基于干法刻蚀技术的氮化镓MEMS加工工艺(英文)

氮化镓(GaN)材料已成功应用于光电子器件、高频功率器件等领域.近年来,由于GaN优异的材料特性,例如机械、热、化学稳定性以及生物兼容性等,使基于GaN的微机电系统(MEMS)得到了学术界的广泛关注.针对氮化镓MEMS结构的有效的图形化及释放技术是工艺研究的重点.设计、采用了一种全干法刻蚀技术,实现了(111)晶向硅衬底上的氮化镓基MEMS微结构的加工制造.利用提出的工艺方案,实现了多种悬浮GaN微结构的加工与测试表征实验.通过电子扫描显微镜(SEM)和光学轮廓仪进行了基本形貌表征;利用微拉曼光谱实验进行了加工结构的残余应力表征.     

Au-AlGaN/GaN HFET研制与器件特性

报道了栅长为1.5μm Au-AlGaN/GaN HFET器件的研制和器件的室温特性测试结果.同时,研究了器件经300℃、30min热处理对器件性能的影响,并对比了热处理前后器件的室温特性.实验证明:室温下,器件具有良好的输出特性和肖特基结伏安特性,反向漏电流较小,最大跨导可达47mS/mm;经过300℃、30min热处理后器件的室温输出特性有显著改善,而且器件饱和压降明显降低,说明300℃热处理没有给器件造成不可恢复的破坏.     

应用于MEMS的单晶硅上无电镀铜、镀镍工艺

开发了单晶硅上的选择性无电镀铜、镀镍工艺，形成了较为优化的施镀流程，实现了保形性、均镀性较好的铜、镍及其复合镀层．其中针对单晶硅表面的特点，采取了浓酸处理和氧等离子轰击两种表面预处理方法，优化了氯化钯对表面的激活时间，使得镀层质量得到提高．提出了以镍作为中间层以减小镀层应力的方法，施镀后获得的铜镀层的电阻率为2.1μΩ·cm，铜/镍复合镀层的方块电阻为0.19Ω/□．在单晶硅MEMS电感结构上实现了较好的无电镀铜，使得该元件的品质因数超过25．     

复合静电驱动结构致动的内旋转微镜

报道了以体硅表面硅混合微加工工艺制作在SOI衬底上的一种新型复合静电驱动结构致动内旋转微镜,其中复合静电驱动结构由一个平板驱动器和一个垂直梳齿驱动器构成.实验表明,该新型驱动结构不仅能使微镜实现大范围连续旋转,而且能使微镜实现吸合效应致自发性90°旋转.微镜的连续旋转范围扩大到约46°,同时引发吸合效应的拐点电压也增大.对于具有1和0.5μm厚扭转弹性梁的微镜,实测拐点电压分别为390～410V和140～160V.当该微镜用作光开关时,测得光插入损耗为～1.98dB.     

应用于MEMS的单晶硅上无电镀铜、镀镍工艺

开发了单晶硅上的选择性无电镀铜、镀镍工艺,形成了较为优化的施镀流程,实现了保形性、均镀性较好的铜、镍及其复合镀层.其中针对单晶硅表面的特点,采取了浓酸处理和氧等离子轰击两种表面预处理方法,优化了氯化钯对表面的激活时间,使得镀层质量得到提高.提出了以镍作为中间层以减小镀层应力的方法,施镀后获得的铜镀层的电阻率为2.1μΩ·cm,铜/镍复合镀层的方块电阻为0.19Ω/□.在单晶硅MEMS电感结构上实现了较好的无电镀铜,使得该元件的品质因数超过25.     

ICP硅深槽刻蚀中的线宽控制问题研究

在高密度反应离子刻蚀技术中,存在明显的线宽损失,对小尺寸MEMS结构影响很大,将使MEMS器件灵敏度下降,稳定性降低.本文介绍了一种减小线宽损失的新工艺技术,在初始阶段的刻蚀步骤中加入剂量逐渐递减的钝化气体C4F8,同时适当减小循环周期的刻蚀时间,使线宽损失由原来常规刻蚀工艺中的155nm减少到55nm.此项技术已经应用于MEMS陀螺的制造工艺中,取得了很好的结果.     

用于MEMS器件芯片级封装的金-硅键合技术研究

MEMS器件大都含有可动的硅结构，在器件加工过程中，特别是在封装过程中极易受损，大大影响器件的成品率。如果能在MEMS器件可动结构完成以后，加上一层封盖保护，可以显著提高器件的成品率和可靠性。本文提出了一种用于MEMS芯片封盖保护的金-硅键合新结构，实验证明此方法简单实用，效果良好。该技术与器件制造工艺兼容，键合温度低，有足够的键合强度，不损坏器件结构，实现了MEMS器件的芯片级封装。我们已经将此技术成功地应用于射流陀螺的制造工艺中。     

硅微机械扭转微镜的研究进展

硅微机械扭转微镜在国防和民用领域都有着重要的应用.根据致动机理的不同,从压电驱动方式、电磁驱动方式、电热驱动方式和静电驱动方式等方面系统地阐述了硅微机械扭转微镜的研究现状与发展方向,同时重点讨论了硅微机械扭转微镜在医疗成像和生物技术等领域中的具体应用.     

反应离子深刻蚀中硅/玻璃结构footing效应的实验研究

针对反应离子深刻蚀中硅/玻璃键合结构的footing效应问题,用实验方法进行了研究.通过2～4和0.01～0.03Ω·cm两种不同电导率的硅结构过刻蚀的对比,以及对50,20和5μm三组不同间隙高度的器件结构过刻蚀的对比,揭示了单晶硅结构的电导率及器件结构和玻璃衬底间隙高度对footing效应的影响.实验结果显示电导率为2～4Ω·cm的硅结构比电导率为0.01～0.03Ω·cm的硅结构footing效应严重;硅结构和玻璃衬底的间隙为5μm的比间隙为20和50μm的footing效应严重, 对这一现象的理论分析认为,被刻蚀的硅的电导率越高, 硅结构与玻璃衬底的间隙越大,footing效应越不明显.本文中不同电导率和不同间隙高度的实验对比结果可以为硅微传感器材料类型的选取和器件的优化设计提供参考.     

用深反应离子刻蚀和介质填充技术制造具有高深宽比的超深电隔离槽

提出了一种利用深反应离子刻蚀(DRIE)和电介质填充方法来制造具有高深宽比的深电学隔离槽的新型技术.还详细讨论了DRIE刻蚀参数与深槽侧壁形状之间的关系,并作了理论上的阐述.采用经过参数优化的DRIE刻蚀深硅槽,并用反应离子刻蚀(RIE)对深槽开口形状进行修正,制造了具有理想侧壁形状的深槽,利于介质的完全填充,避免产生空洞.电隔离槽宽5μm,深92μm,侧壁上有0.5μm厚的氧化层作为电隔离材料.I-V测试结果表明该隔离结构具有很好的电绝缘特性:0～100V偏压范围内,电阻大于1011Ω,击穿电压大于100V.电隔离深槽被首次应用于体硅集成微机械陀螺仪上的微机械结构与电路之间的电气隔离与机械连接,该陀螺的性能得到了显著提高.