CN101009173A - 微结构制造方法及微结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微结构的制造方法及微结构。其中适于避免粘附现象的微结构包括基板、与基板结合的第一结构部、以及具有固定在第一结构部上的固定端且与基板相对的第二结构部。通过对具有叠层结构的材料衬底进行处理的方法制造这样的微结构，其中该叠层结构包括第一层、第二层以及在第一层和第二层之间的中间层。通过所述方法形成该第一层，该第一层具有第一结构部、具有固定在第一结构部上的固定端的第二结构部、以及桥接第一结构部和第二结构部的支撑臂。然后，进行湿法蚀刻除去中间层的位于第二层和第二结构部之间的区域，之后进行干燥步骤和对支撑臂的切割步骤。

Description

微结构制造方法及微结构

技术领域

本发明涉及一种采用MEMS技术的微结构制造方法。本发明还涉及一种采用MEMS技术制造的微结构。

背景技术

在移动电话和其它无线通信设备领域中，为了实现更复杂的功能而安装越来越多数量的部件，这要求高频电路和RF电路小型化。为满足这种需求，正在努力采用MEMS(微机电***)技术以使由电路组成的各种部件小型化。

MEMS开关是公知的采用MEMS技术制造的微结构。MEMS开关是这样一种开关器件，即每个部件都很精密地形成，而且具有至少一对机械地打开和闭合以执行切换的接触件以及实现这对接触件的机械打开/闭合操作的驱动机构。与PIN二极管开关或MESFET开关相比，MEMS开关在打开状态下呈现较高绝缘性能，而在闭合状态下呈现较低***损耗，尤其是在GHz量级的高频信号转换中更是如此。这是因为打开状态是通过该对接触件的机械分离实现的，还因为开关是机械的，从而寄生电容很小。例如，在日本专利特开平H09-17300、日本专利特开平H11-17245和日本专利特开平2001-143595中描述了MEMS开关。

图30和图31示出了现有技术MEMS开关实例的微开关器件X2。图30是微开关器件X2的部分平面图，而图31是沿图30中的线XXXI-XXXI的剖面图。

微开关器件X2包括基板(base)S2、固定部41、活动部42、接触电极43、成对的接触电极44、以及驱动电极45和46。固定部41结合于基板S2。活动部42沿着基板S2从该固定部41延伸。接触电极43设置在活动部42的与基板S2相对的一侧上。驱动电极45设置在活动部42和固定部41上。在基板S2上的图案中形成成对的接触电极44，从而与接触电极43的一端相对。驱动电极46设置在基板S2上与驱动电极45对应的位置处，并且接地。

在基板S2上形成规定的布线图案(未示出)，该布线图案与接触电极44或驱动电极46电连接。

在如此设置的微开关器件X2中，当将规定电势施加于驱动电极45时，在驱动电极45和46之间产生静电吸引力。结果，活动部42弹性变形到使接触电极43与两个接触电极44相接触的位置。这样，实现了微开关器件X2的闭合状态。在该闭合状态下，该对接触电极44通过接触电极43电桥接，因此允许电流在该对接触电极44之间通过。

另一方面，当微开关器件X2在闭合状态时，如果作用于驱动电极45和46上的静电吸引力消除，则活动部42返回到其自然状态，并且接触电极43与接触电极44分开。这样，实现了如图31所示的微开关器件X2的打开状态。在该打开状态下，该对接触电极44彼此电分离，阻止电流在该对接触电极44之间通过。

图32和图33示出了制造微开关器件X2的第一种方法。如图32中的图(a)所示，在该方法中，通过图案化在基板S2上形成接触电极44和驱动电极46。具体而言，在该基板S2上以膜的方式沉积规定的导电材料，然后采用光刻法在该导电膜上形成规定的抗蚀图案，并利用该抗蚀图案作为掩模对该导电膜进行蚀刻。接着，如图32中的图(b)所示，形成牺牲层47。具体而言，例如采用溅射法在该基板S2上沉积或生长规定的材料，并同时覆盖驱动电极46和该对接触电极44，然后将该材料膜图案化。然后，如图32中的图(c)所示，利用规定的掩模进行蚀刻处理，在牺牲层47中对应于该对接触电极对44的位置处形成一个凹部47a。接着，如图32中的图(d)所示，通过在凹部47a中填入规定材料，形成接触电极43。

接着，如图33中的图(a)所示，形成在牺牲层47和基板S2上方延伸的材料膜48。然后，如图33中的图(b)所示，在材料膜48上通过图案化形成驱动电极45。具体而言，在材料膜48上形成规定的导电材料膜后，采用光刻法在该导电膜上形成规定的抗蚀图案，并且利用该抗蚀图案作为掩模对该导电膜进行蚀刻。接着，如图33中的图(c)中的所示，通过将材料膜48图案化，形成固定部41和活动部42。具体而言，在采用光刻法在材料膜48上形成规定的抗蚀图案后，利用该抗蚀图案作为掩模对材料膜48进行蚀刻。然后，如图33中的图(d)所示，牺牲层47被部分除去。具体地说，在底切(undercut)活动部42的下方的同时，利用固定部41和活动部42作为掩模，采用规定的蚀刻液对牺牲层47进行蚀刻从而留下牺牲层47的处于固定部41下方的部分。这样，形成微开关器件X2的各个部分。在湿法蚀刻后，进行干燥处理，以干燥器件。

