專利名稱：硅基微機械微波/射頻開關(guān)芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅基微機械微波/射頻開關(guān)的制備方法，屬微機械器件制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微波/射頻微機械開關(guān)在無線移動通訊，藍牙技術(shù)等許多方面有廣泛的運用前景，是當代微電子機械系統(tǒng)(MEMS)研究的主要方向之一。微機械微波/射頻開關(guān)是現(xiàn)代無線通訊系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，可方便地實現(xiàn)各路信號的切換。微機械微波/射頻開關(guān)有兩種形式直接接觸式和電容耦合式。本發(fā)明涉及的是直接接觸式微機械開關(guān)的制備方法。迄今為止，有關(guān)硅基微機械微波/射頻開關(guān)的研制報道還不多。日本NTT Telecommunication Energy實驗室的Akihiko Hirata等人2000年報道了一種硅基接觸式微機械開關(guān)，但該開關(guān)不在微波/射頻段工作。美國Michigan大學的Dimitrios Peroulis等在2002年報道了一種硅基微機械接觸式開關(guān)，開關(guān)設(shè)計了一個靠自身應(yīng)力實現(xiàn)接觸的彈性膜。由于應(yīng)力控制對膜制作工藝要求極為嚴格，制備工藝非常復雜，開關(guān)的射頻性能也不理想。在2千兆赫時的隔離度為28分貝，到20千兆赫時的隔離度只有10分貝。

發(fā)明內(nèi)容
盡管硅材料的價格遠比砷化鎵(GaAs)材料低，相應(yīng)的加工工藝也遠比砷化鎵(GaAs)工藝成熟，且硅基微機械射頻開關(guān)還可和其他電路集成。但要提高硅基微機械微波/射頻開關(guān)的隔離度，提高開關(guān)的射頻性能卻仍有很大困難。本發(fā)明旨在提供一種硅基微機械微波/射頻開關(guān)芯片的制備方法，確切說，提供一種高隔離度對稱式硅基微機械微波/射頻開關(guān)芯片的制備方法。該方法制備的硅基微機械微波/射頻開關(guān)芯片有隔離度高，生產(chǎn)成本低，工藝成熟的優(yōu)點。
本發(fā)明的技術(shù)方案的特征在于，包括芯片制備的十八個工藝步驟硅片準備和第一次氧化；光刻并腐蝕二氧化硅層、制備初步的二氧化硅橋墩16；硅片第二次氧化；再次光刻并腐蝕二氧化硅層，形成二氧化硅橋墩16；制備鉻-金雙金屬層18；光刻并腐蝕鉻-金雙金屬層18，形成傳輸線10、1、8、7；制備聚酰亞胺犧牲層19；光刻并腐蝕聚酰亞胺犧牲層19；亞胺化；正膠光刻接觸層20的圖形；蒸發(fā)鉻-金雙金屬層21；形成接觸層2；制備氮化硅懸臂梁薄膜22；制備并腐蝕氮化硅的鋁保護層23；形成懸臂梁3；制備上電極金屬層24；形成上電極12、4；形成懸臂梁3的空間結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。