CN104150434A - 一种毫米波rf mems开关的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及MEMS器件制造领域，特别涉及一种毫米波RF MEMS开关的制备方法，主要包括高阻硅片表面多晶硅及二氧化硅的生长、硅片清洗、CPW图形制作、RF传输线上氮化硅绝缘层的制作、RF传输线氮化硅绝缘层上导体层的制作、牺牲层制作、薄膜微桥制作、牺牲层释放、退火、性能测试步骤。采用本发明的技术方案制备的毫米波RF MEMS开关，成品率相对较高、开关寿命相对较长，在毫米波频段内插入损耗较低、隔离度较高，加工过程中牺牲层平坦化方法简单。

Description

一种毫米波RF MEMS开关的制备方法
技术领域
本发明涉及MEMS器件制造领域，特别涉及一种毫米波RF MEMS开关的制备方法。
背景技术
电子设备逐渐向功能多样化、体积小型化、质量轻量化、频率高频化等方面发展。RF MEMS器件因具有微型化、智能化、多功能、高集成度等优势，得到了越来越广泛的应用。
RF MEMS开关在MEMS射频器件中是一种最基本的元器件，也是射频电路的核心器件，它既可以单独使用，也可以与其他微波电路或器件组合，形成其他复合器件，比如移相器、可重构天线、滤波器等。RF MEMS开关在插入损耗、隔离度、频率和线性等方面具有优异的性能，因而在卫星通信、导航和雷达等系统中得到了广泛应用。
现有的毫米波RF MEMS开关制备方法，开关的成品率较低，使用寿命较短；而且在毫米波频段内，同时获得低插入损耗和高隔离度实现起来比较困难。降低RF MEMS开关的插入损耗，同时提高隔离度、成品率和使用寿命是MEMS制造业面临的一个巨大挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成品率相对较高、使用寿命相对较长、插入损耗低、隔离度高的毫米波RF MEMS开关的制备方法。
本发明的目的是这样实现的，一种毫米波RF MEMS开关的制备方法，所述的毫米波RF MEMS开关包括开关基材、位于开关基材上的CPW图形和薄膜微桥，CPW图形包括RF传输线和位于RF传输线两侧的地线，其特征在于包括以下步骤：
(1)在高阻硅片表面，用PECVD工艺生长一层多晶硅，再在多晶硅上生长一层二氧化硅，得到开关基材；
(2)将步骤(1)处理后的硅片进行清洗和烘干处理；
(3)将步骤(2)处理后的硅片送入磁控溅射台中，溅射钛钨—金膜层；
(4)将步骤(3)处理后的硅片取出，用光刻胶覆盖CPW图形中需要电镀加厚的线条图形以外的部位，之后对线条图形进行镀金加厚，再进行去胶处理；
(5)在步骤(4)处理后的硅片上，用光刻胶将CPW图形的所有线条部位覆盖，之后对CPW图形以外部位进行湿法刻蚀，再进行去胶处理，得到CPW图形；
(6)在步骤(5)处理后的硅的整个表面上用PECVD工艺生长一层氮化硅；
(7)将步骤(6)处理后的硅片取出，用光刻胶将处于薄膜微桥下方的氮化硅覆盖，并对覆盖以外的部位进行干法刻蚀，再进行去胶处理，在RF传输线上形成氮化硅绝缘层；
(8)将步骤(7)处理后的硅片送入磁控溅射台中，在整个表面溅射钛钨—金膜层；
(9)在步骤(8)处理后的硅片上，用光刻胶将处于薄膜微桥下方的RF传输线上的溅射金属层覆盖，并对覆盖以外的部位进行湿法刻蚀，再进行去胶处理，在RF传输线氮化硅绝缘层上形成金属导体层；
(10)在步骤(9)处理后的硅片上，用光刻胶将处于薄膜微桥桥墩以外的所有部位覆盖，得到牺牲层；
(11)将步骤(10)处理后的硅片送入磁控溅射台中，溅射金膜层；
(12)将步骤(11)处理后的硅片取出，用光刻胶将薄膜微桥以外的部位覆盖，再对薄膜微桥进行镀金加厚，之后将本步骤覆盖的光刻胶进行去胶处理和湿法刻蚀处理，得到薄膜微桥；
(13)将步骤(12)处理后的硅片，进行牺牲层释放；
(14)将步骤(13)处理后的硅片取出，进行退火处理；
