專利名稱：Rf mems 開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于射頻微機(jī)電開關(guān)(RF MEMS Switch)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種RF MEMS開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
射頻微機(jī)電開關(guān)(RF MEMS Switch)作為近年來出現(xiàn)并逐漸受到重視的開關(guān)結(jié)構(gòu)，具有插入損耗低、可與IC電路集成等優(yōu)點(diǎn)，滿足無線通訊技術(shù)高頻化、微小型化的發(fā)展需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著無線通訊(WirelessCommunication)技術(shù)進(jìn)入射頻尺度，射頻微機(jī)電開關(guān)已逐漸取代傳統(tǒng)的GaAsFET開關(guān)，成為射頻開關(guān)(RF Switch)的發(fā)展方向。
近年來，人們開發(fā)了多種射頻微機(jī)電開關(guān)結(jié)構(gòu)。其中，利用表面硅工藝實(shí)現(xiàn)的橫向開關(guān)(Lateral Switch)，通過電流加熱多晶硅結(jié)構(gòu)使之變形來實(shí)現(xiàn)開關(guān)驅(qū)動(dòng)，具有驅(qū)動(dòng)電壓低(～3V)的優(yōu)點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)和IC電路的集成，是具有實(shí)用化前景的優(yōu)選方案之一。
然而，對(duì)于橫向開關(guān)，驅(qū)動(dòng)和接觸結(jié)構(gòu)之間的互聯(lián)問題，是設(shè)計(jì)中的一大難點(diǎn)。目前，該互聯(lián)主要通過額外淀積一層絕緣材料薄膜來實(shí)現(xiàn)，通常是氮化硅薄膜。這種方法存在兩個(gè)嚴(yán)重問題1)氮化硅薄膜的應(yīng)力會(huì)使開關(guān)結(jié)構(gòu)發(fā)生翹曲變形，甚至使開關(guān)失效；2)氮化硅薄膜和結(jié)構(gòu)材料多晶硅之間的黏附性差，容易脫落，無法承受較高的機(jī)械力；從而會(huì)影響開關(guān)接觸的穩(wěn)定性，并降低開關(guān)的可靠性。
互聯(lián)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，使開關(guān)加工工藝變得復(fù)雜，增加了成本，同時(shí)，降低了開關(guān)的工作性能和可靠性，嚴(yán)重影響該開關(guān)的應(yīng)用前景和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)RF MEMS開關(guān)在驅(qū)動(dòng)和接觸區(qū)之間的互聯(lián)問題，提供了一種RF MEMS開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法。該方法可避免互聯(lián)部分翹曲變形，同時(shí)，簡化加工工藝，提高了結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種RF MEMS開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，利用一次多晶硅的生長，制備RF MEMS開關(guān)的驅(qū)動(dòng)、互聯(lián)結(jié)構(gòu)和接觸部分，RF MEMS開關(guān)的驅(qū)動(dòng)和接觸部分為摻雜的多晶硅，驅(qū)動(dòng)和接觸部分之間的互聯(lián)結(jié)構(gòu)為非摻雜多晶硅。
具體實(shí)現(xiàn)步驟包括1)在Si片襯底上，淀積絕緣層和犧牲層，并圖形化犧牲層結(jié)構(gòu)；2)淀積多晶硅薄膜；3)在多晶硅膜上覆蓋掩蔽層，并圖形化掩蔽層；4)對(duì)多晶硅進(jìn)行注入摻雜，掩蔽層下區(qū)域形成非摻雜多晶硅，沒有掩蔽層覆蓋的區(qū)域形成摻雜多晶硅；5)去除掩蔽層，在多晶硅上淀積一層SiO2膜；用退火激活摻雜雜質(zhì)，然后去掉SiO2膜；6)圖形化多晶硅，形成RF MEMS開關(guān)的接觸部分、互聯(lián)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)。
絕緣層可采用MEMS工藝中常用的絕緣材料，如氮化硅薄膜。犧牲層可采用SiO2薄膜，生長方法可采用LPCVD、PECVD等。掩蔽層可選用光刻膠、SiO2薄膜、氮化硅薄膜、SiC薄膜等。注入摻雜可采用IC工藝中常用的摻雜雜質(zhì)如磷、硼、砷等。圖形化多晶硅可采用ICP、RIE等方法。
