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Bosch Sensortec首次将博世Light Drive技能集成于体系之中

  因其高线性度、低插损•、愚拙耗、高开合比以及可集成性等优秀性能获得了壮伟眷注。MEMS开合无妨被愚弄于主动化创造、宽带仪器像貌、开合矩阵以及数字衰减器、卫星开合会聚、国防形式、智能基站天线等多种可重构

  开闭梁行径MEMS开合构造中最首要的片面•,是开合的吃紧进贡部件。开合的一概效能都是阅历此悬浮构造完毕。开合的下拉岁月、开释光阴以及下拉力等合节功能参数都受到梁构造的濡染••。除了杨氏模量等开合梁己方参数,开合梁与基底之间的间隙支配对开合电气功能也有吃紧的重染•。开合间隙需要闭理罗列并尽或者幼。而幼开合间隙增添了开合加工工艺贫窭性及繁复水准。

  正在情势微加工工艺历程中•,往往操纵干法刻蚀失掉层以开释悬浮构造。利用干法刻蚀工艺不需要相持液体景物张力带来的感导,况且对后续工艺的兼容性更好。本文抉择响应离子刻蚀工艺去除聚酰亚胺失掉层•。不过基于纯氧等离子体的聚酰亚胺牺牲层干法刻蚀工艺需要较长功用时光••。与此同时•,很多用于刻蚀聚酰亚胺这类集合物的刻蚀剂会与氮化硅构造层相应并对其发作刻蚀功效。以是正在RIE工艺中需要庄重遴选增加的刻蚀气体以防止对组织层的过刻蚀。

  本文接头了对聚酰亚胺失掉层的RIE刻蚀工艺经由。操纵此工艺•,得回了周备卑下拉电压的多层机合梁MEMS开合•。这一工艺流程比较湿法刻蚀消失了梁与基底间的粘连题目并简化了工艺程序,而且相对氧等离子体刻蚀擢升了刻蚀速度。与此同时,这一工艺经过生长了刻蚀遴选性并阅历调度刻蚀期间、功率和混合气体比例等参数经管了氮化硅组织层的过刻蚀问题。

  本文安放了一种拥有固支梁构造的交手式并联MEMS开合•,如图1(a)所示。正在硅片上产生一层二氧化硅动作绝缘层,之后正在其上造备开合•。因为开合锚点处经常是应力漫衍群集区域,故而开合梁正在锚点处放置为梯形构造,以这种渐变地区步骤缓解开合梁呆滞劳累的过渡带。行使多层梁铺排达到低盈利应力的主意。所调剂多层梁由顶层金属层,氮化硅组织层以及底层金属层组成。

  图1(b)中涌现了开合梁的三层组织•。此中,顶层金属厚度为0.5μm,行径开合的上电极•。当驱动电压施加正在CPW地线与顶层金属层间时••,给了开合梁一个静电下拉力。梁的中央层由1μm厚氮化硅淀积而成,作为开闭梁机合层并起到绝缘结果。当开合被下拉至合合光荣时,梁下的两块彼此阔其它金属触点区域将CPW的暗记线与地线贯串接。相较于纯金梁•,所提出的左右了应力梯度抵偿主意的三明治机合开合梁的应力撒播更低。梁上就寝了响应的开释孔以加快失掉层刻蚀速度。况且这些开释孔进一步开释了开合梁的幼我盈利应力,并低落了梁的杨氏模量。

  图2揭示了照应的加工工艺经由。开首正在硅片上热氧化一层1μm厚的二氧化硅绝缘层•。然后,正在二氧化硅层上溅射一层厚度为0.5μm的金并经验光刻及剥离工艺举办图形化,以此行动CPW传输线。随后,旋涂聚酰亚胺行动耗费层。而后正在聚酰亚胺层上利用光刻图形化出金属触点地区•,并愚弄RIE对其举办刻蚀。为了抵抗利用剥离工艺侵略耗费层,遴选正胶掩膜及湿法刻蚀工艺对金属触点举办图形化。愚弄RIE工艺正在花费层上刻蚀出锚点地区。之后操纵PECVD淀积一层氮化硅组织层。操纵湿法刻蚀对溅射获得的顶层金属层举办图形化打点•。正在操纵RIE工艺对氮化硅机合层举办图形化收拾后,末尾再一次愚弄RIE工艺去除聚酰亚胺花费层以开释开合梁构造,这是全体加工工艺历程的闭键点•。