在干燥过程中，在一些情况下采用一种方法(所谓醇干燥法)，其中用水或其他第一洗涤液置换粘着到该器件的表面上的蚀刻液；用诸如醇之类的第二洗涤液置换该第一洗涤液；然后，向该表面吹氮气或采用其它方法使该第二洗涤液蒸发。然而，当采用这样的醇干燥法时，易发生“粘附”现象(“粘附”的发生率接近60％)，其中活动部42或接触电极43永久地粘在基板S2或接触电极44上。当采用所述醇干燥法时，随着干燥处理的进行，曾进入到基板S2和活动部42之间的空隙中的第二洗涤液的体积渐渐减小，而且由于第二洗涤液的表面张力作用，活动部42粘附到基板S2上。在这种情况下，活动部42或接触电极43可以与基板S2或接触电极44相接触。在接触状态下，范得华(Van der Waals)力和静电力等作用在接触位置上，从而这被认为是产生粘附现象。已发生粘附现象的微开关器件则不能用作开关器件。

一种公知的用于抑制在干燥过程中发生这种粘附现象的技术是冻干法。在所述冻干法中，例如在上述湿法蚀刻中采用的蚀刻液最终被环己烷置换，然后冷冻所述环己烷，并使所述环己烷升华。然而，就实用目的而言，采用冻干法难于完全避免粘附现象。也就是，还有一定的可能性发生粘附现象。另外，在采用冻干法时，在冷冻过程中可能损坏该器件的部件。

另一种避免粘附现象的干燥方法是超临界干燥法。在超临界干燥法中，例如，在上述湿法蚀刻中采用的蚀刻液最终在规定的室(chamber)中用液化二氧化碳置换，并将所述液化二氧化碳加压加热至超临界状态，然后冷却。然而，采用超临界干燥法难于完全避免粘附现象。而且，采用超临界干燥法很难进行有效的干燥，因此使用超临界干燥法可导致器件生产效率降低。

图34示出了制造微开关器件X2的第二种方法的部分过程。首先，与在以上解释的图32至图33中所示的第一种制造方法中的过程相似，如图34中的图(a)中所示，在基板S2上形成接触电极44、驱动电极46、牺牲层47、接触电极43、驱动电极45、固定部41以及活动部42。接着，如图34中的图(b)所示，形成桥接基板S2和活动部42的牺牲桥接膜47′。具体而言，在横跨基板S2、固定部41和活动部42形成规定的可通过干法蚀刻除去的光致抗蚀剂膜之后，图案化该光致抗蚀剂膜形成牺牲桥接膜47′。接着，如图34中的图(c)所示，进行湿法蚀刻以部分除去牺牲层47。具体而言，参考图33中的图(d)所示，进行与以上所述的第一种制造方法相似的步骤。湿法蚀刻后，进行干燥处理。然后，如图34中的图(d)所示，通过干法蚀刻进行蚀刻并除去牺牲桥接膜47′。这样，形成微开关器件X2的各个部件。

在第二种制造方法中，当湿法蚀刻后进行干燥处理时，如图34中的图(c)所示，牺牲桥接膜47′桥接基板S2和活动部42。因此，甚至在将上述醇干燥法用作干燥法时，牺牲桥接膜47′也可支撑活动部42，并且避免将活动部42向基板S2侧牵引(draw)。因此可以避免粘附现象。

然而，牺牲桥接膜47′原本与基板S2和活动部42是分离的，因此牺牲桥接膜47′与活动部42之间的结合强度特别不足。另外，牺牲桥接膜47′是一层光致抗蚀剂薄膜，因此由牺牲桥接膜47′本身不能得到足够的机械强度(抗弯强度等)。因此牺牲桥接膜47′不足以支撑活动部42，从而在湿法蚀刻后的干燥过程中2会向基板S2牵引活动部4。从降低驱动电压的立场看，需要大面积的驱动电极45，因此倾向于寻找大尺寸的活动部42；当使用牺牲桥接膜47′时，活动部42的尺寸越大(也就是，在干燥过程中将活动部42向基板S2牵引的洗涤液的表面张力越大)，越难很好地支撑活动部42以避免在干燥过程中出现粘附现象。

发明内容

鉴于上述情况，提出本发明，本发明的目的是提供一种适于避免粘附现象的微结构制造方法和微结构。

根据本发明的第一方案，提供一种通过对具有叠层结构的材料衬底进行处理来制造微结构的方法，该微结构包括：基板；第一结构部，与该基板结合；以及第二结构部，具有固定在该第一结构部上的固定端且与该基板相对；其中该叠层结构包括第一层、第二层以及在该第一层和该第二层之间的中间层。所述制造方法包括：形成步骤，用于在该第一层中形成该第一结构部、具有固定在该第一结构部上的固定端的该第二结构部、以及桥接该第一结构部和该第二结构部的支撑臂；湿法蚀刻步骤，用于通过湿法蚀刻除去该中间层的位于该第二层和该第二结构部之间的区域；干燥步骤；以及切割步骤，用于切割该支撑臂。

在本发明的第一方案的微结构制造方法中，在该支撑臂桥接与基板结合的第一结构部和具有固定在第一结构部上的固定端且不与基板结合但与基板相对的该第二结构部的状态下，进行所述湿法蚀刻步骤和之后的干燥步骤。与该第一结构部和该第二结构部相似，通过形成步骤在该材料衬底的第一层中形成桥接该第一结构部和该第二结构部的该支撑臂。也就是说，该支撑臂与该第一结构部和该第二结构部是一体的且是连续的。在这样的支撑臂中，很容易实现该第一结构部和该第二结构部的高强度桥接。因此，例如上述醇干燥法适宜作为本发明支撑臂的干燥方法，以支撑第二结构部且防止该第二结构部不合适的变形(例如防止向该基板的方向吸引该第二结构部)。因此，在制造规定的微结构时本制造方法适于避免粘附现象。

