組合物以及製造方法

2023-05-01 20:00:11 2

專利名稱：組合物以及製造方法
技術領域：
本文公開的主題涉及機械裝置，並且更特別地，涉及基於微機電(MEMs)和納米-機電(NEMs)技術的裝置。
背景技術：
用於包括斷路器以及高電壓、高電流開關的設置的眾多用途的機械裝置具有大的尺寸，並且經常需要大的動力來激活開關機構。這種傳統的開關還以相對慢的速度來工作。它們通常很複雜，製造成本高。而且，當開關機構的觸點在物理上分離時，已知會產生電弧，以及有時需要布置特殊電路來阻止電弧電流持續流經開關。與電弧相關的能量可能會使開關觸點降級，或者引發危險情況。已經將固態開關用於高速應用，以通過受控的電壓施加來在導電狀態和非導電狀態之間進行轉換。因為當它們處於非導電狀態時，固態開關不提供觸點之間的物理的間隙，通常會存在漏電流。由於裝置的內部電阻，在導電狀態下固態開關還存在電壓降。在正常的工作條件下，電壓降和漏電流導致功率耗散，並且產生熱。這些對開關的性能以及開關的壽命有不利作用。與固態開關相關的固有漏電流使其在斷路器應用中的使用不盡理想。基於微機電系統(MEMS)的開關裝置對某些應用被認為是大型機電開關和固態開關的潛在的替代物。這是因為基於MEMS的開關傾向於在設為導電時具有低電阻，並且在設為非導電狀態時能夠展現出沒有漏電流。進一步，期望基於MEMS的開關會展現出比傳統的機電開關更快的響應時間。

發明內容
在方法的一系列實施例中，提供襯底，並且在襯底上形成可移除層。包括至少五十原子百分數金屬的金屬層形成在可移除層上。該金屬層被圖案化並且刻蝕，以在可移除層上限定出結構。移除可移除層，並且將金屬層加熱一段時間，該時間超過在其上接合氣密封蓋所需的時間。在另外一系列實施例中，裝置包括襯底以及使用沉積過程形成在襯底上的金屬層，對於該沉積過程，導電層的特徵是具有預定的沉積態缺陷密度。作為製造過程的結果，導電層的缺陷密度相對於該同一層的預定的沉積態缺陷密度或者具有類似成分(composition)並且在相似的沉積條件下形成的另一層中的預定的沉積態缺陷密度來說減小了。


當參考附圖來閱讀下文的詳細描述時將能更好地理解本發明的這些以及其它的特徵、方面以及優點，其中圖1是根據示例的實施例配置的開關結構的示意性透視圖；圖2是圖I的開關結構的示意性側視圖；圖3是圖I的開關結構的示意性分解透視圖；圖4是圖I的開關結構在斷開位置的示意性側視圖；圖5是圖I的開關結構在閉合位置的示意性側視圖；圖6A C是圖I的開關結構的側視圖，示出梁在接觸和非接觸位置之間的移動；圖7是根據另一個示例的實施例配置的開關結構的示意性側視圖；圖8是圖7的開關結構的示意性側視圖；圖9是圖7的開關結構的示意性分解透視圖；圖IOA IOF是表示用於製造根據示例的實施例配置的開關結構的過程的示意性側視圖；圖11是根據另一個示例的實施例配置的開關結構的示意性透視圖；圖12是圖11的開關結構的示意性側視圖；圖13是圖11的開關結構的示意性分解透視圖；圖14是根據又另一個示例的實施例配置的開關結構的示意性透視圖；圖15是圖14的開關結構的示意性側視圖；圖16是圖14的開關結構的示意性分解透視圖；圖17是根據再另一個示例的實施例配置的開關結構的示意性透視圖；圖18是根據又另一個示例的實施例配置的開關結構的示意性側視圖；圖19A是晶界的過濾TEM圖像，其中示出了取向不一致的原子面相遇形成晶界；圖19B是經過相對低溫的熱處理後的、類似於與圖19A中示出的晶界的過濾的TEM圖像；以及圖20A和20B示出了應力鬆弛(stress relaxation)測試的結果,其示出了經過熱處理後樣品中提高的抗變形性。整個附圖中，相似的參考數字指代相似的特徵。
