TW201007802A - MEMS relay with a flux path that is decoupled from an electrical path through the switch and a suspension structure that is independent of the core structure and a method of forming the same - Google Patents
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Description
201007802 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明相關於繼電器，尤其是相關於具有一透過開關 自電路徑所去耦的自磁性作用之通量路徑和—不依賴核心 結構之懸浮結構的MEMS繼電器，以及形成其之方法。 【先前技術】 一開關是一眾所皆知的在元件中的連接、不連接或改 變連接的元件。一電開關是當該開關呈現「關閉」時，該 開關提供一低阻抗電路徑；並且當該開關呈現「打開」時， 提供一高阻抗電路徑。一機械電開關是一種藉由將兩電連 接器以物理的方式連結在一起所形成的低阻抗電路徑和藉 由將該兩電連接器以物理的方式相互分隔所形成的高阻抗 電路徑的開關型態。 一作用器是一眾所皆知的 以移除或控制另一元件的機械 電開關一同使用以移除或控制 構件，因此提供個別對應於該 路徑。 用於移除或控制一機械構件 元件。該作用器通常與機械 關閉和打開該開關的一機械 作用器的低阻抗或高阻抗電 器 動 變 -繼電器由一開關和一作用器所組成，其中在該作用 内的機械構件回應於在一電流狀況中的電磁改變而移 。例如，由於在線圈中的電流顯現或空乏所致的電磁改 可：導致在該作用器中的機械構件關閉或打開該開關。 某-執行作用器與繼電器的途徑是使用微機電系統 201007802 (micro-electromechanical，MEMS)技術。使用用來形成 傳統半導體結構（諸如該互連結構）的相同製造製程來形 成MEMS元件，致使其提供與一晶粒上的電晶體電連接。 傳統的MEMS繼電器的某一弊端是促使該元件的通量 路徑也典型依循透過該開關的電路徑。傳統地，繼電器是 當作於電力開關使用，並且由於在該線圈附近的電流中的 波動（也就是通量）所致，因此透過該開關的信號下降已 不是值得關心的。 v 然而’當MEMS繼電器透過該開關通過具有非常微小 的振幅的信號時，在該線圈附近的電流波動（也就是通量） 能導致透過該開關通過一不接受程度的信號。因此有用於 ' 具有一透過開關自電路徑所去耦的通量路徑的MEMS繼電 器的需要。 另一傳統MEMS繼電器的弊端是該懸浮結構典型是作 為部分該核心結構以形成。然而，該懸浮與核心結構一般 ❿ 具有相衝突的要求。理想的核心結構形貌是以一具有大橫 截面積的短通量路徑。然而，理想的懸浮結構形貌是以一 具有小橫截面積的長通量路徑，因為其減少了傳動杆的彈 菁岡j度’並且因此其作用力被要求關閉該開關。因此，也 有用於一不依賴核心結構之具有一懸浮結構的MEMS繼電 器的需要。 【發明内容】 種微機電系統繼電器透過開關自電路徑將自磁性作 5 201007802 用的通量路杈去辆，因此排除起因於在核心附近的電流的 皮動（也就疋通量）之訊號下降。此外，該繼電器 具有不依賴核心結構之懸浮結構。 在某一實施例中，一種MEMS繼電器包含：一觸碰一 介電結構的核心’該核心具有導磁性材料；—觸碰該介電 結構的線目’該線圈纏繞著該“；—觸碰該介電結構的 開關構件H觸碰該介電結構㈣浮構件，該懸浮結 構具有一導磁性材料，當沒有電流透過該線圈流動時，懸 浮構件沒有任何部份觸碰到該核心，該懸浮構件可回應於 透過該線圈的電流流動而朝向該線圈移動。 在另一實施例中，一種形成一 MEMS繼電器之方法包 含：形成一些相分隔的較低線圈構件，其形成該線圈的一 些較低水平部份；形成一觸碰該相分隔的較低線圈構件之 較低介電層；形成一觸碰該較低介電層之犧牲結構；形成 觸碰該較低介電層的一核心、一開關構件和一懸浮構件， 該懸浮構件觸碰該犧牲層，開關構件沒有任何部份觸碰該 核心0 【實施方式】 較佳詳細地描述將顯示於下’本發明是一種memS繼 電器和一種形成該繼電器的方法’其具有一透過開關自電 路徑所去搞的自磁性作用的通量路徑。