用于MEMS器件制造的深反应离子刻蚀设备

深反应离子刻蚀(DRIE)设备,主要应用于MEMS器件制造中Si材料的深槽刻蚀[1].介绍了一种用于硅材料的高深宽比反应离子刻蚀设备,采用ICP技术,刻蚀深宽比≥25∶1.着重阐述了该设备的结构组成、设计方法及控制方法.

基于线算法的ICP深反应离子刻蚀模型

电感耦合等离子体(ICP)刻蚀是目前集成电路与微机电系统制造的关键工艺之一。利用一种改进的复合交替深刻蚀(TMDE)模型对ICP深反应离子刻蚀(Deep-RIE)进行了工艺仿真建模。根据深反应离子刻蚀中Footing效应的实验特征,提出了针对这一现象的表面描述方程,并借助实验手段确定了该表面描述方程中的参数,从而为模型添加了一种简单有效的Footing效应模拟模块。最后对Deep-RIE和Footing效应刻蚀表面进行模拟,验证了模型的有效性和可用性。

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(英文)

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 5 μm ,深 92 μm ,侧壁上有 0 5 μm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～ 10 0V偏压范围内 ,电阻大于 10 11Ω ,击穿电压大于 10 0V .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 。

MEMS悬浮结构深反应离子刻蚀保护方法对比研究

分别对基于硅玻键合与硅硅键合的MEMS加工工艺中悬浮结构深反应离子刻蚀保护方法进行对比研究,获得最佳结构刻蚀保护方法。基于硅玻键合工艺的最佳刻蚀保护方法:在结构层背面溅射金属作为保护层;基于硅硅键合工艺的最佳刻蚀保护方法:将结构刻通区域衬底硅暴露及结构层背面制作图形化的Si O2保护层相结合的方式保护。结构保护后,经长时间过刻蚀,结构依然完整无损。

硅的深度反应离子刻蚀切割可行性研究

评估了使用深反应离子刻蚀工艺来进行晶圆的切割,用于替代传统的刀片机械切割方式。结果表明,使用深反应离子刻蚀工艺,晶圆划片道内的硅通过等离子化学反应生成气态副产物被去除,从而避免了芯片侧面的机械损伤。切割后整个晶圆没有出现颗粒沾污,芯片边缘没有崩角以及开裂等损伤。该工艺还可以适用于更窄的划片道切割要求。

PZT薄膜的深槽反应离子刻蚀研究

研究了锆钛酸铅(PZT)薄膜的深槽反应离子刻蚀(DRIE)技术。首先,对比了3种工艺气氛条件下(SF6/Ar、CF4/Ar和CHF3/Ar)刻蚀PZT的效果。实验结果表明,3种工艺气氛下,刻蚀速率都随功率的增加而增加。相同功率下,SF6/Ar的刻蚀速率最高;而CHF3/Ar刻蚀PZT的图形形貌最好,对光刻胶的选择比也最好。最后得出了优化的工艺条件为采用CHF3/Ar,射频(RF)功率为160 W,气体流量比为3∶4(CHF3∶Ar=30 cm3/min:40 cm3/min)时,PZT薄膜的刻蚀速率为9 nm/min,光刻胶的选择比为7。

PZT铁电薄膜的反应离子刻蚀研究

介绍了一种刻蚀效果良好的PZT铁电薄膜反应离子刻蚀方法。利用深反应离子刻蚀设备研究了反应离子刻蚀中刻蚀气氛、刻蚀功率及刻蚀气体流量等因素对PZT薄膜刻蚀效果的影响。实验结果表明,刻蚀气体采用SF6、刻蚀功率为250 W、SF6/Ar总流量为25 cm3/min(其中SF6∶Ar为20∶5)时刻蚀效果最优。利用优化后的工艺条件制作出可用于铁电存储器的铁电电容并测试其电学特性,得到了较理想的电滞回线和漏电流。

大高宽比纳米硅立柱的感应耦合等离子体刻蚀工艺优化

针对氢基硅倍半氧烷(hydrogen silsesquioxane,HSQ)作为深反应离子刻蚀(DRIE)掩膜形成大高宽比纳米硅立柱的工艺进行了系统研究。优化了刻蚀工艺中线圈功率、极板功率和气体流量参数,减小了横向刻蚀,使形貌垂直性得到了更好的控制,并实现了13.3μm高度和低侧壁粗糙度的垂直硅纳米柱阵列,其高宽比(高度/半高宽)达到了36。利用不同的刻蚀工艺条件得到了不同侧壁形貌以及不同尺寸、高度的硅纳米柱结构。