本發(fā)明RF MEMS開關(guān)的驅(qū)動(dòng)方法可以采用熱電式、靜電式、電磁式。
本發(fā)明RF MEMS開關(guān)的接觸可以采用向前接觸或向后接觸。
本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明利用非摻雜的多晶硅作為RF MEMS開關(guān)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和接觸結(jié)構(gòu)之間的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)機(jī)械互聯(lián)的同時(shí)，能夠有效達(dá)到電學(xué)絕緣的效果。其方法和結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，簡化了開關(guān)的加工工藝。該方法不需要額外淀積絕緣薄膜，避免了絕緣薄膜應(yīng)力引入的翹曲變形，并提高互聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性。
具體包括1)利用一次多晶硅的生長，同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)開關(guān)結(jié)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)部分、接觸部分和它們之間的互聯(lián)結(jié)構(gòu)；2)利用多晶硅實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)部分和接觸部分之間的機(jī)械互聯(lián)；3)利用非摻雜條件的多晶硅的高阻特性實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)部分和接觸部分之間的電學(xué)絕緣。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表1非摻雜多晶硅的絕緣特性測(cè)試結(jié)果表1為非摻雜多晶硅的絕緣特性測(cè)試結(jié)果，測(cè)試設(shè)備采用IC工業(yè)里常用的參數(shù)分析儀。樣品A、B、C、D都是寬8um高2um的多晶硅線條。其中，樣品A和樣品D的長度相等(40um)，區(qū)別在于，樣品A的磷摻雜劑量為5×1015cm-2，而樣品D未摻雜，比較看出，樣品D的電阻值遠(yuǎn)大于樣品A，說明非摻雜條件下多晶硅電阻值大大提高。樣品E為對(duì)空氣測(cè)量得到的電阻值，與樣品D的電阻值比較可以看出，非摻雜條件下多晶硅的電阻值與空氣相近，很好的滿足了絕緣特性的要求。樣品B、C的結(jié)果顯示，長度10um和20um非摻雜多晶硅線條也滿足絕緣特性的要求?？傊瑥慕Y(jié)果看出，我們提出的利用非摻雜多晶硅做開關(guān)互聯(lián)的方法，在實(shí)現(xiàn)機(jī)械互聯(lián)的同時(shí)，能夠有效達(dá)到電學(xué)絕緣的效果，驗(yàn)證了此方法的正確性。


下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)描述。
圖1為開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1-接觸結(jié)構(gòu)；2-互聯(lián)結(jié)構(gòu)；3-驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；4-信號(hào)線；5-錨點(diǎn)。
圖2為互聯(lián)結(jié)構(gòu)的工藝流程圖；a)在Si片襯底上，淀積絕緣層、犧牲層，圖形化犧牲層；b)淀積多晶硅；c)淀積并圖形化掩蔽層；d)注入摻雜，掩蔽層下區(qū)域形成非摻雜多晶硅區(qū)域；e)去除掩蔽層，淀積SiO2膜，并退火；f)去SiO2膜后，圖形化多晶硅，形成互聯(lián)結(jié)構(gòu)；g)形成金屬接觸區(qū)，去除犧牲層，釋放開關(guān)；
圖3為互聯(lián)結(jié)構(gòu)的形狀示意圖；a)為直線型；b)為網(wǎng)格型；c)為彈簧型。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明開關(guān)結(jié)構(gòu)包括各類常見的RF MEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)，如利用多晶硅加熱驅(qū)動(dòng)的開關(guān)結(jié)構(gòu)、靜電驅(qū)動(dòng)的開關(guān)結(jié)構(gòu)、電磁力驅(qū)動(dòng)的開關(guān)結(jié)構(gòu)、加熱和靜電驅(qū)動(dòng)結(jié)合的開關(guān)結(jié)構(gòu)、加熱和電磁力驅(qū)動(dòng)結(jié)合的開關(guān)結(jié)構(gòu)、靜電和電磁力驅(qū)動(dòng)結(jié)合的開關(guān)結(jié)構(gòu)等。非摻雜條件包括各類微電子工藝常見的無摻雜和低摻雜條件，摻雜離子濃度范圍包括(0～1×1010)cm-3，摻雜雜質(zhì)類型包括硼、磷、砷等常用的微電子摻雜雜質(zhì)類型。
