一种实用化射频MEMS开关的制造方法技术

本发明专利技术涉及MEMS器件制造领域，特别涉及实用化射频MEMS开关的制造方法。主要包括硅片清洗、高阻硅片表面氮化硅的生长、共面波导电镀、上电极极板电镀、铝制下拉电极的制作、牺牲层释放。采用本发明专利技术的技术方案制造的射频MEMS开关，射频MEMS开关下接触电极平整度较高具有成品率相对较高、开关寿命相对较长，插入损耗较低、隔离度较高。

A practical manufacturing method of RF MEMS switch

The invention relates to the manufacturing field of MEMS device, in particular to the manufacturing method of the Practical RF MEMS switch. It includes silicon wafer cleaning, silicon nitride growth on high silicon wafer, coplanar waveguide plating, upper electrode plate plating, aluminum dropdown electrode fabrication and sacrificial layer release. The RF MEMS switch made by the technical scheme of the invention has higher flatness of the contact electrode under the RF MEMS switch, and has higher yield, longer life of switch, lower insertion loss and higher isolation degree.

【技术实现步骤摘要】
一种实用化射频MEMS开关的制造方法
本专利技术涉及MEMS器件制造领域，具体涉及一种实用化射频MEMS开关的制造方法。
技术介绍
在现有技术中，射频MEMS开关作为一种无源器件，是通过金属－金属接触或者金属－绝缘介质－金属形成的电容来传输或者隔离微波信号，具有插入损耗低，隔离度高等优点。从无处不在的智能传感器网络、移动手机，到测试仪器设备以及军用雷达，射频MEMS开关具有广阔的应用前景。此外，射频MEMS开关能够在很大程度上减小可重构系统的尺寸、重量以及价格，成为21世纪一项不可或缺的重要技术。虽然RFMEMS在中国已经开始发展起来，但是和国外，如美国、欧洲、日本及韩国等国家的MEMS研究及生产制造能力相比，差距还很大。目前国内开关存在的主要问题有：1.电镀CPW平整度较低，严重影响了开关的微波特性；2.由于工艺误差造成开关闭合时双触点的弱接触问题，严重影响开关的寿命。为了有效解决上述问题，本专利技术提供实用化射频MEMS开关的制造方法。增加了金属溅射提高了下电极平整度，从而提升了开关的微波特性；下电极采用弹性梁，有效的避免了双触点的弱接触问题。
技术实现思路
本专利技术的具体方案如下：实用化射频MEMS开关的制造方法，所述制造方法用于制造射频MEMS开关，所述制造方法包括以下步骤：(1)清洗硅片：首先使用丙酮清洗，然后使用异丙醇浸泡，并超声清洗5-10分钟；(2)制作下凸点和隔离电阻：在硅片上PECVD淀积氮化硅层，通过匀胶、光刻、刻蚀制作下凸点，在经过上述步骤处理后的硅片溅射一层氮化钽膜，然后依次进行匀胶、光刻及RIE刻蚀、去胶去除多余的氮化钽金属膜，制作隔离电阻；(3)利用光刻胶做掩模：在经过上述步骤处理后的硅片上，经过匀涂光刻胶，进行光刻处理，在硅片表面形成光刻胶电镀模具；(4)制作金共面波导：在经过上述步骤处理后的硅片，电镀金金共面波导；(5)制作下电极：在经过上述步骤处理后的硅片，继续进行电镀，形成一下电极和锚点；(6)溅射金膜层：将步骤(1)-(5)处理后的硅片，经过通过光刻将除下电极外的部分用光刻胶覆盖，送入磁控溅射台中，溅射金膜层；(7)制作上电极、锚点：将步骤(6)处理后的硅片取出，进行电镀上电极形成上电极、锚点，所述上电极位于所述下电极上方，并相互对应设置；(8)将经过上述处理后的硅片取出，进行退火处理,获得射频MEMS开关。进一步地，所述步骤(2)还包括将处理后的硅片送入磁控溅射台中，溅射铝制下拉电极、引线以及pad电极，然后进行匀胶、光刻及湿法刻蚀、去胶去除多余的铝金属膜层。进一步地，所述步骤(3)还包括将处理后的硅片上，溅射钛钨-金作为电镀金共面波导的粘附层和种子层。进一步地，所述步骤(4)还包括将处理后的硅片经过旋涂聚酰亚胺、光刻、曝光形成牺牲层、及通孔；进一步地，所述步骤(5)还包括处理后的硅片上，进行释放牺牲层操作。进一步地，所述步骤(6)还包括将处理后的硅片取出；经过旋涂聚酰亚胺、光刻、曝光形成牺牲层、及通孔。进一步地，所述步骤(7)还包括将处理后的硅片，进行牺牲层释放操作。