此外，該memS繼 電器具有一不依賴核心結構之懸浮結構。 圖1顯示根據本發明的一種形成該MEMS繼電器的方 201007802 法100的範例。如圖i所示，在11 〇中，方法1 〇〇藉形成 一些相分隔的較低線圈構件而開始’該較低線圈構件形成 一待形成的線圈的較低水平部份。此外，一對輸入/輸出構 件可隨意地在該較低線圈構件形成的同時來形成。 圖 2A-15A、2B-15B、2C-15C 和 2E-15E 顯示根據本範 例說明方法100的範例的一組圖。圖2A-3A、2B-3B、2C-3C、 2D-3D和2E-3E顯示根據本發明說明形成一些相分隔的較 低線圈構件的方法100的範例的一組圖。
如圖2A-2E所示，方法100利用傳統形成的—具有重 疊基本介電層212的單晶矽半導體晶圓21〇。基本介電層 212可以一未包含金屬結構的介電層或一包含金屬結構的 介電層（諸如一金屬互連結構的介電層）為代表。 當形成如一金屬互連結構的介電層時，基本介電層212 包含典型的鋁之金屬軌跡的位準、將底部金屬軌跡與在晶 圓210上的區域相電連接的—大量的接觸和將鄰近層間: 金屬軌跡相連接一起的一大量的金屬内部通孔。進一步， 在頂部金屬層中的金屬軌跡的頂部表面上 摇也从I 』Γ/|避域是如 徒供外部連接點的墊般運作。 任本例中，基本介電層212以也包含墊Ρ1Ρ4 =連結構的介電f為代表。塾Ρ1ίσ Ρ2為提供用於 成的線圈的電連接的在金屬頂部層中的 軌二 部表笼屬軌跡的頂 上的所選區域，同時墊Ρ3和ρ4為提 成的線圈的電輸入/輸出連接的在金屬軌跡的頂表 所選區域。r 口 士抽n J項。卩表面上的 _有塾Pl-P4並且沒有整個金屬互連結構是為 7 201007802 清楚說明以橫截面所示。） 再次參照圖2A-2E，方法1〇〇藉在基本介電層212的頂 部表面上形成-金屬層214而開始。在本範例中由於基 本介電層212以-金屬互連結構的介電層為代表，所以金 屬層214也形成在墊P1_p4的頂部表面上。 例如，金屬層214可包含一層鈦（例如1〇〇埃的厚度）' 一層氮化鈦（例如200埃的厚度）、一層鋁鋼（例如ι二微 米的厚度）、一層鈦（例如44埃的厚度）和一層氮化鈦（例 如250埃的厚度）。—旦金屬層214已形成，—較低遮罩 2 16在金屬層214的頂部表面上形成並圖案化。 如圏3A-3E所示，接著是遮罩216的形成和圖案化， 蝕刻金屬層214以移除金屬層214的已曝露區域並且形成 些相为隔的較低線圈構件220。該具有一馬蹄鐵形狀的較 低線圈構件220形成該待形成的線圈的較低側邊。在本範 例中，由於基本介質層212以一金屬互連結構的介電層為 代表，所以與該待形成的線圈的相反末端相符的較低線圏 構件220的末端是以物理與電連接到墊？1和p2。 此外’該钱刻可隨意地形成與該輸入/輸出墊以和p4 相電連接的一對較低輸入/輸出構件222。在該較低線圈構 件220和該對較低輸入/輸出構件222已形成之後，移除遮 罩 216。 回至圖1 ’ 一旦該較低線圈構件和該對較低輸入/輸出 構件已形成之後，方法1〇〇移動到112以形成一觸碰該較 低線圈構件和該對輸入/輸出構件的較低介電層。圖4A、 201007802 4B、4C、4D和4E顯示根據本發明說明形成一較低介電層 的方法100的範例的一組圖。 如圖4A-4E所示，諸如一氧化層的較低介電層224將 形成在基本介電層212、較低線圈構件22〇和該對較低輸入 /輸出構件222上。例如，可藉沉積一氧化物以形成較低介 電層，並且然後化學機械拋光氧化物以具有例如在基本介 電層212上的一目標厚度，例如2〇〇〇埃。 參照回圖丨，在已形成較低介電層之後，方法1〇〇移動 到114以形成一觸碰到該較低介電層的犧牲結構。圖 5A-6A、5B_6B、5C-6C、5D_6D 和 5E 6E 顯示根據本發明 說明形成一犧牲結構的方法100的範例的一組圖。 ' 如圖5A_5E所示，一旦較低介電層224已形成，一犧 牲結構226將形成在較低介電層224的頂部表面上。例如， 具有例如2000埃的厚度的一層#晶石夕能形成在較低介電層 224的頂部表面上。