[发明专利]一种三维微/纳机电开关及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维微/纳机电开关及其制备方法，该三维微/纳机电开关包括具有绝缘基底，所述绝缘基底上设有两个基底电极、各个基底电极上垂直连接有微纳米线，以所述微纳米线的顶端作为开关触点。制备方法如下：(1)在具有绝缘层的基底上制备基底两个相互隔离的基底电极；(2)采用电化学沉积法在各个基底电极上制备微纳米线，即得到所述的三维微/纳机电开关。本发明的三维微/纳机电开关闭合电压较低、器件尺寸小，便于实现高度集成。且制备方法简单，易于实现，制作周期短，可制作高自由度三维微纳米线。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种三维微/纳机电开关及其制备方法。

背景技术

微纳机电(MEMS/NEMS)开关是靠悬臂梁、梳齿或薄膜结构机械位移实现对电或射频信号的开断控制。高效、快速反应、准确、重复使用频率、高可靠性是现代电路系统对开关的特殊要求。与传统的场效应晶体管和PIN二极管开关相比，低损耗、低功耗、高隔离度是MEMS/NEMS开关的主要特点。MEMS开关的出现为高科技电路系统的发展提供了有力的保障，它在通讯、传感等领域的电路控制方面有广泛的应用前景。

随着半导体加工技术的发展，传统半导体开关由于能耗和不断增加的漏电流而受到很大的局限，而MEMS/NEMS开关有望降低漏电流和增加微纳器件的集成度。例如把MEMS/NEMS开关集成到典型的CMOS工艺中，就可以在动态可配置的现场可编程门阵列或其它可重复配置电路技术中取得应用。

MEMS开关主要由接触部分和驱动部分组成。接触部分通常采用在氮化硅或二氧化硅、多晶硅上覆金形成。驱动部分多为柔性悬臂梁。随着器件的不断小型化，MEMS开关中的关键部分(如悬臂梁等)可达到纳米级或是采用微纳米线(微米线或纳米线)替代，从而形成纳机电(NEMS)开关。目前微机电开关结构类型以悬臂梁式、桥膜式和扭转摆式为主，其驱动部分主要依赖于高分辨的光刻、刻蚀以及薄膜生长技术来实现，工艺制作中需要克服很多苛刻的工艺条件要求。以光刻为例，工艺流程大体分为10步：硅片表面处理、涂胶、前烘、曝光、后烘、显影、清除残胶、竖膜、图形转移和去胶，其中每一步都必须对处理条件和参数进行严格的最优化控制，这样才能确保产品质量和大规模重复制作的可能。也有采用电子束光刻、原子层沉积、介电泳、CMOS以及纳米管/线的生长技术制作纳机电开关。

随着半导体技术的发展，MEMS开关的三维化成为必然的发展方向。三维微/纳机电开关根据接触类型可大致分为两类：直接接触式和电容式。直接接触式微机电开关是通过两个电极直接接触，电容式微机电开关是通过一非常薄的介电层联接两电极，电容式多应用在10GHz以上或是更高频率要求的条件下。

三维MEMS开关不仅体积小、集成度高，更重要的是三维结构的引入使其具有更为优越的性能。MEMS开关中的三维微纳驱动单元需要高精度的有序排列，目前的三维悬臂梁的制作如通过物理或化学气相沉积得到的通常是相互交联的微纳米线，特别是目前还不能同时控制微纳米线的尺寸、位置和取向。为实现三维取向，通常采用光刻技术在基底上方以水平取向制造悬臂梁，然后通过机械作用提拉形成准三维结构。如文献报道采用塑性变形磁装配技术(PDMA)来对包含有磁性材料的微米级结构进行三维操控，成功制作出三维结构可控、可大规模复制性制造的微机电系统。

但该方法要求操控对象必须要有磁性，在制备固定结构时首先要对其进行磁性材料包覆，在制作开关中可动结构时包覆磁性材料会对可动结构性质影响较大，且在工艺上更加复杂。通过直流等离子体增强的化学气相沉积技术在衬底电极上生长竖直碳纳米管也可形成由竖直平行碳纳米管开关，闭合电压高达25V左右。公开号为CN 101866781A中国专利中通过在衬底上进行深度刻蚀的方法来筑造三维悬臂梁结构，制造一种垂直集成电路开关，该开关具有较好的可靠性，但闭合电压在50V以上。