本专利技术的有益之处：所述射频MEMS开关通过溅射金薄层使得下电极获得了较好平整度，提升了射频MEMS开关的成品率和寿命，且射频MEMS开关的微波性能良好，接触灵敏，可应用于各类射频开关场景中。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。该实施例提供了实用化射频MEMS开关制造方法，所述实用化射频MEMS开关制造方法包括以下步骤。(1)清洗硅片：首先使用丙酮清洗，然后使用异丙醇浸泡，并超声清洗五分钟；(2)制作下凸点和隔离电阻：在硅片上PECVD淀积氮化硅，通过光刻、刻蚀制作下凸点，将硅片送入磁控溅射台中，溅射一层氮化钽，然后依次进行匀胶、光刻及RIE刻蚀、去胶去除多余的氮化钽金属膜制作隔离电阻；(3)制作下拉电极、引线、及pad电极：将步骤(2)处理后的硅片送入磁控溅射台中，溅射铝层，然后进行匀胶、光刻及湿法刻蚀制作制下拉电极、铝制引线以及铝制pad电极；(4)制作隔离层：PECVD淀积氮化硅形成隔离层；(5)形成种子层：在步骤(4)处理后的硅片上，溅射钛钨-金作为电镀金共面波导的粘附层和种子层；(6)利用光刻胶做掩模：在步骤(5)处理后的硅片上，经过匀涂光刻胶，进行光刻处理，在硅片表面形成光刻胶电镀模具；(7)制作金共面波导：将步骤(6)处理后的硅片上，电镀金，形成2-2.8μm厚的金共面波导；(8)制作牺牲层、及通孔：将步骤(7)处理后的硅片经过旋涂聚酰亚胺、光刻、曝光形成第一牺牲层、及通孔；(9)制作下电极：在步骤(8)处理后的硅片上，继续进行电镀，形成下电极和锚点；(10)释放牺牲层：在步骤(9)处理后的硅片上，进行释放第一牺牲层操作；(11)溅射金膜层：将步骤(10)处理后的硅片，经过通过光刻将除下电极外的部分用光刻胶覆盖，送入磁控溅射台中，溅射金膜层；(12)制作牺牲层、及通孔：将步骤(11)处理后的硅片取出；经过旋涂聚酰亚胺、光刻、曝光形成第二牺牲层、及通孔；(13)制作上电极、锚点：将步骤(12)处理后的硅片取出，进行电镀上电极形成上电极、锚点；(14)释放牺牲层：将步骤(13)处理后的硅片，进行第二牺牲层释放操作；(15)将步骤(14)处理后的硅片取出，进行退火处理,获得射频MEMS开关。(16)封装帽制作：匀胶将封装帽的边缘用光刻胶覆盖，通过光刻、刻蚀形成封装帽，并在其边缘镀一层金属锡；(17)键合准备：将步骤(15)处理后的硅片取出，在每个开关边缘淀积一层氮化硅环将开关围在其中，在氮化硅环的上方镀一层的金；(18)圆片级封装：将步骤(17)处理后的硅片取出，与步骤(16)中的硅片进行键合对准，在280℃的温度下进行键合。(19)划片，完成制作所述射频MEMS开关。具体为，步骤(1)中的丙酮、异丙酮为行业标准的工艺浓度；步骤(2)中，在硅片上溅射的氮化钽隔离电阻，使驱动电极连接的铝pad电极可不受开关射频信号的影响；步骤(5)中溅射钛钨-金是电镀工艺前的准备工艺，溅射钛钨-金作为粘附层、及种子层，可增加电镀层的粘附性；步骤(11)中溅射金膜层的溅射工艺为行业内标准工艺操作，在此不做赘述，溅射金膜层的厚度为45-60nm，通过在下电极表面溅射所述金膜层，可提高所述下电极的平整度，从而提高所述射频MEMS开关的可靠性；步骤(10)、(14)中的牺牲层释放操作为，利用O2Plasma对牺牲层进行干法释放，释放时间需要至少120min。所述射频MEMS开关通过溅射金薄层使得下电极获得了较好平整度，提升射频MEMS开关的成品率，射频MEMS开关寿命相对较长，射频MEMS开关的射频性能较优，开关接触灵敏，可应用于各类射频开关场景中。对于本领域的普通技术人员而言，根据本专利技术的教导，在不脱离本专利技术的原理与精神的情况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实用化射频MEMS开关的制造方法，所述制造方法用于制造射频MEMS开关，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：(1)首先将硅片使用丙酮清洗，再使用异丙醇浸泡，并超声清洗5‑10分钟；(2)在所述硅片上PECVD淀积氮化硅，制作下凸点，之后溅射氮化钽层制作隔离电阻，再溅射铝层制作下拉电极、引线、及pad电极；硅片上淀积一层氮化硅保护层后，溅射钛钨‑金，形成电镀金共面波导的粘附层和种子层；(3)经过步骤(2)处理的硅片上，电镀金共面波导，并通过制作牺牲层、及释放牺牲层操作，电镀形成下电极，再进行牺牲层释放操作；(4)硅片进行光刻操作后，送入磁控溅射台，溅射一层平整的金膜层；(5)通过制作牺牲层、及释放牺牲层操作，电镀形成上电极，然后进行退火处理，获得射频MEMS开关组件；(6)通过匀胶、光刻、刻蚀，在另一个硅片上制作封装帽，并在封装帽的边缘镀锡金属层。(7)在经过步骤(5)的硅片的开关组件周侧环绕淀积氮化硅层，并在氮化硅层上电镀金金属层；(8)将步骤(6)的封装帽与步骤(7)开关组件进行键合操作，封装开关组件，并划片，完成射频MEMS开关的制作。

