CN110931288A - 一种平行双触点接触式开关的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平行双触点接触式开关的制造方法，属于微机械体硅加工技术领域。本发明在沉积极板绝缘层后先刻蚀锚点，其余位置绝缘层保留下来，利用绝缘层将信号电极和驱动电极覆盖起来从而保护信号电极和驱动电极，去除种子层后再进行极板绝缘层的图形化。本发明提出的制造方法可以有效的解决传统的接触式开关制作过程中采用王水腐蚀种子层时，由于各向同性导致对传输线有侧向腐蚀的问题，在没有增加工艺步骤的条件下有效避免腐蚀工艺带来的侧壁侵蚀，简化工艺并提高了开关的性能。

Description

一种平行双触点接触式开关的制造方法
技术领域
本发明属于微机械表面加工技术领域，具体涉及接触式开关的制造工艺。
背景技术
微机电系统(Micro-electro-mechanical systems，MEMS)是指可以批量生产的，集微结构、微传感器、微执行器以及信号处理能力与控制电路与一体的器件或系统。得益于微电子技术的发展，使得MEMS技术成为可能，表面微细加工技术的出现以及结合成熟的体硅加工技术，又使得MEMS发展迅速。
射频微机电系统(RF MEMS)是指利用MEMS技术制作各种用于电子通讯的射频器件或系统。RF MEMS能够满足现代电子设备对体积小和重量轻、功耗低以及功能多样化的要求。RF MEMS技术自20世纪90年代以来取得了很大的发展，迄今为止，其主要研究方向包括RF MEMS开关、电容电感、谐振器、滤波器等无源器件。RF MEMS开关在微机械开关制造、移相器、相控阵雷达、VCO组件以及航天通信军事方面有着良好的前景和优势。RF MEMS开关的机理是在射频领域内利用可动结构(悬臂梁、固支梁和折叠梁)的机械运动实现传输线“通”或“断”。RF MEMS开关同传统的半导体器件PIN和FET开关相比，在隔离度、损耗、功耗等方面表现出了优异的性能，成为当下最新的研究热点。
接触式开关由于悬臂梁而具有相对较低的下拉电压，由于其采用的是金属与金属直接接触，导通时电路的电阻很小，因而这种开关的插入损耗很小。而且开关在没有加偏压时，射频信号是断开的，因此开关隔离度很高。但是接触式串联开关虽然在制作上存在一定的困难，悬臂梁的加工容易出现塌陷的现象，导致开关失效。
RF MEMS开关的应用十分广泛，既可以至航空航天、雷达、卫星及国防上，又可应用于消费类电子产品、汽车电子通信、无线通信等等日常通信系统领域中。所以不论是在军工还是民用方面，MEMS开关都有着巨大的潜在市场和广阔的应用前景。
发明内容
本发明旨在提供一种平行双触点悬臂梁接触式开关的加工方法，解决去除种子层时候对信号电极侧壁侵蚀的问题。
本发明的技术方案为：一种平行双触点接触式开关的制造方法，包括如下步骤：
S1.在高阻衬底上生长一层衬底隔离层；
S2.在衬底隔离层上沉积形成信号电极和驱动电极；
S3.在信号电极、驱动电极以及衬底隔离层上沉积一层薄膜绝缘层，然后光刻出锚点位置；
S4.采用电镀方法制作锚点，然后腐蚀种子层金属；
S5.刻蚀薄膜绝缘层，保留驱动电极和悬臂梁之间的绝缘薄膜作为极板绝缘层；
S6.采用聚酰亚胺制作露出锚点金属顶面的牺牲层；
S7.在牺牲层上采用干法刻蚀制作双触点凹槽；
S8.电镀沉积包括双触点的悬臂梁，然后腐蚀种子层金属；