一旦犧牲層已形成，一遮罩在 ❹ 犧牲層226的頂部表面上形成並圖案化。 如圖6Α·6Ε所示，接著是遮罩228的形成和圖案化， 钱刻犧牲層226以移除犧牲層226的已曝露區域並且形成 一犧牲結構230。在已蚀刻犧牲層226以形成犧牲結構23〇 之後，移除遮罩228。 再次參照圖卜在已形成該犧牲結構之後，方法ι〇〇移 動到m以形成關構件和—觸碰該較低介電 層的懸浮結構，開關構件沒有任何部份觸碰該核心。圖 7A-9A、7B-9B、7C-9C、7D-9D 和 7E_9E 顯示根據本發明 9 201007802 說明形成一核心 範例的一組圖。 一開關構件和一犧牲構件的方法 如圖7A-7E所示，在犧牲結構23〇形成之後， 層232形成在較板介雷靥994 i u ____
再來，接著是電鍍鑄模的形成，如圖8A 8E所說明， 剝除該頂部鈦層並且藉電鍍—例如1()微米的厚度以沉積諸 如-鎳和冑的合|的類&永久的磁性㈣以形成—核心 236、一開關構件238和一懸浮構件24〇。 在這之後，移除電鍍鑄模234,接著將晶種層232的底 部區域移除。如圖9Α_9Ε所示，反映該待形成的線圈的形 狀的核心236也具有—置於該較低線圈構件220上的馬蹄 鐵形狀，同時開關構件238具有一接觸側壁244。 進一步如圖9Α-9Ε所示，懸浮構件24〇具有一中間構 件246。中間構件246置在核心236和開關構件之間， 並且置於鄰近開關構件238的接觸側壁244。結果，中間構 件246藉一作用溝槽25〇與核心236分隔，同時中間構件 246藉一接觸溝槽252與該開關構件238的接觸側壁244分 隔。 作用溝槽250可做的比接觸溝槽252明顯大點，因此 確保曰繼電器作用時，一電連接將總是形成著。該作用溝 槽250和接觸溝槽252的大小藉由在電鍍鑄模234中圖案 201007802 化以界定之。進一步，在本範例中，也形成中間構件246 以具有一半圓形狀，並且指向核心236以形成一軌道形狀。 懸浮構件240也包含一彈簧構件254。在本範例中，如圖 9A-9E所示，彈簧構件254以提供懸浮構件24〇與較低介電 層224觸碰的唯一點的基本區域256和沿著中間構件 與介電層224分隔的延伸區域260所執行。 再次參照圖1，在已形成該核心、開關構件和懸浮構件 之後方法1 〇〇移動到118以形成接觸該較低線圈構件的 頂部與側邊以形成一核心、一位在該開關構件上之導電第 一開關軌跡和一位在該懸浮構件上並且乘騎之導電第二開 關軌跡’線圈沒有任何部份纏繞著該懸浮構件。
' 圖 10Α·14Α、10B_14B、10C-14C、10D-14D 和 10E_14E 顯示根據本發明說明形成接觸該較低線圈構件的頂部與側 邊以形成一核心、一位在該開關構件上之導電第一開關軌 跡和一位在該懸浮構件上並且乘騎之導電第二開關軌跡的 方法100的範例的一組圖》 ❹ 如圖1 0A-10E所示’在已形成該核心236、開關構件 238和懸浮構件240之後，並且在將電鍍鑄模234和晶種層 232的底部區域移除之後，諸如一氧化層的較高介電層形成 在較低介電層224、核心236、開關構件238和懸浮構件24〇 上。例如，較高介電層262可藉在較低介電層224上沉積 —致的例如1微米的厚度的氧化物而形成。在已形成較高 介電層262之後，然後諸如一層光阻的一遮罩264在較高 介電層262的頂部表面上形成並圖案化。 11 201007802 如圖11A-11E所示，接著是遮罩264的形成和圖案化， ' 蝕刻該較高介電層262和底部較低介電層224的已曝光區 域以形成一些垂直開口 266。該垂直開口 266包含形成待形 成的線圈的較低側邊的所曝露的較低線圈構件220的末端 的頂部表面的通孔型開口。該垂直開口也曝露該對較低輸 入/輸出構件222 ^此外’該垂直開口 266也形成自懸浮構 件240周圍的基本區域256延伸並再次回到基本區域256 的一溝渠。 根據本發明，該犧牲結構230的已曝露區域在此次蝕 ❿ 刻期間未被移除。結果，垂直開口 266以對用於形成犧牲 結構230的材料具有高度選擇的姓刻來形成。此外，形成 - 具有一如較低介電層224相同厚度的犧牲結構23〇也可以 形成比較低介電層224厚’以確保在該姑刻之後，特定部 分的犧牲結構230的已曝露區域仍舊保留。