專利名稱：微電子機(jī)械二選一微波開(kāi)關(guān)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了基于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的二選一微波開(kāi)關(guān)，屬 于微電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)范圍。
背景技術(shù)：
二選一微波開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于T/R組件中的信號(hào)路由、相控陣天線中的開(kāi)關(guān) 線型移相器和寬帶調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)中。通常的做法是將PIN 二極管和MESFET管等固 態(tài)器件集成于二選一微波開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)中來(lái)實(shí)現(xiàn)二選一微波功能。本發(fā)明提出利用 射頻微機(jī)械開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)一種新的MEMS 二選一微波開(kāi)關(guān)，它既具有射頻微機(jī)械(RF MEMS)開(kāi)關(guān)插入損耗和回波損耗低、隔離度高、能量處理能力大、線性度好、 頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也便于集成制造，降低成本。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種基于MEMS技術(shù)的微電子機(jī)械二選 一微波開(kāi)關(guān)及其制備方法，使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、隔離度高、靜態(tài)功耗低，且便于集 成。
技術(shù)方案本發(fā)明的微電子機(jī)械二選一微波開(kāi)關(guān)通過(guò)制作兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同 的MEMS膜結(jié)構(gòu)，控制其中一個(gè)MEMS膜橋的下拉來(lái)完成交流信號(hào)的選擇，
微機(jī)械二選一開(kāi)關(guān)以砷化鎵為襯底，第一微帶線、第二微帶線、第一錨區(qū)、 第一錨區(qū)、膜橋、電極采用金為材料制備在襯底上，此外還包含覆蓋在第一微帶 線、第二微帶線和電極上的第一氮化硅介質(zhì)層、第二氮化硅介質(zhì)層、第三氮化硅 介質(zhì)層以及在襯底背面生長(zhǎng)的金層；其中，第一微帶線、第二微帶線分別位于電 極的兩側(cè)，而第一錨區(qū)、第二錨區(qū)則分布在開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)；膜橋懸空橫跨在電 極和第一微帶線、第二微帶線上面，并由第一錨區(qū)、第二錨區(qū)進(jìn)行支撐。
該方法具體包括以下步驟
第一步.準(zhǔn)備襯底選用未摻雜的半絕緣砷化鎵作為襯底；
第二步.光刻微帶線傳輸線及電極涂光刻膠并光刻刻蝕出第一微帶線、第 二微帶線、電極、第一錨區(qū)、第二錨區(qū)的形狀；
第三步.生成介質(zhì)保護(hù)層在膜橋的下方，分別在驅(qū)動(dòng)電極和兩側(cè)的微帶線 以及穿越微帶線地線的驅(qū)動(dòng)連接線上用PECVD工藝生長(zhǎng)1000A厚的第一氮化硅介 質(zhì)層、第二氮化硅介質(zhì)層、第三氮化硅介質(zhì)層；
第四步.淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層在GaAs襯底上涂覆2um聚酰亞胺犧 牲層并進(jìn)行光刻；然后光刻犧牲層，僅僅保留膜橋下方以及驅(qū)動(dòng)連接線穿越微帶 線底線部分上方的犧牲層；
第五步.濺射Ti/Au/Ti底金層在聚酰亞胺犧牲層上濺射用于電鍍的底金 (11) Ti/Au/Ti=500/1500/300A;
第六步.光刻并腐蝕Ti/Au/Ti底金層，形成腐蝕孔腐蝕孔的尺寸選擇為 8X8um或者10X10um;
第七步.電鍍金在55°氰基溶液中電鍍金，電鍍金層的厚度為1.4um;
第八步.背面蒸金:在襯底背面蒸發(fā)金屬Au;
第九步.釋放犧牲層:先用丙酮溶液去除殘余的光刻膠，然后用顯影液溶解留
下的聚酰亞胺犧牲層，并用無(wú)水乙醇脫水，形成懸浮的膜橋。
有益效果與傳統(tǒng)的利用PIN 二極管和MESFET管來(lái)實(shí)現(xiàn)的二選一微波相
比，這種新型的基于MEMS技術(shù)的二選一微波開(kāi)關(guān)具有一下優(yōu)點(diǎn)
1、 該結(jié)構(gòu)由MEMS開(kāi)關(guān)與微波傳輸線組成，全部是無(wú)源器件，不消耗 直流功率；