S9.释放牺牲层得到悬臂梁悬空结构，完成平行双触点接触式开关的制作。
进一步地，步骤S1中利用热氧化工艺在高阻衬底上生长一层SiO2薄膜作为衬底隔离层，高阻衬底材料为硅。
进一步地，步骤S2中信号电极和驱动电极制作方法为丙酮剥离，所用电极材料为金。
进一步地，步骤S3中薄膜绝缘层制作方法为化学气相沉积，所用薄膜材料为氮化硅。
进一步地，步骤S4中锚点制作方法为电镀，所用材料为金。
进一步地，步骤S8中悬臂梁制作方法为电镀，所用材料为金。
进一步地，步骤S9中牺牲层释放方法为干法刻蚀。
传统的接触式开关的锚点电镀是在极板绝缘层图形化后进行的，在后续种子层的去除方法多采用王水腐蚀，这种工艺由于各向同性导致对传输线有侧向腐蚀作用。本发明提出的制作工艺可以有效的解决这个问题，本发明是采用沉积极板绝缘层后先刻蚀锚点，其余位置绝缘层保留下来，利用绝缘层将信号电极和驱动电极覆盖起来从而保护信号电极和驱动电极，去除种子层后再进行极板绝缘层的图形化，在没有增加工艺步骤的条件下有效避免腐蚀工艺带来的侧壁侵蚀。
附图说明
图1是本发明实施例的平行双触点接触式开关原始状态三维线框示意图；
图2是本发明实施例的平行双触点接触式开关原始状态三维实体示意图；
图3是本发明实施例适用于平行双触点接触式开关制造工艺示意图。
附图标号说明：高阻硅衬底1，衬底隔离层2，左信号电极3-1，右信号电极3-2，驱动电极4，锚点5，极板绝缘层6，双触点7，平行板的悬臂梁8，悬臂梁开孔9。
具体实施方式
为了方便阐述本发明的制造工艺，下面将结合附图对本发明的各实施步骤进行详细的说明。
Step1、在高阻衬底上生长一层衬底隔离层，如图3(a)所示。
利用热氧化工艺在高阻衬底上生长一层SiO2薄膜，衬底材料为硅。具体来说，在清洗干净的硅基片上采用dry-wet-dry方式在1100℃温度下氧化生长一层1μm厚的SiO2薄膜作为衬底隔离层。
Step2、在衬底隔离层沉积制作信号电极和驱动电极，如图3(b)所示。
在SiO2薄膜上沉积信号电极和驱动电极，具体来说，将step1后得到的硅基片光刻出电极位置，光刻胶采用AZ5214反转胶，得到胶厚为1.7μm且台阶为倒梯形的光刻胶；电子束蒸发金作为电极，金的厚度为300nm，丙酮剥离去除光刻胶，最后用氧等离子体再处理基片表面，保证清洁。
Step3、在信号电极、驱动电极以及衬底隔离层上沉积一层薄膜绝缘层，然后光刻出锚点位置，如图3(c)所示。
具体来说，先将step2后得到的基片采用等离子体增强型化学气相沉积PECVD沉积一层200nm的Si3N4薄膜绝缘层；然后光刻出锚点位置，光刻胶采用AZ6112正性光刻胶，并利用光刻胶作为掩模进行干法刻蚀，刻蚀出锚点后再进行氧等离子体去胶处理。
Step4、采用电镀方法制作锚点，然后腐蚀种子层金属，如图3(d)所示。。
具体来说，将step3后得到的基片采用电子束蒸发沉积一层厚度100nm的金作为电镀的种子层；然后再次光刻出锚点，光刻胶采用AZ4620正性光刻胶，坚膜后的胶厚为7.2μm；然后进行电镀，锚点的厚度1.9～2.3μm，电镀完成后丙酮去胶以及王水腐蚀掉种子层金属。
Step5、刻蚀薄膜绝缘层制作极板绝缘层，如图3(e)所示。
具体来说，将step4后得到的基片进行光刻，光刻胶采用AZ6112正性光刻胶，并利用光刻胶作为干法刻蚀的掩模，保留驱动电极和悬臂梁之间的Si3N4薄膜，最后氧等离子体处理基片表面，形成极板绝缘层。