根据本发明的第二方案，提供一种通过对具有叠层结构的材料衬底进行处理来制造微结构的方法，该微结构包括：基板；第一结构部，与该基板结合；第二结构部，具有固定在该第一结构部上的固定端且与该基板相对；第一电极，设置在该第二结构部的与该基板相对的一侧上、以及第二电极，具有与该第一电极相对的区域且结合在该第一结构部上；其中该叠层结构包括第一层、第二层以及在该第一层和该第二层之间的中间层。所述制造方法包括：在该第一层中、在待处理以形成该第二结构部的区域上形成该第一电极的步骤；形成步骤，用于在该第一层中形成该第一结构部、具有固定在该第一结构部上的固定端的该第二结构部以及桥接该第一结构部和该第二结构部的支撑臂；形成牺牲层的步骤，该牺牲层具有开口部以露出在该第一结构部中的该第二电极的结合区域，并且该牺牲层覆盖该第一层的一侧；第二电极形成步骤，该第二电极具有与该第一电极相对的且***有该牺牲层的区域，并且该第二电极在该第二电极的结合区域中结合于该第一结构部；湿法蚀刻步骤，通过湿法蚀刻除去该牺牲层以及该中间层的处于该第二层与该第二结构部之间的区域；干燥步骤；以及切割步骤，切割该支撑臂。通过这种制造方法，可以制造包括作为活动部的第二结构部的微结构(例如，微开关器件)。

在本发明的第二方案的微结构制造方法中，在该支撑臂桥接与基板结合的第一结构部和具有固定在第一结构部上的固定端且不与基板结合但与基板相对的该第二结构部的状态下，进行所述湿法蚀刻步骤和干燥步骤。与该第一结构部和该第二结构部相似，通过形成步骤在该材料衬底的第一层中形成桥接该第一结构部和该第二结构部的该支撑臂。也就是说，该支撑臂与该第一结构部和该第二结构部是一体的且是连续的。在这样的支撑臂中，很容易实现该第一结构部和该第二结构部的高强度桥接。因此，例如上述醇干燥法用于所述干燥步骤中时，本发明的该支撑臂适合于支撑该第二结构部且阻止向该基板的方向牵引该第二结构部，或支撑该第二结构部并阻止向该第二电极的方向牵引该第二结构部。因此，在制造规定的微结构时本制造方法适于避免粘附现象。

在本发明的第一方案和第二方案中，优选地，在所述切割步骤中，采用反应离子蚀刻法(RIE)切割该支撑臂。RIE是一种各向异性的干法蚀刻方法，适宜作为切割该支撑臂的方法，同时保留该第一结构部和该第二结构部。

在本发明的第二方案中，优选地，在所述切割步骤中，通过反应离子蚀刻切割该支撑臂，并且该第一电极和该第二电极是由抵抗反应离子蚀刻的材料制成。通过这个构造，不需要在所述切割步骤前设置保护膜以保护该第一电极和该第二电极。

在本发明的第二方案中，优选地，在形成步骤中，该支撑臂形成在不与该第二电极相对的位置处。或者，该第二电极中可设置开口部，并且在所述形成步骤中，可以使该支撑臂形成在与该开口部相对的位置处。

优选地，该支撑臂的宽度为0.3μm-50μm，更优选地，该支撑臂的宽度为0.3μm-2μm。优选地，在所述切割步骤前，该第二结构部的厚度为3μm或以上(换句话说，不小于3μm)。这些构造适宜切割该支撑臂，同时保留该第一结构部和该第二结构部。

在一个优选方案中，在所述形成步骤中，通过利用掩模图案掩蔽该第一层中的待处理以形成该第一结构部、该第二结构部以及该支撑臂的区域，对该第一层进行各向异性蚀刻(例如RIE)。使用这种方法，可以合适地形成桥接该第一结构部和该第二结构部的支撑臂。

在另一个优选方案中，所述方法还包括在所述形成步骤之前，在该第一层上形成与该第一层中的待处理以形成该支撑臂的区域相对应的蚀刻量调节膜的步骤，而且在所述形成步骤中，通过用于掩蔽该第一层中的待处理以形成该第一结构部和该第二结构部的区域的掩模图案，对该蚀刻量调节膜和该第一层一起进行各向异性蚀刻(例如RIE)。通过这样的构造，可以合适地形成支撑臂，该支撑臂比该第一结构部和第二结构部薄(例如厚度为1μm-3μm)，并且桥接该第一结构部和该第二结构部。

优选地，该第一层包括单晶硅。这样的构造适合得到高强度的支撑臂。

优选地，该蚀刻量调节膜包括硅氧化物或硅氮化物。这样的构造适合在上述其他优选方案中调节该支撑臂的厚度。

本发明的第三方案提供一种微结构。所述微结构包括：基板；第一结构部，与该基板结合；第二结构部，具有固定在该第一结构部上的固定端且与该基板相对；以及支撑臂，桥接该第一结构部和该第二结构部。优选地，所述微结构还包括第一电极和第二电极，该第一电极设置在该第二结构部的与该基板相对的一侧上，该第二电极具有与该第一电极相对的区域且结合在该第一结构部上。该微结构相当于在本发明第一方案或第二方案的制造方法中在所述切割步骤前的中间成品(intermediatemanufactured object)。

