三维掩膜硅各向异性腐蚀工艺释放微悬空结构

提出了一种新颖的基于三维掩膜的硅各向异性腐蚀工艺,即利用深反应离子刻蚀、湿法腐蚀等常规体硅刻蚀工艺和氧化、化学气相沉积(CVD)等薄膜工艺制作出具有三维结构的氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)薄膜,以该三维薄膜作为掩膜进行各向异性腐蚀,该工艺可以应用于MEMS微悬空结构的制作。利用该工艺成功地在单片n-Si(100)衬底上完成了一种十字梁结构的释放,并对腐蚀的过程和工艺参数进行了研究。     

基于“8悬臂梁-质量块”结构的新颖x轴音叉式硅微机械陀螺

设计、制作并测试了一种新颖的x轴音叉式微机械陀螺,它以"8悬臂梁-质量块"结构来实现Coriolis力的检测,与常见的单层弹性梁-质量块结构相比,具有更好的模态稳定性;大质量块与薄弹性梁的结构设计有助于获得低机械噪声与高灵敏度.采用体硅微机械加工工艺在(111)硅晶圆上试制了基于"8悬臂梁-质量块"结构的微陀螺,由于在(111)晶向上硅的湿法腐蚀速率极其缓慢,而用氧化硅填充的限制槽限定侧向腐蚀范围,因此这套工艺能对双层弹性梁的结构尺寸进行精确控制,获得较小的模态失配.在大气环境中,该陀螺具有±200°/s的量程,角速度灵敏度为0.15mV/(°/s),分辨率约为0.1°/s.     

基于"8悬臂梁-质量块"结构的新颖x轴音叉式硅微机械陀螺

设计、制作并测试了一种新颖的x轴音叉式微机械陀螺,它以"8悬臂梁-质量块"结构来实现Coriolis力的检测,与常见的单层弹性梁-质量块结构相比,具有更好的模态稳定性;大质量块与薄弹性梁的结构设计有助于获得低机械噪声与高灵敏度.采用体硅微机械加工工艺在(111)硅晶圆上试制了基于"8悬臂梁-质量块"结构的微陀螺,由于在(111)晶向上硅的湿法腐蚀速率极其缓慢,而用氧化硅填充的限制槽限定侧向腐蚀范围,因此这套工艺能对双层弹性梁的结构尺寸进行精确控制,获得较小的模态失配.在大气环境中,该陀螺具有±200°/s的量程,角速度灵敏度为0.15mV/(°/s),分辨率约为0.1°/s.     

硅多层微机械结构无掩模腐蚀新技术及在力敏结构制作中的应用

提出一种新型硅无掩模腐蚀技术，利用设计一块掩模和进行一次常规有掩蚀之后的无掩模腐蚀工艺，可制作多层次的硅微机械结构，结构层数原则上不受限制，各层次的位置和相应深度方便可控。基于该技术，给出了制作的几例多层力学量传感器结构结果。该技术将可望广泛应用于半导体微机械传感器和执行器中。     

硼离子选择注入制备多孔硅微阵列

根据p型硅和n型硅不同的制备多孔硅的工艺条件,利用硼离子选择注入,在n型硅片上的局部微区域,形成易于腐蚀的p型硅,用电化学腐蚀方法制备出图形化的多孔硅阵列.省去了传统掩膜腐蚀工艺的掩膜材料的选取与制备以及后道工艺中掩膜材料的清除等工艺,克服了掩膜材料掩蔽效果较差以及存在横向钻蚀等缺点.通过AFM,SEM测试,证明该方法的效果很好.     

硼离子选择注入制备多孔硅微阵列

根据 p型硅和 n型硅不同的制备多孔硅的工艺条件 ,利用硼离子选择注入 ,在 n型硅片上的局部微区域 ,形成易于腐蚀的 p型硅 ,用电化学腐蚀方法制备出图形化的多孔硅阵列 .省去了传统掩膜腐蚀工艺的掩膜材料的选取与制备以及后道工艺中掩膜材料的清除等工艺 ,克服了掩膜材料掩蔽效果较差以及存在横向钻蚀等缺点 .通过 AFM,SEM测试 ,证明该方法的效果很好     

一种具有“8悬臂梁-质量块”结构的新型硅微加速度计

提出了一种具有"8悬臂梁-质量块"结构的新型三明治式硅微机械电容式加速度计,用微机械加工工艺在(111)硅片上制作出了具有信号输出的器件.该加速度计的惯性质量块由同一(111)硅片上下表面对称分布的8根悬臂梁支撑.这些悬臂梁是利用(111)硅在KOH溶液中的各向异性腐蚀特性结合深反应离子刻蚀(DRIE)实现的,其尺度精确可控,保证了结构的对称性.该加速度计的谐振频率为2.08kHz,品质因子Q为21.4,灵敏度为93.7mV/g.     

