一种集成式无源无线微机械开关及其制备方法与流程

本发明涉及一种集成式无源无线微机械开关制备技术，属于微电子技术领域。

背景技术：

开关是一种用于对信号的通断进行控制的器件。传统的无线开关，一般采用射频收发方式对开关进行控制，开关单元中需要有电池给收发电路供电。因为含有电池，因此这种无线开关的使用寿命有限。无源无线开关是指开关的通断由无源和无线的方式实现。无源无线开关的工作既不需要连线又不需要电源或电池，因此可以实现无线控制和长寿命使用。

集成式无源无线微机械开关包含了二极管、电容、电阻、微机械开关和电感结构。传统的制备方法是将这些结构分开加工，利用多芯片组装技术集成在同一基板上，这类技术相对成熟已被广泛应用。多芯片组装技术的优点是单个芯片的复杂度降低因此其研发成本降低，其缺点主要包括系统集成度低导致面积较大、互联线路较长、可靠性降低等问题，因此基于多芯片组装的多传感器集成系统的性能难以突破。第二类就是直接将多器件结构在一个圆片上进行集成制造，这种方法能克服多芯片组装技术的许多缺点，其优点包括系统尺寸减小、互连线长度减少可靠性提高、批量生产成本降低等，而其缺点将是研发难度增大因此研发的费用提高。

和集成电路相比包含了电子元件和微机械结构的集成显得更为困难，原因是微机械开关包含了可动结构。因此将这些不同原理和结构的器件进行集成制造，需要研究一套特定的加工方法。

技术实现要素：

技术问题针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种集成式无源无线微机械开关制备方法，实现直接将包含二极管、电容、电阻、微机械开关和电感的集成式无源无线微机械开关在一个圆片上进行集成制造。

技术方案本发明的一种集成式无源无线微机械开关以p型衬底为基底，在p型衬底上设有n阱，在n阱中设有n+掺杂区和p阱，在p阱中设有p+掺杂区，构成二极管；在二极管和p型衬底的上表面设有第一绝缘层；在二极管旁的第一绝缘层的上方向上依次设有第一金属层、第二绝缘层和第二金属层，构成电容器；在电容器旁的第一绝缘层的上方向上依次设有第一金属层、第二绝缘层和第二金属层，构成电阻器；在电阻器旁的第一绝缘层的上方向上依次设有第一金属层、第二绝缘层和第二金属层，构成微机械开关；在二极管、电容器、电阻器、微机械开关外围设有电感线圈。

所述电感线圈的一端接二极管的一端，电感线圈的另一端分别接电容器、电阻器、微机械开关。

本发明的集成式无源无线微机械开关的制备方法为：该方法基于由下至上依次设置的p型衬底、n阱、p阱、n+掺杂区、p+掺杂区、第一绝缘层、第一金属层、第二绝缘层和第二金属层；利用多步掺杂工艺、镀膜工艺、电镀工艺和牺牲层技术，在一个芯片上同时制备出包含二极管、电容器、电阻器、微机械开关和电感线圈的集成式无源无线微机械开关结构。

该方法具体包含如下步骤：

步骤1，在所述p型衬底上进行n型掺杂得到n阱作为二极管的n极，再在得到的n阱中进行p型掺杂得到p阱作为二极管的p极，然后分别在n阱和p阱上进行n+掺杂和p+掺杂得到n+掺杂区和p+掺杂区作为二极管的n极和p极的接触区；

步骤2，在所述p型衬底上淀积第一绝缘层并刻蚀得到二极管的接触孔；

步骤3，在所述第一绝缘层上淀积第一金属层并刻蚀得到电容器的下电极、电阻器结构和微机械开关的下电极；

步骤4，在所述第一金属层上淀积第二绝缘层并刻蚀得到电容器、电阻器和微机械开关的绝缘层；

步骤5，在所述第二绝缘层上进行光刻，利用图形化的光刻胶作为牺牲层和电镀的模具得到第二金属层作为二极管的电极引出、电容器的上电极和下电极引出、电阻器的电极引出、微机械开关的上电极和下电极引出以及电感线圈结构；