接著是該蝕刻， 然後移除該遮罩264。 如圖12A_12E所示，一旦已移除遮罩264，一晶種層 270是形成在該較低線圈構件22〇的已曝露區域、該已曝露 ❹ 的輸入/輸出構件222、較低介電層224、犧牲結構230和較 咼介電層262的頂部表面。例如，晶種層27〇可藉沉積3〇〇 埃的鈦、3000埃的銅和300埃的鈦而形成。在已形成晶種 層270之後，一電鍍鑄模272 (以斜線顯示）在晶種層27〇 的頂部表面上形成並圖案化。在電鍍鑄模272中的圖案化 在圖12A中以斜線顯示。 再者，如圖13A-13E所示，接著是電鍍鑄模272的形 12 201007802 成和圖案化’剝除該頂部鈦層並且藉由電鍍以沉積銅以形 成一些線圈的銅側邊部分274和一些線圈的銅較高部分 276。此外’該電鍍也形成具有一侧壁接觸282的第一開關 軌跡280和具有一側壁接觸286的第二開關軌跡28^該第 一和第二開關軌跡28〇和284也觸碰到該輸入/輸出構件222 以達到一電連接。進一步如圖13A_13E所示，較低線圈構 件220-1、侧邊區域274_1和較高區域a%」形成某一線圈 迴圈的三側邊。如圖14A-14E所示，接著是此動作，移除 ❹ 電鍍鑄模272和晶種層270的底部區域。 再次參照圖1，在已形成該線圈、導電第一開關軌跡和 導電第二開關軌跡之後，方法丨〇〇移動到丨2〇以移除該犧 ' 牲結構，致使該懸浮構件回應於透過該線圈的電流流動的 變化而移動。 換s之’當該懸浮構件回應於透過該線圈的電流流動 的變化而移動時，該第二導電軌跡製造和破壞與該第一導 _ 電軌跡的電接觸。此外，當一電流透過該線圈流動時，一 磁通量通過部份的懸浮構件並且實質上沒有磁通量通過該 第一和第二導電軌跡。 圖15A-15E顯示根據本發明說明移除犧牲結構23〇的 方法100的範例的一組圖。如圖15A_15E所示，在已形成 該核心、第一開關軌跡28〇和第二開關軌跡284之後，移 除犧牲結構230。犧牲結構230的移除使得中間構件246和 彈簧構件254的延伸區域260漂浮。例如，在如圖ι5α·ι5Ε 所示的範例中，中間構件246和延伸構件26〇彼此漂浮， 13 201007802 其僅透過基本區域256連接到較低介電層224。 ' 漂浮的延伸區域260藉底部犧牲結構230與較低介電 層224垂直地相分隔’所以在已移除底部犧牲結構23〇之 後^^洋。結果’犧牲結構230的厚度決定一偏移溝槽290， 其置於在較低介電層224和漂浮的延伸區域260之前的垂 直間隔。 因此，如圖15A-15E所示，本發明的方法所形成的 MEMS繼電器1500包含核心236和圍繞該核心236的線圈 1510。線圈1510可藉較低線圈構件22〇、銅側邊區域274 0 和銅較高區域276所執行。此外，核心236和線圈1510皆 接觸較低介電層224。 進一步如圖15A-15E所示’ MEMS繼電器1500也包含 —開關結構1512和一懸浮結構1514。開關結構1512可藉 觸碰到較低介電層224的開關構件1512和較高介電層262 所執行。懸浮結構15 14可藉觸碰到較低介電層224的懸浮 構件240和較高介電層262所執行◊進一步，沒有部分線 圈15 10纏繞著懸浮結構i 5丨4。 ◎ 另外如圖15A-15E所示，MEMS繼電器15〇〇包含沿開 關結構1512所觸碰和延伸的第一開關執跡28〇，和沿懸浮 結構1514所觸碰和延伸的第二開關軌跡284。進一步，第 開關軌跡280具有一第一側壁接觸282並且第二開關軌 跡284具有一第二側壁接觸286。 在操作中，當在線圈151〇中沒有電流顯現時，懸浮結 構1514如圖15A所不置於一靜止位置。此外，當線圈151〇 14 201007802 中沒有電流顯現時，懸浮結構1514和核心236以一最小距 離X所分隔，同時，當線圈151〇中沒有電流顯現時，第一 側壁接觸282和第二側壁接觸286以一等於或小於該最小 距離X的最小距離Y所分隔。依次，該最小距離γ提供一 高阻抗電路徑。 因此，MEMS繼電器15〇〇的某一優勢是懸浮構件1514 不依賴核心236 (即’當沒有電流透過線圈151〇流動時， 沒有部分懸浮結構1514觸碰核心236)。