Step6、制作露出锚点金属的牺牲层，如图3(f)所示。
具体来说，牺牲层材料采用正性光敏性聚酰亚胺，正性光敏性聚酰亚胺在性质上可认为是正性光刻胶，在step5后得到的基片上旋涂聚酰亚胺，氮气氛围下亚胺化，聚酰亚胺亚胺化的同时也会平坦化。然后将亚胺化后的硅基片进行干法刻蚀去除部分聚酰亚胺，使得锚点金属顶面露出。
Step7、在牺牲层上刻蚀双触点凹槽，如图3(g)所示。
具体说来，将step6后得到的基片光刻，光刻胶采用AZ6112正性光刻胶，并利用光刻胶作为掩膜干法刻蚀聚酰亚胺，刻蚀深度为0.5μm，丙酮去除光刻胶，得到深度为0.5μm的双触点凹槽。
Step8、电镀沉积包括双触点的悬臂梁，然后腐蚀种子层金属，如图3(h)所示。
具体来说，将step7后得到的基片进行电子束蒸发，沉积一层厚度100nm的金属层作为电镀的种子层，然后光刻出带有开孔的悬臂梁结构，其中悬臂梁上的开孔有助于去除聚酰亚胺牺牲层，得到悬臂结构。光刻胶采用AZ4620正性光刻胶，光刻坚膜后的胶厚为7.2μm；将基片电镀，悬臂梁厚度为1.5～2.0μm，长度300～400μm，电镀完成后丙酮去胶以及王水腐蚀掉种子层金属。
Step9、释放牺牲层得到悬空结构，完成平行双触点悬臂梁的制作，如图3(i)所示。
具体说来，将step8后得到的基片进行干法刻蚀，采用氧等离子体去胶机去除聚酰亚胺牺牲层，制作完成一种平行双触点接触式开关。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种平行双触点接触式开关的制造方法，包括如下步骤：
S1.在高阻衬底上生长一层衬底隔离层；
S2.在衬底隔离层上沉积形成信号电极和驱动电极；
S3.在信号电极、驱动电极以及衬底隔离层上沉积一层薄膜绝缘层，然后光刻出锚点位置；
S4.采用电镀方法制作锚点，然后腐蚀种子层金属；
S5.刻蚀薄膜绝缘层，保留驱动电极和悬臂梁之间的绝缘薄膜作为极板绝缘层；
S6.采用聚酰亚胺制作露出锚点金属顶面的牺牲层；
S7.在牺牲层上采用干法刻蚀制作双触点凹槽；
S8.电镀沉积包括双触点的悬臂梁，然后腐蚀种子层金属；
S9.释放牺牲层得到悬臂梁悬空结构，完成平行双触点接触式开关的制作。
2.如权利要求1所述的一种平行双触点接触式开关的制造方法，其特征在于，步骤S1中利用热氧化工艺在高阻衬底上生长一层SiO2薄膜作为衬底隔离层，高阻衬底材料为硅。
3.如权利要求1所述的一种平行双触点接触式开关的制造方法，其特征在于，步骤S2中信号电极和驱动电极制作方法为丙酮剥离，所用电极材料为金。
4.如权利要求1所述的一种平行双触点接触式开关的制造方法，其特征在于，步骤S3中薄膜绝缘层制作方法为化学气相沉积，所用薄膜材料为氮化硅。
5.如权利要求1所述的一种平行双触点接触式开关的制造方法，其特征在于，步骤S4中锚点制作方法为电镀，所用材料为金。
6.如权利要求1所述的一种平行双触点接触式开关的制造方法，其特征在于，步骤S8中悬臂梁制作方法为电镀，所用材料为金。
7.如权利要求1所述的一种平行双触点接触式开关的制造方法，其特征在于，步骤S9中牺牲层释放方法为干法刻蚀。
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