2、 適用于微波頻段，能在寬頻帶保持低的插入損耗，很好的隔離度 和線性度；
由于上述兩點(diǎn)有點(diǎn)都是傳統(tǒng)的二選一微波開(kāi)關(guān)所無(wú)法比擬的，所以基于 MEMS技術(shù)的二選一微波開(kāi)關(guān)具有很好的研究和應(yīng)用價(jià)值。


圖1是二選一微波開(kāi)關(guān)的原理圖2是二選一微波開(kāi)關(guān)的功能示意圖;
圖3是二選一微波開(kāi)關(guān)的俯視圖4是MEMS開(kāi)關(guān)的A—A'面剖視圖； 圖5是二選一微波開(kāi)關(guān)的工藝流程具體實(shí)施方法
如圖l所示微電子機(jī)械結(jié)構(gòu)以砷化鎵為襯底、通過(guò)制作兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同 的MEMS膜結(jié)構(gòu)，控制其中一個(gè)MEMS膜橋的下拉來(lái)完成交流信號(hào)的選擇，
微機(jī)械二選一開(kāi)關(guān)以砷化鎵為襯底l,第一微帶線3、第二微帶線4、第一 錨區(qū)5、第一錨區(qū)6、膜橋17、電極2采用金為材料制備在襯底上，此外還包含 覆蓋在第一微帶線3、第二微帶線4和電極2上的第一氮化硅介質(zhì)層7、第二氮 化硅介質(zhì)層8、第三氮化硅介質(zhì)層9以及在襯底背面生長(zhǎng)的金層18;其中，第一 微帶線3、第二微帶線4分別位于電極2的兩側(cè)，而第一錨區(qū)5、第二錨區(qū)6則 分布在開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)；膜橋17懸空橫跨在電極2和第一微帶線3、第二微帶 線4上面，并由第一錨區(qū)5、第二錨區(qū)6進(jìn)行支撐。
當(dāng)控制信號(hào)L^。,為高電平時(shí)，與外接高電平Vdd相連的位于左側(cè)的開(kāi)關(guān)下
拉，而與外接低電平VM相連的位于右側(cè)的開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi)，開(kāi)關(guān)的電極上的交流 信號(hào)v2通過(guò)膜橋耦合到輸出端口，從而實(shí)現(xiàn)交流信號(hào)的選通；同理，當(dāng)控制信 號(hào)V。。"r"為低電平時(shí)，與外接高電平Vdd相連的位于右側(cè)的開(kāi)關(guān)下來(lái)，與外接低電 平Vss相連的位于左側(cè)開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi),下拉開(kāi)關(guān)上的交流信號(hào)vl被膜橋耦合出來(lái)。 該交流信號(hào)被選通。 工藝步驟如下
(1) 準(zhǔn)備基片；
選用未摻雜的半絕緣砷化鎵襯底，必須用濃鹽酸和氨水分別清洗。
(2) 光刻微帶線、膜橋的橋墩、驅(qū)動(dòng)電極和驅(qū)動(dòng)連接線 在砷化鎵襯底上，先濺射800/300/2200 A的AuGeNi/Au層，然后在超聲
發(fā)生器中剝離該金屬層，最后生成微帶線、膜橋橋墩、驅(qū)動(dòng)電極和驅(qū)動(dòng)連接線 結(jié)構(gòu)。
(3) 生成介質(zhì)保護(hù)層
在開(kāi)關(guān)膜橋的下方，分別在兩側(cè)的微帶線和驅(qū)動(dòng)電極上用PECVD工藝生長(zhǎng) 1000A厚的SiN絕緣層。
(4) 淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層 在GaAs襯底上涂覆2 ti m聚酰亞胺犧牲層并進(jìn)行光刻。聚酰亞胺犧牲層的 厚度決定了開(kāi)關(guān)膜橋和信號(hào)線間的間隙，因此與開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓的大小至為相 關(guān)。可以通過(guò)調(diào)節(jié)甩膠機(jī)的轉(zhuǎn)速和聚酰亞胺溶液的濃度來(lái)改變其厚度。然后光 刻犧牲層，僅僅保留膜橋下方以及驅(qū)動(dòng)連接線穿越微帶線底線部分上方的犧牲 層。
(5) 濺射Ti/Au/Ti底金層 在聚酰亞胺犧牲層上濺射用于電鍍的底金Ti/Au/Ti:500/1500/300A。
(6) 光刻并腐蝕Ti/Au/Ti底金層，形成腐蝕孔。 腐蝕孔的尺寸可以選擇為8X8um或者10X10"m，具體大小可視膜橋的
寬度而定。
(7) 電鍍金
在55°氰基溶液中電鍍金，電鍍金層的厚度為1.4um。
(8) 背面蒸金
在襯底背面蒸發(fā)金屬Au。在該步工藝中必須注意使得金屬均勻，防止過(guò)孔 中出現(xiàn)金屬不連續(xù)。
(9) 釋放犧牲層
先用丙酮溶液去除殘余的光刻膠，然后用顯影液溶解留下的聚酰亞胺犧牲 層，并用無(wú)水乙醇脫水，形成懸浮的第二層金質(zhì)的膜橋結(jié)構(gòu)。 區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)如下-