因此，當核心236 β可作為-短通量路徑而改善時，可改善該懸浮結構1514以 減少該彈簧的剛度。 在另一方面，當電流透過線圈1510流動並產生一比懸 、浮結構1514的彈簧作用力強的電磁場，該懸浮結構1514 朝著核〜236移動以致使該第一和第二側壁接觸282和 相觸碰，所以提供一低阻抗電路徑。 因此，當電流透過線圈151〇流動時，該第二開關軌跡 284的第二侧壁接觸286朝著該第一開關軌跡28〇的第一側 壁接觸282移動並觸碰之，並且當沒有電流透過線圈 流動時，其朝遠離該第一開關軌跡28〇的第一侧壁接觸282 移動。因此，當沒有電流透過線圈丨5〗〇流動時，沒有部分 懸浮結構1 5 14觸碰核心236。 進一步，如圖15Α所示，根據本發明，當電流透過線 圈1510流動時，—磁通量1516通過部份的懸浮構件24〇， 並且同時，當電流透過線圈151〇流動時，實質上沒有磁通 量通過該第一和第二導電軌跡28〇和284。因此，本發明的 15 201007802 某一優勢是MEMS繼電器1500對在該核心附近的電流的波 動（也就是通量）敏感。結果，具有非常小振幅的信號可 以無通量基（flux-based)的破壞來通過繼電器1500。 因此，根據本發明的形成一 MEMS繼電器的方法已描 述之。顯示於圖1的組件能以一些不同方式執行。例如， 形成描述於圖1的組件110中的線圈的較低水平區域之相 刀1¾的較低線圈構件可以替代形成之。
圖 16A-18A、16B-18B、16C-18C、16D-18D 和 16E-18E 顯示根據本發明說明方法1 00的執行組件丨丨〇的替代方式 0 的第一範例的一組圖’其形成該待形成的線圈的一些相分 隔的較低線圈構件。 如圖2A-3E所示的範例，在圖16A_18E所示的範例也 利用具有重疊基本介電層212的單晶矽半導體晶圓21〇。該 圖16A-18E的範例由在基本介電層212上形成一晶種層 1610和透過在基本介電層212中的開口曝露墊ρι ρ4而開 始。 一旦已形成晶種層1610’ 一電鑛鑄模1612將形成在晶 〇 種層1610的頂部表面上。如圖17A_17E所示，接著是電鍍 鑄模1612的形成，藉電鍍將銅沉積以形成一些分隔的較低 線圈構件220和該對較低輸入/輸出構件222。 如圖18A-18E所示，在已形成該較低線圈構件22〇和 該對較低輸入/輸出構件222之後，隨著藉晶種層ι61〇的底 部區域的移除將電鍍鑄模1612移除。如所示，在圖18a_i8e 所說明的結構相似於在圖3A-3E所示的結構。 16 201007802 圖 ΒΑΑΑ、19Β·21Β、19C_21C、⑽咖和 ΐ9Ε· 顯示根據本發明說明方法100的執行組件u〇的替代方式 的第二範例的一組圖，其形成該待形成的線圈的一些相^ 隔的較低線圈構件。 如圖2Α-3Ε所示的範例，在圖19Α_21Ε所示的範例也 利用具有重疊基本介電層2丨2的單晶矽半導體晶圓21卜該 圖19八-2以的範例由在基本介電層212的頂部表面上形成 一遮罩1910而開始。接著是這動作，在基本介電層212的 β 頂部表面中钮刻該基本介電層212的已曝露區域以形成一 些相分隔的溝渠丨912,其將界定該待形成的線圈的相分隔 較低線圈構件。某一溝渠丨912曝露成墊卩丨，同時另一溝渠 .I912曝露成墊Ρ2。此外，該蝕刻也在基本介電層212中形 成一對曝露該對墊Ρ3和Ρ4的開口 1914。 如圖20Α-20Ε所示’接著在適當的位置以遮罩191〇姓 刻，一銅結構1910形成在基本介電層212、墊ρι_ρ4和遮 罩1910的已曝露區域上的該溝渠1912和開口 1914中。例 如’銅結構1916可藉蒸鍍依序形成300埃的鈦、1微米的 銅和300埃的鈦。 再者’如圖21Α-21Ε所示，在已形成銅結構1916之後， 剝除遮罩1910,依次’移除該銅結構ι916的重疊層。該遮 罩1910的移除使得僅在基本介電層212上留下該銅結構 1916’因此形成一些相分隔較低線圈構件22〇和該對較低 輸入/輸出構件222。如所示，除了重新排列，在圖21Α_21Ε 所說明的結構相似於在圖3Α_3ε所示的結構。 17 201007802
