CN1225401C - 微电子机械毫米波压控相移器的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种微电子机械(MEMS)毫米波压控相移器的制造方法，属微电子固体器件制造的技术领域，以产品的半成品，即经加工的、表面刻蚀有接地导带2、信号线4和接线端5的条带图案和信号线4上生长有氮化硅层7的基片1为原料，通过采用调配的环化橡胶负性光刻胶作牺牲层6和光刻胶涂布技术，在该半成品上制成20～30多个高低一致、宽度相同、排列整齐的金属微桥3，有成品率高、电性能优越：开启电压低、相移量大，且连续可调的优点，特别适于作毫米波压控相移器。

Description

微电子机械毫米波压控相移器的制造方法

                     技术领域

本发明涉及微电子机械(MEMS)毫米波压控相移器的制造方法，属微电子固体器件制造的技术领域。

                     背景技术

N.S.Barker等推出的微电子机械(MEMS)毫米波压控相移器有低损耗、体积小、重量轻、易于与集成电路(IC)或微机械集成电路(MMIC)集成、可靠性高、压控性能好等优点，是MEMS毫米波相控阵天线的关键部件之一。该相移器主要包括基片1、接地导带2、金属微桥3、信号线4和接线端5，基片1可以是石英、二氧化硅或砷化镓，接地导带2、信号线4和接线端5是淀积在基片1上的厚度为5000的金膜，信号线4上生长有厚度约1000的氮化硅(SiXNY)，接地导带2位于信号线4和接线端5的两边，金属微桥3是20～30条高度相同的、互相平行的、厚度介于1～1.5μm的、加载在接地导带2上的、悬在信号线4上方的纯金条带，基片1、接地导带2、金属微桥3、信号线4和接线端5组成一段含20～30个金属微桥3的毫米波共平面波导(CPW)传输线，即微电子机械(MEMS)毫米波压控相移器。图1和2示出了上述相移器的构造。毫米波信号从一个接线端5和接地导带2之间输入，从另一个接线端5与接地导带2之间输出，接线端5与接地导带2之间加有直流偏置电压，改变该电压的大小，金属微桥3的高度随之改变，从而改变了该相移器的分布电容、传播常数和特性阻抗等，使输出信号的相位相对于输入信号的相位发生了转移。如连续改变直流偏置电压的大小，那么上述相移量会随之连续改变。该相移器的一种制造方法简述如下：第一步蒸金光刻，利用蒸发工艺，在基片1上淀积一层厚度为5000的金膜，接着利用光刻、剥离工艺，在基片1上形成接地导带2、信号线4和接线端5。见图3(a)和(b)。第二步生长氮化硅，利用等离子化学气相淀积工艺(PECVD)，在信号线4上生长一层厚度约1000的氮化硅层7，旨使信号线4与第四步制造的金属微桥3之间具有良好的高频隔离度。见图3(c)。至此，相移器半成品已制成。第三步形成牺牲层6，在信号线4及其与接地导带2之间的缺口上，涂一层聚酰亚胺或正性光刻胶液，作为牺牲层6，该层干燥后的厚度介于1～3μm，该层的形状和厚度决定了下步制造的金属微桥3的形状和高度。见图3(d)。第四步镀金光刻，利用电镀工艺，在接地导带2和牺牲层6上镀一层厚度介于1～1.5μm的金膜，然后利用光刻、腐蚀工艺刻蚀出20～30个金属微桥3。见图3(e)。第五步去牺牲层6，利用干法或湿法工艺，去除牺牲层6，金属微桥3悬于信号线4的上方，金属微桥3与信号线4之间是空气。见图3(f)。上述制造方法的缺点要么是牺牲层6坚膜温度过低，工艺兼容性差，不够光洁平整，或者是金膜易发生卷曲、瘫陷，致使：成品率低，仅10％，20～30个金属微桥3高低不一、宽窄参次不齐，导致单个相移器上的金属微桥3完好率＜70％，甚至更差；电性能差，开启电压高，相移量小。

                      发明内容

本发明要解决的技术问题是推出一种制造微电子机械毫米波压控相移器的新方法：在相移器半成品上制成20～30个高度一致、宽度相同、排列整齐的金属微桥3，提高相移器的成品率和电性能。本发明通过采用调配的环化橡胶负性光刻胶作牺牲层6和光刻胶涂布工艺，使上述问题得到解决：一种微电子机械毫米波压控相移器的制造方法，以相移器半成品为原料，相移器半成品是经加工的、表面刻蚀有接地导带2、信号线4和接线端5的条带图案和信号线4上生长有氮化硅层7的基片1，基片1是石英、二氧化硅或砷化镓，接地导带2、信号线4和接线端5的材质和厚度分别为纯金和5000，氮化硅层7的厚度为1000，其特征在于，操作步骤：

第一步形成牺牲层6

(一)用调配的环化橡胶负性光刻胶作牺牲层6的涂层，环化橡胶负性光刻胶的调配：环化聚异戊二烯负性光刻胶30％WT、重氮萘醌光敏剂3％WT、二甲苯65％WT、柠檬酸1％WT和硅油1％WT混合搅匀、过滤后得到淡黄色透明的光刻胶胶液，

