CN1317728C - 一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关及制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于微型电子元件领域的一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关及制作工艺。其结构是在衬底的氧化层上面固定下极板、上极板和支撑梁，支撑梁在上下极板之间，上极板的两端，用牺牲层材料层做成。省去了传统微机械开关制作过程中所需的形成金属支撑梁的工艺，简化了工艺流程。同时解决了上层金属极板和金属支撑梁之间容易断裂的问题，提高了结构的稳定性和可靠性。该开关的使用寿命优于传统金属支撑梁结构的开关。

Description

一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关及制作工艺

技术领域

本发明属于微型电子元件领域，特别涉及一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关及制作工艺。

背景技术

在文献“Z.Jamie Yao，Shea Chen.”Micromachined Low-Loss MicrowaveSwitches”，IEEE JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEM，VOL 8，No.2，JUNE，1999”中实现了一种电容式微机械开关：开关的下电极固定，上电极为可动薄膜，悬于中部的绝缘介质层之上，上电极的两端分别与两个金属支柱连接。在制作工艺上，需要通过先溅射再刻蚀的方法来制作金属支柱，并且牺牲层的高度与金属支柱的高度无法保证完全相同，因此制作的开关可靠性不高，寿命有限。又在文献“Jae Y.Park，Geun H.Kim，”ELECTROPLATED RF MEMS CAPACITIVESWITCHES”，Micro Electro Mechanical Systems，2000.MEMS 2000.TheThirteenth Annual International Conference”中报道，用光刻胶做牺牲层兼模具，通过电镀的方法来制作金属支柱，能够较好的使牺牲层高度与金属支柱高度一致，开关性能良好，缺点是工艺复杂，工艺兼容性不好。

发明内容

本发明的目的是提供一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关及制作工艺。其特征在于：所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的结构是在衬底1上的氧化层2上面固定作为微机械开关下极板4金属层，在上下极板之间，上极板6的两端为支撑梁；过压保护的氮化硅层3仅覆盖下极板4部分。

所述微机械开关的金属支撑梁为用作牺牲层材料层5的金属层。

所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的制作工艺过程为：

利用牺牲层材料做支撑梁的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1；

2.热氧化，生成氧化层2；

3.溅射下极板金属层作为微机械开关下极板4；

4.光刻下极板金属层，形成微机械开关下极板4图形和信号传输线；

5.等离子体增强化学气相沉积氮化硅层3，作为过压保护结构；

6.光刻氮化硅层3，使氮化硅层3仅覆盖下极板4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6和下极板4的金属连接孔图形；

9.溅射上极板6金属层作为微机械开关上极板6；

10.光刻上极板金属6，形成释放牺牲层5的开孔图形；

11.在氧气等离子体环境中通过控制反应时间，不完全释放牺牲层，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6金属层的支撑梁；

12.合金退火400～450℃，使微机械开关各部分金属连接接触良好。

所述下极板金属层材料为金、铝、铜或铂。

所述上极板金属层材料为金、铝或铜。

本发明的有益效果：通过上述由牺牲层材料代替传统金属支撑梁的结构，省去了传统微机械开关制作过程中所需的形成金属支撑梁的工艺，简化了工艺流程。同时，该结构避免了传统微机械开关由于金属支撑梁的存在而导致的上层金属极板和金属支撑梁之间有较大的梯度，从而解决了上层金属极板和金属支撑梁之间容易断裂的问题，提高了结构的稳定性和可靠性。该开关的机械性能(如使用寿命)优于传统金属支撑梁结构的开关；其他电学性能(如插入损耗、隔离度)在相同的工艺参数条件下和传统金属支撑梁结构的开关基本相同。

附图说明

图1为用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关结构示意图。

具体实施方式

本发明为一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关及制作工艺。其微机械开关的结构是在衬底1上的氧化层2上面固定作为微机械开关下极板4金属层，在上下极板之间，上极板6的两端为支撑梁，支撑梁用作为牺牲层材料层5的金属层做成。过压保护的氮化硅层3仅覆盖下极板4部分。

用牺牲层材料做支撑梁的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1；

2.热氧化，生成氧化层2；

3.溅射下极板金属层(金、铝、铜或铂)作为微机械开关下极板4；

4.光刻下极板金属层，形成微机械开关下极板4图形和信号传输线；

5.等离子体增强化学气相沉积氮化硅层3，作为过压保护结构；

6.光刻氮化硅层3，使氮化硅层3仅覆盖下极板4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6和下极板4的金属连接孔图形；

9.溅射上极板6金属层(金、铝或铜)作为微机械开关上极板6；

10.光刻上极板金属6，形成释放牺牲层5的开孔图形；

11.在氧气等离子体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6金属层的支撑梁；

12.合金退火400～450℃，使微机械开关各部分金属连接接触良好。

Claims (5)

1.一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关，其特征在于：所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的结构是在衬底(1)上的氧化层(2)上面固定作为微机械开关下极板(4)的金属层，在上下极板之间，上极板(6)的两端为支撑梁；过压保护的氮化硅层(3)仅覆盖下极板(4)部分。

2.根据权利要求1所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关，其特征在于：所述微机械开关的金属支撑梁为用作牺牲层材料层(5)的金属层。

3.用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的制作工艺，其特征在于：所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的制作工艺过程为：

1)备片、清洗，采用高阻n型或p型硅作衬底(1)；

2)热氧化，生成氧化层(2)；

3)溅射下极板金属层作为微机械开关下极板(4)；

4)光刻下极板金属层，形成微机械开关下极板(4)图形和信号传输线；

5)等离子体增强化学气相沉积氮化硅层(3)，作为过压保护结构；

6)光刻氮化硅层(3)，使氮化硅层(3)仅覆盖下极板(4)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(6)和下极板(4)的金属连接孔图形；

9)溅射上极板(6)金属层作为微机械开关上极板(6)；

10)光刻上极板金属(6)，形成释放牺牲层(5)的开孔图形；

11)在氧气等离子体环境中通过控制反应时间，不完全释放牺牲层，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(6)金属层的支撑梁；

12)合金退火400～450℃，使微机械开关各部分金属连接接触良好。

4.根据权利要求3所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的制作工艺，其特征在于：所述下极板金属层材料为金、铝、铜或铂。

5.根据权利要求3所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的制作工艺，

特征在于：所述上极板金属层材料为金、铝或铜。

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