圖 22A-26A、22B-26B、22C-26C、22D-26D 和 22E-26E 顯示根據本發明說明方法100的執行組件Π8的替代方式 的範例的一組圖’其形成該待形成的線圈的頂部和側邊並 且用於開關的軌跡。 圖22A-26E的範例是與圖2A-1 5E的範例中透過晶種層 270的形成是相同的，在電鍍鑄模272的場所中的該晶種層 270的頂部表面上形成一電鍍鎿模221〇是不同的。電鑛鱗 模2210不同於電鍍鑄模272,電鍍鑄模2210防止該第一和 第二侧壁接觸282和286自該待形成的銅形成之。該鑄模 ❹ 2210中的圖案在圖22A中以斜線顯示。 再者’接著是鑄模2210的形成’藉蒸鑛沉積銅以形成 - 一些該線圈的銅側邊區域274和一些該線圈的銅較高區域 276。此外’該電鍍也形成一除了沒有側壁接觸282外皆與 開關結構280相同的第一開關軌跡2212和一除了沒有側壁 接觸286外皆與開關結構284相同的第二開關軌跡22 14。 接著是這動作，如圖23 α·23ε所示，移除鑄模2210和晶種 層270的底部區域。 ❹ 接著是這低動作’如圖24Α_24Ε所示，在較高介電層 262、銅較高區域276、第一開關軌跡2212和第二開關軌跡 2214上形成一遮罩22丨6並圖案化。一旦已形成遮罩216並 圖案化，諸如—層鈦、鎳或鉻的導電層2220和一金的重疊 ^將/儿積在開關構件238周圍的較高介電層262的已曝露 區域J浮構件262周圍的較高介電層262的已曝露區域、 犧牲結構230的已曝露區域和遮罩22 16上。當濺射時，鈦、 18 201007802 鎳、鉻和金提供在彼此面對的開關構件238和懸浮構件24〇 的高度高寬比（垂直）側壁上一良好的聚集。依序，欽、 鎳和鉻改善金的黏著。 ❹
如圖25A-25E所示，在已形成導電層2220之後，剝除 遮罩2216 ’其依序移除導電層2220的重疊層。遮罩2216 的移除使得導電層2220保留在開關構件238和第一開關軌 跡2212上的較高介電層262的側壁和在懸浮構件24〇和第 二開關軌跡2214上的較高介電層262的射側壁上，因此形 成第一開關軌跡2212的側壁接觸2222和面對側壁接觸 2222的第二開關軌跡22 14的側壁接觸2224。 接著是這個動作，如圖26A-26所示，移除犧牲結構 230。犧牲結構230的移除使得中間構件246和如之前漂浮 的彈簧構件254的延伸區域260，但有金屬接觸。 除上述之外，該結構可以有不同形狀而形成。例如， 可形成遮罩228以具有不同的形狀，致使犧牲結構23〇具 有不同形狀。此外，可形成電鍍鑄模234以具有與犧牲結 構230的形狀相符的不同形狀，致使核心236、開關構件 238和懸浮構件24〇具有不同形狀。 例如，圖27A-27E顯示根據本發明說明具有不同形狀 的犧牲結構230和彈簧構件254的範例的一組圖。在圖 27A-27E的範例中，彈簧構件2M以—對各包含一基本區域 256和一 c形延伸區域26〇的相面對結構而形成。 進一步，圖28A-28E顯示根據本發明說明具有不同形 狀的犧牲結構230、核心254、中間構件246和彈簧構件254 19 201007802 的範例的-組圖。在圖28Α·28Ε的範例中核心、…以近 似完美的甜甜圈形而形成’同時中間構件246以楔形或派 形而形成，其適用於在近似完美的甜甜圈形中的開口。此 外’彈簧構件254以-對各包含-基本區域256和- C形 延伸區域260的相面對結構而形成。 當注意上述，介電層212可以排除金屬結構的介電層 為代表。當排除金屬結構時，該與線圈151〇電連接可以藉 例如將代表線圈1510的相反末端的銅較高區域276上的點 線接合來達成。此外，與第一和第二開關軌跡28〇和284 ❹ 的連接可藉例如線接合來達成。本發明的另一優勢是本發 明要求相對較低的處理溫度。結果，本發明適用於傳統的 後端COMS製程。 應可明瞭，本發明的範例中的上述描述，和可以實踐 本發明的描述於此的本發明的各種替代物。例如，該各種 晶種層可如銅晶種層來執行，如需要或如鎢、鉻或組成物 晶種層，以提供該正確的歐姆和機械（剥）的特點。此外’ 一雙拋開關可藉使用如彼此相對映的影像定位的兩mems Q 繼電器1500簡單製造。因此，本發明意圖藉下述申請專利 範圍界定本發明範疇和該些申請專利範圍的範蜂内的結構 和方法和因此涵蓋的其等效物。 