一種硅基微機械微波/射頻開關(guān)芯片的制備方法，其特征在于，操作步驟第一步 硅片準備和第一次氧化選用高阻硅做襯底，襯底的厚度和電阻率分別為350微米和3000歐姆/厘米，先采用標準工藝把硅襯底清洗并烘干，然后采用交替式熱氧化的方法，即先在1180℃的氧化爐中通入干氧10分鐘，再通入濕氧3小時，最后再次通入干氧10分鐘，在硅片表面生成1.7微米左右的二氧化硅層；第二步 光刻并腐蝕二氧化硅層、制備初步的二氧化硅橋墩16用負膠光刻，在橋墩16的位置形成保護，用HF酸腐蝕二氧化硅層，制備初步的二氧化硅橋墩16；第三步 硅片第二次氧化再次采用交替式熱氧化的方法，對硅片進行第二次氧化；第四步再次光刻并腐蝕二氧化硅層，形成二氧化硅橋墩16將負膠按第二步采用的掩膜版光刻，用HF酸腐蝕而二氧化硅層，形成加高的二氧化硅橋墩16，橋墩16的高度為2.6～2.8微米，二氧化硅橋墩16的外框長度、寬度和線條寬度分別為820微米、500微米和40微米；第五步 制備鉻-金雙金屬層18用真空蒸發(fā)技術(shù)制備鉻-金雙金屬層18，先在硅片上蒸發(fā)鉻層，再在鉻層上蒸發(fā)金層，鉻層厚度為200，金層厚度為2000，采用負膠光刻出傳輸線10、1、8、7的圖形；第六步光刻并腐蝕鉻-金雙金屬層18，形成傳輸線10、1、8、7用KI溶液腐蝕鉻-金雙金屬層18，制備傳輸線10、1、8、7，傳輸線10和7的長度和寬度分別為190微米和41微米，傳輸線1和8的總長度和寬度分別為170微米和30微米，傳輸線1與8之間的間隔為16微米；第七步 制備聚酰亞胺犧牲層19在第六步制得的硅片上，涂一層聚酰亞胺犧牲層19，該層的厚度約3微米；第八步 光刻并腐蝕聚酰亞胺犧牲層19光刻出用于支撐懸臂梁3的部分，用氫氧化鈉溶液腐蝕，去除聚酰亞胺犧牲層19的其余部分；
第九步 亞胺化在氮氣條件下，將聚酰亞胺犧牲層19加溫至300℃，恒溫1小時，自然冷卻，使聚酰亞胺犧牲層19固化，利于后續(xù)工藝圖形完整；第十步 正膠光刻接觸層20的圖形用正膠光刻形成接觸層20的圖形；第十一步 蒸發(fā)金-鉻雙金屬層21在光刻好的圖形上，用真空蒸發(fā)技術(shù)蒸發(fā)鉻-金雙金屬層21，其中金層厚度為200納米，鉻層厚度為15納米；第十二步 形成接觸層2用丙酮溶液去除第十步形成的光刻膠和光刻膠上的鉻-金雙金屬層21，形成接觸層2；第十三步 制備懸臂梁氮化硅薄膜22采用用等離子增強化學氣相淀積(PECVD)的方法淀積懸臂梁氮化硅薄膜22，厚度為2900～3100；第十四步 制備并腐蝕氮化硅的鋁保護層23蒸發(fā)鋁保護層23，厚度約為5000，然后光刻需保護的懸臂梁圖形3，其余部分的鋁用磷酸腐蝕去除；第十五步 形成懸臂梁3以六氟化硫為氣源，用等離子體刻蝕氮化硅，形成懸臂梁3，然后去膠，腐蝕剩余的鋁保護層23，形成的懸臂梁3的長度和寬度分別為370微米和80微米；第十六步 制備上電極金屬層24用真空蒸發(fā)技術(shù)蒸鋁膜，作上電極金屬層24，鋁膜的厚度為5000-8000，光刻上電極12、4的圖形；第十七步 形成上電極12，4用磷酸腐蝕鋁膜，即上電極金屬層24，形成上電極12、4；第十八步 形成懸臂梁3的空間結(jié)構(gòu)用氧等離子體刻蝕，去除聚酰亞胺犧牲層19，形成空氣隙，時間為45分鐘-1.5小時，最后得到完整的硅基微機械微波/射頻開關(guān)芯片。
整個工藝制備過程示于圖1-18。
本發(fā)明有以下突出優(yōu)點1.采用硅工藝，工藝成熟。
2.成本低，適于批量生產(chǎn)。
3.制得器件的隔離度等開關(guān)的射頻性能可以與GaAs工藝制備的器件相比，而制備成本遠低于后者。


圖1是硅片第一次氧化的示意圖。
圖2是光刻和腐蝕后形成初步的二氧化硅橋墩16的示意圖。
圖3是硅片第二次氧化后的示意圖。
圖4是最終形成的二氧化硅橋墩16的示意圖。
