专利名称：微电子机械二选一微波开关及其制备方法
技术领域：
本发明提出了基于微电子机械系统(MEMS)技术的二选一微波开关，属 于微电子机械系统的技术范围。
背景技术：
二选一微波开关广泛应用于T/R组件中的信号路由、相控阵天线中的开关 线型移相器和宽带调谐网络中。通常的做法是将PIN 二极管和MESFET管等固 态器件集成于二选一微波开关网络中来实现二选一微波功能。本发明提出利用 射频微机械开关设计一种新的MEMS 二选一微波开关，它既具有射频微机械(RF MEMS)开关插入损耗和回波损耗低、隔离度高、能量处理能力大、线性度好、 频带宽等优点，同时也便于集成制造，降低成本。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种基于MEMS技术的微电子机械二选 一微波开关及其制备方法，使其结构简单、隔离度高、静态功耗低，且便于集 成。
技术方案本发明的微电子机械二选一微波开关通过制作两个结构相同 的MEMS膜结构，控制其中一个MEMS膜桥的下拉来完成交流信号的选择，
微机械二选一开关以砷化镓为衬底，第一微带线、第二微带线、第一锚区、 第一锚区、膜桥、电极采用金为材料制备在衬底上，此外还包含覆盖在第一微带 线、第二微带线和电极上的第一氮化硅介质层、第二氮化硅介质层、第三氮化硅 介质层以及在衬底背面生长的金层；其中，第一微带线、第二微带线分别位于电 极的两侧，而第一锚区、第二锚区则分布在开关结构的两侧；膜桥悬空横跨在电 极和第一微带线、第二微带线上面，并由第一锚区、第二锚区进行支撑。
该方法具体包括以下步骤
第一步.准备衬底选用未掺杂的半绝缘砷化镓作为衬底；
第二步.光刻微带线传输线及电极涂光刻胶并光刻刻蚀出第一微带线、第 二微带线、电极、第一锚区、第二锚区的形状；
第三步.生成介质保护层在膜桥的下方，分别在驱动电极和两侧的微带线 以及穿越微带线地线的驱动连接线上用PECVD工艺生长1000A厚的第一氮化硅介 质层、第二氮化硅介质层、第三氮化硅介质层；
第四步.淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层在GaAs衬底上涂覆2um聚酰亚胺牺 牲层并进行光刻；然后光刻牺牲层，仅仅保留膜桥下方以及驱动连接线穿越微带 线底线部分上方的牺牲层；
第五步.溅射Ti/Au/Ti底金层在聚酰亚胺牺牲层上溅射用于电镀的底金 (11) Ti/Au/Ti=500/1500/300A;
第六步.光刻并腐蚀Ti/Au/Ti底金层，形成腐蚀孔腐蚀孔的尺寸选择为 8X8um或者10X10um;
第七步.电镀金在55°氰基溶液中电镀金，电镀金层的厚度为1.4um;
第八步.背面蒸金:在衬底背面蒸发金属Au;
第九步.释放牺牲层:先用丙酮溶液去除残余的光刻胶，然后用显影液溶解留
下的聚酰亚胺牺牲层，并用无水乙醇脱水，形成悬浮的膜桥。
有益效果与传统的利用PIN 二极管和MESFET管来实现的二选一微波相
比，这种新型的基于MEMS技术的二选一微波开关具有一下优点
1、 该结构由MEMS开关与微波传输线组成，全部是无源器件，不消耗 直流功率；
2、 适用于微波频段，能在宽频带保持低的插入损耗，很好的隔离度 和线性度；
由于上述两点有点都是传统的二选一微波开关所无法比拟的，所以基于 MEMS技术的二选一微波开关具有很好的研究和应用价值。
图1是二选一微波开关的原理图2是二选一微波开关的功能示意图;
图3是二选一微波开关的俯视图4是MEMS开关的A—A'面剖视图； 图5是二选一微波开关的工艺流程具体实施方法
如图l所示微电子机械结构以砷化镓为衬底、通过制作两个结构相同 的MEMS膜结构，控制其中一个MEMS膜桥的下拉来完成交流信号的选择，
微机械二选一开关以砷化镓为衬底l,第一微带线3、第二微带线4、第一 锚区5、第一锚区6、膜桥17、电极2采用金为材料制备在衬底上，此外还包含 覆盖在第一微带线3、第二微带线4和电极2上的第一氮化硅介质层7、第二氮 化硅介质层8、第三氮化硅介质层9以及在衬底背面生长的金层18;其中，第一 微带线3、第二微带线4分别位于电极2的两侧，而第一锚区5、第二锚区6则 分布在开关结构的两侧；膜桥17悬空横跨在电极2和第一微带线3、第二微带 线4上面，并由第一锚区5、第二锚区6进行支撑。
当控制信号L^。,为高电平时，与外接高电平Vdd相连的位于左侧的开关下
拉，而与外接低电平VM相连的位于右侧的开关保持断开，开关的电极上的交流 信号v2通过膜桥耦合到输出端口，从而实现交流信号的选通；同理，当控制信 号V。。"r"为低电平时，与外接高电平Vdd相连的位于右侧的开关下来，与外接低电 平Vss相连的位于左侧开关保持断开,下拉开关上的交流信号vl被膜桥耦合出来。 该交流信号被选通。 工艺步骤如下
(1) 准备基片；
选用未掺杂的半绝缘砷化镓衬底，必须用浓盐酸和氨水分别清洗。
(2) 光刻微带线、膜桥的桥墩、驱动电极和驱动连接线 在砷化镓衬底上，先溅射800/300/2200 A的AuGeNi/Au层，然后在超声