【圖式簡單說明】 圖1是根據本發明說明一種形成一 MEMS繼電器的方 法100的範例圖。 20 201007802 圖 2A-15A、2B-15B、2C-15C 和 2E-15E 是根據本範例 說明方法100的範例的一組圖。圖2A-15A是一平面圖。圊 2B-15B是一分別取自於沿著圖2A的2B-2B線到圖15A的 15B-15B線的橫截面圖。圖2C-15C是一分別取自於沿著圖 2A的2C-2C線到圖15A的15C-15C線的橫截面圖。圖 2D-15D是一分別取自於沿著圖2A的2D-2D線到圖15A的 15D-15D線的橫截面圖。圖2E-15E是一分別取自於沿著圖 2A的2E-2E線到圖15A的15E-15E線的橫截面圖。
© 圖 16A-18A、16B-18B、16C-18C、16D-18D 和 16E-18E 是根據本發明說明方法1 00的執行組件1 〇〇的替代方法的 第一範例的一組圖。圖16 A- 18A是一平面圖。圖16B-18B 是一分別取自於沿著圖16A的16B-16B線到圖18A的 18Β·18Β線的橫截面圖。圖16C-18C是一分別取自於沿著 圖16Α的16C-16C線到圖18Α的18C-18C線的橫截面圖。 圖1 6D-1 8D是一分別取自於沿著圖1 6Α的1 6D-1 6D線到圖 1 8Α的1 8D-18D線的橫截面圖》圖16Ε-18Ε是一分別取自 © 於沿著圖16Α的16Ε-16Ε線到圖18Α的18Ε-18Ε線的橫截 面圖。 圖 19Α-21Α、19Β-21Β、19C-21C、19D-21D 和 19Ε.21Ε 是根據本發明說明方法100的執行組件100的替代方法的 第二範例的一組圖。圖19Α-21Α是一平面圖。圖19Β_21Β 是一分別取自於沿著圖19Α的19Β-19Β線到圖21Α的 21Β-21Β線的橫截面圖。圖19C-21C是一分別取自於沿著 圖19Α的19C-19C線到圖21Α的21C-21C線的橫截面圖。 21 201007802 圖19D-21D是一分別取自於沿著圖19A的19D-19D線到圖 21A的21D-21D線的橫截面圖。圖19E-21E是一分別取自 於沿著圖19A的19E-19E線到圖21A的21E-21E線的橫截 面圖。 圖 22A-26A、22B-26B、22C-26C、22D-26D 和 22E-26E 是顯示根據本發明說明方法1〇〇的執行組件118的替代方 式的範例的一組圖。圊22A-26A是一平面圖。圖22B-26B 是一分別取自於沿著圖 22A的22Β·22Β線到圖 26A的 26Β-26Β線的橫截面圖。圖22C-26C是一分別取自於沿著 圖22Α的22C-22C線到圖26Α的26C-26C線的橫截面圖。 圖22D-26D是一分別取自於沿著圖22Α的22D-22D線到圖 26Α的26D-26D線的橫截面圖。圖22Ε-26Ε是一分別取自 於沿著圖22Α的22Ε-22Ε線到圖26Α的26Ε-26Ε線的橫截 面圖。 圖27Α-27Ε是根據本發明說明具有不同形狀的犧牲結 構230和彈簧構件254的範例的一組圖。 圖28Α-28Ε是根據本發明說明具有不同形狀的犧牲結 構230、核心254、中間構件246和彈簧構件254的範例的 一組圖。 【主要元件符號說明】 100 方法 110-120 方法100之步驟 210 晶圓 22 201007802
212 基本介電層 214 金屬層 216 較低遮罩 220 較低線圈構件 220-1 較低線圈構件 222 較低輸出/輸入構件 224 較低介電層 226 犧牲層 228 遮罩 230 犧牲層 232 晶種層 234 電鍍鑄模 236 核心 238 開關構件 240 懸浮構件 244 接觸侧壁 246 中間構件 250 作用溝槽 252 接觸溝槽 254 彈簧構件 256 基本區域 260 延伸區域 262 較高介電層 264 遮罩 23 201007802 266 垂直開口 270 晶種層 272 電鍍鑄模 274 銅側邊區域 274-1 侧邊區域 276 銅較1¾區域 276-1 較高區域 280 第一開關軌跡 282 侧壁接觸 284 第二開關軌跡 286 侧壁接觸 290 偏移溝槽 1500 MEMS繼電器 1510 線圈 1512 開關結構 1514 懸浮結構 1516 磁通量 1610 晶種層 1612 電鍍鑄模 1910 遮罩 1912 溝渠 1914 開口 1916 銅結構 2210 電鍍鑄模
