ICP刻蚀技术在MEMS器件制作中的应用

简单介绍了ICP刻蚀系统和刻蚀原理。通过实验分析了ICP刻蚀SiO2和Cr时,刻蚀速率随相关工艺参数变化而变化的几点规律。同时给出了用ICP刻蚀出的MEMS传感器Si基腔的表面形貌图和Cr电阻的显微镜照片。     

3D MEMS全光交换系统

全光交换被誉为通讯网络迈向宽带网络中必不可缺的关口,AGERE SYSTEMS(原朗讯科技微电子部)已经推出实际商用化的全光交换产品,使得MEMS光开关逐步从实验室走向市场商用化。从目前业界不断涌现的技术方向看,MEMS似乎会成为大容量交换技术的主流;尽管,液晶交换和别的技术同样也可适用于未来的全光网络。     

反应离子刻蚀加工工艺技术的研究

反应离子刻蚀(RIE)选择性比较低,只能进行各向异性刻蚀,刻蚀特征尺寸小于3 μm,无危险化学试剂,但有危险气体和射频功率等安全风险.介绍了反应离子刻蚀技术的基本原理,探讨了聚酰亚胺、氮化硅、二氧化硅、铝和多晶硅薄膜材料刻蚀的工艺处方,研究了RIE草地现象形成机理,给出了避免草地现象的工艺措施.     

硅深层刻蚀技术实现3D集成

3D互连要求制作硅直通孔的刻蚀设备具有很好的均匀性。同时要求晶圆间具有可重复性和高的生产率。     

聚合物Parylene C薄膜的反应离子刻蚀研究

首先简要介绍了聚合物Parylene,并以Parylene C薄膜为原料,进行反应离子刻蚀,着重研究了功率和工作气压对刻蚀速率的影响,并给出了优化的刻蚀工艺参数.结果表明,刻蚀速率随功率增加而增大,当功率为80 W时,刻蚀速率达到0.44μm/min,适当增大功率有利于各向异性刻蚀.刻蚀速率在一定范围内随气压增大而增大,工作压力为10.67 Pa时,刻蚀速率达到0.47μm/min;当气压超过10.67 Pa后,刻蚀速率基本保持不变.     

2～3μm AlSi的反应离子刻蚀及实用化技术研究

在Ｔｅｇａｌ１５１２ｅ反应离子刻蚀（ＲＩＥ）设备上，利用Ｃｌ＿２、ＳｉＣｌ＿４为主要刻蚀气体进行了Ａｌ－Ｓｉ１．２％的反应离子刻蚀，研究了各参数对刻蚀结果的影响。在此基础上，本文着重围绕线宽控制和后处理等关键性问题进行了实用化应用研究，并得到了最佳的刻蚀程序。最小加工线条宽度达到１．５μｍ，实用达２～３μｍ，体刻蚀率大于１μｍ／ｍｉｎ，均匀性小于±５％，线宽损失小于１０％，对热氧化ＳｉＯ＿２和ＡＥ１４５０Ｊ正性抗蚀剂的刻蚀选择比分别达８：１和３：１。此技术已用于多种多批量电路的制作工艺之中，效果良好。     

基于MEMS技术的微桥制备与共振频率测量

基于扫描探针显微镜(SPM)微机械性能测试的需求,设计了一种可用电容力驱动微桥面振动的新型微桥.通过实验选材和单晶Si的刻蚀研究,提出了一种新的正面刻蚀成桥方法,获得了一种基于湿法刻蚀的低成本、易加工的实用微桥加工技术.利用SEM和AFM观察了微桥,证实微桥已制备成功且微桥桥面形貌比较平整.最后用改进的扫描隧道显微镜(STM)测量了微桥振动的频率响应,测得的共振频率与理论估算值基本一致.     