實(shí)例1互聯(lián)結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)示意如圖1。結(jié)構(gòu)1、2、3分別為驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、互聯(lián)結(jié)構(gòu)和接觸結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)4、5分別為信號(hào)線和錨點(diǎn)。整個(gè)開關(guān)結(jié)構(gòu)由一次多晶硅淀積形成，厚度為2um。
參考圖2，開關(guān)的工藝流程如下1)選取N<100>Si片為Si襯底21，厚度400um，直徑4寸。用LPCVD方法淀積氮化硅絕緣層22，厚度1000埃。用LPCVD方法淀積SiO2犧牲層23，厚度2um。光刻，并利用RIE刻蝕圖形化犧牲層結(jié)構(gòu)；2)用LPCVD方法淀積2um厚度的多晶硅24；3)甩膠并光刻，利用顯影后剩余的光刻膠做注入掩蔽層25。在90℃下堅(jiān)膜10分鐘；
4)進(jìn)行注入摻雜，雜質(zhì)類型為31P+，注入能量80keV，注入劑量為1e15cm-2；5)用丙酮去除光刻膠。用LPCVD方法淀積5000埃厚度的SiO2膜26，在退火爐中1000℃退火2小時(shí)；6)用緩沖HF酸去除SiO2膜26，腐蝕時(shí)間15分鐘，腐蝕溫度為25℃。用ICP刻蝕的方法圖形化多晶硅結(jié)構(gòu)，形成RF MEMS開關(guān)的接觸部分、互聯(lián)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)，RF MEMS開關(guān)的驅(qū)動(dòng)和接觸部分為摻雜的多晶硅242，驅(qū)動(dòng)和接觸部分之間的互聯(lián)結(jié)構(gòu)為非摻雜多晶硅241；7)濺射Au膜27，利用剝離工藝進(jìn)行Au膜的圖形化。用緩沖HF酸腐蝕20分鐘，去除犧牲層釋放開關(guān)結(jié)構(gòu)，腐蝕溫度為25℃。
實(shí)例2互聯(lián)結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)示意如圖1。結(jié)構(gòu)1、2、3分別為驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、互聯(lián)結(jié)構(gòu)和接觸結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)4、5分別為信號(hào)線和錨點(diǎn)。整個(gè)開關(guān)結(jié)構(gòu)厚度為4um。
開關(guān)的工藝流程如下1)選取N<100>Si片為Si襯底，厚度400um，直徑4寸。用LPCVD方法淀積氮化硅絕緣層，厚度500埃。用LPCVD方法淀積SiO2犧牲層，厚度2um。光刻，并利用RIE刻蝕圖形化犧牲層結(jié)構(gòu)；2)用LPCVD方法淀積4um厚度的多晶硅；3)用LPCVD方法淀積2um厚度SiO2作為掩蔽層，光刻并利用RIE刻蝕圖形化SiO2膜；4)進(jìn)行注入摻雜，雜質(zhì)類型為31P+，注入能量80keV，注入劑量為1e15cm-2；5)用緩沖HF酸去除SiO2掩蔽層，腐蝕時(shí)間15分鐘，腐蝕溫度為25℃。在退火爐中1000℃退火2小時(shí)；
6)用ICP刻蝕的方法圖形化多晶硅結(jié)構(gòu)，形成互聯(lián)結(jié)構(gòu)，同時(shí)形成開關(guān)其他結(jié)構(gòu)；7)濺射Au膜，利用剝離工藝進(jìn)行Au膜的圖形化。用緩沖HF酸腐蝕20分鐘，去除犧牲層釋放開關(guān)結(jié)構(gòu)，腐蝕溫度為25℃。
參考圖3，本發(fā)明利用非摻雜的多晶硅作為RF MEMS開關(guān)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和接觸結(jié)構(gòu)之間的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，該互連結(jié)構(gòu)為直線型、蜿蜒型、網(wǎng)格型或彈簧型。