具體實施例方式現在參考附圖來描述示例的實施例。這些實施例中的一些可解決以上的和其它的需求。參考圖I 3,示出了根據示例的實施例配置的開關結構100的幾個視圖。示例的開關結構100包括觸點102，其至少部分地包括導電材料(例如，金屬)。開關結構100還包括導電元件，示出為懸臂梁104，其包括導電材料(例如金屬)。梁的懸臂部104a延伸到觸點102之上。在一些實施例中，導電元件還可包括其它的特徵,諸如,例如,在梁104上的保護塗層(且可能是非導電的)，或者沿著計劃將與觸點102進行接觸的梁的部分布置的接觸盤。梁104可由錨106和基座107支撐，懸臂部104a從二者延伸，並且二者與梁成為一體。錨和基座用於將梁的懸臂部104a與下面的支撐結構、諸如示出的襯底108連接在一起。在圖I 3所示的開關結構100的實施例中，使用傳統的微製造技術(例如，電鍍、氣相沉積、光刻、溼法和/ 或幹法刻蝕，等等)將觸點102和錨106形成在襯底108上。開關結構100可構成微機電或者納米機電裝置或者微機電系統(MEMS)的一部分。例如，觸點102和梁104可具有幾個或者幾十納米或微米級的尺寸。在一個實施例中，梁104可具有大於或者等於IO8HT1的表面積-體積比率，而在另一個實施例中，該比率可能更接近IOV1。集成電路可形成在襯底108上，例如包括金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFETs)以及用於在多種部件之間提供電連接的圖案化的導電層(未示出)。這種圖案化的導電層還可提供連接至觸點102和梁104的電連接(與後者的連接，例如通過錨106進行)，這些連接在圖I和2中示意性地示出，並在下文描述。半導體裝置和導電層，與開關結構100的特徵類似，也可使用傳統的微製造技術來製造。在一個實施例中，襯底108可以是已經過加工以包括一個或者多個MOSFETs的單晶半導體晶圓的一部分，其中開關結構100和其它的電路形成在晶圓的表面上。開關結構100可布置在MOSFETs的一個上(例如，沿著垂直於晶圓表面的線)，並且可以能夠與該MOSFET —起工作。還參考圖4和5，梁104可配置成在圖4中示出的第一位置和圖5中示出的第二位置之間能選擇性地移動，該第一位置是非接觸的或者「斷開」的位置，其中梁與觸點102隔開有分離距離d，該第二位置是接觸的或者「閉合」的位置，其中梁與觸點102電接觸。例如，梁104可配置成當在接觸和非接觸位置之間移動時進行變形，使得梁自然地(也就是沒有外加力)布置於非接觸位置，且梁可發生變形以佔據接觸位置，同時在其中存儲機械能。在其它的實施例中，梁104的未變形配置可以是接觸位置。開關結構100還可包括電極110，當適當充電時，其在電極和梁104之間提供電位差，產生將梁拉向電極且抵靠觸點102的靜電作用力。在電極110上施加足夠的電壓時，靜電作用力使梁104變形，因此將使梁從圖4中示出的非接觸(也就是斷開，或者非導電的)位置移位到圖5中示出的接觸(也就是閉合的或者導電的)位置。因此，電極110可用作關於開關結構100的「柵」，施加到電極110上的電壓(稱為「柵壓」)用於控制開關結構的斷開或閉合。電極110可與柵壓源112通信，從而柵壓\可以選擇性地施加到電極110上。觸點102和梁104是電路114的部件。示例性的電路114具有第一側116和第二側118，當互相切斷時，二者相對於彼此處於不同的電位(因為其中只有一側與電源120連接)。觸點102和梁104可分別與電路114的兩側116、118中的任一個連接，這樣在第一位置和第二位置之間的梁的變形起著分別使其電流通過和阻斷電流的作用。