在本发明的第三方案中，优选地，该第二电极在与该固定部和该活动部之间的空隙相对的位置处具有开口部。这样的构造适合在本发明第一方案或第二方案的制造方法中形成多个支撑臂时使用。

在本发明的第三方案中，优选地，该支撑臂的厚度为0.3μm-50μm，更优选地，该支撑臂的宽度为0.3μm-2μm。优选地，该支撑臂比该第一结构部和该第二结构部薄。优选地，该第二结构部的最厚部分为3μm或以上。这样的构造适合在第一方案或第二方案的制造方法中切割支撑臂，同时保留该第一结构部和第二结构部。

附图说明

图1是由本发明的微结构制造方法制造的微开关器件的平面图；

图2是图1的微开关器件的部分平面图；

图3是沿图1中III-III线的剖面图；

图4是沿图1中IV-IV线的剖面图；

图5是沿图1中V-V线的剖面图；

图6表示在本发明第一方案的制造微结构的方法中的一些步骤；

图7示出了图6的步骤之后的步骤；

图8示出了图7的步骤之后的步骤；

图9示出了图8的步骤之后的步骤；

图10是在第一方案的制造微结构的方法中得到的第一中间成品的平面图；

图11是在第一方案的制造微结构的方法中得到的第二中间成品的平面图；

图12是沿图11中XII-XII线的局部放大剖面图；

图13是沿图11中XIII-XIII线的局部放大剖面图；

图14是在切割步骤后在与图12相同位置处的局部放大剖面图；

图15是在切割步骤后在与图13相同位置处的局部放大剖面图；

图16示出了在本发明第二方案的制造微结构的方法中的一些步骤；

图17示出了图16的步骤之后的步骤；

图18示出了图17的步骤之后的步骤；

图19示出了图18的步骤之后的步骤；

图20是在第二方案的制造微结构的方法中得到的第一中间制造产品的平面图；

图21是在第二方案的制造微结构的方法中得到的第二中间制造产品的平面图；

图22是沿图21中XXII-XXII线的局部放大剖面图；

图23是沿图21中XXIII-XXIII线的局部放大剖面图；

图24是在切割步骤后在与图22相同的位置处的局部放大剖面图；

图25是在切割步骤后在与图23相同的位置处的局部放大剖面图；

图26是图1所示的微开关器件的一个改进实例的平面图；

图27是沿图26中XXVII-XXVII线的剖面图；

图28是图26所示的第一方案的改进实例的微结构制造方法中得到的第一中间成品的平面图；

图29是图26所示的第一方案的改进实例的微结构制造方法中得到的第二中间成品的平面图；

图30采用MEMS技术制造的现有技术的微开关器件的部分平面图；

图31是沿图30中XXXI-XXXI线的剖面图；

图32示出了图30所示微开关器件的制造方法中的一些步骤；

图33示出了图32的步骤之后的步骤；以及

图34示出了图30所示的微开关器件的另一个制造方法中的一些步骤。

具体实施方式

图1至图5示出了通过本发明的微结构制造方法制造的微开关器件X1。图1是微开关器件X1的平面图，图2是微开关器件X1的部分平面图，图3至图5分别是沿着图1中的III-III线、IV-IV线和V-V线的剖面图。

微开关器件X1包括基板S1、固定部11、活动部12、接触电极13、成对的接触电极14(在图2中省略)、驱动电极15以及驱动电极16(在图2中省略)，该微开关器件X1设置成静电驱动器件。

固定部11是本发明中的第一结构部，而且如图3至图5所示，通过在固定部11和基板S1之间***的界面层17，该固定部11结合于基板S1。固定部11和基板S1均包括单晶硅或其它硅材料。优选地，形成固定部11的硅材料具有1000Ω·cm或以上的电阻率(即不小于1000Ω·cm)。界面层17包括例如二氧化硅。

活动部12是本发明中的第二结构部，如图1、图2或图5所示，活动部12具有自由端12b和固定在固定部11上的固定端12a，活动部12相对基板S1延伸并由固定部11环绕，同时活动部12和固定部11之间形成槽18。图2示出的活动部12的长度L1为例如700μm-1000μm，长度L2为例如100μm-200μm，图3和图4所示的厚度T为例如5μm-20μm。

槽18的宽度为例如1.5μm-2.5μm。优选地，活动部12包括单晶硅。当活动部12包括单晶硅时，活动部12自身内不会产生不良的内应力。

如图2所示，接触电极13设置在活动部12上并靠近自由端12b。该接触电极13包括规定的导电材料。

如图3至图5所示，该对接触电极14中的每一个电极都竖直设置在固定部11上，并具有与接触电极13相对的接触部14a。每一个接触电极14都通过规定的布线(未示出)与用于切换的规定电路相连。所述接触电极14包括规定的导电材料。

如图2所示，驱动电极15设置成在活动部12和固定部11上方延伸。所述驱动电极15包括规定的导电材料。

如图4所示，驱动电极16竖直设置，使得两端结合到固定部11上，从而横跨驱动电极15。驱动电极16通过规定的布线接地(未示出)。所述驱动电极16包括规定的导电材料。

当将规定的电势施加于这样构造的微开关器件X1的驱动电极15时，在驱动电极15和16之间产生静电吸引力。结果，活动部12弹性变形到使接触电极13与该对接触电极14接触或与接触部14a接触的位置。这样，实现了微开关器件X1的闭合状态。在该闭合状态下，该对接触电极1 4通过接触电极13电桥接，且允许电流在该对接触电极14之间通过。这样，可以实现例如高频信号接通状态。

