[发明专利]微纳尺度静电力开关及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电系统（MEMS）及其制造方法，特别是涉及一种可用于半导体集成的微纳尺度静电力开关及其制造方法。

背景技术

传统的微机电系统（MEMS）中通常需要使用微机械开关，以利用电信号操控MEMS构件来实现机械位移或变形。通常，微机械开关至少包括具有开口或凹槽的衬底、构建在衬底上的金属电极以及跨越衬底上金属电极的悬梁臂。悬梁臂通常由绝缘介质制成，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等及其组合。

然而，随着尺寸的缩小和半导体芯片的集成，现有的氮化硅悬臂梁和金属电极的微机械开关由于难以做到很小的尺度下的弯曲已难以满足半导体微机械设计的需求。传统的微机械开关均为几十到几百微米级，所占的面积相对较大，同时开启电压相对较大，一般为10V以上。

因此，亟需设计开启电压小、能够继续缩小尺寸并与CMOS兼容的微机电开关。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种使用石墨烯等单晶材料作为膜桥材料的微纳尺度静电力开关的结构。

具体地，本发明提供了一种微纳尺度静电力开关，包括：衬底，包括绝缘层与背电极；源电极与漏电极，位于衬底上，沿第一方向排列；支撑电极，位于衬底上，沿第二方向排列；石墨烯层，位于支撑电极上并与其电连接；源漏电极连接层，沿第一方向延伸，与源电极和漏电极电连接。

其中，石墨烯层包括单晶结构。

其中，背电极位于绝缘层上方或者下方。

其中，绝缘层和/或背电极上还具有钝化保护层。

其中，石墨烯层与源漏电极连接层之间还具有介质层。

其中，源电极、漏电极、背电极、或支撑电极包括掺杂多晶硅、金属、金属合金、金属氮化物及其组合。

本发明还提供了一种微纳尺度静电力开关的制造方法，包括：在绝缘层上方或者下方形成背电极；在绝缘层上形成支撑电极、源电极和漏电极；在支撑电极上形成石墨烯层，以及形成与源电极和漏电极电连接的源漏电极连接层。

其中，石墨烯层包括单晶结构。

其中，源电极、漏电极、背电极、或支撑电极包括掺杂多晶硅、金属、金属合金、金属氮化物及其组合。

其中，通过CVD、PVD形成源电极、漏电极、背电极、或支撑电极。

其中，石墨烯层通过转移或者直接生长方法形成。

其中，在形成石墨烯层之前还包括：在绝缘层上形成牺牲层；平坦化牺牲层使其与支撑电极齐平。

其中，平坦化牺牲层的工艺包括CMP、回刻、SOG回流。

其中，牺牲层材质与绝缘层不同。

其中，牺牲层包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、DLC及其组合。

其中，通过CVD方法形成牺牲层。

其中，形成支撑电极之前进一步包括：在绝缘层和/或背电极上形成钝化保护层。

其中，进一步包括在石墨烯层和源漏电极连接层之间形成介质层。

其中，形成石墨烯层之后进一步包括：采用湿法腐蚀去除牺牲层。

依照本发明的微纳尺度静电力开关及其制造方法，采用石墨烯这种单晶薄层导电材料作为膜桥材料，利用电极和支撑电极之间的偏压产生静电力从而将膜桥下拉、形变之后通过金属层将源漏电极连接起来形成开关，开启电压小，不需要较大的驱动电路，能够缩小微纳机械开关的尺寸并与CMOS兼容。

附图说明

以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：

图1为该微机电开关实例1的剖面图；

图2为该微机电开关实例1的俯视图；

图3为该微机电开关实施例2的剖面图；

图4为该微机电开关实施例2的俯视图。

具体实施方式

本发明通常涉及一种半导体器件及其制造方法。下文的公开提供了两个实施例用来实现本发明的结构。下面结合附图对本发明的实施例进一步说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供了多个实施例，以下根据不同实施例的实现方法详细介绍微纳机电开关的制造方法。

第一实施例

以下将详细介绍源漏连接层1在上的形成方法与结构。

在步骤S101，参考图1，在衬底上形成背电极。