【技术特征摘要】
1.一种实用化射频MEMS开关的制造方法，所述制造方法用于制造射频MEMS开关，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：(1)首先将硅片使用丙酮清洗，再使用异丙醇浸泡，并超声清洗5-10分钟；(2)在所述硅片上PECVD淀积氮化硅，制作下凸点，之后溅射氮化钽层制作隔离电阻，再溅射铝层制作下拉电极、引线、及pad电极；硅片上淀积一层氮化硅保护层后，溅射钛钨-金，形成电镀金共面波导的粘附层和种子层；(3)经过步骤(2)处理的硅片上，电镀金共面波导，并通过制作牺牲层、及释放牺牲层操作，电镀形成下电极，再进行牺牲层释放操作；(4)硅片进行光刻操作后，送入磁控溅射台，溅射一层平整的金膜层；(5)通过制作牺牲层、及释放牺牲层操作，电镀形成上电极，然后进行退火处理，获得射频MEMS开关组件；(6)通过匀胶、光刻、刻蚀，在另一个硅片上制作封装帽，并在封装帽的边缘镀锡金属层。(7)在经过步骤(5)的硅片的开关组件周侧环绕淀积氮化硅层，并在氮化硅层上电镀金金属层；(8)将步骤(6)的封装帽与步骤(7)开关组件进行键合操作，封装开关组件，并划片，完成射频MEMS开关的制作。2.根据权利要求1所述一种实用化射频MEMS开关的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，电镀金，形成金共面波导；通过旋涂聚酰亚胺、光刻、曝光形成牺牲层、及通孔。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孟委，张一飞，刘秋慧，王俊强，王楠，王莉，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14