通过在该闭合状态下停止对微开关器件X1的驱动电极15施加电势，作用在驱动电极15和16之间的所述静电吸引力被消除，活动部12返回到其自然状态，并且接触电极13与所述接触电极14分开。这样，实现了如图3和图5所示的微开关器件X1的打开状态。在该打开状态下，该对接触电极14电分离(separate)，从而防止电流在该对接触电极14之间通过。这样，可以实现例如高频信号断开状态。

图6至图9示出了本发明第一方案的微结构制造方法。该方法是制造上述微开关器件X1的方法。在图6至图9中，用单个剖面图的变化示出在制造微开关器件X1的过程中在多个位置处的剖面变化。所述单个剖面是连续的剖面，其示范多个规定的位置处的剖面，该位置由正被处理的材料衬底的单个微开关器件形成区域组成。

在此方法中，如图6中的图(a)所示，首先准备材料衬底S1′。材料衬底S1′是具有叠层结构的SOI(绝缘体上硅)衬底，该叠层结构包括第一层21、第二层22以及位于第一层21和第二层22之间的中间层23。优选地，第一层21的厚度为3μm或以上，为例如5μm-20μm；第二层22的厚度为例如400μm-600μm；中间层23的厚度为例如2μm-4μm。第一层21包括例如单晶硅，并且被处理为以形成上述固定部11和活动部12。第二层22包括例如单晶硅，并且被处理为形成上述基板S1。中间层23包括例如二氧化硅，并且被处理为形成上述界面层17。

接着，如图6中的图(b)所示，在第一层21上形成导电膜24。导电膜24包括这样的材料，该材料抵抗后续的切割步骤中所采用的反应离子蚀刻(RIE)。这样的材料例如是Au。更具体而言，在这个步骤中，使用溅射方法将例如Cr沉积在第一层21上，然后将例如Au沉积在Cr上。Cr膜的厚度为例如50nm，Au膜的厚度为例如500nm。

接着，如图6中的图(c)所示，利用图案化导电膜24来形成接触电极13和驱动电极15。具体而言，利用光刻法在导电膜24上形成规定的抗蚀图案之后，利用该抗蚀图案作为掩模对导电膜24进行蚀刻。

接着，如图7中的图(a)所示，通过蚀刻第一层21形成槽18′。具体而言，利用光刻法在第一层21上形成规定的抗蚀图案之后，利用该抗蚀图案作为掩模对第一层21进行蚀刻。作为蚀刻技术，使用SF₆气体作为蚀刻气体进行RIE(其是一种各向异性的蚀刻方法)。

在这个步骤中，形成固定部11、活动部12以及桥接固定部11和活动部12的支撑臂19A(此步骤相当于本发明的形成步骤)。具体而言，如图10所示，通过图案化形成固定部11、活动部12以及桥接固定部11和活动部12的支撑臂19A(图10是在本步骤得到的第一中间成品的平面图)。为了清楚起见，将图中的支撑臂19A涂黑。在图7中的图(a)中，示出了最右端的支撑臂19A的剖面；还示出了在延伸方向的其它支撑臂19A的剖面。优选地，支撑臂19A的宽度(图7中的图(a)中最右端的支撑臂19A在水平方向上的长度)为0.3μm-2μm。

接着，如图7中的图(b)所示，在材料衬底S1′的第一层21侧形成牺牲层28，以填充槽18′。该牺牲层的材料可以采用例如二氧化硅。例如等离子CVD或溅射可以用作形成牺牲层28的技术。

接着，如图7中的图(c)所示，在牺牲层28中、对应接触电极13的位置处形成凹部28a。具体而言，采用光刻法在牺牲层28上形成规定的抗蚀图案后，利用该抗蚀图案作为掩模对牺牲层28进行蚀刻。可使用湿法蚀刻作为所述蚀刻方法。例如氢氟酸缓冲液(BHF)可用作在湿法蚀刻中采用的蚀刻液。BHF也可以用于牺牲层28的后续湿法蚀刻中。凹部28a用于形成接触电极14的接触部14a，且凹部28a的深度为例如1μm。

接着，如图8中的图(a)所示，将牺牲层28图案化以形成开口部28b和28c。具体而言，采用光刻法在牺牲层28上形成规定的抗蚀图案后，利用该抗蚀图案作为掩模对牺牲层28进行蚀刻。可使用湿法蚀刻作为所述蚀刻方法。开口部28b用于露出固定部11的与接触电极14结合的区域。开口部28c用于露出固定部11的与驱动电极16结合的区域。

接着，如图8中的图(b)所示，在材料衬底S1′的设置牺牲层28的一侧表面上形成用于传导的底层(underlayer，未示出)之后，形成抗蚀图案29。该底层可以例如通过溅射沉积50nm厚的Cr，然后在Cr上沉积500nm厚的Au形成。抗蚀图案29具有与接触电极14对应的开口部29a和与驱动电极16对应的开口部29b。

接着，如图8中的图(c)所示，形成接触电极14和驱动电极16。接触电极14和驱动电极16包括抵抗后续切割步骤中所使用的RIE的材料。具体而言，在此步骤中，例如采用电镀在开口部28b、28c、29a和29b处露出的所述底层上生长金。

接着，如图9中的图(a)所示，通过蚀刻除去抗蚀图案29。然后，通过蚀刻除去在电镀中所利用的上述露出的底层部分。在通过蚀刻进行的这些除去步骤中，可以采用湿法蚀刻。

接着，如图9中的图(b)所示，除去牺牲层28和部分中间层23。具体而言，对牺牲层28和中间层23进行湿法蚀刻(湿法蚀刻步骤)。在该蚀刻处理中，首先除去牺牲层28，然后从与槽18′相接的位置处除去部分中间层23。在整个活动部12和第二层22之间形成合适的缝隙后，停止蚀刻。这样，保留的中间层23形成界面层17。第二层22形成基板S1。