BST薄膜的反应离子刻蚀研究

钙钛矿结构的钛酸锶钡(BST)薄膜作为优良的介电、铁电材料在新一代的微机械系统(MEMS)、动态存储器(DRAM)及其他器件上的广泛应用,使得BST薄膜的刻蚀特性越来越重要。该文利用反应离子刻蚀装置,研究了溶胶-凝胶工艺制备的钛酸锶钡薄膜在CHF3/Ar等离子气体中的刻蚀情况。通过分析刻蚀速率及薄膜刻蚀前后表面形貌的变化,结果表明,刻蚀过程是离子轰击、离子辅助化学反应和化学反应刻蚀共同作用的结果。刻蚀速率为5.1 nm/min。Sr元素较难去除,成为阻碍刻蚀的重要因素。     

基于MEMS技术的无线加速度测量系统

结合MEMS微传感器和无线通信技术,研究了MEMS微加速度计检测信号的测量与无线传输技术,制定了二维加速度信号的无线测量系统方案,设计了系统电路,并完成了原型装置的制作与调试。实践表明,本系统能对微弱的加速度进行无线检测,有较高的测量精度和灵敏度。     

高深宽比深隔离槽的刻蚀技术研究

体硅集成MEMS器件中的一个非常重要的技术就是微结构与电路部分的电隔离和互连。由于体硅工艺与传统CMOS工艺不兼容 ,所以形成高深宽比的深隔离槽 (宽约 3μm ,深 2 0～ 10 0μm)是体硅集成中急待解决的工艺难题。本文采用MEMS微加工的DRIE (DeepReactiveIonEtching)技术、热氧化技术和多晶硅填充技术 ,形成了高深宽比的深电隔离槽 (宽 3.6 μm ,深 85μm)。还提出了一种改变深槽形状的方法 ,使深槽的开口变大 ,以利于多晶硅的填充 ,避免了空洞的产生     

三维金属MEMS器件电化学制造技术

EFAB技术是微加工领域一项重大的突破,开辟了MEMS金属器件加工的新天地,与其他微加工技术相比,EFAB技术的主要优点是:可实现MEMS中复杂三维金属微结构器件快速、自动化、批量制造。基于快速原型思想,EFAB利用实时掩模技术将金属材料层层叠加起来,可以加工任意形状的金属三维微结构。介绍了EFAB技术原理,并对其加工设备、分层技术、实时掩模、过程监控等关键技术进行了剖析,最后给出了应用实例。     

DRIE工艺误差对MEMS梳齿谐振器频率的影响

针对深反应离子刻蚀(DRIE)工艺加工高深宽比梳齿电容存在侧壁倾斜角的情况,分析了该倾斜角对梳齿谐振器频率的影响。为了使设计的梳齿谐振器频率符合应用要求,推导出了梳齿谐振器在正负侧壁倾斜角θ下的谐振频率计算公式。利用ANSYS Workbench11.0平台,分别对侧壁倾斜角为0°,0.2°,0.35°和0.5°的情形进行了有限元建模与模态仿真。仿真结果表明:随着正倾斜角的增大,谐振频率减小;负倾斜角增大时,谐振频率增大,且一阶模态振形的平稳程度越差。比较数值仿真结果与考虑了正负倾斜角误差的梳齿谐振器谐振频率计算公式计算结果对比,吻合较好。     

Fabrication of 3D MEMS toroidal microinductor for high temperature application

Based on Microelectromechanical systems (MEMS) technique and thick photoresist lithography technology, a new toroidal-type inductor for high temperature application has been successfully developed. In the fabrication process, heat-resistant materials are used, alumina as insulator and supporting materials instead of polyimide, heat resistant glass for underlay instead of normal glass, and copper for coil. The maximum inductance is 87 nH at 0.826 GHz and maximum of quality factor (Q-factor) is 4.63 at 0.786 GHz, at room temperature. With simulation of thermal deformation, it shows that the developed toroidal inductor can be suitable for high temperature application, from 300 to 700 °C.     