梁104可以在由使用開關結構100的應用所確定的頻率(可以是均勻的，或者非均勻的)下重複地移動至與觸點102接觸或者脫離與之接觸。當觸點102和梁104互相分離時，觸點和梁之間的電壓差叫做「分離電壓(stand-offvoltage) 」。在一個實施例中，梁104可與電源120通信(例如通過錨106)，並且觸點102可與具有負載電阻&的電力負載122通信。電源120可作為為電壓源或者電流源而工作。梁104起著電觸點的作用，當梁在接觸位置時，允許負載電流(例如具有大於或者等於大約ImA的幅度以及大約IkHZ或者更小的振蕩頻率)從電源120流過梁104，流入觸點102和電力負載122，或者相反，當梁位於非接觸位置時，阻斷電路徑，以及阻止電流從電源流到負載。上面指出的電流和轉換頻率可能用於相對較高的配電應用中。在其它的實施例中，諸如開關結構100將用於信令環境中的應用(通常在相對較低的功率下工作)，電源120可提供具有IOOmA或者更小的幅度(下界到IuA的範圍)的電流，並且具有大於IkHz的振蕩頻率的電流。為了增加整個電路的電流和電壓容量，上述的開關結構100可用做包括在設計上可以是相似的或者不相似的其它開關結構的電路的一部分。這樣的開關結構可以配置成串聯或者並聯，以便在開關結構是斷開時促進分離電壓的均勻分布，而當開關結構是閉合時促進電流的均勻分布。在開關結構100的工作期間，梁104可能經受外加力，諸如由上文中提及的電極110產生的靜電力，其引起梁在第一位置和第二位置之間變形(也就是與觸點102接觸以及脫離接觸)。開關結構100可在室溫下工作，以及在高達40°C或高於40°C的溫度下工作，但是通常在低於形成梁的主要材料的熔化溫度的50%或者30%的溫度下工作。進一步，對於預期開關結構100擁有大約若干年的有用壽命的應用中(例如，相對較高的配電應用)，梁104可保持與觸點102接觸長達至少IO4秒的累計時間，並且在一些情況下超過IO6秒，或者甚至IO9秒的累計時間。進一步，當發生變形從而實現與觸點102的電連接或者物理接觸時，梁104可能經歷相對高的應力。應力的幅度部分地依賴於開關結構100的幾何形狀以及梁的材料成分。作為上述的一個示例，開關結構100的懸臂梁104可以是含有鎳(Ni)_12原子百分數的鎢(W)，或者鎳(Ni)-20原子百分數的鎢(W)的層，具有大約100 的長度L，縱橫比(長度L比厚度t)大約為25到1，以及與觸點102的分隔距離d大約為I 3 y m，其中觸點定位在梁的自由端的對側，並且與梁重疊距離U。對於這樣的幾何形狀，當梁變形以與觸點102接觸時，在錨106或者梁104的主要部分中可能存在大於IOOMPa (例如600MPa或者更大)的應力。梁104或者錨106在正常的使用條件下可能需要承受該應力長達IO4秒以上，或者IO9秒以上，而沒有失效。這些應力可區別於更局部化並且通常是瞬時的應力，該更局部化並且通常是瞬時的應力可存在於應力集中的區域周圍，諸如在幾何不規則、表面凹凸以及缺陷的周圍。為了包括懸臂梁(或者其它的可變形的接觸結構)以及相關觸點的開關結構(諸如開關結構100)的恰當工作，通常期望梁選擇性地位於由促使梁與觸點物理接觸的外力的存在與否來決定(例如，由與電極Iio相關的柵壓的施加引起的靜電力)的接觸位置或者非接觸位置。然而，許多的研究者已經發現，包括金屬的、微米尺度的懸臂梁(或者其它的可變形的接觸結構)的開關結構傾向於發生故障，這樣開關結構的性能不如預期。這些故障通常歸因於表面粘附相關的問題。