24 201007802 2212 第一開關軌跡 2214 第二開關軌跡 2216 遮罩 2220 導電層 2222 側壁接觸 2224 側壁接觸 P1-P4 墊
25
Claims (1)
- 201007802 七、申請專利範圍： - 1 · 一種微機電系統（micr0-electr〇niechanicai，MEMS ) 繼電器，其包含： 一觸碰一介電結構的核心，該核心具有導磁性材料； 一觸碰該介電結構的線圈，該線圈纏繞著該核心； 一觸碰該介電結構的開關構件；以及 一觸碰該介電結構的懸浮構件，該懸浮結構具有一導 磁性材料，當沒有電流透過該線圈流動時，懸浮構件沒有 任何。卩伤觸碰到該核心，該懸浮構件可回應於透過該線圈 ❿ 的電流流動而朝向該線圈移動。 2_根據申請專利範圍第丨項之微機電系統繼電器，進 ''步包括： 一觸碰該開關構件的第一導電軌跡；以及 觸碰該懸浮構件的第二導電軌跡。 3.根據申請專利範圍第2項之微機電系統繼電器，其 中，當該懸浮構件回應於透過該線圈的電流流動的變化而 移動時，該第二導電軌跡製造和破壞與該第一導電軌跡的 ❹ 電接觸。 4·根據申請專利範圍第3項之微機電系統繼電器，其 、中，當一電流透過該線圈流動時，一磁通量通過部份的懸 子構件並且實質上沒有磁通量通過該第一和第二導電軌 跡〇 5.根據申請專利範圍第2項之微機電系統繼電器，其 中，该第一導電軌跡具有一第一接觸表面並且該第二導電 26 201007802 ❹ 軌跡具有一第二接觸表面。 6. 根據申請專利範圍第5項之料Μ 1之微機電系統繼電 中，當一電流透過該線圈流動眸 _ ^ 裔’其 呷，該第二導電軌跡 接觸表面朝向該第一導電軌跡的筮^ W第— 乐 接觸表面移動if 碰之，並且當沒有電流透過該線圈流動時，朝觸 導電轨跡的第一接觸表面移動。 货第- 7. 根據申請專利範圍第6項之微機電系統繼 中，當一電流透過該線圈流動時，一磁通量通過部份的縣 浮構件並且實質上沒有磁通量诵.m 艰篁通過該第一和第二導電軌 跡0 8. 根據申請專利範圍第7項之微機電系統繼電器 中，當沒有電流透過該線圈流動時，該懸浮構件和^ 、 具有-第-最小分隔距離，並且，當沒有電流透過該二 流動時，$第一導電軌跡的第-接觸表面和該第二導電執 跡的第二接觸表面具有一第二最小分隔距離，該第二最小 分隔距離是等於或小於該第一最大分隔距離。 —μ 9. 根據申請專利範圍第6項之微機電系統繼電器 該核心具有一 U形。 Η).根據申請專利範圍第6項之微機電系統繼電器 線圈沒有任何部份纏繞著該懸浮構件。 U. 種形成一微機電系統(m1Cro-electromechanicah Mems )繼電器之方法，其 含： 、 形成一些相分隔的較低線圈構件，其形成該線圏的一 中 中 其 其 27 201007802 些較低水平部份； 形成一觸碰該相分隔的較低線圈構件之較低介電層； 形成一觸碰該較低介電層之犧牲結構； 形成觸碰該較低介電層的一核心、一開關構件和—懸 浮構件，該懸浮構件觸碰該犧牲層，開關構件沒有任何部 份觸碰該核心。 ° 12.根據申請專利範圍第u項之方法進一步包括形 成觸碰該較低線圈構件的頂部和側邊以形成一線圈、一位在該開關構件上之第-導電轨跡和—位在該懸浮構件上並 且乘騎之第—導電軌跡，線圈沒有任何部份缠繞著該縣 構件。 μ 13.根據申請專利範圍第12項之方法，進一步包括在 已形成該線圈、該第一導電軌跡和該第二導電軌跡之後， 將該犧牲結構料，致使該懸浮構件回應於透過該線圈的 電流流動的變化而移動。14. 根據申請專利範圍第13項之方法，纟中，當該 洋構件回應於透過該線圈的電流流動的變化而移動：： 第二導電軌跡製造和破壞與該第一導電軌跡的電接觸。 15. 根據申請專利範圍第14項之方法，當 該線圏流動時，一磁格县.s況如八 机边 磁通量通過部份的懸浮構件並且實曾 沒有磁通量通過該第一和第二導電軌跡。 - 八、圖式： (如次頁） 28
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