本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制備，尤其涉及一種基于聚酰亞胺犧牲層的rfmems開關(guān)的制備方法。

背景技術(shù)：

1、rf?mems開關(guān)是一種利用微機械加工技術(shù)制造的微型器件，用于控制射頻信號通斷。與傳統(tǒng)固態(tài)開關(guān)相比，其主要優(yōu)勢是具有較低的插入損耗、高隔離度、高線性度以及可以忽略不計的功耗，具有極大的應(yīng)用潛力。rf?mems開關(guān)一般采用靜電驅(qū)動，其中懸臂梁接觸式開關(guān)在數(shù)十mhz至數(shù)十ghz的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的射頻性能，是rf?mems開關(guān)中的一種常見結(jié)構(gòu)。對于該類型開關(guān)而言，往往需要在犧牲層上定義觸點位置，觸點的表面形貌直接影響到開關(guān)的接觸性能，進而影響開關(guān)的插入損耗。另外犧牲層的平坦度決定了開關(guān)釋放后懸臂梁的平整度，直接影響開關(guān)的可靠性和壽命。

2、mems器件中常用的犧牲層材料為sio2以及一些金屬材料，這些材料作犧牲層時通常需要通過濕法刻蝕來釋放結(jié)構(gòu)，很容易引起懸空結(jié)構(gòu)與襯底之間的粘連。聚酰亞胺是一種高分子材料，具有耐高溫、耐腐蝕、化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點，通常采用氧等離子體刻蝕的方法去除，由此避免了濕法腐蝕帶來的一系列問題，適合作為mem器件的犧牲層材料。但是聚酰亞胺干法刻蝕一般使用正性光刻膠作為掩膜，由于聚酰亞胺對于光刻膠的刻蝕選擇比低，通常需要使用厚膠，更易受到光刻工藝誤差的影響，導(dǎo)致較大的線寬偏差，難以實現(xiàn)小尺寸圖形的精確轉(zhuǎn)移。另外在刻蝕觸點凹窩時，氧等離子體各向同性刻蝕效應(yīng)會產(chǎn)生明顯的橫向鉆蝕，使側(cè)壁輪廓偏離垂直。

3、因此，有必要提供一種改進的基于聚酰亞胺犧牲層的rf?mems開關(guān)的制備方法，以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于聚酰亞胺犧牲層的rf?mems開關(guān)的制備方法，通過掩膜和刻蝕氣體的調(diào)控，得到具有高平整度和良好觸點凹窩形貌的高質(zhì)量聚酰亞胺犧牲層，進而提升rf?mems開關(guān)的可靠性和壽命。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于聚酰亞胺犧牲層的rf?mems開關(guān)的制備方法，包括：

3、s1、在襯底上制備絕緣隔離層；

4、s2、在絕緣隔離層上制備金屬共面波導(dǎo)以及開關(guān)驅(qū)動電極；

5、s3、在金屬共面波導(dǎo)上旋涂聚酰亞胺犧牲層，并固化；

6、s4、在聚酰亞胺犧牲層上沉積sio2薄膜；

7、s5、以圖形化的sio2薄膜作為硬掩膜刻蝕觸點凹窩；刻蝕氣體為o2和cf4的混合氣體；

8、s6、以厚光刻膠作為掩膜刻蝕錨點通孔；

9、s7、去除sio2薄膜和厚光刻膠；

10、s8、在圖形化聚酰亞胺犧牲層上電鍍金屬懸臂梁；

11、s9、去除聚酰亞胺犧牲層。

12、進一步的，s3中，所述聚酰亞胺犧牲層的旋涂參數(shù)包括：先以400～600r/min的轉(zhuǎn)速旋涂8～10s，然后以1500～2500r/min的轉(zhuǎn)速旋涂40～50s；

13、旋涂完成后，120±10℃保持160～200s完成預(yù)固化，然后在氮氣氣氛中，以室溫為初始溫度，以5±1℃/min的升溫速率，升至320±10℃并保持1～2h，完成固化。

14、優(yōu)選地，旋涂完成后保持硅片水平，在溫度為120℃的熱板上軟烘180秒，完成預(yù)固化；最后使用烘箱在氮氣氣氛中對聚酰亞胺進行完全固化，使聚合物完全脫除溶劑，初始溫度設(shè)置為室溫，升溫速率約5℃/min，最終固化溫度設(shè)置為320℃并在此溫度下保持1小時。

15、進一步的，所述觸點凹窩使用icp干法刻蝕得到，刻蝕氣體為o2和cf4的混合氣體，o2和cf4的流量體積比為(3～5)：1。優(yōu)選地，刻蝕條件為：o2流量為80～100sccm，cf4流量為20～25sccm，icp的功率為250w，rf功率20w，壓強為8～10mtorr。研究表明，使用o2和cf4混合氣體對觸點凹窩進行刻蝕，在保證刻蝕速率的情況下，有助于提高觸點凹窩的形貌，減少單獨采用o2的橫向鉆蝕現(xiàn)象，提高側(cè)壁輪廓的垂直度。

16、進一步的，所述sio2薄膜通過等離子增強化學氣相沉積法得到，厚度為300～400nm；所述圖形化的sio2薄膜是通過az6130光刻膠將刻蝕圖形轉(zhuǎn)移到sio2薄膜上。

17、進一步的，所述錨點通孔使用icp干法刻蝕得到，刻蝕氣體為o2和cf4的混合氣體，刻蝕條件為：o2流量為80～100sccm，cf4流量為20～25sccm，icp的功率為250w，rf功率20w，壓強為8～10mtorr；所述厚光刻膠的型號為az4620，厚度為8～9μm。