图11是通过该湿法蚀刻得到的第二中间成品的平面图。图12和图13分别是沿图11中的XII-XII线和XIII-XIII线作出的部分放大剖面图。如图12所示，对于一个支撑臂19A的附近区域而言，在此步骤的蚀刻中，通过蚀刻将牺牲层28的位于第二层22和每个支撑臂19A(其甚至小于活动部12)之间的区域也除去。通过参考图10和图11可以理解，每个支撑臂19A形成在不与接触电极14或驱动电极16相对的位置处。

接着，在通过另一个湿法蚀刻步骤将粘附接触电极14和驱动电极16的下表面的底层部分(例如Cr膜)进行必要的除去后，进行干燥。具体而言，用水等第一洗涤液置换粘附到该器件的表面上的蚀刻液，用醇等第二洗涤液置换该第一洗涤液，然后采用吹氮气或其它方法蒸发该第二洗涤液。

接着，如图9中的图(c)所示，采用RIE切割或除去支撑臂19A(切割步骤)。在此步骤中，例如采用SF₆气体作为蚀刻气体进行RIE，而无需设置保护膜以保护接触电极13及14或驱动电极15及16。如上所述，因为接触电极13及14和驱动电极15及16包括抵抗本步骤的RIE的材料，故在该步骤中，甚至在无保护膜的情况下也不会发生不适当的腐蚀。上述用作接触电极13及14和驱动电极15及16的组成材料的Au足以抵抗SF₆气体。在该步骤中，形成槽18。

图14和图15是在此步骤之后规定位置的部分放大剖面图。图14示出了与图12相同的位置，图15示出了与图13相同的位置。如图14和图15所示，通过本步骤的RIE，除去在固定部11的露出表面、活动部12的露出表面和基板S1的露出表面处的槽18的附近区域。在图14和图15中，用点划线表示除去前的各部分的轮廓。

因此，图1至图5所示的微开关器件X1可以通过上述方法制造。在该方法中，利用通过支撑臂19A桥接的固定部11(其结合在基板S1上)和活动部12(其具有固定于固定部11且与基板S1相对但不与基板S1结合的固定端12a)，进行上述图9中的图(b)所示的湿法蚀刻步骤和后续的干燥步骤。桥接固定部11和活动部12的支撑臂19A设在基板S1的第一层21中，这与在图7中的图(a)所示的形成步骤中形成的固定部11和活动部12相似。也就是说，支撑臂19A与固定部11和活动部12是一体的且连续的。在这样的支撑臂19A中可以很容易地实现固定部11和活动部12的高强度桥接。因此，在采用醇干燥法的干燥步骤中，支撑臂19A支撑活动部12，并且可以防止将活动部12向基板S1侧和接触电极14及驱动电极16侧牵引(draw)。因此，通过这种方法，可以制造微开关器件X1，同时完全避免粘附现象。

在该方法中，如上所述，优选地，支撑臂19A的宽度为0.3μm-2μm，而且优选地，在参照图9中的图(c)的所述切割步骤中，固定部11和活动部12的厚度为3μm或以上，例如厚度为5μm-20μm。该构造适合采用RIE切割支撑臂19A，同时在所述切割步骤中保留固定部11和活动部12。

另外，在该方法中，可以采用电镀在牺牲层28上形成与接触电极13相对的且具有接触部14a的厚的接触电极14。因此可以设定该对接触电极14的厚度以得到理想的电阻值。为了降低微开关器件X1的***损耗(insertion loss)，优选厚的接触电极14。

图16至图19示出了在本发明第二方案的制造微结构的方法中的部分步骤。该方法是另一种制造上述微开关器件X1的方法。在图16至图19中，用单个剖面图的变化示出在制造微开关器件X1的过程中在多个位置处的剖面变化。所述单个剖面是连续的剖面，其示范多个规定位置处的剖面，所述位置包括正被处理的材料衬底的单个微开关器件形成区域。

在该方法中，如图16中的图(a)所示，首先在衬底材料S1′的第一层21上形成接触电极13和驱动电极15。所采用的具体方法与图6中的图(a)至图(c)所示的第一方案中的方法相似。

接着，如图16中的图(b)所示，在第一层21上形成蚀刻量调节膜31。每个蚀刻量调节膜31定位在第一层21上与待加工成支撑臂的区域相对应的位置处，而且包括硅氧化物(silicon oxide)或硅氮化物(siliconnitride)。蚀刻量调节膜31的厚度为例如30μm-50μm。

接着，如图16中的图(c)所示，采用光刻法在第一层21上形成抗蚀图案32。抗蚀图案32具有与槽18对应的开口部32a。蚀刻量调节膜31与开口部32a部分地相接(border)。

接着，如图17中的图(a)所示，利用抗蚀图案32作为掩模对第一层21进行蚀刻，以形成槽18″。采用SF₆气体作为蚀刻气体的RIE可用作为所述蚀刻法。

在该步骤中，形成固定部11、活动部12、以及桥接固定部11和活动部12的支撑臂19B(此步骤为本发明的形成步骤)。具体而言，如图20所示，通过图案化形成固定部11、活动部12、以及桥接固定部11和活动部12的支撑臂19B(图20是在本步骤中得到的第一中间成品的平面图)。为了清楚起见，图中的支撑臂19B被涂黑。在图17中的图(a)中，示出了最右端的支撑臂19B的剖面；还示出了在延伸方向上的其它支撑臂19B的剖面。优选地，支撑臂19B的厚度为1μm-3μm，其宽度(图17中的图(a)中最右端的支撑臂19B在水平方向上的长度)为10μm-50μm。

