CN111446089B - 一种mems开关结构和制造方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种MEMS开关结构和制造方法

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；

通过释放工艺去除所述牺牲层，形成以所述悬臂梁的自由端卡设于所述第一卡槽中时的打开状态下的开关结构。

进一步地，对所述第二介质层进行图形化时，具体包括：

通过各向同性刻蚀，在所述第二介质层中形成具有上下衔接的两个弧形凹面侧壁的空腔，并使刻蚀停止在所述第一介质层上，露出所述第一连接电极、控制电极和第二连接电极；其中，由位于所述空腔侧壁上的上下衔接的两个弧形凹面形成所述第一卡槽和第二卡槽。

进一步地，形成的所述悬臂梁为具有张应力的金属悬臂梁。

进一步地，形成的所述触点为具有三角形或倒梯形截面的实体结构，其形成方法具体包括：

在所述第一介质层上形成一层牺牲层，将所述第二介质层图形覆盖，然后利用回刻工艺，使所述牺牲层的最终表面下降至所述第一卡槽的三分之一至三分之二露出时的高度；

在所述牺牲层表面上形成向下进入所述牺牲层中的三角形或倒梯形沟槽结构，使所述沟槽对应位于所述第一连接电极上方的位置；

在所述沟槽中填充金属，在所述沟槽中形成所述触点结构。

进一步地，形成的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金属图形之间的导电通孔所组成的弹簧结构，其形成方法具体包括：

在所述第一介质层上依次形成多层牺牲层，在各层的所述牺牲层中交替形成金属图形和通孔；其中，使位于最下层所述牺牲层中的金属图形具有三角形或倒梯形的截面结构，自下而上的各层金属图形的面积依次增大，位于任意一层金属图形上下层的两个通孔分别设置在该层金属图形的两个相对的端部的上下表面上，位于最上一层的所述牺牲层的最终表面位于所述第一卡槽的三分之一至三分之二露出时的高度，且所述多层结构以形成于最上一层的所述牺牲层中的一个金属图形或通孔连接所述悬臂梁。

从上述技术方案可以看出，本发明利用施加电压时对作为开关闸刀的悬臂梁所产生的吸力，以及电压取消时悬臂梁自身的弹性回复力，来控制开关的闭合及打开状态，并通过在相对悬臂梁的垂直方向上设置的第一卡槽和第二卡槽结构，对悬臂梁在开关的两个状态分别进行锁定，从而在开关处于打开的常态下，不需要像传统开关那样再通过持续施加电压来保持开关状态，而在开关处于闭合的状态下，还可利用第二卡槽对悬臂梁的锁定力，减小所施加电压的大小，因此可以实现超低功耗的开关及其电路功能。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的一种MEMS开关结构示意图。

图2是本发明一较佳实施例的一种弹簧式触点结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参考图1，图1是本发明一较佳实施例的一种MEMS开关结构示意图。如图1所示，其显示开关处于打开状态，本发明的一种MEMS开关结构，设置在一第一介质层10上，并在第一介质层10上利用了MEMS微桥结构20形式来形成开关的闸刀结构。

请参考图1。第一介质层10上设有用于与开关的闸刀两端进行连接的第一连接电极11和第二连接电极13。在第一连接电极11和第二连接电极13之间的第一介质层10上还设有控制电极12。第一连接电极11、第二连接电极13和控制电极12可进一步接入开关的控制电路中。控制电路可采用例如CMOS电路结构，有关CMOS电路的知识可参考现有技术加以理解。

第一介质层10的表面上设有一个具有悬臂梁结构的MEMS微桥结构20，其包括一个导电支撑柱22和一个一端连接在支撑柱22上端上的导电悬臂梁21。其中，悬臂梁21(相当于MEMS微桥结构20的桥面)作为开关的闸刀结构，支撑柱22作为闸刀的固定端与控制电路之间的连接结构，并用于对悬臂梁21进行支撑，使悬臂梁21悬设于第一介质层10上。

