基于微机械通孔的mems数字可调滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及数字可调滤波器，特别是设及微波频段中的MEMS数字可调滤波器。
【背景技术】
[0002] 现代无线通信要求射频前端系统具有多种频带灵活选择的功能，W满足用户对多 频带、多功能、多模式的应用需求，使收发系统适应不同的应用标准。运就需要具有多种不 同频率特性的滤波器组件。通常采用金属腔体，将多个不同工作频段的滤波器通过金属侧 墙隔开，放置在腔体内，利用多个电子开关切换及驱动电路的设计，选择不同滤波器忍片工 作，实现滤波器频率可调。运种传统的开关滤波组件体积大，成本高，不利用系统的进一步 单片集成。
[0003] 滤波器的集成化和小型化、可调谐是国内外技术研究热点之一。目前国外围绕集 成可调谐MEMS滤波器进行了广泛而深入的研究。国际上主要使用YIG(锭铁石恼石）、BST(铁 酸锁领）、肖特基二极管、PIN二极管及MEMS技术进行可调谐滤波器的研究，通过技术对比发 现，MEMS技术在线性度、体积、功耗等方面具有较大的综合性能优势。MEMS技术主要利用小 型化的单片集成MEMS开关，通过MEMS开关网络加载在微带线谐振器终端，通过改变开关网 络的等效电容值，实现滤波器的通带频率可调。
【发明内容】
[0004] 发明目的:本发明的目的是提供一种体积小、成本低、利于系统集成的基于微机械 通孔的MEMS数字可调滤波器。
[000引技术方案:为达到此目的，本发明采用W下技术方案：
[0006] 本发明所述的基于微机械通孔的MEMS数字可调滤波器，包括衬底材料、位于衬底 材料上方的滤波器谐振结构、位于滤波器谐振结构四周的微机械金属化通孔、位于每级谐 振器末端串联的一组MEMS开关、通过MEMS开关加载的电容组合、MEMS开关的偏置网络、空气 桥W及滤波器的输入信号端与输出信号端。
[0007] 进一步，位于滤波器谐振结构四周的微机械金属化通孔利用湿法腐蚀工艺或者干 法刻蚀工艺制作，然后利用电锻工艺实现金属化连接，微机械通孔深度与衬底材料厚度相 同，实现微波接地。
[000引进一步，MEMS开关的个数决定了可调滤波器的工作态数，MEMS开关采用表面牺牲 层工艺和体工艺相兼容的方法，在实现微机械通孔的衬底上完成，使用表面喷胶光刻的方 法避免旋转涂胶中微机械通孔对厚度的影响和临时键合的方法解决圆片真空吸附的问题。
[0009] 进一步，位于每级谐振器末端串联的一组MEMS开关中，每个MEMS开关加载的电容 组合实现数字调谐可变电容，利用可变电容调节谐振器的等效电长度，从而改变滤波器的 工作频率。
[0010] 进一步，所述滤波器的谐振器结构为梳状线、交指型、发夹线或者带状线中的任意 一项。
[0011] 进一步，MEMS开关的偏置网络包括高阻薄膜直流偏置线和直流加载焊盘;所述每 级谐振器末端串联不同工作状态下的一组MEMS开关，不同谐振器上相同工作状态下的MEMS 开关的直流偏置端相互连接，MEMS开关的直流偏置线使用高阻薄膜实现，采用光刻、沉积和 剥离的工艺方法得到相应的高阻线条。
[0012] 有益效果:本发明提出了一种新型基于微机械通孔的MEMS数字可调滤波器，利用 体工艺和表面工艺兼容的MEMS技术实现。利用微机械通孔显著的减小了可调滤波器尺寸， 集成化的MEMS开关可W实现不同的中屯、频率和带宽，降低通信系统的复杂性，提高系统的 集成度，从而进一步降低系统成本。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的滤波器的俯视图；
[0014] 图2为图1中AA'处的剖面图；
[0015] 图3为本发明的滤波器的S参数仿真结果。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的说明。
[0017] 衬底101的材料为高阻娃，在衬底101上生长二氧化娃，厚度为3000 A，光刻并刻 蚀，保留MEMS开关106下电极及直流偏置所在位置的氧化层;瓣射金属T巧日Au，厚度分别为 1000 A和2000 A，并光刻腐蚀出MEMS开关106的下电极的区域及通过MEMS开关106加载的电 容组合107区域。
[0018] 在高阻娃衬底上光刻出高阻薄膜直流偏置线110的图形，高阻薄膜直流偏置线110 的一端与MEMS开关106的下电极相连，瓣射娃化物厚度1㈱始，丙酬超声剥离出高阻薄膜直 流偏置线110的结构，高阻薄膜直流偏置线110的下方为二氧化娃。
