一种RFMEMS开关的制造和封装方法与流程

本发明属于微机电系统(mems)领域，尤其涉及一种rfmems开关的制造和封装方法。

背景技术：

rfmems是mems(微机电系统)与rf(射频)技术相结合的一门新技术，mems器件具有体积小、易集成、可靠性高等优点，可代替传统无线通信系统中的半导体器件。rfmems不仅可以以器件的方式应用于电路，例如mems开关、mems电容、mems谐振器，还可以将单个器件集成到同一个芯片中组成组件和应用系统，例如滤波器、压控振荡器、移相器等，这大大缩减了传统器件的体积，降低了功耗，提升了系统的性能。

rfmems开关是rfmems器件中的重要器件之一，其与传统开关相比具有损耗低、功耗低、线性度好、尺寸小、易集成等优势，避免了传统fet、pin开关带来的欧姆损耗，克服了传统外置分立元件带来的体积大、功耗大和元件连线带来的寄生影响。但是mems开关还是存在隔离度不够高、驱动电压较高、开关时间长、环境要求高、功率处理能力低的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种rfmems开关的制造和封装方法，使制造的rfmems开关具有隔离度高、驱动电压低、开关时间短、环境要求低、功率处理能力高等优点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种rfmems开关的制造和封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对硅基片进行研磨、抛光，并使用溶液进行超声波清洗；

(2)对经过步骤(1)的硅基片双面热氧化生长氧化层，即二氧化硅层；

(3)对经过步骤(2)的硅基片进行光刻，形成正面浅凹槽；

(4)对经过步骤(3)光刻后的硅基片，以二氧化硅为掩膜，湿法腐蚀硅，形成硅槽图形；

(5)对经过步骤(4)刻蚀后的硅基片进行去胶处理，去除掩膜；

(6)对经过步骤(5)处理后的硅基片进行光刻，磁控溅射钛钨/金，并采用lift-off工艺，剥离形成可动触点图形；

(7)对经过步骤(6)溅射后的硅基片以二氧化硅和触点金属作为掩膜，icp干法刻蚀硅25μm，形成触点高度；

(8)对经过步骤(7)处理后的硅基片正反面去除氧化层；

(9)对玻璃基片进行光刻，磁控溅射钛钨/金，并采用lift-off工艺，在丙酮中剥离形成固定触点图形；

(10)对步骤(8)和步骤(9)中处理后的硅基片和玻璃基片进行阳极键合；

(11)对步骤(10)键合后的硅基片进行湿法减薄，形成结构层；

(12)对步骤(11)中处理后的硅基片背部溅射金属铝，并光刻，湿法腐蚀铝，形成弹簧粱和金属电桥；

(13)对步骤(12)处理后的硅基片以铝为掩膜，icp刻蚀，释放结构，得到rfmems开关；

(14)对步骤(13)处理后的硅基片上沉积氮化硅层；

(15)选用硅片作为封装盖板材料，对硅片进行清洗，去除杂质；

(16)对步骤(15)清洗后的硅片盖板旋涂粘附剂，然后旋涂光敏bcb层，形成键合层；

(17)对步骤(16)中旋涂光敏bcb层后的硅片盖板进行icp深刻蚀，形成硅片盖板槽；

(18)对步骤(17)处理后的硅片盖板内部利用喷胶、镀膜工艺制备金属屏蔽层；

(19)将步骤(18)处理后的硅片盖板与步骤(14)处理后的硅基片进行对准键合，键合过程中充入保护气体，固化键合层；

(20)得到封装好的rfmems开关。

其中，步骤(1)和步骤(15)中首先用浓硫酸和过氧化氢溶液浸泡并超声波清洗，浸泡时间为10分钟，然后使用酒精浸泡并超声波清洗，时间为5分钟，之后用去离子水冲洗干净，再用氮气吹干。