支撑柱22竖直设置在第一介质层10上；支撑柱22的下端连接在第二连接电极13上，支撑柱22的上端与悬臂梁21的固定端相连接。

支撑柱22的结构可以与常规MEMS微桥结构20中的支撑柱22结构相同或类似。可参考现有技术加以理解。

悬臂梁21的下表面上设有向下突出的导电触点23，触点23对应位于第一连接电极11上方的位置，并与第一连接电极11相距一定距离。触点23较佳地设置在靠近悬臂梁21的自由端211的一侧，但与悬臂梁21的自由端211的端部相距一定距离。触点23在悬臂梁21上的设置位置以及触点23下端的悬空高度范围，应保证处于当悬臂梁21受力向下弯曲变形时，触点23能够与第一连接电极11之间形成有效接触的适当位置。

第一介质层10的表面上还设有第二介质层30；第二介质层30至少面对悬臂梁21的自由端211并设置于其一侧。第二介质层30面对悬臂梁21自由端211的侧面上按上下垂直方向设有第一卡槽31和第二卡槽32，且第一卡槽31和第二卡槽32上下衔接设置在第二介质层30的侧面上。悬臂梁21的自由端211在开关处于打开状态时，落入第一卡槽31中；并且，悬臂梁21采用具有张应力的金属材料形成，例如可采用具有张应力的金属铂等制作形成。当悬臂梁21的自由端211落入第一卡槽31中时，在张应力的作用下，悬臂梁21的自由端211将抵触在第一卡槽31的内壁上，从而被第一卡槽31锁住。同样地，当悬臂梁21因产生弹性形变(弯曲)，使其自由端211在第二介质层30的侧面上滑动，从第一卡槽31中落入第二卡槽32中时，在张应力的作用下，悬臂梁21的自由端211也能够抵触在第二卡槽32的内壁上，从而也能被第二卡槽32锁住。

触点23在悬臂梁21上的设置位置，应保证当悬臂梁21的自由端211落入第一卡槽31或第二卡槽32中时，触点23与第一卡槽31或第二卡槽32之间不会发生相互干涉。

第一介质层10和第二介质层30可采用常规介质材料形成。

作为一优选的实施方式，第一卡槽31和第二卡槽32在垂直方向上可采用内凹的弧形槽面结构，如图1所示。此时，第一卡槽31的弧形槽面和第二卡槽32的的弧形槽面之间形成相互衔接的状态，从而在第一卡槽31的弧形槽面与第二卡槽32的的弧形槽面的衔接处形成朝向悬臂梁21的自由端211方向的尖锐突起33，以便当悬臂梁21的自由端211在从第一卡槽31(第二卡槽32)中滑出时能够方便地落入第二卡槽32(第一卡槽31)中被锁住。

作为一可选的实施方式，触点23可采用具有三角形或倒梯形截面的实体(实心)结构，如图1所示。这样，触点23的下端形状较尖锐，在开关打开时，触点23在悬臂梁21应力作用的带动下，可以较容易地与第一连接电极11相分离。

触点23可采用与悬臂梁21相同的金属材料制作形成。或者也可以采用其他常规的开关触点材料形成。

请参考图2。作为一优选的实施方式，触点23也可采用具有三角形或倒梯形截面的多层结构231-237。其中，多层结构231-237可采用由多层平面金属图形231、233、235和237以及连接在各层平面金属图形231、233、235和237之间的导电通孔232、234和236所组成的弹簧结构。

在该弹簧结构中，位于最下层的一层金属图形231可以采用三角形或倒梯形截面的结构，位于最下层金属图形231上方的各层金属图形233、235和237的面积依次增大，从而使构成弹簧的多层结构在整体上也具有三角形或倒梯形的外形轮廓。

