CN109911845A

CN109911845A - 一种低功耗静电驱动式rf mems开关的制造方法

Info

Publication number: CN109911845A
Application number: CN201910172128.9A
Authority: CN
Inventors: 钱娟; 王鹏飞; 陈泓宇
Original assignee: Wuxi Zhong Chuang Future Technology Application Co Ltd
Current assignee: Wuxi Zhong Chuang Future Technology Application Co Ltd
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2019-06-21

Abstract

本发明公开了一种低功耗静电驱动式RF MEMS开关的制造方法，其采用湿法刻蚀、深反应离子刻蚀、电镀等工艺，优化了现有静电驱动式RF MEMS开关的制造工艺，制造出的RF MEMS开关具有低功耗、高寿命的特点，符合行业需求。

Description

一种低功耗静电驱动式RF MEMS开关的制造方法

技术领域

本发明属于微机电系统(MEMS)领域，尤其涉及一种静电RF MEMS开关的生产方法。

背景技术

RF MEMS是MEMS(微机电系统)与RF(射频)技术相结合的一门新技术，MEMS器件具有体积小、易集成、功耗低、可靠性高等优点，可代替传统无线通信系统中的半导体器件。RFMEMS不仅可以以器件的方式应用于电路，例如MEMS开关、MEMS电容、MEMS谐振器；还可以将单个器件集成到同一芯片组成组件和应用系统，例如滤波器、压控振荡器、移相器、相控阵雷达天线等，这大大缩减了传统器件的体积，降低了功耗，提升了系统的性能。RF MEMS开关作为RF MEMS中的重要器件之一，其性能对微机电系统的影响日益深远。

根据MEMS开关机械结构的驱动方式可将开关分为静电驱动、电磁驱动、电热驱动和压电驱动四种：

静电驱动式开关主要依靠开关上下极板之间的静电力来控制开关的闭合。优点：制作简单、易集成；缺点：驱动电压高、易受环境影响、稳定性差。

电磁驱动式开关利用电流产生的磁场力驱动可动构件来实现开关通断。优点：驱动电压低、驱动力高、不易受环境影响、不易被击穿；缺点：稳定性差、不易控制。

电热驱动式开关利用材料通电产生的热膨胀效应来实现开关动作。热驱动的优点是制作简单、驱动电压低、接触力大、开关动作幅度大；缺点是开关时间长、功耗高。

压电驱动的开关是利用压电材料通电产生的逆压电效应实现开关的通断。优点：稳定性较强、驱动电压低、功耗低；缺点：技术尚未成熟、工艺复杂。静电驱动方式技术较为成熟，研究最为广泛，是目前应用最多的驱动机制。但现代市场对RF MEMS器件的要求越来越高，低功耗、高寿命的RF MEMS开关亟待开发。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种低功耗、高寿命的静电驱动式RF MEMS开关的制造方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种低功耗静电驱动式RF MEMS开关的制造方法，包括以下步骤：(1)对硅基片进行研磨、抛光，并使用溶液进行超声波清洗；(2)在硅基片表面生长2μm厚的氧化层；(3)在氧化层表面沉积5μm厚的牺牲层；(4)湿法刻蚀，去除多余的牺牲层，形成硅槽；(5)沉积0.35μm厚的支撑层；(6)深反应离子刻蚀，去除多余的支撑层，形成线路图形；(7)沉积1μm厚的牺牲层；(8)湿法刻蚀，去除多余的牺牲层；(9)沉积0.5μm厚铜和0.1μm厚的钛作为电镀基体；(10)旋涂光刻胶，形成电镀金属层的网板；(11)在网板内电镀20μm厚的金属镍层；(12)去除光刻胶网板；(13)电镀10μm厚的金，形成触点；(14)用氟化氢溶液去除牺牲层和氧化层；(15)用氢氧化钾刻蚀硅基片，形成硅槽，完成RF MEMS开关。

作为一种优选的方案，所述步骤(1)中首先用浓硫酸和过氧化氢溶液浸泡并超声波清洗，浸泡时间为10分钟，然后使用酒精浸泡并超声波清洗，时间为5分钟，之后用去离子水冲洗干净，再用氮气吹干。

作为一种优选的方案，所述步骤(3)或所述(7)中的牺牲层使用磷硅酸盐玻璃。

作为一种优选的方案，所述步骤(5)中的支撑层使用氮化硅。

作为一种优选的方案，所述步骤(4)、(8)中湿法刻蚀采用四甲基氢氧化氨水溶液，腐蚀温度为70℃至80℃，四甲基氢氧化氨水溶液体积分数为25％。

作为一种优选的方案，所述步骤(6)中深反应离子刻蚀采用的气体为四氟化碳。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的制造方法工艺简单、可靠，制造的RF MEMS开关具有较低的插入损耗和回波损耗，并且满足RF MEMS开关高带宽、低功耗的要求，具有应用于大规模生产RF MEMS开关的前景。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

