一种含有折纸结构的MEMS器件制备方法与流程

本发明涉及mems器件制造领域，特别涉及一种含有折纸结构的mems器件制备方法。

背景技术：

1、随着电子设备向着多功能、小型化、轻量化、高频化方向发展，mems器件因具有微型化、智能化、多功能、高集成度等优势，得到了越来越广泛的应用。mems开关作为mems器件中的一种最基本的元器件，既可以单独使用，也可以与其他电路或器件组合形成移相器、滤波器、可重构天线等复合器件。mems开关在插入损耗、隔离度、频率和线性等方面具有优异的性能，因而在雷达、导航、卫星通信等领域得到广泛应用。

2、现有的mems器件制备方法中，开关结构中的悬浮结构为平面结构，桥梁应力较大且寄生效应明显，不利于mems器件插入损耗、隔离度等性能的提升。通过在mems器件悬浮结构中引入折纸结构，可以实现驱动下mems悬浮结构由二维平面结构向三维立体的自主构建，有效降低寄生效应，并能通过折痕设计实现多种形态的立体mems结构，扩展mems器件的应用范围。如何实现含有折纸结构的mems器件制备是mems制造业面临的一个巨大挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种工艺成熟度高的含有折纸结构的mems器件制备方法。

2、本发明的目的是这样实现的，一种含有折纸结构的mems器件制备方法，其特征在于包括以下步骤：

3、一种含有折纸结构的mems器件制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1，将mems器件制备的基板进行清洗和烘片处理；

5、步骤2，将基板送入溅射台中，溅射金属粘附层和电镀种子层；

6、步骤3，将基板取出，采用光刻工艺完成共面波导结构cpw电镀掩膜层制备，cpw图形以外的区域进行光刻胶保护，之后对cpw图形区域进行电镀金加厚，再进行去胶处理；

7、步骤4，在基板上进行光刻工艺，将cpw图形区域用光刻胶保护，其他区域裸露出来并进行刻蚀，去除cpw图形以外区域的金属膜层，再进行去胶处理，完成mems器件底层cpw结构的制备；

8、步骤5，在基板上进行牺牲层结构的制备，牺牲层结构裸露出mems悬浮结构与底层结构衔接处的锚区金属，其他区域均由牺牲层覆盖；

9、步骤6，在基板上溅射金属膜层；

10、步骤7，在基板上采用光刻工艺完成折痕结构电镀掩膜层的制备，折痕结构图形以外的区域进行光刻胶保护，之后对折痕结构图形区域进行电镀金属加厚，再进行去胶处理；

11、步骤8，在基板采用光刻工艺完成悬浮主体结构电镀掩膜层的制备，悬浮主体结构图形以外的区域进行光刻胶保护，之后对悬浮主体结构图形区域进行电镀金属加厚，其中，悬浮主体结构金属层厚度是折痕结构金属层厚度的10倍～20倍，再进行去胶处理；

12、步骤9，将基板进行湿法刻蚀处理，得到带有折痕结构的mems悬浮金属结构；

13、步骤10，将,基板进行牺牲层释放，得到含有折纸结构的mems器件；

14、步骤11，将基板取出，进行退火处理；完成含有折纸结构的mems器件的制备。

15、进一步的：

16、通过调节mems悬浮结构中不同区域的金属层厚度比例实现了折纸结构功能，并通过包括溅射、光刻、电镀在内的半导体工艺实现器件制备，在玻璃片、硅片、陶瓷片或有机基板上实现，mems器件的主体结构采用钛钨-金、钛-金或钛-铜，牺牲层结构采用有机牺牲层、无机牺牲层或有机/无机复合牺牲层。

17、进一步的：带有折痕结构的mems悬浮金属结构通过两次光刻两次电镀的方式实现。

18、进一步的：步骤1中基板材料为玻璃片、硅片、陶瓷片或有机基板，步骤2中溅射金属膜层为钛钨-金膜层、钛-金膜层或铬-金膜层，步骤6中金属膜层是金、铜或钛钨中单一或复合金属膜层结构。

19、进一步的：步骤4中复合金属膜层的刻蚀是全湿法刻蚀、全干法刻蚀或湿法与干法刻蚀相结合的方式。

20、进一步的：步骤5中的牺牲层结构为大面积牺牲层结构，即除了mems悬浮结构与底层结构衔接区域外，其他区域均覆盖牺牲层。

21、进一步的：步骤5中的牺牲层结构是光刻胶或聚酰亚胺的有机结构牺牲层，或者是铜、镍中单一或多种金属复合结构牺牲层，或者是光刻胶等有机材料与铜金属材料结合形成的有机/无机复合结构牺牲层；