硅基深宽比结构与SiO2薄膜的干法刻蚀方法研究

文中研究了贯穿刻蚀硅基直壁沟槽及沟槽底部SiO_2薄膜过刻蚀的深反应离子刻蚀(DRIE)工艺过程。首先,研究了DRIE刻蚀钝化时间比(T_(SF6)∶T_(C4F8))对硅刻蚀形貌的影响。通过工艺参数优化,采用刻蚀钝化时间比分别为9 s/2 s、11 s/2 s(C_4F_8)下电极射频功率为40 W)和11 s/2 s(C_4F_8下电极射频功率为0 W)的三步刻蚀工艺,贯穿刻蚀了宽度为150μm,深度为300μm的直壁沟槽。其次,研究了C_4F_8(八氟环丁烷)钝化气体对SiO_2薄膜过刻蚀的现象,采用降低C4F8下电极射频功率方法,减小了C4F8对SiO_2薄膜过刻蚀。

ICP体硅深刻蚀中侧壁形貌控制的研究

对影响电感耦合等离子(ICP)刻蚀侧壁形貌的工艺参数进行了分析,通过改变刻蚀/钝化周期、平板电极功率、钝化气体C4F8流量以及重叠周期等工艺参数,对侧壁的形貌进行调整.通过实验,得到了控制侧壁形貌正负的优化方案,并极大地减小了Bowing效应;提出一种消除Notching效应的新方法,并用于深槽隔离工艺,取得了很好的效果.

一种新结构硅微机械压阻加速度计

设计、制造并测试了一种新结构硅微机械压阻加速度计。器件结构是悬臂梁-质量块结构的一种变形。比较硬的主悬臂梁提供了一定的机械强度,并且提供了高谐振频率。微梁很细,检测时微梁沿轴向直拉直压。力敏电阻就扩散在微梁上,质量块很小的挠动就能在微梁上产生很大的应力,输出很大的信号。5 V条件下,灵敏度为14.80 mV/g,谐振频率为994Hz,分别是传统结构压阻加速度计的2.487倍和2.485倍。加速度计用普通的N型硅片制造,为了刻蚀高深宽比的结构,使用了深反应离子刻蚀(DRIE)工艺。

一种电容式微机械加速度计的设计

介绍了一种新型基于滑膜阻尼的电容式微机械加速度计。该加速度计根据差分电容极板间正对面积的改变来检测加速度大小,保证了输出电压与加速度之间的线性度。对加速度计进行了结构设计和分析。给出了加速度计的制作工艺流程,研究了解决深反应离子刻蚀过程中的过刻蚀现象的方法。初步测试结果表明,该加速度计的灵敏度比较理想,谐振频率与理论计算相吻合。

MEMS技术在THz无源器件中的应用

太赫兹技术将在未来高精度频谱探测技术、高分辨率成像和高性能通讯等应用前景良好。太赫兹技术处于电子学与光子学领域的交叉领域,太赫兹器件的尺寸在数十微米到毫米量级,传统的机械加工技术很难达到加工精度要求,甚至无法加工。MEMS技术在太赫兹器件的加工方面具有巨大的优势。总结了目前采用DR IE,LIGA等工艺加工太赫兹器件的研究现状,包括太赫兹传输波导器件、太赫兹传输线器件、慢波结构和特种复合结构的加工。分析了MEMS加工工艺的优缺点和在太赫兹器件加工中的应用前景。

测定硅各向异性腐蚀速率分布的新方法

介绍了一种测定硅各向异性腐蚀速率分布的新方法 .硅各向异性腐蚀速率三维分布可由一系列晶面上的二维腐蚀速率分布表示 .利用深反应离子刻蚀技术 ( DRIE)在 {0 mn}硅片上制作出侧壁垂直于硅片表面的矩形槽 ,测量槽宽度在腐蚀前后的变化 ,就可测定各 {0 mn}面上的二维腐蚀速率分布 .将二维腐蚀速率分布组合在一起就得到了三维腐蚀速率分布 .由于 DRIE制作的垂直侧壁深度大 ,可耐受较长时间的各向异性腐蚀 ,所以只需使用一般的显微镜就能得到准确的结果 .实验得到了 40 % KOH和 2 5% TMAH中 {n1 0 }和 {n1 1