圖5是制備鉻-金雙金屬層18后的示意圖。
圖6是鉻-金雙金屬層18腐蝕后形成的傳輸線10、1、8、7的示意圖。
圖7是制備聚酰亞胺犧牲層19后的示意圖。
圖8是光刻并腐蝕聚酰亞胺犧牲層19后的示意圖。
圖9是亞胺化后的示意圖。
圖10是正膠光刻接觸層20的圖形。
圖11是蒸發(fā)鉻-金雙金屬層21后的示意圖。
圖12是形成接觸層2后的示意圖。
圖13是制備懸臂梁薄膜22的示意圖。
圖14是制備刻蝕氮化硅的鋁保護層23的示意圖。
圖15形成懸臂梁3的示意圖。
圖16是制備上電極金屬層24的示意圖。
圖17是形成上電極12、4的示意圖。
圖18是聚酰亞胺犧牲層19去除后形成懸臂梁3的空間結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖19是本發(fā)明方法制備的硅基微機械微波/射頻開關(guān)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1是傳輸線，作中間斷開的共平面波導信號線，2是接觸層，位于懸臂梁3下方，3是懸臂梁，4是上電極，位于懸臂梁3上方，5是上電極4、12的環(huán)形部分，它依附在橋墩16的頂部，6是信號輸入端，7是傳輸線，作共平面波導一邊的地線，8是傳輸線，作中間斷開的另一面的共平面波導信號線，9是信號輸入端，10是傳輸線，作共平面波導另一邊的地線，11是信號輸入端，12是上電極，位于懸臂梁3上方的另一邊，13是信號輸出端，14是信號輸出端，15是信號輸出端。
圖20是本發(fā)明方法制備的硅基微機械微波/射頻開關(guān)芯片的剖面示意圖，其中，16是二氧化硅橋墩，17是高阻硅襯底。
具體實施例方式
在上述發(fā)明內(nèi)容中，已對本發(fā)明的技術(shù)方案詳加說明，該方案就是本發(fā)明的具體實施方式
，這里就不再重復。本發(fā)明特別適合于用來制備硅基微機械微波/射頻開關(guān)芯片。硅基微波/射頻微機械開關(guān)在無線移動通訊，藍牙技術(shù)等許多方面有廣泛的應(yīng)用前景，是當代微電子機械系統(tǒng)(MEMS)研究的主要方向之一。微機械微波/射頻開關(guān)是現(xiàn)代無線通訊系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，可方便地實現(xiàn)各路信號的切換。
權(quán)利要求
1.一種硅基微機械微波/射頻開關(guān)芯片的制備方法，其特征在于，操作步驟第一步硅片準備和第一次氧化選用高阻硅做襯底，襯底的厚度和電阻率分別為350微米和3000歐姆/厘米，先采用標準工藝把硅襯底清洗并烘干，然后采用交替式熱氧化的方法，即先在1180℃的氧化爐中通入干氧10分鐘，再通入濕氧3小時，最后再次通入干氧10分鐘，在硅片表面生成1.7微米左右的二氧化硅；第二步光刻并腐蝕二氧化硅層、制備初步的二氧化硅橋墩16用負膠光刻，在橋墩16的位置形成保護，用HF酸腐蝕二氧化硅層，制備初步的二氧化硅橋墩16；第三步硅片第二次氧化再次采用交替式熱氧化的方法，對硅片進行第二次氧化；第四步再次光刻并腐蝕二氧化硅層，形成二氧化硅橋墩16將負膠按第二步采用的掩膜版光刻，用HF酸腐蝕而二氧化硅層，形成加高的二氧化硅橋墩16，橋墩16的高度為2.6～2.8微米，二氧化硅橋墩16的外框長度、寬度和線條寬度分別為820微米、500微米和40微米；第五步制備鉻-金雙金屬層18用真空蒸發(fā)技術(shù)制備鉻-金雙金屬層18，先在