其中，步骤(2)中生长氧化层的厚度为0.7至0.9μm。

其中，步骤(4)中湿法腐蚀采用四甲基氢氧乙氨水溶液，腐蚀温度为70℃至80℃，四甲基氢氧乙氨水溶液体积分数为25％，形成的硅槽高度为1.5至1.8μm。

其中，步骤(7)中icp刻蚀速率为2.1μm/min，侧壁陡直度为89.7°至90.4°之间。

其中，步骤(10)中阳极键合工艺优化参数为温度350℃，电压为800v，真空度0.1pa，压力为0.5bar，键合气体环境为氮气，时间为10分钟。

其中，步骤(11)中湿法减薄采用四甲基氢氧乙氨水溶液进行腐蚀，腐蚀温度为90℃，溶液体积分数为5％，腐蚀速率为1μm/min。

其中，步骤(19)中将硅片盖板与硅基板上的键合标记对准并夹持固定，送入键合机中进行键合，施加压力为3000mbar，温度为300℃，键合过程中，升温间隔为50℃，每提高50℃后保温保压1min。

其中步骤(19)中的保护气体为氮气或氩气或氦气。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明通过光刻、湿法腐蚀、溅射、干法刻蚀、阳极键合等工艺获得rfmems开关，然后通过对准键合工艺对rfmems开关进行封装，获得具有隔离度高、驱动电压低、开关时间短、环境要求低、功率处理能力高等优点的rfmems开关。

附图说明

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图中，

附图1是本发明rfmems开关制造和封装方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，所述实施例的示例在附图中示出，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1所示，rfmems开关的制造和封装方法，包括以下步骤：

(1)对硅基片进行研磨、抛光，并使用溶液进行超声波清洗；

选用直径为100mm，厚度为0.4mm的硅基片，对硅基片进行双面研磨和抛光，然后在浓硫酸和过氧化氢溶液中浸泡并使用超声波清洗，浸泡时间为10分钟，然后将硅基片取出，放置在酒精中，使用超声波清洗，时间为5分钟，然后用去离子水冲洗干净，再用氮气吹干。

(2)对经过步骤(1)的硅基片双面热氧化生长氧化层，即二氧化硅层；

对清洗后的硅基片进行双面热氧化生长二氧化硅层，厚度为0.7至0.9μm。

(3)对经过步骤(2)的硅基片进行光刻，形成正面浅凹槽；

对氧化后的硅基片正面旋涂光刻胶，光刻胶厚度为4至5μm，然后在90℃下烘干2至4分钟，将带有浅凹槽图形的掩膜版覆盖在光刻胶层上进行曝光处理，然后放入显影液中显影，然后去除浅凹槽图形对应处的光刻胶层，形成正面浅凹槽。

(4)对经过步骤(3)光刻后的硅基片，以二氧化硅为掩膜，湿法腐蚀硅，形成硅槽图形；

对光刻后的硅基片以二氧化硅为掩膜湿法腐蚀硅，湿法腐蚀采用四甲基氢氧乙氨水溶液，该溶液温度越高，腐蚀速率越快，浓度越高腐蚀速率越慢，本发明中四甲基氢氧乙氨水溶液采用的腐蚀温度为70℃至80℃，溶液体积分数为25％，形成的硅槽高度为1.5至1.8μm，获得的硅槽表面平整度高。

(5)对经过步骤(4)刻蚀后的硅基片进行去胶处理，去除掩膜；

将腐蚀后的硅基片放入丙酮去胶液中，去除硅基片剩余的光刻胶。

(6)对经过步骤(5)处理后的硅基片进行光刻，磁控溅射钛钨/金，并采用lift-off工艺，剥离形成可动触点图形；

将硅基片放入磁控溅射设备中，在硅基片上依次溅射钛钨粘附层和金种子层，其中钛钨粘附层的厚度为50至100nm，金种子层的厚度为100至200nm，对溅射后的硅基片正面进行光刻，用光刻胶覆盖可动触点图形以外的部位，之后对可动触点图形镀金加厚，然后在丙酮中去胶处理，形成可动触点图形。

