射频MEMS开关的制作方法及射频MEMS开关

本发明是关于半导体，特别是关于一种射频mems开关的制作方法及射频mems开关。

背景技术：

1、微机电系统(micro-electro-mechanical system，简称mems)指在微米量级内设计和制造集成多种元件，并适于低成本大量生产的系统。射频微电子机械系统(rf mems)是指集成了射频信号和微机械系统的微机电系统，是一项将能对现有雷达和通讯中射频结构产生重大影响的技术。

2、在rf mems器件中目前最受关注的是rf mems开关，它是rf mems器件中的核心器件。rf mems开关是工作在射频到毫米波频率的微机械开关，依靠机械移动实现对传输线的通断控制。rf mems开关与传统fet、pin二极管开关相比具有功耗低、隔离度高、插入损耗低、互调分量低等优点。开关在通信系统中用途相当广泛，是雷达、电子对抗、无线通信等领域的重要控制元件。

3、现有技术中，制作rf mems开关的悬空结构的主流工艺为牺牲层技术，但传统牺牲层释放工艺形成悬空结构会出现牺牲层释放不彻底的问题，无法保证射频mems开关的表面洁净度以及良好的接触电阻。且传统牺牲层释放工艺一般采用金属作为上层可动结构，但金属弹性模量较小，造成开关可靠性降低。

4、为了解决牺牲层释放不彻底的问题，已经出现采用阳极键合技术代替牺牲层技术，可以避免牺牲层释放带来的缺陷。但目前应用阳极键合制作器件的主流工艺是，完成双衬底上下结构的制作后再进行键合。然而，阳极键合是采用外加电场作用使双衬底结合，外加电场的作用会对rfmems开关的可动结构(悬空结构)产生影响。同时，目前由于微负载效应造成的问题被忽视，常常造成悬空结构下侧被刻蚀导致器件厚度减小，影响器件稳定性及其性能的问题。

5、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种射频mems开关的制作方法及射频mems开关，其能够避免阳极键合时所加外加电场对射频mems开关的可动电极组件造成的影响，提高开关的可靠性。

2、为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种射频mems开关的制作方法，包括：提供第一衬底，在所述第一衬底上形成共面波导和第一电极，所述第一电极连接所述共面波导；提供第二衬底，在所述第二衬底上形成触点结构；将所述第一衬底设置有共面波导的一侧与所述第二衬底形成有触点结构的一侧阳极键合，所述触点结构与所述共面波导对应设置且所述触点结构与所述共面波导之间形成有间隙；在所述第二衬底背离所述触点结构的一侧形成与所述第一电极对应的第二电极；在完成所述键合后，刻蚀所述第二衬底，形成可动梁结构。

3、在本发明的一个或多个实施方式中，在所述第二衬底上形成触点结构的步骤之前，还包括：在所述第二衬底上形成氧化隔离层的步骤；所述触点结构形成于所述氧化隔离层上。

4、在本发明的一个或多个实施方式中，在所述第二衬底上形成氧化隔离层的步骤之前，还包括：在所述第二衬底上形成凹槽的步骤；所述氧化隔离层形成于所述凹槽的底面。

5、在本发明的一个或多个实施方式中，所述的在所述第一衬底上形成共面波导和第一电极，所述第一电极连接所述共面波导，包括：在所述第一衬底上依次磁控溅射黏附层以及金属层，光刻/ibe刻蚀形成共面波导以及第一电极；其中，所述共面波导包括彼此间隔设置的信号线和地线，所述信号线中部形成有断口，所述第一电极与所述地线相连接。

6、在本发明的一个或多个实施方式中，所述的所述触点结构与所述共面波导对应设置且所述触点结构与所述共面波导之间形成有间隙，包括：所述触点结构与所述信号线对应设置，且所述触点结构悬设于所述信号线断口的上方，所述触点结构被设置为，当其发生弹性形变接触所述信号线时，可连通所述信号线。

7、在本发明的一个或多个实施方式中，在所述第二衬底背离所述触点结构的一侧形成与所述第一电极对应的第二电极的步骤之前，还包括：对所述第二衬底进行减薄、抛光处理。

8、在本发明的一个或多个实施方式中，所述第二衬底具有一定弹性模量，所述第二衬底包括soi。

9、本发明的实施例还提供了一种射频mems开关，包括：第一衬底、共面波导、第一电极以及可动电极组件；所述共面波导形成于所述第一衬底上，其包括彼此间隔设置的信号线和地线，所述信号线中部设置有断口；所述第一电极设置于所述地线上；所述可动电极组件包括可动梁结构以及第二电极，所述可动梁结构架设于所述第一衬底上，所述可动梁结构上对应于所述信号线的断口位置设置有触点结构，所述触点结构与所述信号线之间彼此间隔，所述第二电极设置于所述可动梁结构上且与所述第一电极相对应。