用于3D封装的带TSV的超薄芯片新型制作方法

提出了一种应用于3D封装的带有硅通孔(TSV)的超薄芯片的制作方法。具体方法为通过刻蚀对硅晶圆打孔和局部减薄,然后进行表面微加工,最后从硅晶圆上分离出超薄芯片。利用两种不同的工艺实现了TSV的制作和硅晶圆局部减薄,一种是利用深反应离子刻蚀(DRIE)依次打孔和背面减薄,另一种是先利用KOH溶液湿法腐蚀局部减薄,再利用DRIE刻蚀打孔。通过实验优化了KOH和异丙醇(IPA)的质量分数分别为40%和10%。这种方法的优点在于制作出的超薄芯片翘曲度相较于CMP减薄的小,而且两个表面都可以进行表面微加工,使集成度提高。利用这种方法已经在实验室制作出了厚50μm的带TSV的超薄芯片,表面粗糙度达到0.02μm,并无孔洞地电镀填满TSV,然后在两面都制作了凸点,在表面进行了光刻、溅射和剥离等表面微加工工艺。实验结果证实了该方法的可行性。

硅集成冲击片雷管的研制

介绍了一种利用硅MEMS工艺集成制造冲击片雷管的方法.首先在标准硅片上依次沉积二氧化硅、多晶硅(重掺杂)和铝,经过光刻刻蚀后形成桥单元,接下来采用阳极键合工艺在桥上粘接玻璃片,然后采用深反应离子刻蚀工艺在桥下方反向刻蚀单晶硅衬底到预定深度,形成冲击片雷管的加速膛和飞片层(预留的单晶硅层).这种集成制造技术提高了冲击片雷管的加工精度和可靠性,便于大批量生产和降低制造成本.

新型锯齿流道压电微泵加工制作及试验(英文)

以硅作为基底材料,采用深反应离子刻蚀(DRIE)技术加工出含有新型锯齿流道和传统锥形管的微泵,整个微泵结构为聚二甲基硅氧烷(PDMS)-玻璃-硅-PDMS式.采用阳极键合方法对硅和玻璃之间进行封装.PDMS和玻璃、PDMS和硅之间的封装采用紫外线照射方法,使PDMS表面改性,从而达到不可逆密封.分别对两种微泵在不同电压、频率以及波形驱动下的最大流量(MFR)和最大压力头(MPH)进行测试与比较,发现在固定频率下,两个微泵的最大流量和最大压力头均随驱动电压升高而升高,并且正弦波驱动下的效果要好于其他两种驱动波形;在固定电压下,最大流量随着频率升高在60Hz和200Hz两个频率点同时达到最大,最大压力头则在60～600Hz内一直处于最大值不变;锯齿流道微泵的最大流量和最大压力头明显高于传统锥形微泵.由于流道侧面环形面积的存在增加了流通面积,新形锯齿形流道微泵的效率明显高于传统锥形管微泵.

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。

DRIE技术加工W波段行波管折叠波导慢波结构的研究

简要介绍了利用深反应离子刻蚀制作折叠波导慢波结构的现状及制作的工艺流程。对深反应离子刻蚀掩膜制作即光刻工艺,以及折叠波导慢波结构的深刻加工进行了深入的研究。详细分析了各光刻工艺对光刻胶图形的影响,尤其是前烘对光刻胶图像侧壁垂直度的影响;在深反应离子刻蚀中,还详细分析了刻蚀时间、下电极功率以及刻蚀气体气压对刻蚀结果的影响。经参数优化后获得最佳工艺参数,并制作出带有电子注通道的W波段折叠波导慢波结构,慢波结构深为946μm,侧壁垂直度为91°,电子注通道深为225μm,侧壁垂直度为90°。

Notching效应在MEMS风速仪制造工艺中的应用

深反应离子刻蚀(DRIE)工艺在目前的硅微机械高深宽比结构加工中应用十分广泛。在SOI硅片DRIE刻蚀过程中,存在着一些被认为对刻蚀速率和结构轮廓不利的效应,如横向刻蚀(Notching)效应。通过在结构旁布置牺牲结构-硅岛,利用Notching效应加工出以悬空硅作为敏感单元的风速仪,其响应时间常数和电阻温度系数TCR(Temperature Coefficient of Resistant)分别为1.08μs和4 738×10-6/℃。正如所描述的,对于特定的微机械应用,Notching效应可以转变为一种加工优势,提高了微加工过程中的变化性。