硅片上蒸發(fā)鉻層，再在鉻層上蒸發(fā)金層，鉻層厚度為200，金層厚度為2000，采用負膠光刻出傳輸線10、1、8、7的圖形；第六步光刻并腐蝕鉻-金雙金屬層18，形成傳輸線10、1、8、7用KI溶液腐蝕鉻-金雙金屬層18，制備傳輸線10、1、8、7，傳輸線10和7的長度和寬度分別為190微米和41微米，傳輸線1和8的總長度和寬度分別為170微米和30微米，傳輸線1與8之間的間隔為16微米；第七步制備聚酰亞胺犧牲層19在第六步制得的硅片上，涂一層聚酰亞胺犧牲層19，該層的厚度約3微米；第八步光刻并腐蝕聚酰亞胺犧牲層19光刻出用于支撐懸臂梁3的部分，用氫氧化鈉溶液腐蝕，去除聚酰亞胺犧牲層19的其余部分；第九步亞胺化在氮氣條件下，將聚酰亞胺犧牲層19加溫至300℃，恒溫1小時，自然冷卻，使聚酰亞胺犧牲層19固化，利于后續(xù)工藝圖形完整；第十步正膠光刻接觸層20的圖形用正膠光刻形成接觸層20的圖形；第十一步蒸發(fā)金-鉻雙金屬層21在光刻好的圖形上，用真空蒸發(fā)技術(shù)蒸發(fā)鉻-金雙金屬層21，其中金層厚度為200納米，鉻層厚度為15納米；第十二步形成接觸層2用丙酮溶液去除第十步形成的光刻膠和光刻膠上的鉻-金雙金屬層21，形成接觸層2；第十三步制備懸臂梁氮化硅薄膜22采用用等離子增強化學氣相淀積(PECVD)的方法淀積懸臂梁氮化硅薄膜22，厚度為2900～3100；第十四步制備并腐蝕氮化硅的鋁保護層23蒸發(fā)鋁保護層23，厚度約為5000，然后光刻需保護的懸臂梁圖形3，其余部分的鋁用磷酸腐蝕去除；第十五步形成懸臂梁3以六氟化硫為氣源，用等離子體刻蝕氮化硅，形成懸臂梁3，然后去膠，腐蝕剩余的鋁保護層23，形成的懸臂梁3的長度和寬度分別為370微米和80微米；第十六步制備上電極金屬層24用真空蒸發(fā)技術(shù)蒸鋁膜，作上電極金屬層24，鋁膜的厚度為5000-8000，光刻上電極12、4的圖形；第十七步形成上電極12，4用磷酸腐蝕鋁膜，即上電極金屬層24，形成上電極12、4；第十八步形成懸臂梁3的空間結(jié)構(gòu)用氧等離子體刻蝕，去除聚酰亞胺犧牲層19，形成空氣隙，時間為45分鐘-1.5小時，最后得到完整的硅基微機械微波/射頻開關(guān)芯片。
全文摘要
一種硅基微機械微波/射頻開關(guān)的制備方法，包括硅片準備和第一次氧化；光刻并腐蝕二氧化硅層、制備初步的二氧化硅橋墩16；硅片第二次氧化；再次光刻并腐蝕二氧化硅層，形成二氧化硅橋墩16；制備鉻－金雙金屬層18；光刻并腐蝕鉻－金雙金屬層18，形成傳輸線10、1、8、7；制備聚酰亞胺犧牲層19；光刻并腐蝕聚酰亞胺犧牲層19；亞胺化；正膠光刻接觸層20的圖形；蒸發(fā)鉻－金雙金屬層21；形成接觸層2；制備氮化硅懸臂梁薄膜22；制備并腐蝕氮化硅的鋁保護層23；形成懸臂梁3；制備上電極金屬層24；形成上電極12、4；形成懸臂梁3的空間結(jié)構(gòu)十八個工藝步驟。有工藝成熟，成本低等優(yōu)點。硅基微機械微波/射頻開關(guān)是現(xiàn)代無線通訊系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件。
文檔編號H01P1/10GK1525527SQ0315100
公開日2004年9月1日 申請日期2003年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者茅惠兵, 賴宗聲, 朱自強, 忻佩勝, 胡梅麗 申請人:華東師范大學