特別地，根據存在於微米尺度的梁(或者其它的可變形的接觸結構)中的大的表面積-體積比率，與自由表面(在自由表面，梁與關聯的接觸盤相接觸)的去除相關的能量降低可能是影響因素，並且其甚至相對於梁在變形期間存儲的機械能較大。因此，懸臂梁以及相關的觸點在外力(反而促使二者接觸)移除後，可能保持互相粘附，因為梁的內部的應變能不足以引起梁從觸點上分離。與主流的理論對比，申請人已有的觀察表明包括金屬的、小尺度的懸臂梁的開關結構的失效經常並不是主要由於梁和相關的觸點之間的粘附，反而主要是歸因於梁的未變形配置的改變。也就是，當施加外力促使梁與相關的觸點接觸時，梁經受永久的時間相關的 塑性變形，也叫做「蠕變」或者應力鬆弛。在梁經受塑性變形時，在將梁移動至接觸配置的外力不存在時，梁的形狀變得與梁位於接觸位置時的梁的形 狀更相似。相似地，當梁在接觸位置時最初與梁相關的機械應變能減小了，在一些情況下接近於零。最後，開關結構可能由於梁和關聯的觸點之間的粘附而失效，但是這一失效機制可能是次要的，並且可能是由於與處於接觸位置的梁相關的機械應變能的減小。換句話說，在企圖斷開開關(釋放梁)時，梁由於經過一段時間後材料的永久變形而保持在相同的閉合位置，致使開關不能工作。在開關結構梁中時間相關的塑性變形的程度是令人驚訝的，因為這些裝置典型地是在低於形成梁的金屬材料的熔化溫度的50%，例如低於該熔化溫度的30%的環境溫度下工作的。典型地需要高於熔化溫度的至少30 %到50 %的溫度才能弓I起塊體材料可測的蠕變。本文使用的術語「金屬材料」指的是一層或者多層的材料，其中一層含有至少50原子百分數的金屬，其可能是合金。本文使用的術語「抗蠕變性」指的是當材料經受持續的負載或者應力時，材料抵抗時間相關的塑性變形的能力。相似地，術語抗蠕變性還用來描述當材料經受恆定的應變(例如在應力鬆弛實驗中)時抵抗時間相關的應力鬆弛的能力。蠕變可以以多種方式自身出現，包括在恆定的負載下形狀的改變，或者在恆定的變形下應力的改變。考慮到上述的發現，根據本文提出的實施例，梁104可以主要由金屬材料，例如超過50的原子百分數的金屬材料形成，其具有提高的抗蠕變性。也就是，材料可配置成或者處理成諸如在範圍從室溫上至40°C或者超過40°C，或者更通常地低於形成梁的主要材料的熔化溫度的50%的溫度下抑制時間相關的變形。如果梁是由多種離散的金屬材料形成的，該範圍可能低於構成梁的主要部分的金屬中的一種的最低的熔化溫度的50%。配置成抑制時間相關的變形的材料，在本文指的是「抗蠕變」材料，當經受持續的負載或者應力時，展現出相對小的穩態塑性應變率。構成「小的」塑性應變率的情況可依賴於蠕變在其中可能產生的環境。為了當前的目的，抗蠕變材料通常是如下的材料針對該材料，在低於蠕變材料的熔化溫度的一半(例如低於形成梁的主要的材料的熔化溫度的一半)的溫度下，對高達材料的屈服強度的大約25%的應力，穩態塑性應變率小於或者等於大約KT12S'如果蠕變材料是由多種離散的金屬材料形成的，該範圍可低於組成蠕變材料的主要部分的金屬中的一種的最低熔化溫度的50%。進一步，當梁的機械性能通常或者主要由構成的抗蠕變金屬材料的機械性能決定的時候，梁104可被認為「主要由」配置成抑制時間相關的變形的金屬材料「形成」。多種化學化合物當在低於材料的熔化溫度的大約一半，例如低於材料的熔化溫度的三分之一的溫度範圍內的最高溫度下使用時可以作為抗蠕變金屬材料，。這些材料可通過多種方式來合成，從而產生多種可工作的微結構。例如，抗蠕變性可通過熔化溫度的增大而產生，這在給定的工作條件下，將減慢基於擴散的恢復過程。抗蠕變性還可以是微結構處理的結果。