[发明专利]气态化学品向形成于中间介质层中的腔体内的注入以用于之后的热扩散释放

说明书

技术领域

本发明的实施方案通常涉及将气体引入到微腔体中以延长微机电系统（MEMS）设备的寿命。

背景技术

利用MEMS技术的数字式可变电容器（DVC）通过使MEMS设备的切换元件在高电容状态和低电容状态之间移动来进行操作。在高电容状态下，切换元件处于邻近RF电极的位置。在低电容状态下，切换元件处于邻近于与RF电极间隔开的另一电极的位置，或者更具体地，远离设置于RF电极上的绝缘层。切换元件还可以移动到接地，由此切换元件既不邻近RF电极也不邻近其他电极。

在MEMS设备的寿命期间，切换元件在不同状态之间（即高电容、低电容和接地）循环。对于循环，切换元件从接地状态移动到高电容或低电容状态。在循环完成后且在下一循环之前，切换元件返回至接地状态。然后开始新的循环，由此切换元件移动到高电容或低电容状态，或者保持接地状态。这对应于板的物理运动，所述板要么接触RF电极上覆盖的绝缘层要么接触在其中容纳板的腔体的顶部。

在MEMS设备失灵之前，切换元件仅可以移动有限的次数。随着切换元件的每次移动，MEMS设备积累有限量的损耗，所述损耗在足够的总循环的情况下导致失灵。对于MEMS设备或腔体的顶部或者RF电极上覆盖的绝缘层的所述有限损耗的量与当切换元件开始与其接触时快速移动的切换元件的冲击速度成比例。在上述例子中，接触会使得材料从暴露的表面喷出，之后其进入电容器的板之间，降低接地MEMS板可以形成的离RF电极上的绝缘层的最近距离。因此，降低了最大可能的电容。

因此，本领域中需要通过降低当切换元件与设备腔体内的各种表面接触时的MEMS设备中切换元件的冲击速度来延长DVC中的MEMS设备的寿命。

发明内容

本发明通常涉及用于通过降低MEMS设备中切换元件的冲击速度来延长MEMS设备的寿命的方法。当已经在真空状态下密封腔体后，将原子注入到腔体中以将惰性气体引入到腔体中，而非使封装的MEMS设备留在真空腔体中。将气体引入到腔体中产生降低最终冲击速度的气体阻尼和薄膜阻尼。

在一个实施方案中，MEMS的制造方法包括：制造MEMS设备，所述MEMS设备具有由封装层密封的腔体；将原子注入到封装层和与腔体相接的其他层中的一个或更多个中；和使MEMS设备退火以将原子释放到腔体中并且使腔体增压。

在另一个实施方案中，MEMS设备包括其中具有可在第一位置和第二位置之间移动的切换元件的第一腔体、相邻于第一腔体设置的第二腔体、将第一腔体连接到第二腔体的通道和注入到第二腔体边界部分中的原子。

在另一实施方案中，MEMS设备或MEMS设备组容纳在高真空下的腔体中。例如，MEMS设备可以是由电接地并且可从射频（RF）电极附近的位置（即高电容状态）移动离开的导电梁构成的DVC，所述射频电极可以在衬底上并且用绝缘体的薄层涂覆。通过将电压施加到与RF电极相邻的也用薄的绝缘体涂覆的电极，将导电梁拉入到高电容的状态。然后当将电压施加到导电梁上方的电极（即上拉电极）时，可以将导电梁拉到腔体的顶部。上拉电极下的绝缘体防止上拉电极上的电压导致电流流到导电梁（即低电容状态）。低电容状态使接地的导电梁移动远离RF电极，导致RF电极的低电容状态。典型地，施加10V和30V之间的电压以在低电容状态和高电容状态之间移动导电梁。这些高电压使得导电梁加速穿过腔体并且以可大于1m/s的速度落到绝缘材料上。这些设备必须切换数亿次，且如果冲击速度过大，最终材料磨损表面，导致设备失灵。通过将气体引入到腔体中，在所述梁与绝缘材料接触时导电梁下的空气需要移出。气体必须横向流过不断减小的间隙，导致导电梁和它靠近的表面之间的窄间隙中增大的压力。该压力产生当在导电梁下落时使导电梁减慢的抵抗力，降低冲击损耗。