接着，如图17中的图(b)所示，在材料衬底S1′的第一层21侧形成牺牲层28。然后，如图17中的图(c)所示，在牺牲层28中对应接触电极13的位置处形成凹部28a。接着，如图18中的图(a)所示，将牺牲层28图案化以形成开口部28b和28c。随后，如图18中的图(b)所示，在材料衬底S1′的设置有牺牲层28的一侧表面上形成用于传导电流的底层(未示出)之后，形成抗蚀图案29。抗蚀图案29具有与接触电极14对应的开口部29a和与驱动电极16对应的开口部29b。接着，如图18中的图(c)所示，形成接触电极14和驱动电极16。然后，如图19中的图(a)所示，通过蚀刻除去抗蚀图案29。此后，通过蚀刻除去用于电镀的上述底层的暴露部分。这些步骤的细节与第一方案中的那些步骤相似，请参考图7中的图(b)至图9中的图(a)。

接着，在该方法中，如图19中的图(b)所示，除去牺牲层28和部分中间层23。具体而言，对牺牲层28和中间层23进行湿法蚀刻(湿法蚀刻步骤)。在该蚀刻处理中，首先除去牺牲层28，然后从与槽18″相接的位置处除去部分中间层23。在整个活动部12和第二层22之间形成合适的缝隙之后，停止蚀刻。这样，保留的中间层23中形成界面层17。第二层22形成基板S1。

图21是在该步骤中得到的第二中间成品的平面图。图22和图23分别是沿图21中的XXII-XXII线和XXIII-XXIII线的部分放大剖面图。如图22所示，对于一个支撑臂19B的附近区域(vicinity)而言，在该步骤的蚀刻中，通过蚀刻将牺牲层28的介于第二层22和每个支撑臂19B(其甚至小于活动部12)之间的区域除去。除图21之外，通过参考图20可以理解，每个支撑臂19B形成在不与接触电极14或驱动电极16相对的位置处。

接着，在使用湿法蚀刻将粘附接触电极14和驱动电极16的下表面上的部分底层(例如Cr膜)进行必要的除去之后，进行干燥。具体而言，用第一洗涤液置换粘附到该器件的表面上的蚀刻液，用醇或另外的第二洗涤液置换该第一洗涤液，然后采用吹氮气或其它方法蒸发该第二洗涤液。

接着，如图19中的图(c)所示，使用RIE切割或除去支撑臂19B(切割步骤)。在此步骤中，采用例如SF₆气体作为蚀刻气体进行RIE，而无需设置保护膜保护接触电极13及14或驱动电极15及16。如上所述，因为接触电极13及14和驱动电极15及16包括抵抗(resist)本步骤的RIE的材料，故在此步骤中，既便在无保护膜的情况下也不会发生不适当的腐蚀。在此步骤中，形成槽18。

图24和图25是在该步骤后在规定位置处的局部放大剖面图。图24示出了与图22相同的位置，图25示出了与图23相同的位置。如图24和图25所示，通过本步骤的RIE除去处于固定部11的露出表面、活动部12的露出表面以及基板S1的露出表面处的槽18的周围区域。在图24和图25中，用点划线表示除去前各部分的轮廓。

这样，可以制造图1至图5所示的微开关器件X1。在此方法中，利用通过支撑臂19B桥接的固定部11(其结合在基板S1上)和活动部12(其与基板S1相对但不与基板S1结合、并具有固定于固定部11的固定端12a)，进行上述图19中的图(b)所示的湿法蚀刻步骤和后续的干燥步骤。桥接固定部11和活动部12的支撑臂19B形成在材料衬底S1的第一层21中，这与上述图17中的图(a)所示的形成步骤中形成的固定部11和活动部12相似。也就是说，支撑臂19B与固定部11和活动部12是一体的而且是连续的。在这样的支撑臂19B中很容易实现固定部11和活动部12的高强度桥接。因此，在采用醇干燥法的干燥步骤中，支撑臂19B支撑活动部12，并且可以防止将活动部12向基板S1侧以及接触电极14和驱动电极16侧牵引(draw)。因此，通过这种方法，可以制造微开关器件X1，同时完全避免粘附现象。

在该方法中，如上所述，优选地，支撑臂19B的厚度为1μm-3μm；而且优选地，在参照图19中的图(c)所述的切割步骤中，固定部11和活动部12的厚度为3μm或以上，例如厚度为5-20μm。这样的构造适合采用RIE切割支撑臂19B，同时保留固定部11和活动部12。

图26和图27示出了微开关器件X1的一个改进实例。图26是该改进实例的平面图，图27是沿图26中XXVII-XXVII线的剖面图。

在该改进实例中，驱动电极16在对应槽18的位置处具有开口部16a。当采用第一方案的微结构制造方法制造此改进实例的器件时，可以在参考图7中的图(a)的所述形成步骤中在与开口部16a相对的位置处形成辅助支撑臂19A；而且在参考图9中的图(c)的所述切割步骤中，可以通过RIE切割与开口部16a相接的辅助支撑臂19A，如图28所示。

另一方面，当用第二方案的微结构制造方法制造此改进实例的微开关器件时，在参照图17中的图(a)的所述形成步骤中，可以在与开口部16a相对的位置处形成辅助支撑臂19B；而且在参照图19中的图(c)的所述切割步骤中，可以通过RIE切割与开口部16a相接的辅助支撑臂19B，如图29所示。