22、进一步的：步骤7和步骤8中电镀金属种类是金、铜或镍，主体结构金属层厚度是折痕结构金属层厚度的10倍～20倍，金属层的厚度比例也可以按照设计要求灵活调整，以保证折纸结构的有效驱动。

23、进一步的：步骤7和步骤8中光刻胶掩膜层的去除采用有机溶液去除或采用显影液无机溶液的方式去除。

24、本发明与现有技术相比所取得的有益效果为：

25、与传统mems制造工艺相比，本发明可以实现含有折纸结构的mems器件的制备，能有效降低mems器件的寄生效应，减小mems器件的损耗和驱动电压，提升mems器件性能，并能实现多种折痕设计结构mems器件，从而实现多种形态的立体结构mems器件，制备的mems器件应用范围更广。

26、与通过4d打印技术实现折纸结构制备相比，本发明通过溅射、光刻、电镀、刻蚀等半导体制造领域工艺方法实现了折纸结构制备，器件尺寸精度高，工艺成熟度高，mems器件的制备成品率高，与ic芯片兼容度高，易于大规模集成。

27、与采用特种材料实现折纸结构功能相比，本发明通过调节mems悬浮结构中不同区域的金属层厚度比例实现了折纸结构功能，并通过技术成熟度高的半导体工艺实现器件制备，可以在玻璃片、硅片、陶瓷片、有机基板等多材质基板上实现，mems器件的主体结构可以采用钛钨-金、钛-金、钛-铜等多种金属种类结构，牺牲层结构可以采用有机牺牲层、无机牺牲层、有机/无机复合牺牲层等多种类牺牲层结构，整体工艺的兼容度、适用性和灵活度更高；

技术特征：

1.一种含有折纸结构的mems器件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种含有折纸结构的mems器件制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种含有折纸结构的mems器件制备方法，其特征在于：带有折痕结构的mems悬浮金属结构通过两次光刻两次电镀的方式实现。

4.根据权利要求1所述的一种含有折纸结构的mems器件制备方法，其特征在于：步骤1中基板材料为玻璃片、硅片、陶瓷片或有机基板，步骤2中溅射金属膜层为钛钨-金膜层、钛-金膜层或铬-金膜层，步骤6中金属膜层是金、铜或钛钨中单一或复合金属膜层结构。

5.根据权利要求1所述的一种含有折纸结构的mems器件制备方法，其特征在于：步骤4中复合金属膜层的刻蚀是全湿法刻蚀、全干法刻蚀或湿法与干法刻蚀相结合的方式。

6.根据权利要求1所述的一种含有折纸结构的mems器件制备方法，其特征在于：步骤5中的牺牲层结构为大面积牺牲层结构，即除了mems悬浮结构与底层结构衔接区域外，其他区域均覆盖牺牲层。

7.根据权利要求1所述的一种含有折纸结构的mems器件制备方法，其特征在于：步骤5中的牺牲层结构是光刻胶或聚酰亚胺的有机结构牺牲层，或者是铜、镍中单一或多种金属复合结构牺牲层，或者是光刻胶等有机材料与铜金属材料结合形成的有机/无机复合结构牺牲层。

8.根据权利要求1所述的一种含有折纸结构的mems器件制备方法，其特征在于：步骤7和步骤8中电镀金属种类是金、铜或镍，主体结构金属层厚度是折痕结构金属层厚度的10倍～20倍，金属层的厚度比例也可以按照设计要求灵活调整，以保证折纸结构的有效驱动。

9.根据权利要求1所述的一种含有折纸结构的mems器件制备方法，其特征在于：步骤7和步骤8中光刻胶掩膜层的去除采用有机溶液去除或采用显影液无机溶液的方式去除。

技术总结本发明公开了MEMS器件制造领域的一种含有折纸结构的MEMS器件制备方法，主要包括底层CPW结构制备、牺牲层结构制备、折痕结构制备、悬浮结构制备等步骤。采用本发明的技术方案，可以实现含有折纸结构的MEMS器件制备，且器件尺寸精度高，工艺成熟度高，器件性能优良，与IC芯片兼容度高，易于大规模集成，可以满足雷达、导航、卫星通信等系统中对MEMS器件的性能指标要求。技术研发人员：徐亚新,梁广华,刘晓兰,赵飞,王康,庄治学,周拥华受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/4