(15)对RF MEMS开关的插入损耗、隔离度、驱动电压、寿命等性能进行测试；
完成毫米波RF MEMS开关的制备。
其中，步骤(10)所述的用光刻胶将处于桥墩以外的所有部位覆盖包括以下步骤：
(1001)用匀胶机在步骤(9)处理后的硅片上旋涂光刻胶，室温下静置30min～60min，之后进行前烘、曝光、显影及去余胶处理；
(1002)将步骤(1001)处理后的硅片置于100℃～150℃的热板上，烘烤20min～40min。
其中，步骤(13)所述的牺牲层释放包括以下步骤：
(1301)将步骤(12)处理后的硅片放入去胶液中浸泡，浸泡过程的最后1min～2min进行超声处理；
(1302)将步骤(1301)处理后的硅片放入热去离子水中浸泡，之后将硅片放入异丙醇中充分浸泡，浸泡过程的最初1min～2min进行超声处理；
(1303)将步骤(1302)处理后的硅片放入临界点干燥仪的腔室中，进行二氧化碳超临界干燥。
本发明的优点：
本发明通过在裸硅片上淀积厚度合适的多晶硅和二氧化硅作为基底材料、选取合适的CPW溅射层厚度，对CPW图形进行局部电镀加厚、在覆盖RF传输线的氮化硅上引入厚度合适的导体层、选取合适的温度和时间进行牺牲层固化、对牺牲层进行限制性超声去胶和溶液置换等，获得了较好的毫米波RF MEMS开关加工方法和加工参数范围，取得的有益效果为：
(1)在毫米波频段内，开关的插入损耗较低、隔离度较高；
(2)成品率相对较高；
(3)开关寿命相对较长；
(4)加工过程中牺牲层平坦化方法简单。
附图说明
图1是毫米波RF MEMS开关结构示意图。
具体实施方式
下面，结合图1对本发明作进一步说明。
一种毫米波RF MEMS开关的制备方法，所述的毫米波RF MEMS开关包括开关基材、位于开关基材上的CPW图形和薄膜微桥6，CPW图形包括RF传输线2和位于RF传输线两侧的地线7，具体包括以下步骤：
(1)在高阻硅片1表面，用PECVD工艺生长一层多晶硅4，再在多晶硅上生长一层二氧化硅3，得到开关基材；
(2)将步骤(1)处理后的硅片进行清洗和烘干处理；
(3)将步骤(2)处理后的硅片送入磁控溅射台中，溅射钛钨—金膜层；
(4)将步骤(3)处理后的硅片取出，用光刻胶覆盖CPW图形中需要电镀加厚的线条图形以外的部位，之后对线条图形进行镀金加厚，再进行去胶处理；
(5)在步骤(4)处理后的硅片上，用光刻胶将CPW图形的所有线条部位覆盖，之后对CPW图形以外的部位进行湿法刻蚀，再进行去胶处理，得到CPW图形；
(6)在步骤(5)处理后的硅的整个表面上用PECVD工艺生长一层氮化硅；
(7)将步骤(6)处理后的硅片取出，用光刻胶将处于薄膜微桥下方的氮化硅覆盖，并对覆盖以外部位进行干法刻蚀，再进行去胶处理，在RF传输线上形成氮化硅绝缘层8；
(8)将步骤(7)处理后的硅片送入磁控溅射台中，在整个表面溅射钛钨—金膜层；
(9)在步骤(8)处理后的硅片上，用光刻胶将处于薄膜微桥下方的RF传输线上的溅射金属层覆盖，并对覆盖以外的部位进行湿法刻蚀，再进行去胶处理，在RF传输线氮化硅绝缘层上形成金属导体层9；
(10)用匀胶机在步骤(9)处理后的硅片上旋涂光刻胶，室温下静置30min～60min；之后前烘、曝光、显影，制作出桥墩5部位裸露的光刻胶图形；之后把硅片置于100℃～150℃的热板上，烘烤20min～40min，得到牺牲层；
(11)将步骤(10)处理后的硅片送入磁控溅射台中，溅射金膜层；
(12)将步骤(11)处理后的硅片取出，用光刻胶将薄膜微桥以外的部位覆盖，再对薄膜微桥进行镀金加厚，之后将本步骤覆盖的光刻胶进行去胶处理和湿法刻蚀处理，得到薄膜微桥；
(13)将步骤(12)处理后的硅片放入去胶液中浸泡，浸泡过程的最后1min～2min进行超声处理；取出硅片，再放入热去离子水中浸泡，浸泡过程的最初1min～2min进行超声处理；取出硅片，放入异丙醇中浸泡，浸泡过程的最初1min～2min进行超声处理；取出硅片，放入临界点干燥仪的腔室中，进行二氧化碳超临界干燥，完成牺牲层释放；
