[发明专利]一种MEMS开关结构和制造方法

说明书

本发明公开了一种MEMS开关结构，包括：设于第一介质层上的控制电极、第一连接电极和第二连接电极，设于第一介质层之上的导电支撑柱和第二介质层，支撑柱的下端连接第二连接电极，支撑柱的上端连接导电悬臂梁，悬臂梁的下表面上设有突出的导电触点，第二介质层的侧面上设有相上下衔接的第一卡槽和第二卡槽；当在控制电极上施加电压时，使悬臂梁受到吸引产生向下的弹性形变而使悬臂梁的自由端由第一卡槽中滑出并落入第二卡槽中使开关闭合；当取消施加在控制电极上的电压时，悬臂梁在自身张应力的作用下产生向上的弹性回复而使悬臂梁由第二卡槽中滑出并落入第一卡槽中使开关打开。本发明可以实现超低功耗的开关及其电路功能。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路和传感器技术领域，特别是涉及一种高性能低功耗的MEMS开关结构和制造方法。

背景技术

传统CMOS电路一般使用MOS管形成开关，来控制电路的打开和关闭。然而，MOS管开关工作时，由于其栅电极漏电以及沟道电阻等原因，会消耗一定的能量，因而对电路的低功耗控制将产生不利影响，尤其是对规模越来越大的电路而言，影响就更大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种MEMS开关结构和制造方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种MEMS开关结构，包括：

第一介质层，所述第一介质层上设有控制电极、第一连接电极和第二连接电极；

设于所述第一介质层之上的导电支撑柱和第二介质层，所述支撑柱的下端连接所述第二连接电极，所述支撑柱的上端连接导电悬臂梁，所述悬臂梁的下表面上设有突出的导电触点，所述第二介质层的侧面上设有相上下衔接的第一卡槽和第二卡槽，所述悬臂梁的自由端在开关处于打开状态时，落入所述第一卡槽中；

其中，当在所述控制电极上施加一电压时，所述悬臂梁受到吸引产生向下的弹性形变，使所述悬臂梁的自由端由所述第一卡槽中滑出并落入所述第二卡槽中，从而使所述触点与所述第一连接电极相接触，形成处于闭合状态的开关；当取消施加在所述控制电极上的电压时，所述悬臂梁在自身张应力的作用下产生向上的弹性回复，使所述悬臂梁的自由端由所述第二卡槽中滑出并落入所述第一卡槽中，从而使所述触点与所述第一连接电极相分离，形成处于打开状态的开关。

进一步地，所述悬臂梁材料为具有张应力的金属材料。

进一步地，所述触点为具有三角形或倒梯形截面的实体结构。

进一步地，所述触点为具有三角形或倒梯形截面的多层结构，所述多层结构为由多层平面金属图形以及连接在各层所述平面金属图形之间的导电通孔所组成的弹簧结构。

进一步地，所述第一卡槽和第二卡槽具有内凹的弧形槽面。

一种MEMS开关结构制造方法，包括以下步骤：

提供一具有第一介质层的衬底，在所述第一介质层上并列形成第一连接电极、控制电极和第二连接电极；

在所述第一介质层表面上形成第二介质层，对所述第二介质层进行图形化，露出所述第一介质层上的第一连接电极、控制电极和第二连接电极，同时在所述第二介质层面向所述第一连接电极的垂直侧面上形成相上下衔接的第一卡槽和第二卡槽；

在所述第一介质层上形成一至多层牺牲层，使所述牺牲层的最终表面停止在所述第一卡槽部分露出时的高度，并在所述牺牲层上形成向下进入所述牺牲层中的导电触点结构，使所述触点对应位于所述第一连接电极上方的位置，和在所述牺牲层上形成向下进入所述牺牲层中的支撑柱结构，使所述支撑柱的底部停止在所述第二连接电极上，以及在所述牺牲层的最终表面上形成悬臂梁结构，使所述悬臂梁的一端连接所述支撑柱，并使所述悬臂梁的自由端在连接所述触点后，进一步伸入所述第一卡槽中；