这样，通过驱动电极16在与槽18对应的位置处具有开口部16a的构造，则可以使用大量支撑臂19A或支撑臂19B。支撑臂19A或支撑臂19B的数量增加有利于利用支撑臂19A或支撑臂19B实现固定部11和活动部12的高强度桥接。

Claims (20)

1、一种通过对具有叠层结构的材料衬底进行处理来制造微结构的方法，该微结构包括：基板；第一结构部，与该基板结合；以及第二结构部，具有固定在该第一结构部上的固定端且与该基板相对；其中该叠层结构包括第一层、第二层以及在该第一层和该第二层之间的中间层，所述制造微结构的方法包括：

形成步骤，用于在该第一层中形成该第一结构部、具有固定在该第一结构部上的固定端的该第二结构部、以及桥接该第一结构部和该第二结构部的支撑臂；

湿法蚀刻步骤，用于通过湿法蚀刻除去该中间层的位于该第二层和该第二结构部之间的区域；

干燥步骤；以及

切割步骤，用于切割该支撑臂。

2、一种通过对具有叠层结构的材料衬底进行处理来制造微结构的方法，该微结构包括：基板；第一结构部，与该基板结合；第二结构部，具有固定在该第一结构部上的固定端且与该基板相对；第一电极，设置在该第二结构部的与该基板相对的一侧上；以及第二电极，具有与该第一电极相对的区域且结合在该第一结构部上；其中该叠层结构包括第一层、第二层以及在该第一层和该第二层之间的中间层，所述制造微结构的方法包括：

在该第一层中、在待处理以形成该第二结构部的区域上形成该第一电极的步骤；

形成步骤，用于在该第一层中形成该第一结构部、具有固定在该第一结构部上的固定端的该第二结构部、以及桥接该第一结构部和该第二结构部的支撑臂；

形成牺牲层的步骤，该牺牲层具有开口部以露出在该第一结构部中的该第二电极的结合区域，并且该牺牲层覆盖该第一层的一侧；

第二电极形成步骤，用于形成该第二电极，该第二电极具有与该第一电极相对的且***有该牺牲层的区域，并且该第二电极在该第二电极的结合区域中结合于该第一结构部；

湿法蚀刻步骤，通过湿法蚀刻除去该牺牲层以及该中间层的处于该第二层与该第二结构部之间的区域；

干燥步骤；以及

切割步骤，切割该支撑臂。

3、根据权利要求1或2所述的制造微结构的方法，其中，在所述切割步骤中，通过反应离子蚀刻来切割该支撑臂。

4、根据权利要求2所述的制造微结构的方法，其中，在所述切割步骤中，通过反应离子蚀刻来切割该支撑臂，并且该第一电极和该第二电极是由抵抗反应离子蚀刻的材料制成。

5、根据权利要求2或4所述的制造微结构的方法，其中，该支撑臂形成在不与该第二电极相对的位置处。

6、根据权利要求2或4所述的制造微结构的方法，其中，该第二电极具有开口部，并且在所述形成步骤中，该支撑臂形成在与该开口部相对的位置处。

7、根据权利要求1或2所述的制造微结构的方法，其中，该支撑臂的宽度为0.3μm-50μm。

8、根据权利要求1或2所述的制造微结构的方法，其中，在所述切割步骤之前，该第二结构部的厚度为3μm或以上。

9、根据权利要求1或2所述的制造微结构的方法，其中，在所述形成步骤中，通过利用掩模图案掩蔽该第一层中的待处理以形成该第一结构部、该第二结构部、以及该支撑臂的区域，对该第一层进行各向异性蚀刻。

10、根据权利要求1或2所述的制造微结构的方法，所述方法还包括在所述形成步骤之前，在该第一层上形成与待处理以在该第一层中形成该支撑臂的区域相对应的蚀刻量调节膜的步骤，其中在所述形成步骤中，通过利用掩模图案掩蔽该第一层中的待处理以形成该第一结构部和该第二结构部的区域，对该蚀刻量调节膜和该第一层进行各向异性蚀刻。

11、根据权利要求10所述的制造微结构的方法，其中，该支撑臂比该第一结构部和该第二结构部薄。

12、根据权利要求10所述的制造微结构的方法，其中，该支撑臂的厚度为1μm-3μm。

13、根据权利要求1或2所述的制造微结构的方法，其中，该第一层包括单晶硅。

14、根据权利要求10所述的制造微结构的方法，其中，该蚀刻量调节膜包括硅氧化物或硅氮化物。

15、一种微结构，所述微结构包括：

基板；

第一结构部，与该基板结合；

第二结构部，具有固定在该第一结构部上的固定端且与该基板相对；以及

支撑臂，桥接该第一结构部和该第二结构部。

16、根据权利要求15所述的微结构，其中，所述微结构还包括第一电极和第二电极，该第一电极设置在该第二结构部的与该基板相对的一侧上，该第二电极结合在该第一结构部上且具有与该第一电极相对的区域。

17、根据权利要求15所述的微结构，其中，该第二电极在与该固定部和该活动部之间的空隙相对的位置处具有开口部。

18、根据权利要求15所述的微结构，其中，该支撑臂的宽度为0.3μm-50μm。

19、根据权利要求15所述的微结构，其中，该支撑臂比该第一结构部和该第二结构部薄。

20、根据权利要求15所述的微结构，其中，该第二结构部的最大厚度为3μm或以上。

Images