(7)对经过步骤(6)溅射后的硅基片以二氧化硅和触点金属作为掩膜，icp干法刻蚀硅25μm，形成触点高度；

以二氧化硅和触点金属作为掩膜，对硅基片进行icp干法刻蚀，刻蚀速率为2.1μm/min，侧壁陡直度为89.7°至90.4°之间，避免横向钻蚀。

(8)对经过步骤(7)处理后的硅基片正反面去除氧化层；

将处理后的硅基片表面剩余的二氧化硅氧化层去除。

(9)对玻璃基片进行光刻，磁控溅射钛钨/金，并采用lift-off工艺，在丙酮中剥离形成固定触点图形；

取玻璃基片，将玻璃基片放入磁控溅射设备中，在玻璃基片上依次溅射钛钨粘附层和金种子层，其中钛钨粘附层的厚度为50至100nm，金种子层的厚度为100至200nm，对溅射后的玻璃基片正面进行光刻，用光刻胶覆盖固定触点图形以外的部位，之后对固定触点图形镀金加厚，然后在丙酮中去胶处理，形成固定触点图形。

(10)对步骤(8)和步骤(9)中处理后的硅基片和玻璃基片进行阳极键合；

对硅基片和玻璃基片通过阳极键合工艺进行键合，阳极键合工艺优化参数为温度350℃，电压为800v，真空度0.1pa，压力为0.5bar，键合气体环境为氮气，时间为10分钟。

(11)对步骤(10)键合后的硅基片进行湿法减薄，形成结构层；

对硅基片进行湿法减薄，采用四甲基氢氧乙氨水溶液进行腐蚀，腐蚀温度为90℃，溶液体积分数为5％，腐蚀速率为1μm/min。

(12)对步骤(11)中处理后的硅基片背部溅射金属铝，并光刻，湿法腐蚀铝，形成弹簧粱和金属电桥；

将上步骤中处理后的硅基片放入磁控溅射设备中，在硅基片的背部溅射铝层，厚度为100nm，对溅射后的硅基片背部进行光刻，用光刻胶覆盖弹簧粱和金属电桥图形以外的部位，之后弹簧粱和金属电桥电镀加厚，然后在丙酮中去胶处理，形成弹簧粱和金属电桥图形。

(13)对步骤(12)处理后的硅基片以铝为掩膜，icp刻蚀，释放结构，得到rfmems开关；

以铝作为掩膜，对硅基片背部进行icp刻蚀，刻蚀高度为25μm，刻蚀速率为2.1μm/min，侧壁陡直度为89.7°至90.4°之间，释放结构，形成弹簧粱和金属电桥，得到rfmems开关。

(14)对步骤(13)处理后的硅基片上沉积氮化硅层；

在硅基片与玻璃基片键合的外部沉积氮化硅层。

(15)选用硅片作为封装盖板材料，对硅片进行清洗，去除杂质；

对硅片进行双面研磨和抛光，然后在浓硫酸和过氧化氢溶液中浸泡并使用超声波清洗，浸泡时间为10分钟，然后将硅基片取出，放置在酒精中，使用超声波清洗，时间为5分钟，然后用去离子水冲洗干净，再用氮气吹干。

(16)对步骤(15)清洗后的硅片盖板旋涂粘附剂，然后旋涂光敏bcb层，形成键合层；

将清洗后的硅片盖板旋涂bcb粘附剂，然后旋涂光敏bcb层，固化形成光敏bcb层。

(17)对步骤(16)中旋涂光敏bcb层后的硅片盖板进行icp深刻蚀，形成硅片盖板槽。

对硅片盖板进行icp深刻蚀，刻蚀速率为2.1μm/min，侧壁陡直度为89.7°至90.4°之间，形成硅片盖板槽。

(18)对步骤(17)处理后的硅片盖板内部利用喷胶、镀膜工艺制备金属屏蔽层；

在硅片盖板内部通过首先进行喷胶，然后在硅片盖板凹槽内部电镀金属层，形成金属屏蔽层。

(19)将步骤(18)处理后的硅片盖板与步骤(14)处理后的硅基片进行对准键合，键合过程中充入保护气体，固化键合层；

将硅片盖板与硅基板上的键合标记对准并夹持固定，送入键合机中进行键合，施加压力为3000mbar，温度为300℃，键合过程中，升温间隔为50℃，每提高50℃后保温保压1min，保护气体为氮气或氩气或氦气。

(20)得到封装好的rfmems开关。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。