一种具有"8悬臂梁-质量块"结构的新型硅微加速度计

提出了一种具有"8悬臂梁-质量块"结构的新型三明治式硅微机械电容式加速度计,用微机械加工工艺在(111)硅片上制作出了具有信号输出的器件.该加速度计的惯性质量块由同一(111)硅片上下表面对称分布的8根悬臂梁支撑.这些悬臂梁是利用(111)硅在KOH溶液中的各向异性腐蚀特性结合深反应离子刻蚀(DRIE)实现的,其尺度精确可控,保证了结构的对称性.该加速度计的谐振频率为2.08kHz,品质因子Q为21.4,灵敏度为93.7mV/g.     

加工对称梁岛结构的微机械加工新技术

本文报道了一种用无掩模腐蚀技术加工对称梁岛结构的微机械加工技术。根据硅台阶在ＫＯＨ无掩模腐下形状和尺寸的变化规律，可以设计制造出一般掩模腐蚀难以形成的微机械对称当今岛结构。由于该技术工艺简单，易于控制，为制作对称梁岛结构的硅 速度传感器提供了新的加工手段。     

悬臂梁式硅微加速度计的研制

介绍一种悬臂梁式硅微加速度计的结构与工作原理,并利用ANSYS软件进行了仿真模拟。采用体硅“无掩膜”腐蚀技术,对设计出的敏感芯片进行了工艺试制。通过合理的设计,使挠性梁腐蚀区域侧面上产生(311)面,通过控制所产生的(311)面对(111)面的侵削作用,获得了所需结构。为提高灵敏度和线性,该加速度计采用静电力反馈闭环控制方式,检测与处理电路采用高精度双极线性电路工艺进行了工艺流片。利用多芯片组装工艺进行了敏感芯片与一次集成的检测和处理电路的混合封装。经测试硅微加速度计性能为量程±50g,分辨率3×10–3g,非线性<5×10–4,质量为9.6g。     

具有双应变梁的硅微机械倾角传感器结构设计

提出了一种能抗侧向耦合干扰的微机械硅倾角传感器的敏感结构设计，它由两个不同大小的质量块和连接它们的两个相互平行的硅应变梁组成。文中通过推导给出了硅应变梁上所受的应变与倾角及位置的解析关系，并计算了在两个不同质量块作用下硅梁上的应力分布，最后提出了制作该结构的工艺设计。     

低g值微惯性开关防粘连结构的设计与制作

低g值微惯性开关是一种感受惯性加速度、执行开关机械动作的精密惯性装置。为了解决开关芯片在清洗干燥过程中的粘连问题,提高器件的成品率,提出了防粘连的梯形凸台结构。该结构尺寸约为135μm×135μm×20μm,采用玻璃无掩膜湿法腐蚀技术在深约85μm的玻璃封盖底部实现。通过减小质量块与玻璃封盖底部的接触面积,弱化液体表面张力和范德华力的影响,避免了粘连现象的发生,使得低g值微惯性开关芯片在清洗干燥环节的合格率约达95%。采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,完成了带有防粘连凸台结构的低g值微惯性开关的制作。玻璃无掩膜湿法腐蚀技术具有工艺简单、便于操作等优点,它的成功应用较好地满足了器件产业化的要求,为批量研制低g值微惯性开关提供了可靠的工艺基础。     

具有双应变梁的硅微机械倾角传感器结构设计

提出了一种能抗侧向耦合干扰的微机械硅倾角传感器的敏感结构设计 ,它由两个不同大小的质量块和连接它们的两个相互平行的硅应变梁组成。文中通过推导给出了硅应变梁上所受的应变与倾角及位置的解析关系 ,并计算了在两个不同质量块作用下硅梁上的应力分布 ,最后提出了制作该结构的工艺设计     

