CN1312718C - 一种多谐振点的微机械开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于半导体器件范围的一种多谐振点的微机械开关。在硅衬底上从下至上依次有氧化层、下极板和氮化硅层，牺牲层在氮化硅层上支撑上电极。上电极与地线之间有一个以上金属连接梁，其中至少有一个梁直接接地，其余的非接地梁与地线上的介质层连接或者悬空，构成对地电容；连接梁采用直梁，折叠梁或折叠弹簧结构增加等效电感。在关态时，隔离度表现出多个谐振点，改善在相同结构特征下微机械开关的谐振特性，可以通过设计开关的结构，得到电容值和电感值，从而决定每个谐振点的频率值。因此，该开关既具备电感调制使得谐振频率降低的优点，又因为具备多个谐振点而拓展了适用频段，微波性能远优于传统微机械开关。

Description

一种多谐振点的微机械开关
技术领域
本发明属于半导体器件范围，特别涉及一种多谐振点的微机械开关。
背景技术
C.Goldsmith，J.Randall，等在文献“IEEE MTT-S Digest：pp1141-1144，1996”的“Characteristics of micromachined switch at microwavefrequencies”中给出的开关为传统的电容式微机械开关，它的关态隔离度随着频率增加而缓慢增加。一般在较高频率(如30GHz)后，隔离度才达到实用化要求的指标(如＞30dB)。另一方面，该开关的适用频带一般较宽(如30GHz～100GHz下，隔离度都大于30dB)。因此，一般情况下这类开关只适用于较高的频段，而在较低频段下由于隔离度太差而无法使用。
Jeremy B.Muldavin and Gabriel M.Rebeiz，在文献“IEEE Transactionson Microwave Theory and Technologies，Vol 48，No.6(2000)”的“High-Isolation CPW MEMS Shunt Switches-Part1：Modeling，2：Design，”中指出了，减小电容式微机械开关的上电极宽度，或者是改变开关的共面波导的结构，都可以使得等效串联电感增加，从而使得开关在较低频率下(如10GHz左右)出现谐振，在谐振点附近获得较高的关态隔离度(如＞30dB)。但是，此类电感调制的电容式开关一般只有一个谐振点，开关的适用频段也仅在谐振点附近，适用带宽一般较窄(如＜10GHz)，因此无法使用在宽带环境下。
发明内容
本发明的目的是提供一种多谐振点的微机械开关，其特征在于：在硅衬底6上从下至上依次有氧化层4、下极板3和氮化硅层2，牺牲层5在氮化硅层2上支撑上电极1；上电极1与地线7之间有一个以上金属连接梁8、9、10或11，其中至少有一个梁11直接接地，其余的非接地梁8、9、10与地线7上的氮化硅层2连接或者悬空，构成对地电容；连接梁采用直梁，折叠梁或折叠弹簧结构增加等效电感；通过调节非接地梁与地线的正对面积，或两者之间的介质厚度，而设置对地电容的大小。
所述设置对地电容的任意两个对地电容可以大小一样，或各不相同。
本发明的有益效果是通过采用上述连接梁结构的微机械开关，在关态时，隔离度表现出多个谐振点，改善在相同结构特征下微机械开关的谐振特性，在谐振点附近隔离度最优。而且，可以通过设计开关的结构，得到电容值和电感值，从而决定每个谐振点的频率值。因此，该开关既具备电感调制使得谐振频率降低的优点，又因为具备多个谐振点而拓展了适用频段，微波性能远优于传统微机械开关。
附图说明
图1为微机械开关俯视图。
图2为图1的A_A剖面图。
具体实施方式
本发明提供一种多谐振点的微机械开关。在图1、图2所示的微机械开关的结构示意图中，在硅衬底6上从下至上依次有氧化层4、下极板3和氮化硅层2，牺牲层5在氮化硅层2上支撑上电极1，上电极1与地线7之间有一个以上金属连接梁8、9、10或11，其中至少有一个梁11直接接地，其余的非接地梁与地线上的氮化硅层连接或者悬空，构成对地电容；连接梁采用直梁，折叠梁或折叠弹簧结构增加等效电感；通过调节非接地梁与地线的正对面积，或两者之间的介质厚度，而设置对地电容的任意两个对地电容可以大小一样，或各不相同。其中上电极厚：0.3～3.0μm；下电极厚：0.15～3.0μm；上下电极间距：1～4μm。
上述支撑梁结构微机械开关制作工艺流程如下：
1.备片、清洗，采用高阻n型或p型硅作衬底6；
2.热氧化，生成氧化层4；
3.溅射下极板金属层(金、铝、铜或铂)作为微机械开关下极板3；
4.光刻下极板金属层，形成微机械开关下极板3图形和信号传输线；
5.PECVD氮化硅层2，作为过压保护结构和引脚对地电容介质；
6.光刻氮化硅层2，使氮化硅层2不仅覆盖下极板3部分，还覆盖三个不同大小的引脚部分；
7.涂高分子有机聚合物聚酰亚胺层，作为牺牲层5；
8.光刻牺牲层5，形成用来连接上极板1和下极板3以及引脚对地电容的金属连接孔图形；
9.溅射上极板1金属层(金、铝或铜)作为微机械开关上极板1；
10.光刻上极板1金属，形成四支撑脚结构以及释放牺牲层5的开孔图形；
11.合金退火(退火温度300～350℃)，使微机械开关各部分金属连接接触良好；
12.在氧气PLASMA环境中控制反应时间，使牺牲层不完全释放，形成微机械开关的悬浮结构；同时残留的牺牲层5作为上极板1金属层的支撑。

Claims (2)

1.一种多谐振点的微机械开关，其特征在于：在硅衬底(6)上从下至上依次有氧化层(4)、下极板(3)和氮化硅层(2)，牺牲层(5)在氮化硅层(2)上支撑上电极(1)；上电极(1)与地线(7)之间有一个以上金属连接梁(8、9、10或11)，其中至少有一个梁(11)直接接地，其余的非接地梁与地线上的介质层连接或者悬空，构成对地电容；所述接地梁采用直梁，折叠梁或折叠弹簧结构增加等效电感；通过调节非接地梁与地线的正对面积，或两者之间的介质厚度，而设置对地电容的大小。
2.根据权利要求1所述多谐振点的微机械开关，其特征在于：所述设置对地电容的任意两个对地电容可以大小一样，或各不相同。
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