同时，位于任意一层金属图形上下层的两个用于连接的通孔，分别设置在该层金属图形的两个相对的端部的上下表面上。例如，设于最下层金属图形(第一层金属图形)231上方的第一个通孔232，可位于图示最下层金属图形231的左端位置，且第一个通孔232的上端连接在第二层金属图形233的左端位置；而设置在第二层金属图形233之上的第二个通孔234，是位于第二层金属图形233的右端位置，且第二个通孔234的上端连接在第三层金属图形235的右端位置；第三个通孔236位于第三层金属图形235的左端位置，且第三个通孔236的上端连接在第四层金属图形237的左端位置。

因此，从图示方向看，各层的金属图形231、233、235和237之间通过一系列通孔232、234和236形成首尾相连的形态，从而形成弹簧结构。其中，位于最下层的金属图形231悬空设置，位于最上层的金属图形237与悬臂梁21的下表面相连接而固定。或者，位于最上层的金属图形237可以与悬臂梁21合为一体，即弹簧结构中的最上层是一个通孔236结构，以该通孔236的上端与悬臂梁21的下表面相连接而固定。这样，当最下层的金属图形231受到垂直方向上的压力或拉力时，由于其上方的各层金属图形233、235和237和通孔232、234和236(与悬臂梁21连接的金属图形或通孔除外)都是悬空状态，在压力或拉力的作用下，将产生一定量的收缩或拉伸(变形)，因此当开关闭合、触点23下端压在第一连接电极11的表面上时，即使悬臂梁21由于需要在第二卡槽32中寻找锁紧点而发生一定程度的上下波动时，也能够保证触点23下端有效地接触第一连接电极11的表面。

触点23中的各层金属图形231、233、235和237可采用与悬臂梁21相同的金属材料制作形成。或者也可以采用其他常规的开关触点材料形成。触点23中的通孔中可填充与悬臂梁21相同的金属材料。或者也可以采用其他常规的通孔金属材料形成。

本发明开关的工作原理是，常态下，开关处于打开状态，悬臂梁21处于一定的张应力状态(即处于一定的弹性弯曲状态)，且悬臂梁21的自由端211落入第一卡槽31中，并在张应力的作用下受到第一卡槽31的例如弧形内壁的约束而被锁定。

当需要闭合开关时，在悬臂梁21下方的控制电极12上施加一定电压，悬臂梁21因受到电场作用的吸引，将产生向下靠近控制电极12的弹性形变，使悬臂梁21的自由端211因受力而由第一卡槽31中滑出并落入第二卡槽32中，并在应力和电压的共同作用下，在第二卡槽32中找到与卡槽内壁之间的锁紧点。在此过程中，触点23将受带动向下移动，直至发生与第一连接电极11的有效接触，使开关导通，形成处于闭合状态的开关。此时，可利用第二卡槽32对悬臂梁21的锁定力，减小在控制电极12上所施加电压的大小，只需克服悬臂梁21自身的回复力即可，达到降耗的目的。

当需要打开开关时，则取消施加在控制电极12上的电压，悬臂梁21因失去电场产生的吸引作用，将在自身张应力的作用下，产生向上的弹性回复，使悬臂梁21的自由端211由第二卡槽32中滑出并落入第一卡槽31中，并被第一卡槽31锁定，从而使触点23在悬臂梁21上升的带动下，与第一连接电极11相分离，形成处于打开状态的开关。

作为其他可选的实施方式，还可以在悬臂梁21的上方再设置一个与控制电极12相对的辅助电极，以便在需要打开开关时，通过在辅助电极上施加适当的电压，对悬臂梁21提供必要的吸引力，以使悬臂梁21在自身弹性回复力作用下，借助来自辅助电极的较小的电压所产生的吸力，能够非常灵活地回弹落入第二卡槽32中被锁定。此时，即可取消施加在辅助电极上的电压。