例如，晶體材料可以由小晶粒尺寸形成，因此在適中的溫度下(例如，低於金屬材料的熔點溫度的70%的溫度下)限制了與位錯運動相關的蠕變。添加劑可以熔解在晶格中，因此導致固溶強化(solid solution strengthening),或者可形成另一相(例如,通過在晶界或者在晶格內部析出)。添加劑可作為離散的微粒，用於阻止位錯運動，抑制擴散，或者在晶格中用作空穴的陷阱。在一些實施例中，可以用氧化物或者碳化物作為添加劑。通常地，抗蠕變材料的示例包括超合金，包括Ni基的和/或鈷(Co)基的超合金，Ni-W合金，Ni-Mn合金，含有少量的Ni和/或Co的金(「硬金」)，W，金屬間化合物，經受了固溶和/或第二相強化的材料，以及具有抑制塑性變形的諸如六方結構的晶體結構的材料，或者具有低堆垛層錯能的材料。
通過主要使用具有相對高的熔化溫度的抗蠕變材料來形成梁104，申請人觀察到在使用期間明顯的蠕變可被避免，這樣在梁和觸點102之間的分離距離d例如在使用時間長達I年、在一些情況下超過20年後可維持相當恆定，例如其初始數值的20 40%之內。換句話說，對每個例子，其中梁104被施加的力從非接觸位置(這裡梁與觸點102隔開距離
d)促使朝著接觸位置靠近，並且然後移除施加的力，梁將基本上回到非接觸的位置，這樣梁與觸點分離的距離為山這裡d的值的變化小於40%，在一些情況下小於20%。一種示例性的抗蠕變材料是含有Ni和W的合金。申請人發現含有至少65原子百分數的Ni以及至少I原子百分數的W的合金傾向於展示出增強的抗蠕變性。申請人觀察的展示出這樣的抗蠕變性的合金的特定的一個示例是Ni-20原子百分數的W，也就是含有Ni和W的材料，其中W分量佔材料的20原子百分數。然而，如上文指出的，主要含有Ni以及低至大約I原子百分數的W(範圍可高達或者高於30%原子百分數的W)的合金，預期會顯示出提高的抗蠕變性，並且蠕變被抑制的程度將與W的含量成比例。根據幾個實施例的Ni和W的合金(例如，當在直流條件下電鍍時)，具有小於或者等於大約I U m的平均晶粒尺寸，並且在一些情況下尺寸減小到大約10nm。例如,可通過電沉積形成含有80原子百分數的Ni以及20原子百分數的W的合金，來生產具有大約10 IOOnm的平均晶粒尺寸的Ni-W材料的膜。Ni-W膜隨後被暴露在提高的溫度下，例如通過在300 450°C下退火30分鐘或者更長時間，來進一步增強材料的抗蠕變性。通常地，申請人發現在相對低的溫度下對Ni-W膜進行退火，但是這些溫度高於使用條件下將要經歷的溫度(在較高的配電應用中，傾向於低於或者等於大約250°C )，對限制由退火的Ni-W膜形成的結構所經歷的時間相關的變形的程度是有作用的。如上文指出的，與上述的主要由配置成抑制時間相關的變形的金屬材料形成的開關結構100的生產相關的過程溫度是適中的，並且可低於450°C，但更高的退火溫度，例如範圍高達700°C或者更高也是合適的。在相對低的溫度下，例如在250°C到500°C之間，執行有效的退火來慢慢增強抗蠕變特性的能力，與由矽形成導體所需的大體上較高的溫度(例如，當採用傳統的摻雜程序時典型地高於900°C)形成對比。與開關結構100的退火相關的較低的處理溫度有利於開關結構與熱敏部件(諸如，例如，MOSFETs)的集成。梁104的抗蠕變材料可包括其它的二元合金，包括Al、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、Ag、Ta和W的任意組合。梁104的抗螺變材料還可包括非晶金屬。合適的非晶金屬的示例包括至少Ni、W和鐵(Fe)的合金，其中合金包括大約80原子百分數或者更多的Ni，大約I到20原子百分數之間的W，以及大約I原子百分數或者更少的Fe。