发生器中剥离该金属层，最后生成微带线、膜桥桥墩、驱动电极和驱动连接线 结构。
(3) 生成介质保护层
在开关膜桥的下方，分别在两侧的微带线和驱动电极上用PECVD工艺生长 1000A厚的SiN绝缘层。
(4) 淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层 在GaAs衬底上涂覆2 ti m聚酰亚胺牺牲层并进行光刻。聚酰亚胺牺牲层的 厚度决定了开关膜桥和信号线间的间隙，因此与开关驱动电压的大小至为相 关。可以通过调节甩胶机的转速和聚酰亚胺溶液的浓度来改变其厚度。然后光 刻牺牲层，仅仅保留膜桥下方以及驱动连接线穿越微带线底线部分上方的牺牲 层。
(5) 溅射Ti/Au/Ti底金层 在聚酰亚胺牺牲层上溅射用于电镀的底金Ti/Au/Ti:500/1500/300A。
(6) 光刻并腐蚀Ti/Au/Ti底金层，形成腐蚀孔。 腐蚀孔的尺寸可以选择为8X8um或者10X10"m，具体大小可视膜桥的
宽度而定。
(7) 电镀金
在55°氰基溶液中电镀金，电镀金层的厚度为1.4um。
(8) 背面蒸金
在衬底背面蒸发金属Au。在该步工艺中必须注意使得金属均匀，防止过孔 中出现金属不连续。
(9) 释放牺牲层
先用丙酮溶液去除残余的光刻胶，然后用显影液溶解留下的聚酰亚胺牺牲 层，并用无水乙醇脱水，形成悬浮的第二层金质的膜桥结构。 区分是否为该结构的标准如下-
1、 采用了两个完全一样的MEMS开关组成二选一微波开关；
2、 通过两个MEMS开关交迭闭合来选取信号；
满足以上两个条件的结构即视为本发明的基于微电子机械技术的二选一 微波开关。
权利要求
1.一种微电子机械二选一微波开关，其特征在于，通过制作两个结构相同的MEMS膜结构，控制其中一个MEMS膜桥的下拉来完成交流信号的选择，微机械二选一开关以砷化镓为衬底(1)，第一微带线(3)、第二微带线(4)、第一锚区(5)、第一锚区(6)、膜桥(17)、电极(2)采用金为材料制备在衬底上，此外还包含覆盖在第一微带线(3)、第二微带线(4)和电极(2)上的第一氮化硅介质层(7)、第二氮化硅介质层(8)、第三氮化硅介质层(9)以及在衬底背面生长的金层(18)；其中，第一微带线(3)、第二微带线(4)分别位于电极(2)的两侧，而第一锚区(5)、第二锚区(6)则分布在开关结构的两侧；膜桥(17)悬空横跨在电极(2)和第一微带线(3)、第二微带线(4)上面，并由第一锚区(5)、第二锚区(6)进行支撑。
2. —种如权利要求l所述的微电子机械二选一微波开关的制备方法，其特 征在于该方法具体包括以下步骤第一步.准备衬底选用未掺杂的半绝缘砷化镓作为衬底(1);第二步.光刻微带线传输线及电极涂光刻胶(11)并光刻刻蚀出第一微带线(3)、第二微带线(4)、电极(2)、第一锚区(5)、第二锚区(6)的形状；第三步.生成介质保护层在膜桥的下方，分别在驱动电极和两侧的微带线以及穿越微带线地线的驱动连接线上用PECVD工艺生长1000A厚的第一氮化硅介 质层(7)、第二氮化硅介质层(8)、第三氮化硅介质层(9);第四步.淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层在GaAs衬底(1)上涂覆2ura聚酰 亚胺牺牲层(10)并进行光刻；然后光刻牺牲层，仅仅保留膜桥下方以及驱动连 接线穿越微带线底线部分上方的牺牲层；第五步.溅射Ti/Au/Ti底金层在聚酰亚胺牺牲层上溅射用于电镀的底金 (11) Ti/Au/Ti=500/1500/300A;第六步.光刻并腐蚀Ti/Au/Ti底金层，形成腐蚀孔腐蚀孔的尺寸选择为 8X8um或者10X10um;第七步.电镀金在55°氰基溶液中电镀金，电镀金层的厚度为1.4iira;第八步.背面蒸金:在衬底背面蒸发金属Au;第九步.释放牺牲层:先用丙酮溶液去除残余的光刻胶，然后用显影液溶解留 下的聚酰亚胺牺牲层，并用无水乙醇脱水，形成悬浮的膜桥(17)。
全文摘要
微电子机械二选一微波开关及其制备方法其结构简单、隔离度高、静态功耗低，且便于集成。以砷化镓为衬底(1)，第一微带线(3)、第二微带线(4)、第一锚区(5)、第一锚区(6)、膜桥(17)、电极(2)采用金为材料制备在衬底上，此外还包含覆盖在第一微带线(3)、第二微带线(4)和电极(2)上的第一氮化硅介质层(7)、第二氮化硅介质层(8)、第三氮化硅介质层(9)以及在衬底背面生长的金层(18)；其中，第一微带线(3)、第二微带线(4)分别位于电极(2)的两侧，而第一锚区(5)、第二锚区(6)则分布在开关结构的两侧；膜桥(17)悬空横跨在电极(2)和第一微带线(3)、第二微带线(4)上面，并由第一锚区(5)、第二锚区(6)进行支撑。
文档编号H01P1/10GK101369679SQ20081015645
公开日2009年2月18日 申请日期2008年10月10日 优先权日2008年10月10日
发明者廖小平, 张志强, 乐 杨 申请人:东南大学