此外，当辅助电极存在的情况下，悬臂梁21分别落入第一卡槽31和第二卡槽32中时所需的适当的自身应力大小，可以通过调整支撑柱22高度以及悬臂梁21长度等进行调节。

下面通过具体实施方式并结合附图1，对本发明的一种MEMS开关结构制造方法进行详细说明。

本发明的一种MEMS开关结构制造方法，可用于制备例如图1的一种具有三角形或倒梯形截面的实体(实心)结构触点23的MEMS开关结构，并可包括以下步骤：

首先，提供一个具有第一介质层10的衬底，可采用CMOS常规工艺，在第一介质层10上并列形成第一连接电极11、控制电极12和第二连接电极13，第一连接电极11、控制电极12和第二连接电极13之间通过第一介质层10相隔离，并使形成的第一连接电极11、控制电极12和第二连接电极13与衬底上的CMOS开关控制电路相连接。

接着，在第一介质层10表面上沉积形成第二介质层30。

然后，对第二介质层30进行刻蚀，在对应第一连接电极11、控制电极12和第二连接电极13所在区域的第二介质层30中形成一个空腔，并使刻蚀停止在第一介质层10上，露出第一连接电极11、控制电极12和第二连接电极13。其中，可通过各向同性刻蚀，先在第二介质层30中形成一个具有弧形凹面侧壁的第一空腔；然后，对第一空腔的侧壁进行保护，并通过各向同性刻蚀，继续在第一空腔下方的第二介质层30中也形成一个具有弧形凹面侧壁的第二空腔，并使第二空腔的刻蚀停止在第一介质层10上，露出第一连接电极11、控制电极12和第二连接电极13。如此形成的第一空腔与第二空腔上下衔接，并可利用由分别位于第一空腔和第二空腔侧壁上的两个弧形凹面形成用于锁定悬臂梁21的第一卡槽31和第二卡槽32。

因用于锁定悬臂梁21的第一卡槽31和第二卡槽32的位置在面对悬臂梁21自由端211的方位，因而位于有效锁定区域以外的多余部分的第二介质层30图形，可以加以去除，或者在不影响其他工艺的前提下得以保留。

接着，在第一介质层10上沉积形成一层牺牲层，将第二介质层30图形覆盖。

然后，利用回刻工艺，使牺牲层的最终表面下降至第二介质层30侧面上的第一卡槽31部分露出时的高度。例如，第一卡槽31露出的高度可以是三分之一至三分之二。较佳地，第一卡槽31露出的高度可以是五分之二至五分之三。最佳地，第一卡槽31露出的高度可以是一半，需要说明的是，第一卡槽31的露出部分无须十分精确，只要牺牲层的最终表面大致位于第一卡槽31的中间区域即可满足使用需求。

接着，使用光刻和刻蚀工艺，在牺牲层表面上形成一个向下进入牺牲层中的三角形或倒梯形第一沟槽结构，并使第一沟槽对应位于第一连接电极11上方的位置。

并且，使用光刻和刻蚀工艺，在牺牲层表面上形成向下进入牺牲层中的第二沟槽结构，并使第二沟槽的底部停止在第二连接电极13上。

接着，在牺牲层表面上沉积金属层，并对第一沟槽和第二沟槽进行填充，从而在第一沟槽中形成具有三角形或倒梯形截面的触点23结构，以及在第二沟槽中形成连接第二连接电极13的支撑柱22结构。

然后，对金属层进行图形化，在牺牲层表面上形成一端连接支撑柱22、另一端为自由端211且自由端211在连接触点23后进一步伸入第一卡槽31中的悬臂梁21，作为开关的闸刀结构。此时的触点23、支撑柱22与悬臂梁21采用了相同的金属材料制作形成。

需要注意的是，在图形化金属层形成悬臂梁21时，应使悬臂梁21的自由端211与第一卡槽31的内壁相适当分离。

触点23下端距离第一连接电极11的距离，以及触点23位于悬臂梁21上的位置，可以根据悬臂梁21的设置高度及其弯曲落入第二卡槽32中时的位置，通过模型计算或者实验加以确定。