(14)将步骤(13)处理后的硅片取出，进行退火处理；
(15)对RF MEMS开关的插入损耗、隔离度、驱动电压、寿命等性能进行测试；
完成毫米波RF MEMS开关的制备。
实施例中，我们用上述方法制备应用于20GHz～40GHz频段的RFMEMS开关，并对样件的相关性能进行测试，性能指标为：在20GHz～40GHz的频率范围内，插入损耗0.1dB～0.4dB，回波损耗≤-20dB，隔离度≥20dB，驱动电压50V～100V，开关寿命(热切换)≥106。

Claims (3)

1.一种毫米波RF MEMS开关的制备方法，所述的毫米波RF MEMS开关包括开关基材、位于开关基材上的CPW图形和薄膜微桥，CPW图形包括RF传输线和位于RF传输线两侧的地线，其特征在于包括以下步骤：
(1)在高阻硅片表面，用PECVD工艺生长一层多晶硅，再在多晶硅上生长一层二氧化硅，得到开关基材；
(2)将步骤(1)处理后的硅片进行清洗和烘干处理；
(3)将步骤(2)处理后的硅片送入磁控溅射台中，溅射钛钨—金膜层；
(4)将步骤(3)处理后的硅片取出，用光刻胶覆盖CPW图形中需要电镀加厚的线条图形以外的部位，之后对线条图形进行镀金加厚，再进行去胶处理；
(5)在步骤(4)处理后的硅片上，用光刻胶将CPW图形的所有线条部位覆盖，之后对CPW图形以外部位进行湿法刻蚀，再进行去胶处理，得到CPW图形；
(6)在步骤(5)处理后的硅的整个表面上用PECVD工艺生长一层氮化硅；
(7)将步骤(6)处理后的硅片取出，用光刻胶将处于薄膜微桥下方的氮化硅覆盖，并对覆盖以外的部位进行干法刻蚀，再进行去胶处理，在RF传输线上形成氮化硅绝缘层；
(8)将步骤(7)处理后的硅片送入磁控溅射台中，在整个表面溅射钛钨—金膜层；
(9)在步骤(8)处理后的硅片上，用光刻胶将处于薄膜微桥下方的RF传输线上的溅射金属层覆盖，并对覆盖以外的部位进行湿法刻蚀，再进行去胶处理，在RF传输线氮化硅绝缘层上形成金属导体层；
(10)在步骤(9)处理后的硅片上，用光刻胶将处于薄膜微桥桥墩以外的所有部位覆盖，得到牺牲层；
(11)将步骤(10)处理后的硅片送入磁控溅射台中，溅射金膜层；
(12)将步骤(11)处理后的硅片取出，用光刻胶将薄膜微桥以外的部位覆盖，再对薄膜微桥进行镀金加厚，之后将本步骤覆盖的光刻胶进行去胶处理和湿法刻蚀处理，得到薄膜微桥；
(13)将步骤(12)处理后的硅片，进行牺牲层释放；
(14)将步骤(13)处理后的硅片取出，进行退火处理；
(15)对RF MEMS开关的插入损耗、隔离度、驱动电压、寿命等性能进行测试；
完成毫米波RF MEMS开关的制备。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波RF MEMS开关的制备方法，其特征在于：步骤(10)所述的用光刻胶将处于桥墩以外的所有部位覆盖包括以下步骤：
(1001)用匀胶机在步骤(9)处理后的硅片上旋涂光刻胶，室温下静置30min～60min，之后进行前烘、曝光、显影及去余胶处理；
(1002)将步骤(1001)处理后的硅片置于100℃～150℃的热板上，烘烤20min～40min。
3.根据权利要求1所述的一种毫米波RF MEMS开关的制备方法，其特征在于：步骤(13)所述的牺牲层释放包括以下步骤：
(1301)将步骤(12)处理后的硅片放入去胶液中浸泡，浸泡过程的最后1min～2min进行超声处理；
(1302)将步骤(1301)处理后的硅片放入热去离子水中浸泡，之后将硅片放入异丙醇中充分浸泡，浸泡过程的最初1min～2min进行超声处理；
(1303)将步骤(1302)处理后的硅片放入临界点干燥仪的腔室中，进行二氧化碳超临界干燥。
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