新型红外探测器可动薄膜微腔的腐蚀工艺研究

基于气体直接吸收机理、微机械技术实现的气动红外探测器是对中远波段实现室温探测的新型红外探测器。该探测器的关键结构———微气腔和可动薄膜的腐蚀工艺研究对整个器件的制作有重要意义。根据探测器结构提出了对腐蚀工艺的要求,采用EPW湿法腐蚀的工艺,通过实验研究器件结构制作的最佳腐蚀条件和腐蚀速度,保证了工艺的可控性和器件结构的质量。     

具有双应变梁的硅微机械倾角传感器结构设计

提出了一种能抗侧向耦合干扰的微机械硅倾角传感器的敏感结构设计,它由两个不同大小的质量块和连接它们的两个相互平行的硅应变梁组成.文中通过推导给出了硅应变梁上所受的应变与倾角及位置的解析关系,并计算了在两个不同质量块作用下硅梁上的应力分布,最后提出了制作该结构的工艺设计.     

利用(110)硅片制作体硅微光开关的工艺研究

采用基于湿法腐蚀工艺的体硅微机械加工方法,利用(110)硅片结晶学特性,通过光刻、反应离子刻蚀和湿法刻蚀等工艺,在硅片上同时制作出微光开关的微反射镜结构、悬臂梁结构、扭臂梁结构和光纤定位槽结构,器件的一致性好,制作工艺简单.利用扇形定位区域,精确地沿(110)硅片的{111}面进行定向腐蚀,可使微反射镜镜面垂直度达到90±0.3°,经测量表面粗糙度低于6nm.     

形成硅多层微机械结构的“掩模-无掩模”腐蚀新技术

本文介绍了一种制作硅多层微结构的体微机械加工新技术．基于KOH溶液的无掩模腐蚀特性，仅用一层掩模进行一次从有掩模到无掩模的连续腐蚀工序，可在（100）硅片上制作各种以（311）晶面为侧面且进棱沿（110）晶向的多层次立体结构，原则上层面数不受限制，各个层面的位置和深度都可由一块掩模的设计和相应的腐蚀深度确定，该技术突破了传统各向异性腐蚀的局限性，使体微机械技术的加工能力大为扩展，可望在微电子机械系统的结构制作中广泛应用．     

无掩膜腐蚀与伺服型电容式微加速度计

为了解决“三明治”这类微器件制作的深窄槽结构成型问题,运用无掩膜湿法腐蚀技术,成型悬臂梁雏形后再成型质量块,较好地实现了悬臂梁与质量块同时准确成型,研制出±70g和±5g两种不同量程的微加速度计。样品测试表明,利用这项技术所制作的微加速度计相对精度皆优于1×10^-4。其中,±70g量程的残差可控制在7mg以内,非线性可达0．02％;±5g量程的残差在0．4mg左右。     

基于准分子激光工艺制作X射线光掩膜

LIGA工艺是一项能够应用于制造三维微机械结构的微细加工技术,但制作掩膜版工艺复杂、成本高。为了解决商用的微光学系统制造成本问题,在Au薄膜上用准分子激光直写的方法制作掩膜,这样既能够很快得到雏形,同时也能够降低制作的掩膜版的成本。分析讨论了基于电子束制作掩膜版和基于准分子激光制作掩膜版两种方法,得出了准分子激光制作的掩膜在成本和时间上都有优势的结论。将通过准分子激光技术制作的掩膜置于X射线下,在PMMA基板上可以加工很好的三维微结构。通过依次直接激光烧蚀金薄膜可以加工具有一系列微球状结构的吸收体图形,再将此图形转写到PMMA基板上,可以得到的最低像素为25μm。     

MEMS硅梁谐振式传感器的研究

通过对硅梁谐振式传感器工作原理的研究,结合Intellisuite软件对硅微悬臂梁谐振器的振动特性进行了分析,设计了具有悬臂梁结构的电热激励/压阻拾振的谐振式传感器,这种传感器具有体积小、功耗低、灵敏度高、准数字信号输出、成本低、与集成电路工艺兼容等优点。对研究制作过程中的关键工艺——各向异性腐蚀技术,尤其是对低温下的腐蚀工艺进行了实验研究,采用高低温相结合的湿法腐蚀工艺制作了微悬臂梁结构,通过实验分析了利用新型有机薄膜对各向异性腐蚀过程中的MEMS器件金属电极的保护效果,为实际生产和设计提供了参考依据。