綜上所述，本發(fā)明公開了一種RF MEMS開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法。上面描述的應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)施例，并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做各種的更動(dòng)和潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍視權(quán)利要求范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種RF MEMS開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于利用一次多晶硅的生長，制備RF MEMS開關(guān)的驅(qū)動(dòng)、互聯(lián)結(jié)構(gòu)和接觸部分，其中，驅(qū)動(dòng)和接觸部分為摻雜的多晶硅，驅(qū)動(dòng)和接觸部分之間的互聯(lián)結(jié)構(gòu)為非摻雜多晶硅。
2.如權(quán)利要求1所述的RF MEMS開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于具體實(shí)現(xiàn)步驟包括1)在Si片襯底上，淀積絕緣層和犧牲層，并圖形化犧牲層結(jié)構(gòu)；2)淀積多晶硅薄膜；3)在多晶硅膜上覆蓋掩蔽層，并圖形化掩蔽層；4)對(duì)多晶硅進(jìn)行注入摻雜，掩蔽層下區(qū)域形成非摻雜多晶硅，沒有掩蔽層覆蓋的區(qū)域形成摻雜多晶硅；5)去除掩蔽層，用退火激活摻雜雜質(zhì)；6)圖形化多晶硅，形成RF MEMS開關(guān)的接觸部分、互聯(lián)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的RF MEMS開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于注入摻雜的摻雜雜質(zhì)采用磷、硼、砷。
4.如權(quán)利要求2所述的RF MEMS開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于犧牲層采用SiO2薄膜，生長方法可采用LPCVD、PECVD等。
5.如權(quán)利要求2所述的RF MEMS開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于掩蔽層選用光刻膠、SiO2薄膜、氮化硅薄膜、SiC薄膜。
6.如權(quán)利要求2所述的RF MEMS開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于圖形化多晶硅采用ICP、RIE方法。
7.如權(quán)利要求1或2所述的RF MEMS開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于互連結(jié)構(gòu)為直線型、蜿蜒型、網(wǎng)格型或彈簧型。
全文摘要
本發(fā)明提供一種RF MEMS開關(guān)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，屬于射頻微機(jī)電開關(guān)(RF MEMS Switch)的技術(shù)領(lǐng)域。該方法利用一次多晶硅的生長，制備RF MEMS開關(guān)的驅(qū)動(dòng)、互聯(lián)結(jié)構(gòu)和接觸部分，其中，驅(qū)動(dòng)和接觸部分為摻雜的多晶硅，驅(qū)動(dòng)和接觸部分之間的互聯(lián)結(jié)構(gòu)為非摻雜多晶硅。本發(fā)明利用非摻雜的多晶硅作為RF MEMS開關(guān)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和接觸結(jié)構(gòu)之間的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)機(jī)械互聯(lián)的同時(shí)，能夠有效達(dá)到電學(xué)絕緣的效果。其方法簡單實(shí)用、不需要額外淀積絕緣薄膜，避免了絕緣薄膜應(yīng)力引入的翹曲變形，并提高互聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性。
文檔編號(hào)H01P1/12GK101090169SQ20061008930
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
發(fā)明者李志宏, 施文典 申請(qǐng)人:北京大學(xué)