Deliverables and Services - IHP Microelectronics

A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Abb. 21 zeigt die Integration des eingebetteten RF-
MEMS-Schalters in die 0,25-µm-SiGe:C-BiCMOS-Technologie
des IHP. Der kapazitive Schalter wird gebildet
durch die Schichten Metall 2(rot) und Metall 3(orange)
und durch die Elektroden in Metall 1(blau). Metall 2
dient als HF-Signalleitung und der eigentliche Kontakt
wird gebildet durch einen dünnen Si3N4 /TiN-Schichtstapel
(grün), der Teil eines BiCMOS MIM-Kondensators
ist. In Abb. 22 ist eine REM-Aufnahme des Schalters
dargestellt.
Abb. 21: Querschnitt des RF-MEMS Schalters.
Fig. 21 Cross-section view of the RF MeMS switch process.
Die „pull-down“-Spannung des RF-MEMS-Schalters
beträgt 20 V. Während die Kapazität im OFF-Zustand
(Membran oben) zwischen 25 fF und 30 fF liegt, variiert
diese im ON-Zustand (Membran unten) zwischen
210 fF und 250 fF, was in einem OFF/ON-Kapazitätsverhältnis
von mindestens 1:8 und typischerweise 1:10
resultiert. In Abb. 22 sind die Resultate der S-Parameter
Messungen bei einer Vorspannung von 30 V für
verschiedene Positionen auf dem Wafer dargestellt. Die
Einfügungsdämpfung liegt im Frequenzbereich 1-110
GHz unter 1,65 dB, die Isolation ist für Frequenzen zwischen
60 GHz und 100 GHz besser als 15 dB. Der in Abb.
23 dargestellte Parameter S 11 zeigt für den OFF-Zustand
des Schalters eine gute Eingangsanpassung an 50 Ω.
Die vorläufigen Lebensdauertests der RF-MEMS-Schalter
zeigen, dass über 10 Milliarden „hot-switching“ Zyklen
ohne Sticking oder Leistungsverlust möglich sind [1].
Fig. 21 illustrates the embedded RF MeMS switch integration
in IHp’s 0.25 µm SiGe:C BiCMoS process.
the capacitive switch is built between the Metal2
(red) and Metal3 (orange) layers. High-voltage electrodes
are formed using Metal1 (blue) while Metal2 is
used as RF signal line. A thin Si3n4 /tin layer stack
(green), which is part of the BiCMoS metal-insulatormetal
capacitor, forms the switch contact region. An
SeM view of the switch is shown in Fig. 22.
Abb. 22: REM-Aufnahme des RF-MEMS Schalters.
Fig. 22: SeM view of the RF MeMS switch.
the pull-down voltage of the RF MeMS switch varies
between 17 V and 22 V over the wafer. the “off” state
capacitance (membrane up) varies between 25 fF and
30 fF, while the “on” state (membrane down) ranges
between 210 fF and 250 fF providing an “off”/”on”
state capacitance ratio of at least 1:8, but typically
1:10. S-parameter measurement results are given in
Fig. 22 for different sites of the wafer at 30 V bias
voltage. the insertion loss of the switch in the 1-110
GHz frequency range is below 1.65 dB. the isolation
for frequencies between 60 GHz and 100 GHz is better
than 15 dB. S 11 of the switch, given in Fig. 23 for the
“off” state, demonstrates a good input matching to
50 Ω. the resonance characteristic of the switch differs
only by ±2 GHz over an 8-inch wafer, as can be
seen from Fig. 23 as well. the preliminary life-time
tests of the RF MeMS switches show that up to 10
billion hot-switching cycles are possible without any
stiction or performance degradation.
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