步骤6，腐蚀所述牺牲层，释放微机械开关结构，得到最终的包含二极管、电容器、电阻器、微机械开关和电感线圈的集成式无源无线微机械开关结构。

有益效果：

1本发明可实现集成式无源无线微机械开关结构，与分立器件组装相比，集成系统的面积大大减小、互联线长度降低系统可靠性提高；

2本发明将多步掺杂工艺、镀膜工艺、电镀工艺和牺牲层技术相结合，可进行无源器件电容、电阻、电感，有源器件二极管和可动器件微机械开关的集成制备；

附图说明

图1为经过步骤1和2得到的芯片剖面图。

图2为经过步骤3～6得到的芯片剖面图。

图3为最终得到的集成式无源无线微机械开关的俯视图。

图中有：p型衬底10、n阱11、p阱12、n+掺杂区13、p+掺杂区14、第一绝缘层15、接触孔16、第一金属层17、第二绝缘层18、第二金属层19、二极管2、电容器3、电阻器4、微机械开关5、电感线圈6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

本发明的集成式无源无线微机械开关制备方法基于由下至上依次设置的p型衬底10、n阱11、p阱12、n+掺杂区13、p+掺杂区14、第一绝缘层15、第一金属层17、第二绝缘层18和第二金属层19实现；利用多步掺杂工艺、镀膜工艺、电镀工艺和牺牲层技术，在一个芯片上同时制备出包含二极管2、电容器3、电阻器4、微机械开关5和电感线圈6的集成式无源无线微机械开关结构；

图1为经过以下步骤1和2得到的芯片剖面图。

步骤1，在所述p型衬底10上进行n型掺杂得到n阱11作为二极管2的n极，再在得到的n阱11中进行p型掺杂得到p阱12作为二极管2的p极，然后分别在n阱11和p阱12上进行n+掺杂和p+掺杂得到n+掺杂区13和p+掺杂区14作为二极管2的n极和p极的接触区；步骤2，在所述p型衬底10上淀积第一绝缘层115并刻蚀得到二极管2的接触孔16；

图2为经过以下步骤3～6得到的芯片剖面图。

步骤3，在所述第一绝缘层15上淀积第一金属层17并刻蚀得到电容器3的下电极、电阻器4结构和微机械开关5的下电极；

步骤4，在所述第一金属层17上淀积第二绝缘层18并刻蚀得到电容器3、电阻器4和微机械开关5的绝缘层；

步骤5，在所述第二绝缘层18上进行光刻，利用图形化的光刻胶作为牺牲层和电镀的模具得到第二金属层19作为二极管2的电极引出、电容器3的上电极和下电极引出、电阻器4的电极引出、微机械开关5的上电极和下电极引出以及电感线圈6结构；

步骤6，腐蚀所述牺牲层，释放微机械开关5结构，得到最终的包含二极管2、电容器3、电阻器4、微机械开关5和电感线圈6的集成式无源无线微机械开关结构。

图3为最终得到的集成式无源无线微机械开关的俯视图，其结构如下：

该微机械开关以p型衬底10为基底，在p型衬底10上设有n阱11，在n阱11中设有n+掺杂区13和p阱12，在p阱12中设有p+掺杂区14，构成二极管2；在二极管2和p型衬底10的上表面设有第一绝缘层15；在二极管2旁的第一绝缘层15的上方向上依次设有第一金属层17、第二绝缘层18和第二金属层19，构成电容器3；在电容器3旁的第一绝缘层15的上方向上依次设有第一金属层17、第二绝缘层18和第二金属层19，构成电阻器4；在电阻器4旁的第一绝缘层15的上方向上依次设有第一金属层17、第二绝缘层18和第二金属层19，构成微机械开关5；在二极管2、电容器3、电阻器4、微机械开关5外围设有电感线圈6。所述电感线圈6的一端接二极管2的一端，电感线圈6的另一端分别接电容器3、电阻器4、微机械开关5。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。