1、 采用了兩個(gè)完全一樣的MEMS開(kāi)關(guān)組成二選一微波開(kāi)關(guān)；
2、 通過(guò)兩個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)交迭閉合來(lái)選取信號(hào)；
滿足以上兩個(gè)條件的結(jié)構(gòu)即視為本發(fā)明的基于微電子機(jī)械技術(shù)的二選一 微波開(kāi)關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種微電子機(jī)械二選一微波開(kāi)關(guān)，其特征在于，通過(guò)制作兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的MEMS膜結(jié)構(gòu)，控制其中一個(gè)MEMS膜橋的下拉來(lái)完成交流信號(hào)的選擇，微機(jī)械二選一開(kāi)關(guān)以砷化鎵為襯底(1)，第一微帶線(3)、第二微帶線(4)、第一錨區(qū)(5)、第一錨區(qū)(6)、膜橋(17)、電極(2)采用金為材料制備在襯底上，此外還包含覆蓋在第一微帶線(3)、第二微帶線(4)和電極(2)上的第一氮化硅介質(zhì)層(7)、第二氮化硅介質(zhì)層(8)、第三氮化硅介質(zhì)層(9)以及在襯底背面生長(zhǎng)的金層(18)；其中，第一微帶線(3)、第二微帶線(4)分別位于電極(2)的兩側(cè)，而第一錨區(qū)(5)、第二錨區(qū)(6)則分布在開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)；膜橋(17)懸空橫跨在電極(2)和第一微帶線(3)、第二微帶線(4)上面，并由第一錨區(qū)(5)、第二錨區(qū)(6)進(jìn)行支撐。
2. —種如權(quán)利要求l所述的微電子機(jī)械二選一微波開(kāi)關(guān)的制備方法，其特 征在于該方法具體包括以下步驟第一步.準(zhǔn)備襯底選用未摻雜的半絕緣砷化鎵作為襯底(1);第二步.光刻微帶線傳輸線及電極涂光刻膠(11)并光刻刻蝕出第一微帶線(3)、第二微帶線(4)、電極(2)、第一錨區(qū)(5)、第二錨區(qū)(6)的形狀；第三步.生成介質(zhì)保護(hù)層在膜橋的下方，分別在驅(qū)動(dòng)電極和兩側(cè)的微帶線以及穿越微帶線地線的驅(qū)動(dòng)連接線上用PECVD工藝生長(zhǎng)1000A厚的第一氮化硅介 質(zhì)層(7)、第二氮化硅介質(zhì)層(8)、第三氮化硅介質(zhì)層(9);第四步.淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層在GaAs襯底(1)上涂覆2ura聚酰 亞胺犧牲層(10)并進(jìn)行光刻；然后光刻犧牲層，僅僅保留膜橋下方以及驅(qū)動(dòng)連 接線穿越微帶線底線部分上方的犧牲層；第五步.濺射Ti/Au/Ti底金層在聚酰亞胺犧牲層上濺射用于電鍍的底金 (11) Ti/Au/Ti=500/1500/300A;第六步.光刻并腐蝕Ti/Au/Ti底金層，形成腐蝕孔腐蝕孔的尺寸選擇為 8X8um或者10X10um;第七步.電鍍金在55°氰基溶液中電鍍金，電鍍金層的厚度為1.4iira;第八步.背面蒸金:在襯底背面蒸發(fā)金屬Au;第九步.釋放犧牲層:先用丙酮溶液去除殘余的光刻膠，然后用顯影液溶解留 下的聚酰亞胺犧牲層，并用無(wú)水乙醇脫水，形成懸浮的膜橋(17)。
全文摘要
微電子機(jī)械二選一微波開(kāi)關(guān)及其制備方法其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、隔離度高、靜態(tài)功耗低，且便于集成。以砷化鎵為襯底(1)，第一微帶線(3)、第二微帶線(4)、第一錨區(qū)(5)、第一錨區(qū)(6)、膜橋(17)、電極(2)采用金為材料制備在襯底上，此外還包含覆蓋在第一微帶線(3)、第二微帶線(4)和電極(2)上的第一氮化硅介質(zhì)層(7)、第二氮化硅介質(zhì)層(8)、第三氮化硅介質(zhì)層(9)以及在襯底背面生長(zhǎng)的金層(18)；其中，第一微帶線(3)、第二微帶線(4)分別位于電極(2)的兩側(cè)，而第一錨區(qū)(5)、第二錨區(qū)(6)則分布在開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)；膜橋(17)懸空橫跨在電極(2)和第一微帶線(3)、第二微帶線(4)上面，并由第一錨區(qū)(5)、第二錨區(qū)(6)進(jìn)行支撐。
文檔編號(hào)H01P1/10GK101369679SQ20081015645
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者廖小平, 張志強(qiáng), 樂(lè) 楊 申請(qǐng)人:東南大學(xué)