這些材料的特點是它們缺乏長程原子有序性，以及通常被認為是相對具有抗塑性變形性。通過混合多種不同的通常具有各種原子大小的元素可形成多種非晶合金，這樣在從液態冷卻期間，組成原子不能自身調整而進入平衡晶態。非晶金屬的其它示例包括，但是不限於，含有55原子百分數的鈀(Pd) ,22. 5原子百分數的鉛，以及22. 5原子百分數的銻的合金；含有41. 2原子百分數的鋯(Zr)、13. 8原子百分數的鈦、12. 5原子百分數的銅、10原子百分數的Ni以及22. 5原子百分數的鈹的合金；以及基於Zr、Pd、Fe、Ti、Cu或鎂的非晶合金。抗蠕變材料的主導組成可以是非磁性的金屬材料。例如，梁104可由鋁、鉬、銀和/或Cu形成。由非磁性的材料形成梁104可有利於將開關結構100用於這樣的環境中，其中開關結構預期在有強磁場存在的情況下工作，諸如在磁共振成像應用中。進一步考慮到申請人的發現，梁104可配置成在使用條件下限制由於形成梁的主要的金屬材料的時間相關的塑性變形而發生的梁的永久變形，其中使用條件包括低於構成梁的主要部分的金屬中的一種所關聯的最低熔化溫度的50%或者甚至低於30%的溫度。在限制梁104的永久變形的實施例中，當梁的機械性能基本上或者主要由組成的金屬材料的機械性能決定時，梁可以被認為是由金屬材料「主要形成」。梁可能有時布置於斷開位置，其中梁與觸點102隔開分 離距離d。在其它時候，梁104可布置於閉合位置，其中梁與觸點102進行接觸。在開關結構100的工作期間，其中梁104的永久變形被限制，在室溫與金屬材料的熔化溫度(或者在金屬材料包括多種離散的金屬材料的情況下，指的是形成梁的主要的金屬材料中的一種的熔化溫度)的大約一半之間的溫度下,梁104可經過至少IO7秒的累計時間而變形到閉合位置。可在幾何形狀上配置梁104，這樣繼這種變形之後，梁104和觸點102之間的分離距離d，在不存在外力的情況下，在累計時間上的變化量小於20%。這就是說，在累計時間上的任何時間得到的d的測量值將產生變化不超過20%的結果。例如，參考圖6A 6C，在時間tQ 0. 8 d0的實施例中，梁104可配置成使得當梁變形至第二位置時，在錨中的最大的、非局部的、穩態的應變率保持在小於大約KT12s'梁104可配置成使得錨106經歷的總塑性應變保持小於在梁進入接觸位置的最初變形時(先於梁內的任何明顯蠕變)在錨中引起的彈性應變的某個百分數。例如，如果梁104進入第二位置的最初的變形在錨106中引起第一彈性應變，並且其後梁變形至第二位置長達至少IO7秒的累計時間，梁可配置成使得錨經歷小於第一彈性應變的大約一半的最大的、非局部的總塑性應變。梁104可被設計成限制在梁的變形期間在錨106中實現的應力低於一個閾值，若高於該閾值則將實現過多的塑性變形。該閾應力取決於以下中的一個或者多個梁104變形時的溫度，在應用中能夠承受的梁的形狀改變的量，以及形成梁的主要的材料，包括材料的成分以及微結構中。例如，對於開關結構100在低於形成梁104的主要材料的熔化溫度的大約一半的溫度下工作的應用，申請人發現，在梁包括是具有至少65原子百分數的鎳以及至少I原子百分數的鎢的合金的組成金屬材料時，當在錨的非局部部分(也就是遠離高度局部化應力集中區域)的應力小於IOOOMpa時，能達到可接受的性能(例如，當經過IO7秒或者甚至高達IO8秒的變形累計 時間時，梁和觸點之間的分離距離的變化小於20% )。作為其它示例，申請人發現，當錨的非局部部分(也就是遠離高度局部化應力集中區域)中的應力小於45MPa時，經過一年時間間隔能夠達到可接受的性能；當錨的非局部部分(也就是遠離高度局部化應力集中區域)中的應力小於20MPa時，經過二十年時間間隔，能夠達到可接受的性能。