10、在上述技术方案中，当射频mems开关处于初始状态时，由于信号线断开，射频信号无法通过信号线传输，当给第二电极施加驱动电压时，第二电极受到静电力的作用与可动梁结构一起向下运动，触点结构与断开的信号线接触，射频信号可以通过信号线-触点结构-信号线的方式传播。本方案通过施加驱动电压改变可动电极组件的上下位置，进而改变信号线的通/断，进而控制射频mems开关的通/断，从而达到对射频信号的控制。

11、在本发明的一个或多个实施方式中，所述触点结构与所述可动梁结构之间设置有氧化隔离层。

12、在本发明的一个或多个实施方式中，所述地线包括第一地线和第二地线，所述第一地线和所述第二地线彼此间隔，所述信号线设置于所述第一地线和所述第二地线之间且与所述第一地线和所述第二地线均平行。

13、在本发明的一个或多个实施方式中，所述可动梁结构被设置为由soi的顶层硅制作而成的梁结构，所述可动梁结构具有一定弹性模量。

14、在本发明的一个或多个实施方式中，所述触点结构的材料包括au、tiw、aupt合金、aurh合金

15、与现有技术相比，本发明实施方式的射频mems开关的制作方法，采用阳极键合技术代替了牺牲层技术，从根本上避免了牺牲层释放带来的缺陷，同时提升了射频mems开关表面的洁净度，减小了金属触点结构与信号线之间的接触电阻。

16、本发明实施方式的射频mems开关的制作方法，采用先阳极键合后光刻的步骤进行射频mems开关的制作，避免了阳极键合所加外加电场对可动电极组件造成的影响。

17、本发明实施方式的射频mems开关的制作方法，在第二衬底的表面沉积了一层氧化隔离层，避免了微负载效应对射频mems开关造成的不良影响，在深硅刻蚀第二衬底过程中保护整体结构的完整性。

18、本发明实施方式的射频mems开关，采用soi的顶层硅(单晶硅)作为可动梁结构的主要材质，避免传统的金属结构长时间的疲劳问题，增强了射频mems开关的可靠性，保证射频mems开关的工作寿命。

技术特征：

1.一种射频mems开关的制作方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的射频mems开关的制作方法，其特征在于，在所述第二衬底上形成触点结构的步骤之前，还包括：

3.如权利要求2所述的射频mems开关的制作方法，其特征在于，在所述第二衬底上形成氧化隔离层的步骤之前，还包括：

4.如权利要求1所述的射频mems开关的制作方法，其特征在于，所述的在所述第一衬底上形成共面波导和第一电极，所述第一电极连接所述共面波导，包括：

5.如权利要求4所述的射频mems开关的制作方法，其特征在于，所述的所述触点结构与所述共面波导对应设置且所述触点结构与所述共面波导之间形成有间隙，包括：

6.如权利要求1所述的射频mems开关的制作方法，其特征在于，在所述第二衬底背离所述触点结构的一侧形成与所述第一电极对应的第二电极的步骤之前，还包括：

7.如权利要求1所述的射频mems开关的制作方法，其特征在于，所述第二衬底具有一定弹性模量，所述第二衬底包括soi。

8.一种射频mems开关，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的射频mems开关的制作方法，其特征在于，所述触点结构与所述可动梁结构之间设置有氧化隔离层。

10.如权利要求8所述的射频mems开关的制作方法，其特征在于，所述地线包括第一地线和第二地线，所述第一地线和所述第二地线彼此间隔，所述信号线设置于所述第一地线和所述第二地线之间且与所述第一地线和所述第二地线均平行。

11.如权利要求8所述的射频mems开关的制作方法，其特征在于，所述可动梁结构被设置为由soi的顶层硅制作而成的梁结构，所述可动梁结构具有一定弹性模量。

技术总结
本发明公开了提供了一种射频MEMS开关的制作方法及其结构，射频MEMS开关的制作方法包括：提供第一衬底，在第一衬底上形成共面波导和第一电极，第一电极连接共面波导；提供第二衬底，在第二衬底上形成触点结构；将第一衬底设置有共面波导的一侧与第二衬底形成有触点结构的一侧阳极键合，触点结构与共面波导对应设置且触点结构与共面波导之间形成有间隙；在第二衬底背离触点结构的一侧形成与第一电极对应的第二电极；在完成键合后，刻蚀第二衬底，形成可动梁结构。本发明的射频MEMS开关的制作方法，其能够避免阳极键合时所加外加电场对射频MEMS开关的可动电极组件造成的影响，提高开关的可靠性。

技术研发人员：于悦,沈文江
受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12