CN101620952A - 一种欧姆接触式射频开关及其集成工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种欧姆接触式射频开关，包括绝缘材料衬底、下电极，还包括偏置线、金属桥及偏置电阻，所述金属桥的两端跨接在分开的CPW地极上；所述偏置线穿过所述金属桥连接至所述偏置电阻，对所述下电极进行驱动。本发明还对应提出一种欧姆接触式射频开关的集成工艺。本发明的技术方案使用玻璃、陶瓷等绝缘材料作为衬底，利用PECVD工艺制作的非晶硅薄膜作为偏置电阻，实现了偏置电阻的片上集成；同时通过特殊的工艺步骤，实现了欧姆接触式射频开关，使其保持了MEMS器件的可集成、偏置电路简单等优点。

Description

一种欧姆接触式射频开关及其集成工艺
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种采用MEMS(Microelectromechanical System，微电子机械系统)技术制作的欧姆接触式RF(Radio Freqency，射频)开关及其集成工艺。
背景技术
RF开关是无线通讯等电子电路系统的最基本元件之一，在雷达探测、无线通讯等方面的应用十分广泛。与传统的FET或PIN二极管构成的RF开关相比，利用MEMS技术设计制作的RF开关具有插入损耗低、电功率消耗小、线性度高和传输信号失真小等独特的优点。目前，RF MEMS开关主要有如下两种：
一种是如图1a～1b所示的金属膜桥式电容耦合RF开关，这种结构的开关采用两端支撑的对称桥式结构，当在上电极和下电极之间加上直流电压时，由于在电极之间的静电吸引力，作为桥的金属薄膜朝下弯曲，当电压达到一定程度，膜弯曲到达下电极，这样形成通路，为了在隔离直流的同时实现交流信号的导通，在下电极的上面加了一层介质膜。由于上下电极之间的信号通路是由上下电极之间的电容构成，因此这类开关通常只适合于10GHz以上的频率应用。
另一种是如图2a～2b所示的悬臂梁欧姆接触式RF开关，其采用一端固定另一端自由的悬臂梁结构，通过控制金属臂的运动，完成金属一金属触点间的导通或断开操作，从而完成信号的开关操作。由于这种开关是直接通过欧姆接触来完成开关的导通与断开，因此，可以应用于较低频率，直至直流信号的控制。对于欧姆接触式RF开关，一个重要的问题是防止导通状态时，射频信号与驱动电极旁路之间的串扰。为了避免这种串扰的发生，通常需要使用片外的偏置电阻，对射频信号与驱动电极旁路进行隔离，但是，这样就会降低MEMS器件可集成，体积小的优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种欧姆接触式RF开关及其集成工艺以解决现有技术的欧姆接触式RF开关无法集成的缺陷。
为了达到上述目的，本发明的技术方案提出一种欧姆接触式射频开关，包括绝缘材料衬底、下电极，还包括偏置线、金属桥及偏置电阻，
所述金属桥的两端跨接在分开的CPW地极上；
所述偏置线穿过所述金属桥连接至所述偏置电阻，对所述下电极进行驱动。
上述的欧姆接触式射频开关中，所述偏置电阻为使用PECVD制备的非晶硅。
上述的欧姆接触式射频开关中，所述绝缘材料衬底的材料为硅、玻璃或陶瓷。
本发明的技术方案还提出一种制备如上所述欧姆接触式射频开关的集成工艺，所述工艺包括以下步骤：
(1)对绝缘材料衬底进行清洗；
(2)利用PECVD工艺制备介质层，形成下接触点的形状；
(3)利用PECVD工艺制备非晶硅材料，并进行光刻，形成偏置电阻；
(4)溅射铝，形成下电极、以及下电极与偏置电阻之间的互联；
(5)PECVD所述介质材料，形成防止下电极与上电极之间导通的隔离层，并对所述非晶硅材料进行钝化；
(6)溅射粘附层及电镀金的种子层，并且进行电镀，形成共面波导；
(7)利用干式刻蚀方法或湿式刻蚀方法，对步骤(4)淀积的介质层进行局部刻蚀，露出Pad区域；
(8)旋涂聚酰亚胺并且光刻作为牺牲层；
(9)溅射种子层，电镀形成上电极；
(10)释放牺牲层，形成上电极悬浮结构的欧姆接触式射频开关。
上述欧姆接触式射频开关的集成工艺中，所述介质层的材料选自氮化硅、氧化硅、氮氧化硅。
上述欧姆接触式射频开关的集成工艺中，所述干式刻蚀方法包括反应粒子刻蚀。
上述欧姆接触式射频开关的集成工艺中，所述湿式刻蚀方法包括缓冲氢氟酸刻蚀。
本发明的技术方案使用玻璃、陶瓷等绝缘材料作为衬底，利用PECVD工艺制作的非晶硅薄膜作为偏置电阻，实现了偏置电阻的片上集成；同时通过特殊的工艺步骤，实现了欧姆接触式RF开关，使其保持了MEMS器件的可集成、偏置电路简单等优点。
附图说明
图1a为现有技术的金属膜对称桥式结构电容耦合RF开关结构示意图；
图1b为图1a中A-A’处的剖面图；