在這些實施例中，組成金屬材料可包括80原子百分數的金和20原子百分數的鎳。申請人還發現，對於由純金形成的梁，當錨的非局部部分中的應力小於25MPa時，經過一年時間間隔，能夠達到可接受的性能。總體來說，梁104可設計成在錨106中限制應力和/或塑性應變。例如，參考圖7 9，開關結構200可包括觸點202和導電元件，諸如主要由導電材料(例如，金屬)形成的懸臂梁204。梁204可通過錨206和基座207支撐，二者可與梁集成在一起，並且可用於將梁與下面的支撐結構，諸如襯底208連接在一起。觸點202也可以由襯底208支撐。開關結構200還可包括配置成致動梁204的電極210。各種物理和/或設計參數可影響錨206中的應力。開關結構200的特徵例如可以由下述的任意量表徵梁長Lb，梁寬wB，梁厚tB，觸點長度Lc，觸點寬度^，觸點厚度tc，梁-觸點分離距離(在不存在外力時)dBC，梁-電極重疊距離Le (從梁204的端部205開始測量)，電極寬度wE，梁-電極分離距離(在不存在外力時)dBE，梁成分的材料性質，以及梁和電極210之間的最大電壓差V_。基於這些參數的值的選擇，結合期望的工作溫度，可生產出開關結構，其在錨206的區域具有足夠低的應力，使開關結構200的工作壽命能夠大於一年，並且甚至大於20年。在一些實施例中，梁204的厚度tB能夠至少為I U m。大約I ii m或者更大的厚度tB可限制梁的後續變形(由於在提高的溫度下的後續處理)。梁204的長度Lb能夠至少為大約20 u m。觸點202可布置成在由重疊長度Ltl限定的區域上與梁204相對，其中長度Ltl在梁的自由端205的20%以內。電極210可布置成在梁204的自由端205的50%以內，並且在一些實施例中在自由端的20%到30%以內。梁204可具有小於厚度tB的大約200倍的長度LB，並且該長度Lb小於梁和相關的觸點202之間的分離距離dB。的大約1000倍。在梁204具有較大的縱橫比或者與觸點202隔開較小的距離的情況下，當梁變形達到接觸位置時在梁中引起的應力可能相對較低。然而，當梁204的長度增加時，在給定的區域能夠布置的梁的數量會降低。進一步，當分離距離dB。減小時，除了蠕變相關的變形之外其他的失效機制可能變成重要的。例如，當梁204和觸點202互相接近時，對於給定的電壓差，它們之間的吸引力增加，並且這種吸引力可變得足夠大，引起梁無意中處於接觸位置(例如，甚至在電極210上沒有電壓存在的情況下)。而且，梁204和觸點202之間的區域可更有可能由於例如場致發射而經歷電擊穿。
通過配置梁104、204來避免使用期間的明顯的蠕變，在經過了長達一年並且在一些情況下高達20年(是一些應用中的需求)的使用時間，梁和觸點102、202之間的分離距離dB。可維持相當地恆定，也就是說，在其最初值的20%以內。換句話說，對每一個實例，其中梁104、204被施加的力促使離開非接觸位置(其中梁與觸點102、202隔開距離dBC)並且朝向接觸位置，並且隨後施加的力被移除，梁將基本上回到非接觸位置，這樣梁與觸點隔開距離dB。，這裡dB。的值的變化小於20%。基於開關結構200的上述參考的設計參數的值的選擇，包括選擇梁的材料和工作溫度，申請人發現能夠生產開關結構，其中錨206的區域內的應力足夠低，以使開關結構200的工作壽命(例如，梁204和觸點202之間的分離距離的改變小於20%，也就是，Cl1 ^ 0. Sd0)能夠達到至少I年，並且大於20年。下面的表格提供了申請人觀察到這種可接受的性能的參數值、工作溫度，以及梁的材料的幾種組合。