最后，通过释放工艺去除牺牲层，形成以悬臂梁21的自由端211卡设于第一卡槽31中被锁定时的打开状态下的开关结构。

作为一实例，第二介质层30材料可以是C基材料，牺牲层材料对应可以为Si基材料。或者也可以反过来，第二介质层30材料采用Si基材料，牺牲层材料对应采用C基材料。即第二介质层材料与牺牲层材料之间应满足具有较大的刻蚀选择比。

下面通过具体实施方式并结合附图1和附图2，对本发明的一种具有三角形或倒梯形截面多层弹簧结构触点23(231-237)的MEMS开关结构的制造方法进行详细说明。

本发明的一种具有三角形或倒梯形截面多层弹簧结构触点23的MEMS开关结构的制造方法，可包括以下步骤：

首先，提供一个具有第一介质层10的衬底，可采用CMOS常规工艺，在第一介质层10上并列形成第一连接电极11、控制电极12和第二连接电极13，第一连接电极11、控制电极12和第二连接电极13之间通过第一介质层10相隔离，并使形成的第一连接电极11、控制电极12和第二连接电极13与衬底上的CMOS开关控制电路相连接。

接着，在第一介质层10表面上沉积形成第二介质层30。

然后，对第二介质层30进行刻蚀，在对应第一连接电极11、控制电极12和第二连接电极13所在区域的第二介质层30中形成一个空腔，并使刻蚀停止在第一介质层10上，露出第一连接电极11、控制电极12和第二连接电极13。其中，通过各向同性刻蚀，先在第二介质层30中形成一个具有弧形凹面侧壁的第一空腔；然后，对第一空腔的侧壁进行保护，并通过各向同性刻蚀，继续在第一空腔下方的第二介质层30中也形成一个具有弧形凹面侧壁的第二空腔，并使第二空腔的刻蚀停止在第一介质层10上，露出第一连接电极11、控制电极12和第二连接电极13。如此形成的第一空腔与第二空腔上下衔接，并可利用由分别位于第一空腔和第二空腔侧壁上的两个弧形凹面形成用于锁定悬臂梁21的第一卡槽31和第二卡槽32。

因用于锁定悬臂梁21的第一卡槽31和第二卡槽32的位置在面对悬臂梁21自由端211的方位，因而位于有效锁定区域以外的多余部分的第二介质层30图形，可以加以去除，或者在不影响其他工艺的前提下得以保留。

接着，在第一介质层10上沉积形成一第一层牺牲层，使第一层牺牲层的表面位于第二卡槽32的大致中部露出时的厚度位置。

接着，使用光刻和刻蚀工艺，在第一层牺牲层表面上形成一个向下进入第一层牺牲层中的三角形或倒梯形的第一层沟槽结构，并使第一层沟槽对应位于第一连接电极11上方的位置。然后，对第一层沟槽进行金属填充，在第一层沟槽中形成第一层(最下层)金属图形231。

接着，在第一层牺牲层上沉积形成第二层牺牲层，使用光刻和刻蚀工艺，在第二层牺牲层中形成一个第一个通孔232，停止在第一层金属图形231上，并使第一个通孔232位于例如图2所示的第一层金属图形231的左端位置。然后，对第一个通孔232进行通孔金属填充。

形成的通孔可以是带有倾斜角度的通孔结构(如图2所示)，或者是常规的垂直通孔结构。

重复上述步骤，通过分步沉积牺牲层，在第一个通孔232上的各层牺牲层中分别形成第二层金属图形233、第二个通孔234、第三层金属图形235、第三个通孔236，并在第三个通孔236上最后形成第四层金属图形237，从而形成具有四层结构的弹簧式触点23。在上述过程中，使第一层金属图形231至第四层金属图形237的面积依次增大；同时，使第二层金属图形233的左端与第一个通孔232相连，第二个通孔234与第二层金属图形233的右端相连，第三层金属图形235的右端与第二个通孔234相连，第三个通孔236与第三层金属图形235的左端相连，第四层金属图形237的左端与第三个通孔236相连。最终形成如图2所示具有四层金属图形231、233、235和237的触点23结构。