(二)利用旋转离心涂胶工艺，将上述胶液均匀涂布在基片1的表面，根据所需胶层厚度调节转速，温度为20摄氏度，涂布时间30秒，

(三)基片1进入无尘热风循环烘箱前烘，烘箱温度从室温逐渐升至90摄氏度，10～15分钟，前烘时间为40分钟，

(四)曝光时间因所用光刻机型号、曝光灯的光源而异，控制在20～60秒之间，

(五)显影液是环己烷系列显影液，采用浸渍法或喷淋法显影，时间为60～90秒，

(六)定影是采用乙酸丁酯系列定影液，采用浸渍法或喷淋法定影，时间为30～60秒，

(七)基片1进入无尘热风循环烘箱后烘，温度为120摄氏度，时间为30分钟；

第二步光刻、镀金

(一)在上述片子上涂PI-5聚酰亚胺，120摄氏度前烘1小时后，涂敷正性光刻胶，

(二)光刻、显影，

(三)应用热蒸发、电子束蒸发或溅射的方法在接地导带2和牺牲层6上镀一层厚度为1～1.5μm的金膜，然后应用剥离技术去除正性光刻胶，形成20～30多个金属微桥3，相邻桥膜等间距；

第三步去牺牲层6

(一)取75％WT二甲苯与25％WT苯酚混合，放入封闭电炉加热至沸腾、脱水，然后自然冷却至80摄氏度，制得剥离液，

(二)将完成上述加工工艺的基片1投入上述剥离液去除牺牲层6，浸泡时间为8～10分钟，

(三)取出基片1，用丙酮、酒精和去离子水清洗，吹干；

第四步得产品

完成上步加工工艺的基片1就是成品，微电子机械毫米波压控相移器。

与背景技术相比，本发明具有以下突出效果：

本发明采用了调配的环化橡胶负性光刻胶作为牺牲层6，该光刻胶及其涂布工艺确保了牺牲层6表面光洁平整；20～30个金属微桥3高度一致，宽度相同、排列整齐；产品的成品率由原来的10％左右，提高到80％以上；产品具有优越的电性能，开启电压低，相移量大，且连续可变。

                    附图说明

图1是微电子机械毫米波压控相移器的俯视结构示意图，其中1是基片，2是接地导带，3是金属微桥，4是信号线，5是接线端，A-A’处有截面。图2是图1的位于A-A’处的截面图。图3是微电子机械毫米波压控相移器制造工艺过程的示意图，其中6是牺牲层，7是氮化硅层。

                  具体实施方式

实施例。采用本发明方法制成一批21桥35GHz的微电子机械毫米波压控相移器，成品率高，达80％以上；电性能优越，该产品工作于15GHz时，当直流偏置电压从5～25伏时，相移量达170°；该产品工作于35GHz时，当直流偏置电压在5～20V范围内连续可调时，相移量随之在0～370°范围内连续可调。

Claims (1)

1.一种微电子机械毫米波压控相移器的制造方法，以相移器半成品为原料，相移器半成品是经加工的、表面刻蚀有接地导带(2)、信号线(4)和接线端5的条带图案和信号线(4)上生长有氮化硅层7的基片(1)，基片(1)是石英、二氧化硅或砷化镓，接地导带(2)、信号线(4)和接线端(5)的材质和厚度分别为纯金和5000，氮化硅层(7)的厚度为1000，其特征在于，操作步骤：

第一步  形成牺牲层(6)

(一)用调配的环化橡胶负性光刻胶作牺牲层(6)的涂层，环化橡胶负性光刻胶的调配：环化聚异戊二烯负性光刻胶30％WT、重氮萘醌光敏剂3％WT、二甲苯65％WT、柠檬酸1％WT和硅油1％WT混合搅匀、过滤后得到淡黄色透明的光刻胶胶液，

(二)利用旋转离心涂胶工艺，将上述胶液均匀涂布在基片(1)的表面，根据所需胶层厚度调节转速，温度为20摄氏度，涂布时间30秒，

(三)基片(1)进入无尘热风循环烘箱前烘，烘箱温度从室温逐渐升至90摄氏度，10～15分钟，前烘时间为40分钟，

(四)曝光时间因所用光刻机型号、曝光灯的光源而异，控制在20～60秒之间，

(五)显影液是环己烷系列显影液，采用浸渍法或喷淋法显影，时间为60～90秒，

(六)定影是采用乙酸丁酯系列定影液，采用浸渍法或喷淋法定影，时间为30～60秒，

(七)基片(1)进入无尘热风循环烘箱后烘，温度为120摄氏度，时间为30分钟；

第二步  光刻、镀金

(一)上述片子上涂PI-5聚酰亚胺，120摄氏度前烘1小时后，涂敷正性光刻胶，

(二)光刻、显影，

(三)应用热蒸发、电子束蒸发或溅射的方法在接地导带(2)和牺牲层(6)上镀一层厚度为1～1.5μm的金膜，然后应用剥离技术去除正性光刻胶，形成20～30个金属微桥(3)，相邻桥膜等间距；

第三步  去牺牲层(6)

(一)取75％WT二甲苯与25％WT苯酚混合，放入封闭电炉加热至沸腾、脱水，然后自然冷却至80摄氏度，制得剥离液，

(二)将完成上述加工工艺的基片(1)投入上述剥离液去除牺牲层(6)，浸泡时间为8～10分钟，

(三)取出基片(1)，用丙酮、酒精和去离子水清洗，吹干；

第四步  得产品

完成上步加工工艺的基片(1)就是成品，微电子机械毫米波压控相移器。

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