權利要求
1.一種方法，包括 提供襯底(308)； 在所述襯底(308)上形成可移除層(330)； 在所述可移除層(330)上沉積金屬層(336)，其包括至少50原子百分數的金屬； 圖案化並且刻蝕所述金屬層(336)以在所述可移除層(330)上限定結構； 移除所述可移除層(330);以及 加熱所述金屬層(336)長達超過在其上接合氣密封蓋(340)必需的時間。
2.根據權利要求I所述的方法，其中 所述金屬層(336)是導電的，並且在執行所述加熱前以第一缺陷密度為特徵； 所述加熱提高所述金屬層(336)的時間相關塑性變形特性；以及所述加熱在最小溫度下持續最小時間段而執行，其中該最小溫度和最小時間段分別是足以減小所述金屬層(336)中的缺陷密度的最小溫度和最小時間段。
3.根據權利要求2所述的方法，其中在所述加熱以後，所述缺陷密度減小超過50%。
4.根據權利要求2所述的方法，其中在所述加熱以後，所述缺陷密度減小超過70%。
5.根據權利要求I所述的方法，其中所述加熱在移除所述可移除層(330)之後執行。
6.根據權利要求I所述的方法，其中圖案化和刻蝕以後，所述結構是懸臂梁(104)的形式，其上能夠形成用於氣密密封所述結構的蓋(340)。
7.根據權利要求I所述方法，進一步包括 在所述襯底(308)上形成觸點(102)和電極(110)，並且在沉積所述金屬層(336)之前使用所述可移除層(330)將所述觸點(102)和所述電極(110)都封裝，從而在移除所述可移除層(330)之後，通過在所述金屬層(336)上施加力，所述金屬層(336)的一部分能被移位以與所述觸點(102)實現物理接觸。
8.根據權利要求I所述的方法，其中沉積所述金屬層(338)包括 在所述襯底(308)上形成粘附層(332);以及 在所述粘附層(332)上沉積種子層(334)。
9.根據權利要求I所述的方法，其中所述金屬層(336)是使用電鍍過程沉積的。
10.根據權利要求I所述的方法，其中所述金屬層(336)包括包含有Ni和W的合金的金屬層(336) 。
11.一種根據權利要求I所述的方法製造的結構，所述方法包括 提供襯底(308)； 在所述襯底(308)上形成可移除層(330)； 在所述可移除層(330)上沉積金屬層(336)，其包括至少50原子百分數的金屬； 圖案化並且刻蝕所述金屬層(336)以在所述可移除層(330)上限定結構； 移除所述可移除層(330);以及 加熱所述金屬層(336)長達超過在其上接合氣密封蓋(340)所必需的時間。
全文摘要
本發明涉及組合物以及製造方法。一種裝置，包括襯底(308)和用沉積過程形成在所述襯底(308)上的金屬層(336)，對於沉積過程的該金屬層的特徵是具有預定的沉積態缺陷密度。作為製造過程的結果，金屬層(336)相對於同樣的層(336)或者具有相同的成分以及在相同的沉積條件下形成的另一層的預定的沉積態缺陷密度來說，其缺陷密度減小了。在相關的方法中，提供襯底(308)並且在所述襯底(308)上形成可移除層(330)。在可移除層(330)上形成金屬層(336)，並且進行圖案化和刻蝕以在可移除層(330)上限定結構。可移除層(330)被移除，並且將所述金屬層(336)加熱長達超過在其上接合氣密封蓋(340)所必需的時間。
文檔編號H01H59/00GK102623221SQ20111046334
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者A·J·德託爾, C·基梅爾, M·艾米, R·科爾德曼 申請人:通用電氣公司