其中，在形成位于最上一层牺牲层中的第四层金属图形237时，使沉积的最上一层牺牲层将第二介质层30图形覆盖；接着，利用回刻工艺，使最上一层牺牲层的最终表面下降至第二介质层30侧面上的第一卡槽31部分露出时的高度。例如，第一卡槽31露出的高度可以是三分之一至三分之二。较佳地，第一卡槽31露出的高度可以是五分之二至五分之三。最佳地，第一卡槽31露出的高度可以是大约一半。再在最上一层牺牲层中形成第四层金属图形沟槽，并在最上一层牺牲层表面向下形成停止于第二连接电极13上的第二沟槽。

接着，在最上一层牺牲层表面上沉积金属层，并对第四层金属图形沟槽和第二沟槽进行填充，从而在第四层金属图形沟槽中形成第四层金属图形237，完成具有三角形或倒梯形截面的四层弹簧结构的触点23制作，以及在第二沟槽中形成连接第二连接电极13的支撑柱22。

之后，通过对金属层进行图形化，形成悬臂梁21，以及通过释放工艺去除各层牺牲层，形成以悬臂梁21的自由端211卡设于第一卡槽31中被锁定时的打开状态下的开关结构。

以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种MEMS开关结构，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的MEMS开关结构，其特征在于，所述悬臂梁材料为具有张应力的金属材料。

3.根据权利要求1所述的MEMS开关结构，其特征在于，所述触点为具有三角形或倒梯形截面的实体结构。

4.根据权利要求1所述的MEMS开关结构，其特征在于，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。

5.根据权利要求1所述的MEMS开关结构，其特征在于，所述第一卡槽和第二卡槽具有内凹的弧形槽面。

6.一种根据权利要求1所述的MEMS开关结构制造方法，其特征在于，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；

通过释放工艺去除所述牺牲层，形成以所述悬臂梁的自由端卡设于所述第一卡槽中时的打开状态下的开关结构。

7.根据权利要求6所述的MEMS开关结构制造方法，其特征在于，对所述第二介质层进行图形化时，具体包括：

通过各向同性刻蚀，在所述第二介质层中形成具有上下衔接的两个弧形凹面侧壁的空腔，并使刻蚀停止在所述第一介质层上，露出所述第一连接电极、控制电极和第二连接电极；其中，由位于所述空腔侧壁上的上下衔接的两个弧形凹面形成所述第一卡槽和第二卡槽。

8.根据权利要求6所述的MEMS开关结构制造方法，其特征在于，形成的所述悬臂梁为具有张应力的金属悬臂梁。

9.根据权利要求6所述的MEMS开关结构制造方法，其特征在于，形成的所述触点为具有三角形或倒梯形截面的实体结构，其形成方法具体包括：

在所述第一介质层上形成一层牺牲层，将所述第二介质层图形覆盖，然后利用回刻工艺，使所述牺牲层的最终表面下降至所述第一卡槽的三分之一至三分之二露出时的高度；

在所述牺牲层表面上形成向下进入所述牺牲层中的三角形或倒梯形沟槽结构，使所述沟槽对应位于所述第一连接电极上方的位置；

在所述沟槽中填充金属，在所述沟槽中形成所述触点结构。

10.根据权利要求6所述的MEMS开关结构制造方法，其特征在于，形成的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金属图形之间的导电通孔所组成的弹簧结构，其形成方法具体包括：

在所述第一介质层上依次形成多层牺牲层，在各层的所述牺牲层中交替形成金属图形和通孔；其中，使位于最下层所述牺牲层中的金属图形具有三角形或倒梯形的截面结构，自下而上的各层金属图形的面积依次增大，位于任意一层金属图形上下层的两个通孔分别设置在该层金属图形的两个相对的端部的上下表面上，位于最上一层的所述牺牲层的最终表面位于所述第一卡槽的三分之一至三分之二露出时的高度，且所述多层结构以形成于最上一层的所述牺牲层中的一个金属图形或通孔连接所述悬臂梁。

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