力向下表面轉(zhuǎn)動，靜電力通過加載電勢到第一和第二電極上產(chǎn)生，第一電極位于上表面，而第二電極位于下表面。
44.如權(quán)利要求43所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括在第一和第二支撐元件上表面上的應(yīng)力引發(fā)層，所述應(yīng)力層在支撐元件上引起壓應(yīng)力，以使它遠(yuǎn)離主體的上部下表面而彎曲。
45.如權(quán)利要求44所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，支撐元件包括硅。
46.如權(quán)利要求45所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，應(yīng)力引發(fā)層包括氧化硅。
47.如權(quán)利要求46所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，第二支撐元件比第一支撐元件短。
48.如權(quán)利要求47所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，其中，多余行程由第二支撐元件確定。
49.如權(quán)利要求48所述的微結(jié)構(gòu)繼電器，還包括在第二支撐元件上的多余行程區(qū)，以確保多余行程在第一支撐元件向下表面轉(zhuǎn)動時不被阻擋。
50.一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括提供具有第一摻雜區(qū)的基板，該摻雜區(qū)包括第一類型的摻雜劑；提供包括第二類型摻雜劑的第二摻雜區(qū)，其中，第一和第二摻雜區(qū)在基板表面上形成與部件對應(yīng)的圖形；以及刻蝕處理以從基板表面上去除第一或第二摻雜區(qū)以形成部件，其中，被去除的摻雜區(qū)包括高摻雜劑濃度，以使得刻蝕劑形成具有小于250μm的橫向尺寸的開口。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其中，被去除的摻雜區(qū)內(nèi)的高摻雜劑濃度包括導(dǎo)致小于6mΩ·cm的電阻率的摻雜劑濃度。
52.如權(quán)利要求50所述的方法，其中，被去除的摻雜區(qū)內(nèi)的高摻雜劑濃度包括導(dǎo)致約50mΩ·cm的電阻率的摻雜劑濃度。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其中，所述開口小于60μm。
54.如權(quán)利要求50所述的方法，其中，第一區(qū)包括p型摻雜劑以形成p型摻雜區(qū)，而第二摻雜區(qū)包括n型摻雜劑以形成n型摻雜區(qū)。
55.如權(quán)利要求54所述的方法，其中，p型摻雜區(qū)通過p型基板提供，而n型摻雜區(qū)通過用離子注入而選擇性摻雜基板以形成圖形而提供。
56.如權(quán)利要求54所述的方法，其中，p型摻雜區(qū)通過注入p型摻雜劑到基板內(nèi)而提供，n型摻雜區(qū)通過選擇性注入n型摻雜劑到基板中以形成圖形而提供。
57.如權(quán)利要求55或56所述的方法，其中，p型區(qū)通過電化學(xué)刻蝕除去。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其中，p型摻雜區(qū)的摻雜劑濃度導(dǎo)致具有小于6mΩ·cm的電阻率的p型區(qū)。
59.如權(quán)利要求57所述的方法，其中，p型摻雜區(qū)的摻雜劑濃度導(dǎo)致具有約50mΩ·cm的電阻率的p型區(qū)。
60.如權(quán)利要求59所述的方法，其中，所述開口小于60μm。
全文摘要
提供了一種包括S形支撐元件的微結(jié)構(gòu)繼電器。S形支撐元件在繼電器中產(chǎn)生了多余行程,用以在繼電器的整個壽命期限中產(chǎn)生高的接觸力和低的接觸電阻。在支撐元件上適當(dāng)部位的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力引發(fā)層使之按所需彎曲。
文檔編號B81C3/00GK1338116SQ99816420
公開日2002年2月27日 申請日期1999年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月4日
發(fā)明者厄皮利·斯里達(dá), 維克托·D·桑珀, 符芳濤, 德克·瓦格納, 凱·克魯普卡, 赫爾穆特·施拉克 申請人:蒂科電子輸給系統(tǒng)股份公司