一种基于硅基MEMS三维异构集成技术的T/R组件

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段双通道T/R组件。该组件由两层硅基结构通过球栅阵列(BGA)植球堆叠而成,上下两层硅基封装均采用5层硅片通过硅通孔(TSV)、晶圆级键合工艺实现。组件集成了六位数控移相、六位数控衰减、串转并、电源调制、逻辑控制等功能,最终组件尺寸仅为15 mm×8 mm×3.8 mm。测试结果表明,在Ku波段内,该组件发射通道饱和输出功率大于24 dBm,单通道发射增益大于20 dB,接收通道增益大于20 dB,噪声系数小于3.0 dB。该组件性能好,质量轻,体积小,加工精确度高,组装效率高。     

Substrate interconnect technologies for 3-D MEMS packaging

We report the development of 3-dimensional silicon substrate interconnect technologies, specifically for reducing the package size of a MOSFET relay. The ability to interconnect multiple chips at different elevations on a single substrate can significantly improve device performance and size. We present the process development of through-hole interconnects fabricated using deep reactive ion etching (DRIE), with an emphasis on achieving positively tapered, smooth sidewalls to ease deposition of a seed layer for subsequent Cu electroplating. Gray-scale technology is integrated on the same substrate to provide smooth inclined surfaces between multiple vertical levels (>100 μm apart), enabling interconnection between the two levels via simple metal evaporation and lithography. The developments discussed for each technique may be used together or independently to address future packaging and integration needs.     

三维集成封装中的TSV互连工艺研究进展

为顺应摩尔定律的增长趋势,芯片技术已来到超越"摩尔定律"的三维集成时代。电子系统进一步小型化和性能提高,越来越需要使用三维集成方案,在此需求推动下,穿透硅通孔(TSV)互连技术应运而生,成为三维集成和晶圆级封装的关键技术之一。TSV集成与传统组装方式相比较,具有独特的优势,如减少互连长度、提高电性能并为异质集成提供了更宽的选择范围。三维集成技术可使诸如RF器件、存储器、逻辑器件和MEMS等难以兼容的多个系列元器件集成到一个系统里面。文章结合近两年的国外文献,总结了用于三维集成封装的TSV的互连技术和工艺,探讨了其未来发展方向。     

3D HfO2 Thin Film MEMS Capacitor with Superior Energy Storage Properties

Capacitors are ubiquitous and crucial components in modern technologies. Future microelectronic devices require novel dielectric capacitors with higher energy storage density, higher efficiency, better frequency and temperature stabilities, and compatibility with integrated circuit (IC) processes. Here, in order to overcome these challenges, a novel 3D HfO₂ thin film capacitor is designed and fabricated by an integrated microelectromechanical system (MEMS) process. The energy storage density (ESD) of the capacitor reaches 28.94 J cm⁻³, and the energy storage efficiency of the capacitor is up to 91.3% under an applied electric field of 3.5 MV cm⁻¹. The ESD can be further improved by reducing the minimum period structure size of the 3D capacitor. Moreover, the 3D capacitor exhibits excellent temperature stability (up to 150 °C) and charge-discharge endurance (10⁷ cycles). The results indicate that the 3D HfO₂ thin film MEMS capacitor has enormous potential in energy storage applications in harsh environments, such as pulsed discharge and power conditioning electronics.     

三维微机械电感的优化设计

研究了影响三维微机械电感电感值和Q值的主要因素 ,提出了电感值和Q值的理论计算模型。并利用该模型 ,对不同尺寸结构的三维微机械电感进行了数值模拟。根据理论计算的结果 ,得到了电感的优化结构 ,在 2 .5GHz的工作频率下 ,其电感值为 11nH ,Q值为 9。     

面向Micro-IMU的MEMS三维可折叠系统的设计与研制

提出了一种面向微惯性测量单元(Micro-IMU)应用的微电子机械系统(MEMS)三维可折叠结构,其主要组成部分包括绝缘层上硅(SOI)基底、聚酰亚胺柔性链、金属线以及MEMS多环陀螺仪。文章基于有限元仿真技术,分析了可折叠结构及器件的可行性。基于SOI一体化MEMS技术,将核心传感器的制作工艺与折叠结构工艺相结合,在结构中搭载单轴圆盘多环谐振微陀螺,利用柔性铰链实现结构的三维折叠以及各个传感器之间的电互连,实现单轴惯性传感器的集成,制备出体积为1cm3、质量为250mg的搭载多环谐振微陀螺的三维可折叠系统。