图2a为现有技术的悬臂梁欧姆接触式RF开关结构示意图；
图2b为图2a中B-B’处的剖面图；
图3为本发明欧姆接触式RF开关的集成工艺实施例流程图；
图4a为本发明欧姆接触式RF开关实施例的俯视图；
图4b为图4a中C-C’处的剖面图；
图4c为图4a中D-D’处的剖面图。
各图标号如下所示：
101金属桥，102地电极，103信号线，104介质层，105衬底；
202地电极，205衬底，206悬臂梁，207下电极，208介质层，209接触点，210信号线，211锚点；
402地电极，406悬臂梁，407下电极，408信号线，410CPW地电极411锚点，412Pad(上表面没有氮化硅)，413偏置线，414偏置电阻，415整片覆盖氮化硅(Pad处除外)，416金属桥。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图3为本发明欧姆接触式RF开关的集成工艺实施例流程图，如图所示，本实施例的集成工艺流程包括以下步骤：
(1)对绝缘材料衬底进行清洗；
(2)利用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition，等离子体增强化学气相沉积)工艺制备氮化硅等介质材料，形成下接触点的形状；从而在后续工艺中，可将共面波导的信号线上形成下接触点；
(3)利用PECVD工艺制备非晶硅材料，并进行光刻，形成偏置电阻；
(4)溅射铝，形成下电极、以及下电极与偏置电阻之间的互联；
(5)PECVD所述介质材料，形成防止下电极与上电极之间导通的隔离层，并对所述非晶硅材料进行钝化；
(6)溅射粘附层及电镀金的种子层，并且进行电镀，形成共面波导；
(7)利用RIE(Reactive Ion Etching，反应离子刻蚀)等刻蚀方法，对步骤(4)淀积的介质层进行局部刻蚀，露出Pad区域；
(8)旋涂聚酰亚胺并且光刻作为牺牲层；
(9)溅射种子层，电镀形成上电极；
(10)释放牺牲层，形成上电极悬浮结构的欧姆接触式射频开关。
采用上述实施例集成工艺制备的欧姆接触式RF开关如图4a～4c所示，包括利用硅或者玻璃、陶瓷等绝缘材料制备的衬底、下电极407。本发明实施例的欧姆接触式RF开关还包括使用PECVD制备的非晶硅偏置电阻414，以及穿过CPW地电极402上的金属桥416连接偏置电阻414及下电极407的偏置线413。
本发明的技术方案使用玻璃、陶瓷等绝缘材料作为衬底，利用PECVD工艺制作的非晶硅薄膜作为偏置电阻，以对射频信号与驱动电极旁路进行隔离，从而实现了偏置电阻的片上集成；同时通过上述提供的工艺步骤，实现了完整的欧姆接触式RF开关，使其保持了MEMS器件可集成、偏置电路简单的优点。
以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1、一种欧姆接触式射频开关，包括绝缘材料衬底、下电极，其特征在于，还包括偏置线、金属桥及偏置电阻，
所述金属桥的两端跨接在分开的CPW地极上；
所述偏置线穿过所述金属桥连接至所述偏置电阻，对所述下电极进行驱动。
2、如权利要求1所述的欧姆接触式射频开关，其特征在于，所述偏置电阻为使用PECVD制备的非晶硅。
3、如权利要求1所述的欧姆接触式射频开关，其特征在于，所述绝缘材料衬底的材料为硅、玻璃或陶瓷。
4、一种制备如权利要求1所述欧姆接触式射频开关的集成工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：
(1)对绝缘材料衬底进行清洗；
(2)利用PECVD工艺制备介质层，形成下接触点的形状；
(3)利用PECVD工艺制备非晶硅材料，并进行光刻，形成偏置电阻；
(4)溅射铝，形成下电极、以及下电极与偏置电阻之间的互联；
(5)PECVD所述介质材料，形成防止下电极与上电极之间导通的隔离层，并对所述非晶硅材料进行钝化；
(6)溅射粘附层及电镀金的种子层，并且进行电镀，形成共面波导；
(7)利用干式刻蚀方法或湿式刻蚀方法，对步骤(4)淀积的介质层进行局部刻蚀，露出Pad区域；
(8)旋涂聚酰亚胺并且光刻作为牺牲层；
(9)溅射种子层，电镀形成上电极；
(10)释放牺牲层，形成上电极悬浮结构的欧姆接触式射频开关。
5、如权利要求4所述欧姆接触式射频开关的集成工艺，其特征在于，所述介质层的材料选自氮化硅、氧化硅、氮氧化硅。
6、如权利要求4所述欧姆接触式射频开关的集成工艺，其特征在于，所述干式刻蚀方法包括反应粒子刻蚀。
7、如权利要求4所述欧姆接触式射频开关的集成工艺，其特征在于，所述湿式刻蚀方法包括缓冲氢氟酸刻蚀。
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