专利名称：一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的制作方法
技术领域：
本发明属于微型电子元件领域，特别涉及一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关。
背景技术：
在文献“Z.Jamie Yao，Shea Chen.”Micromachined Low-Loss MicrowaveSwitches”，IEEE JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEM，VOL 8，No.2，JUNE，1999”中实现了一种电容式微机械开关开关的下电极固定，上电极为可动薄膜，悬于中部的绝缘介质层之上，上电极的两端分别与两个金属支柱连接。在制作工艺上，需要通过先溅射再刻蚀的方法来制作金属支柱，并且牺牲层的高度与金属支柱的高度无法保证完全相同，因此制作的开关可靠性不高，寿命有限。又在文献“Jae Y.Park，Geun H.Kim，”ELECTROPLATED RF MEMS CAPACITIVESWITCHES”，Micro Electro Mechanical Systems，2000.MEMS 2000.TheThirteenth Annual International Conference”中报道，用光刻胶做牺牲层兼模具，通过电镀的方法来制作金属支柱，能够较好的使牺牲层高度与金属支柱高度一致，开关性能良好，缺点是工艺复杂，工艺兼容性不好。
发明内容
本发明的目的是提供一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关。其特征在于所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的结构是在衬底1上氧化层2上面固定作为微机械开关下极板4金属层，上极板6的支撑梁在上下极板之间，上极板6的两端；过压保护的氮化硅层3仅覆盖下极板4部分。
所述微机械开关的金属支撑梁是用牺牲层材料层5做成的。
所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的制作工艺过程为利用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关制作工艺流程如下1.备片、清洗，采用高阻n型或p型硅作衬底1；2.热氧化，生成氧化层2；
3.溅射下极板金属层作为微机械开关下极板4；4.光刻下极板金属层，形成微机械开关下极板4图形和信号传输线；5.PECVD氮化硅层3，作为过压保护结构；6.光刻氮化硅层3，使氮化硅层3仅覆盖下极板4部分；7.涂高分子有机聚合物聚酰亚胺层，作为牺牲层5；8.光刻牺牲层5，形成用来连接上极板6和下极板4的金属连接孔图形；9.溅射上极板6金属层作为微机械开关上极板6；10.光刻上极板金属6，形成释放牺牲层5的开孔图形；11.在氧气PLASMA环境中通过控制反应时间，不完全释放牺牲层，形成微机械开关的悬浮结构；同时残留的牺牲层5作为上极板6金属层的支撑梁；12.合金退火400～450℃，使微机械开关各部分金属连接接触良好。
所述下极板金属层材料为金、铝、铜或铂。
所述上极板金属层材料为金、铝或铜。
本发明的有益效果通过上述由牺牲层材料代替传统金属支撑梁的结构，省去了传统微机械开关制作过程中所需的形成金属支撑梁的工艺，简化了工艺流程。同时，该结构避免了传统微机械开关由于金属支撑梁的存在而导致的上层金属极板和金属支撑梁之间有较大的梯度，从而解决了上层金属极板和金属支撑梁之间容易断裂的问题，提高了结构的稳定性和可靠性。该开关的机械性能(如使用寿命)优于传统金属支撑梁结构的开关；其他电学性能(如插入损耗、隔离度)在相同的工艺参数条件下和传统金属支撑梁结构的开关基本相同。
图1为用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关结构示意图。
具体实施例方式
本发明为一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关。其微机械开关的结构是在衬底1上的氧化层2上面固定作为微机械开关下极板4金属层，上极板6的支撑梁在上下极板之间，上极板6的两端，用牺牲层材料层5做成。过压保护的氮化硅层3仅覆盖下极板4部分。
用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关制作工艺流程如下1.备片、清洗，采用高阻n型或p型硅作衬底1；2.热氧化，生成氧化层2；3.溅射下极板金属层(金、铝、铜或铂)作为微机械开关下极板4；4.光刻下极板金属层，形成微机械开关下极板4图形和信号传输线；5.PECVD氮化硅层3，作为过压保护结构；6.光刻氮化硅层3，使氮化硅层3仅覆盖下极板4部分；7.涂高分子有机聚合物聚酰亚胺层，作为牺牲层5；8.光刻牺牲层5，形成用来连接上极板6和下极板4的金属连接孔图形；9.溅射上极板6金属层(金、铝或铜)作为微机械开关上极板6；10.光刻上极板金属6，形成释放牺牲层5的开孔图形；11.在氧气PLASMA环境中控制反应时间，使牺牲层不完全释放，形成微机械开关的悬浮结构；同时残留的牺牲层5作为上极板6金属层的支撑梁；12.合金退火400～450℃，使微机械开关各部分金属连接接触良好。
权利要求
1.一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关，其特征在于所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的结构是在衬底1上氧化层2上面固定作为微机械开关下极板4金属层，上极板6的支撑梁在上下极板之间，上极板6的两端；过压保护的氮化硅层3仅覆盖下极板4部分。
2.根据权利要求1所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关，其特征在于所述微机械开关的金属支撑梁是用牺牲层材料层5做成的。
3.用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的制作工艺，其特征在于所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的制作工艺过程为1).备片、清洗，采用高阻n型或p型硅作衬底1；2).热氧化，生成氧化层2；3).溅射下极板金属层作为微机械开关下极板4；4).光刻下极板金属层，形成微机械开关下极板4图形和信号传输线；5).PECVD氮化硅层3，作为过压保护结构；6).光刻氮化硅层3，使氮化硅层3仅覆盖下极板4部分；7).涂高分子有机聚合物聚酰亚胺层，作为牺牲层5；8).光刻牺牲层5，形成用来连接上极板6和下极板4的金属连接孔图形；9).溅射上极板6金属层作为微机械开关上极板6；10).光刻上极板金属6，形成释放牺牲层5的开孔图形；11).在氧气PLASMA环境中通过控制反应时间，不完全释放牺牲层，形成微机械开关的悬浮结构；同时残留的牺牲层5作为上极板6金属层的支撑梁；12).合金退火400～450℃，使微机械开关各部分金属连接接触良好。
4.根据权利要求3所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的制作工艺，其特征在于所述下极板金属层材料为金、铝、铜或铂。
5.根据权利要求3所述用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关的制作工艺，其特征在于所述上极板金属层材料为金、铝或铜。
全文摘要
本发明公开了属于微型电子元件领域的一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关。其结构是在衬底的氧化层上面固定下极板、上极板和支撑梁，支撑梁在上下极板之间，上极板的两端，用牺牲层材料层做成。省去了传统微机械开关制作过程中所需的形成金属支撑梁的工艺，简化了工艺流程。同时解决了上层金属极板和金属支撑梁之间容易断裂的问题，提高了结构的稳定性和可靠性。该开关的使用寿命优于传统金属支撑梁结构的开关。
文档编号H01H49/00GK1558437SQ200410000698
公开日2004年12月29日 申请日期2004年1月16日 优先权日2004年1月16日
发明者刘泽文, 雷啸锋, 刘理天, 李志坚 申请人:清华大学