[发明专利]垂直集成电路开关及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及垂直集成电路开关及其制造方法，更具体地，涉及垂直集成MEMS开关、设计结构以及制造这种垂直开关的方法。

背景技术

在3D和其他集成电路中使用的集成电路开关可以由固态结构(例如，晶体管)或无源布线(MEMS)形成。典型地采用MEMS开关，这是因为其基本理想的隔离(这是对用于功率放大器的模式切换的无线射频应用的关键要求)以及其在10GHz和更高的频率下的低插入损耗(即，电阻)。MEMS开关可用于各种应用，主要为模拟和混合信号应用。一个这样的实例为包含功率放大器(PA)和为每个广播模式调整的电路的移动电话芯片。该芯片上的集成开关将PA连接到适宜的电路，从而不需要每个模式配备一个PA。

可以使用多种不同工具以多种方式制造MEMS。然而，总体来说，这些方法和工具用于形成具有微米尺度的尺寸的小结构，其中开关尺寸为约5微米厚、100微米宽、以及200微米长。并且，已经从集成电路(IC)技术采用用于制造MEMS的许多方法，即，技术。例如，几乎所有的MEMS被构造在晶片上，且以在晶片顶部上通过光刻工艺构图的材料的薄膜实现。更具体地，MEMS的制造使用三种基本构造块：(i)在衬底上沉积材料的薄膜，(ii)通过光刻成像在膜的顶部上施加构图的掩模，以及(iii)对掩模选择性地蚀刻膜。在这些方法中的任何一种中，在晶片/芯片上方以水平取向制造开关。

依赖于特定的应用和设计标准，MEMS结构可以多种不同的形式形成。例如，MEMS可以以单悬臂结构的形式实现，例如，如美国专利No.5,578,976所示。在该悬臂应用中，通过施加电压而朝向固定电极吸引单悬臂(悬吊电极)。然而，为了制造这样的悬臂结构，除了构造CMOS结构本身之外，还需要若干个额外的昂贵处理步骤。例如，一旦完成了所有的CMOS布线，需要附加的处理步骤来形成MEMS开关，这向结构增加了相当大的处理成本。

并且，在这种应用中清楚地表明，MEMS是制造在晶片/芯片上方的水平悬臂型开关。公知这些水平悬臂型开关增加了器件的制造成本，并且增加了封装相互作用问题。另外，在许多当前应用中，公知水平悬臂型开关被粘住，例如，由于在处理期间的冻结性闭合以及1微米量级的开关中所使用的相对小的接触或致动间隙而导致呈现为不能打开开关。该问题称为粘连(sticktion)。

另外，在已知的应用中，通过静电力将悬吊的电极向下吸引到固定电极所需的电压很高。这已知会引起在持续使用之后绝缘体上的不希望的充电以及开关的最终失效。在特定应用中，例如100伏特的高电压同样难以获得，这是因为这必须使用电荷泵浦或类似方式从约1.5-5伏特步进到30-100伏特。进行切换所需的最小电压称为吸合电压，其依赖于包括悬吊电极的长度、悬吊与固定电极之间的间距或间隙以及悬吊电极的弹簧系数的多个参数，其中悬吊电极的弹簧系数是材料及其厚度的函数。

希望减小吸合电压而不减小间隙且不软化弹簧，因为弹簧提供恢复力并确定切换速度。在美国专利No.7,265,429中，实施一对侧面平行板静电致动器，以降低或消除偏置电压。这些附加的静电致动器用于降低或消除施加到固定信号电极上的偏置电压。在实施时，侧面平行板静电致动器的固定电极可以被升到固定信号电极上方。由此，由于较小的间隙，可以降低将悬吊电极向下吸引到固定电极所需的吸合电压。然而，在美国专利No.7,265,429中所示的MEMS没有被密封，并且附加的静电致动器会增加制造成本。同样地，该MEMS为制造在晶片/芯片上方的水平悬臂型开关。

因此，在现有技术中存在克服上述缺陷和限制的需求。

发明内容

在本发明的一方面中，一种制造开关的方法包括以下步骤：在晶片中形成至少两个垂直延伸的过孔；用金属填充所述至少两个垂直延伸的过孔，以形成至少两个垂直延伸的布线；以及从底侧在所述晶片中开孔，以便所述垂直延伸的布线中的至少一个在所述孔内可移动。

在本发明的一方面中，一种制造MEMS开关的方法包括以下步骤：从晶片的顶侧形成至少三个过孔；用金属填充所述过孔以形成垂直设置的顶侧布线；在所述晶片的底侧沉积电介质材料；蚀刻所述电介质材料，以在其中形成开口，其中所述电介质材料的剩余部分保护所述晶片的边缘；以及穿过所述电介质材料中的所述开口蚀刻所述晶片的底侧，以形成暴露所述垂直设置的顶侧布线中的至少一个的孔。