一种RF MEMS开关的制造和封装方法，包括以下步骤：

(1)对硅基片进行研磨、抛光，并使用溶液进行超声波清洗；

对硅基片进行双面研磨和抛光，然后在浓硫酸和过氧化氢溶液中浸泡并使用超声波清洗，浸泡时间为10分钟，然后将硅基片取出，放置在酒精中，使用超声波清洗，时间为5分钟，然后用去离子水冲洗干净，再用氮气吹干。

(2)在硅基片表面生长2μm厚的氧化层；

对清洗后的硅基片进行热氧化生长二氧化硅层氧化层。

(3)在氧化层表面沉积5μm厚的磷硅酸盐玻璃牺牲层；

(4)湿法刻蚀，去除多余的牺牲层，形成硅槽；

对沉积牺牲层后的基片进行湿法刻蚀，湿法刻蚀采用四甲基氢氧化氨水溶液，该溶液温度越高，腐蚀速率越快，浓度越高腐蚀速率越慢，本发明中四甲基氢氧化氨水溶液采用的腐蚀温度为70℃至80℃，溶液体积分数为25％，获得的硅槽表面平整度高。

(5)沉积0.35μm厚的氮化硅作为支撑层；

沉积氮化硅层作为静电驱动器和触板的支撑层，支撑静电驱动器和触板。

(6)深反应离子刻蚀，去除多余的支撑层，形成线路图形；

深反应离子刻蚀采用的气体为四氟化碳。

(7)沉积1μm厚的磷硅酸盐玻璃牺牲层；

(8)湿法刻蚀，去除多余的牺牲层；

对沉积牺牲层后的基片进行湿法刻蚀，湿法刻蚀采用四甲基氢氧化氨水溶液，腐蚀温度为70℃至80℃，溶液体积分数为25％，获得的硅槽表面平整度高。

(9)沉积0.5μm厚铜和0.1μm厚的钛作为电镀基体；

(10)旋涂光刻胶，形成电镀金属层的网板；

在电镀基体上旋涂光刻胶，形成所需电镀金属层的网板，即MEMS开关主体金属结构的网板。

(11)在网板内电镀20μm厚的金属镍层；

在形成的光刻胶网板间隔内电镀金属镍，形成MEMS开关的主体结构。

(12)去除光刻胶网板；

使用丙酮去除光刻胶网板，留下金属镍层。

(13)电镀10μm厚的金，形成MEMS开关的触点；

采用金作为MEMS开关的触点材料，在镍层表面电镀，形成触点。

(14)用氟化氢溶液去除牺牲层和氧化层；

用氟化氢溶液去除牺牲层和氧化层，进行结构的释放。

(15)用氢氧化钾刻蚀硅基片，形成硅槽，完成RF MEMS开关。

采用上述方法制造的RF MEMS开关与传统制造方法制造的RF MEMS开关相比，在插入损耗和回波损耗方面具有较大的优势，并且工艺流程简单、可靠，弥补了现有技术中的缺陷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低功耗静电驱动式RF MEMS开关的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对硅基片进行研磨、抛光，并使用溶液进行超声波清洗；

(2)在硅基片表面生长2μm厚的氧化层；

(3)在氧化层表面沉积5μm厚的牺牲层；

(4)湿法刻蚀，去除多余的牺牲层，形成硅槽；

(5)沉积0.35μm厚的支撑层；

(6)深反应离子刻蚀，去除多余的支撑层，形成线路图形；

(7)沉积1μm厚的牺牲层；

(8)湿法刻蚀，去除多余的牺牲层；

(9)沉积0.5μm厚铜和0.1μm厚的钛作为电镀基体；

(10)旋涂光刻胶，形成电镀金属层的网板；

(11)在网板内电镀20μm厚的金属镍层；

(12)去除光刻胶网板；

(13)电镀10μm厚的金，形成触点；

(14)用氟化氢溶液去除牺牲层和氧化层；

(15)用氢氧化钾刻蚀硅基片，形成硅槽，完成RF MEMS开关。

2.如权利要求1所述的低功耗静电驱动式RF MEMS开关的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中首先用浓硫酸和过氧化氢溶液浸泡并超声波清洗，浸泡时间为10分钟，然后使用酒精浸泡并超声波清洗，时间为5分钟，之后用去离子水冲洗干净，再用氮气吹干。

3.如权利要求1所述的低功耗静电驱动式RF MEMS开关的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)或所述步骤(7)中的牺牲层使用磷硅酸盐玻璃。

4.如权利要求1所述的低功耗静电驱动式RF MEMS开关的制造方法，其特征在于，所述步骤(5)中的支撑层使用氮化硅。

5.如权利要求1所述的低功耗静电驱动式RF MEMS开关的制造方法，其特征在于，所述步骤(4)或所述步骤(8)中湿法刻蚀采用四甲基氢氧化氨水溶液，腐蚀温度为70℃至80℃，四甲基氢氧化氨水溶液体积分数为25％。

6.如权利要求1所述的低功耗静电驱动式RF MEMS开关的制造方法，其特征在于，所述步骤(6)中深反应离子刻蚀采用的气体为四氟化碳。