[发明专利]射频微机械串联接触式开关的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件及集成电路制作技术领域，特别涉及射频微机械串联接触式开关的制作方法，旨在改善开关的机械可靠性，提高开关的使用寿命。

背景技术

上世纪九十年代以来，无线通讯系统的集成度不断提高，利用硅工艺制作单片射频集成电路(RFIC)，成为目前的研究热点。集成电路广泛采用CMOS工艺，而传统的无源元件，多为分立器件，无法与IC集成。微机械(MEMS)技术大部分与CMOS工艺兼容，能够实现无源器件小型化和集成化的目的，可望为硅RFIC提供了新的解决方案。开关是重要的一类无源器件，在雷达系统(5-94GHz)、卫星通信系统(12-35GHz)、无线通信系统(0.8-6GHz)和测量仪器系统(0.01-50GHz)中都有重要的应用。因此，用微机械技术制作开关具有重要的研究意义。微机械开关分为多种不同类型，其中，串联接触式微机械开关，由于其在低频宽带范围内的良好性能，具有广阔的应用前景。人们常采用静电驱动的两端支撑桥作为开关的功能部件，并用导电金属或者绝缘介质作为桥膜的材料。然而，采用金属桥材料，为了隔离微波信号和控制信号，需要额外的高阻偏置线与电极串联，这增加了制作工艺的复杂性。采用介质桥材料，可以自然隔离微波信号和控制信号，但是需要关注介质桥的机械可靠性。

介质桥的机械失效主要发生在应力集中区，应力集中区主要是在制作过程中产生。制作介质桥串联接触式开关，特别是介质桥以及附带的电极、接触金属的常见方法如图1所示：

(1)以硅片为衬底，并进行清洗；在硅片正面，通过溅射、电镀、淀积、光刻、刻蚀等表面微机械工艺形成共面波导地线、带凸点的共面波导信号、和表面覆盖绝缘介质层的下电极。

(2)在上述绝缘介质层上旋涂并固化牺牲层1后，真空溅射一层金属2，如图1(a)所示。

(3)在金属层2上以光刻胶作为掩膜，图形化该金属层，形成中间的接触金属21和两侧的上电极22，如图1(b)所示。

(4)再在上述图形化该金属层上淀积介质层，并刻蚀成桥膜的形状，形成开关介质桥3，如图1(c)所示。

(5)最后干法释放牺牲层，得到悬浮的开关介质桥结构，如图1(d)所示。

由于微机械技术采用的是表面加工工艺，上层膜随下面拓朴形状的变化而变化，因此，介质桥在下层金属层不连续区域处淀积时，会形成起伏，并造成应力集中。制作得到的开关容易在该处发生机械断裂而失效。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术之不足，提出一种射频微机械串联接触式开关的制作方法，旨在避免桥膜应力集中区的形成，提高开关的机械可靠性，增加制作成品率，改善开关的工作寿命。

本发明的射频微机械串联接触式开关的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以硅片为衬底，并进行清洗；在硅片正面，通过溅射、电镀、淀积、光刻、刻蚀等表面微机械工艺形成共面波导地线、带凸点的共面波导信号、和表面覆盖绝缘介质层的下电极；

(2)在上述绝缘介质层上面旋涂并固化牺牲层后，真空溅射一层金属；

(3)直接在金属层上淀积一层介质层，然后图形化介质层和金属层，形成带系列小孔的开关桥膜；

(4)在上述图形上旋涂光刻胶4并进行光刻，然后在光刻胶的保护下，用刻金属溶液通过小孔对金属层进行侧向钻蚀，形成中间的接触金属和两侧的上电极，；

(5)最后干法释放牺牲层，得到悬浮的开关介质桥结构。

上述第(1)步的具体步骤可为：

(11)备片、清洗、氧化：以厚度为400-600μm、单面抛光的高阻硅片作为衬底，采用硫酸+双氧水煮沸的方法进行清洗后，用去离子水漂洗并烘干，再将硅片放入氧化炉中，在1000-1100°C下与纯氧化反应，在硅片抛光面生成600-1000nm厚的氧化层(SiO₂)；

(12)第一次光刻、形成凸点：对生成的SiO₂层进行光刻，暴露出需要刻蚀的区域，用缓冲氢氟酸溶液进行刻蚀并控制时间，形成200-400nm左右高的凸点形状，并保留剩余的SiO₂作为阻挡层，然后去除光刻胶；

(13)溅射铜(Cu)种籽层：在SiO₂层上面溅射200-400nm厚的Cu作为种籽层；

(14)第二次光刻、电镀Cu：用光刻厚胶在Cu种籽层上方形成电镀模具，并在酸性硫酸铜溶液中电镀，形成约1.5-3μm厚的Cu层图形；

(15)溅射金(Au)层：在上述图形上面溅射200-400nm厚的Au层，作为开关的接触材料。