[0019] 在高阻娃衬底上PECVD介质层氮化娃，光刻并刻蚀，保留的氮化娃覆盖于高阻薄膜 直流偏置线110上。
[0020] 在高阻娃衬底上瓣射金属种子层，光刻电锻加厚滤波器谐振结构102和直流加载 焊盘108,直流加载焊盘108与高阻薄膜直流偏置线110相连，腐蚀的方法去除种子层。
[0021] 在高阻娃衬底上光刻出微机械通孔105,利用干法刻蚀的工艺刻蚀出微机械通孔 105,在高阻娃衬底的正面、背面及微机械通孔105的侧壁使用物理气相沉积的方法都覆盖 上金属，并通过电锻的方法将金属层加厚至3皿。
[0022] 将含有微机械通孔105的高阻娃衬底的背面临时键合上载体圆片上，使用喷涂的 工艺实现厚度均匀的牺牲层，光刻腐蚀出牺牲层上MEMS开关106的错区和触点。在牺牲层表 面瓣射MEMS开关106结构的种子层，喷胶覆盖高阻娃衬底的表面及微机械通孔105的侧壁， 光刻出MEMS开关106的结构图形，使用电锻的方法实现结构层的加厚，厚度为5um。
[0023] 采用去键合的方法将临时键合的载体圆片和高阻娃衬底分离，湿法腐蚀高阻娃衬 底上MEMS开关106的结构电锻的种子层，去除牺牲层材料，释放MEMS开关106。实现基于微机 械通孔的MEMS数字可调滤波器。
[0024] 本发明的滤波器的S参数仿真结果如图3所示，MEMS数字可调滤波器的可调谐频率 为9.1 IGHz，分别对不同的MEMS开关106施加电压驱动导通，使滤波器状态从000~100变化， 实现频率可调，不考虑MEMS开关106的损耗，滤波器插损小于1.5地。
【主权项】
1. 基于微机械通孔的MEMS数字可调滤波器，其特征在于:包括衬底材料、位于衬底材料 上方的滤波器谐振结构、位于滤波器谐振结构四周的微机械金属化通孔、位于每级谐振器 末端串联的一组MEMS开关、通过MEMS开关加载的电容组合、MEMS开关的偏置网络、空气桥以 及滤波器的输入信号端与输出信号端。2. 根据权利要求1所述的基于微机械通孔的MEMS数字可调滤波器，其特征在于:位于滤 波器谐振结构四周的微机械金属化通孔利用湿法腐蚀工艺或者干法刻蚀工艺制作，然后利 用电镀工艺实现金属化连接，微机械通孔深度与衬底材料厚度相同，实现微波接地。3. 根据权利要求1所述的基于微机械通孔的MEMS数字可调滤波器，其特征在于:MEMS开 关采用表面牺牲层工艺和体工艺相兼容的方法，在实现微机械通孔的衬底上完成，使用表 面喷胶光刻的方法和临时键合的方法。4. 根据权利要求1所述的基于微机械通孔的MEMS数字可调滤波器，其特征在于:位于每 级谐振器末端串联的一组MEMS开关中，每个MEMS开关加载的电容组合实现数字调谐可变电 容，利用可变电容调节谐振器的等效电长度，从而改变滤波器的工作频率。5. 根据权利要求1所述的基于微机械通孔的MEMS数字可调滤波器，其特征在于:所述滤 波器的谐振器结构为梳状线、交指型、发夹线或者带状线中的任意一项。6. 根据权利要求1所述的基于微机械通孔的MEMS数字可调滤波器，其特征在于:MEMS开 关的偏置网络包括高阻薄膜直流偏置线和直流加载焊盘;所述每级谐振器末端串联不同工 作状态下的一组MEMS开关，不同谐振器上相同工作状态下的MEMS开关的直流偏置端相互连 接，MEMS开关的直流偏置线使用高阻薄膜实现，采用光刻、沉积和剥离的工艺方法得到相应 的高阻线条。
【专利摘要】本发明公开了一种基于微机械通孔的MEMS数字可调滤波器，采用容MEMS体工艺和表面牺牲层工艺相兼容的方法制成，包括高阻硅衬底，高阻硅衬底上方设有滤波器的谐振结构，谐振结构四周设有微机械通孔，谐振结构具有输入端和输出端，谐振结构包括多个谐振器，每级谐振器末端串联一组MEMS开关，MEMS开关具有偏置网络和空气桥，MEMS开关加载电容后形成数字调谐可变电容。本发明利用微机械通孔显著减小了滤波器的尺寸，利用MEMS开关实现了不同的中心频率和带宽，降低了通信系统的复杂性，提高了系统的集成度，降低了成本。
【IPC分类】H01P1/20, B81B7/02
【公开号】CN105489981
【申请号】CN201510990489
【发明人】郁元卫, 侯芳, 姜理利, 朱健
【申请人】中国电子科技集团公司第五十五研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月25日