18、進一步的，所述sio2薄膜使用icp干法刻蝕去除，刻蝕氣體為chf3；所述聚酰亞胺犧牲層通過等離子體去膠機去除，去除條件為：功率250～300w，o2流量300sccm，釋放過程分多次進行，單次釋放時長不超過2min且每次釋放后需暫停一段時間，例如1～5min，總釋放時長為10～15min。

19、進一步的，所述聚酰亞胺犧牲層的厚度為1.5～3.5μm，優(yōu)選為2～2.5μm；所述觸點凹窩的刻蝕深度為400～500nm。

20、進一步的，通過磁控濺射工藝在所述絕緣隔離層上上沉積厚度為150～200nm的金，然后通過剝離工藝實現(xiàn)圖形化，制備金屬共面波導(dǎo)；通過光刻及剝離工藝制備驅(qū)動電極；所述開關(guān)驅(qū)動電極的材料為ito，厚度為150～200nm。

21、進一步的，先通過磁控濺射工藝在圖形化聚酰亞胺犧牲層上沉積厚度為50～100nm的金種子層，通過光刻工藝定義金屬懸臂梁區(qū)域，然后通過電鍍工藝制備金屬懸臂梁，所述金屬懸臂梁的厚度為2.5～3μm。

22、進一步的，所述襯底為高阻硅襯底，電阻率為10～15kω·cm?kω·cm，厚度為300～500μm；所述絕緣隔離層的材料為氮化硅，厚度為300～500nm。

23、本發(fā)明的有益效果如下：

24、1、本發(fā)明提供的基于聚酰亞胺犧牲層的rf?mems開關(guān)的制備方法，通過使用sio2硬掩膜，解決了厚膠光刻線寬偏差較大的問題，實現(xiàn)精確的小尺寸圖形轉(zhuǎn)移；同時考慮了光刻膠掩膜易于去除的優(yōu)點，以光刻膠為掩膜刻蝕錨點通孔，對犧牲層圖形化工藝盡可能進行了簡化。

25、2、本發(fā)明使用o2和cf4混合氣體對觸點凹窩進行刻蝕，最終可以得到具有高平整度和良好觸點凹窩形貌的高質(zhì)量聚酰亞胺犧牲層，進而提升rf?mems開關(guān)的可靠性和壽命。

26、3、本發(fā)明通過對聚酰亞胺犧牲層的旋涂和固化過程的優(yōu)化，提高其平整度，進而有助于提高觸點凹窩形貌和金屬懸臂梁的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)特征：

1.一種基于聚酰亞胺犧牲層的rf?mems開關(guān)的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，s3中，所述聚酰亞胺犧牲層的旋涂參數(shù)包括：先以400～600r/min的轉(zhuǎn)速旋涂8～10s，然后以1500～2500r/min的轉(zhuǎn)速旋涂40～50s；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述觸點凹窩使用icp干法刻蝕得到，刻蝕條件為：o2流量為80～100sccm，cf4流量為20～25sccm，icp的功率為250w，rf功率20w，壓強為8～10mtorr。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述sio2薄膜通過等離子增強化學氣相沉積法得到，厚度為300～400nm；

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述錨點通孔使用icp干法刻蝕得到，刻蝕氣體為o2和cf4的混合氣體，刻蝕條件為：o2流量為80～100sccm，cf4流量為20～25sccm，icp的功率為250w，rf功率20w，壓強為8～10mtorr；

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述sio2薄膜使用icp干法刻蝕去除，刻蝕氣體為chf3；

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述聚酰亞胺犧牲層的厚度為1.5～3.5μm；

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，通過磁控濺射工藝在所述絕緣隔離層上上沉積厚度為150～200nm的金，然后通過剝離工藝實現(xiàn)圖形化，制備金屬共面波導(dǎo)；通過光刻及剝離工藝制備驅(qū)動電極；

9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，先通過磁控濺射工藝在圖形化聚酰亞胺犧牲層上沉積厚度為50～100nm的金種子層，通過光刻工藝定義金屬懸臂梁區(qū)域，然后通過電鍍工藝制備金屬懸臂梁，所述金屬懸臂梁的厚度為2.5～3μm。

10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述襯底為高阻硅襯底，電阻率為10～15kω·cm，厚度為300～500μm；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于聚酰亞胺犧牲層的RF?MEMS開關(guān)的制備方法，S1、在襯底上制備隔離層；S2、在絕緣隔離層上制備金屬共面波導(dǎo)以及開關(guān)驅(qū)動電極；S3、在金屬共面波導(dǎo)上旋涂聚酰亞胺犧牲層，并固化；S4、在聚酰亞胺犧牲層上沉積SiO<subgt;2</subgt;薄膜；S5、以圖形化的SiO<subgt;2</subgt;薄膜作為硬掩膜刻蝕觸點凹窩；S6、以厚光刻膠作為掩膜刻蝕錨點通孔；S7、去除SiO<subgt;2</subgt;薄膜和厚光刻膠；S8、在圖形化聚酰亞胺犧牲層上電鍍金屬懸臂梁；S9、去除聚酰亞胺犧牲層。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)精確的小尺寸圖形轉(zhuǎn)移，得到具有高平整度和良好觸點凹窩形貌的高質(zhì)量聚酰亞胺犧牲層，進而提升RF?MEMS開關(guān)的可靠性和壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：侯中軒,魏同波,寧瑾,司朝偉,韓國威,趙永梅,王曉東,楊富華
受保護的技術(shù)使用者：中國科學院半導(dǎo)體研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/28