  RIE工艺是干法刻蚀工艺的一种。这种工艺介于纯化学刻蚀与纯物理刻蚀这两种希罕工艺之间。正在刻蚀历程中,刻蚀剂被授予特地物理能量以加快反响经由•,爆阐发发产品。与此同时,被称为离子束刻蚀或离子轰击的纯物理刻蚀经过也正在刻蚀历程中起到了遑急功效。正在RIE工艺经由中,刻蚀剂平淡是刻蚀剂分子•、自正在基和离子等化学物质••。这些物质与需要刻蚀的宗旨薄膜产生化学响应以完毕对宗旨原料的可控去除并天生挥发性相应禀赋物•,由腔体中泵出到筑设表。

  正在RIE刻蚀工艺中,愚弄O2与CF4殽杂气体举动刻蚀集合物的刻蚀剂。一方面,相较于纯氧等离子体,增加CF4后气体中氧原子浓度有所增添,安稳了氧化反响。另一方面,氟原子能够激活聚酰亚胺样式并反驳其分子组织••,产生更多自正在基位点,进一步擢升刻蚀速度。不过混合气体的刻蚀速度增加与所注入CF4的浓度扩展并纷歧律一律。过量活命的氟原子会与氧原子比赛聚酰亚胺皮相的自正在基位点,发作钝化层,对刻蚀经过产生抵抗遵循。

  非论氧气中的CF4浓度若何改动,刻蚀和抑造恶果都同时糊口。急急化学反响是由等离子体中氧原子与氟原子的相对密度决计的。其它,还应磋议CF4对氮化硅的刻蚀恶果•。因为CF4/O2搀杂气体对氮化硅和聚酰亚胺同时拥有刻蚀效能,通过计划二者的比例可以正在对聚酰亚胺的高刻蚀速度和护卫氮化硅构造之间抵达均匀••。

  正在造备经由中遭受了对氮化硅的过刻蚀以及对聚酰亚胺层的欠刻蚀等题目•。开释失掉层是加工工艺经由的结果一步,也是决计悬浮构造是否加工凯旋的症结措施。过刻蚀或欠刻蚀是吃亏层开释的常见题目。干法开释耗费层通俗采用氧等离子体刻蚀工艺。然而,假使仅仅采取氧气行动刻蚀剂,刻蚀速渡过低以至于无法有用去除聚酰亚胺层。以是民多选拔以氧气和四氟化碳气体举动刻蚀剂的RIE工艺交换氧等离子体。开合正在400W功率下利用O2(100sccm)和CF4(20sccm)步履刻蚀剂举办5分钟干法刻蚀。将此经过轮回7次,圮绝时候30s。正在RIE干法刻蚀后,寓目到器件发作过刻蚀,如图3(a)所示。这要归因于刻蚀剂中的四氟化碳(氮化硅的刻蚀)。正在这种环境下,必要下降RIE刻蚀工艺中的功率和气体流量等参数。出处RIE的刻蚀速度会跟着射频功率的晋升而填充•。射频功率的增大对RIE流程中的物理和化学刻蚀经过同时产生教学。物理离子轰击和溅射刻蚀出力正在刻蚀功率抬举的处境下同时得回加强。与此同时,较高射频功率带来的更高的气体分子解离秤谌,导致反响离子填补,使得化学刻蚀结果安稳•。形成这一原野的源由是,跟着射频功率的擢升,离子和自正在基密度的增补。离子和自正在基密度的增添胀吹了物理和化学刻蚀效能,是以擢升了刻蚀速度。不过过高的射频功率会导致离子轰击效率过强,从而对薄膜气象形成残害。同时永久间透露正在高射频功率下使得聚酰亚胺过热碳化,留下难以去除的残留碳化物•,如图3(b)。

  图4开合欠刻蚀显微镜照片:(a)所造备开合俯视图;(b)开合梁开释孔幼我发大图

  视察到当RIE时间削减到2分钟时•,失掉层无法被一切去除。行使方今蚀期间,开合的构造撑持完善,如图4(a)所示。该工艺流程的合节参数是刻蚀时间。行径失掉层的聚酰亚胺并没有被一律去除,资格游历开合细节照片(如图4(b))•,能够渴念到CPW上残留的聚酰亚胺,更不要叙开合梁下景象的聚酰亚胺残留。这一结果诠释刻蚀岁月正在开释经由中起偏重要结果。因为开合梁遮挡了幼我耗费层,很难所有驱除梁下聚酰亚胺。以是须要填充RIE刻蚀本领•。

  卵翼功率等其它参数和平,将RIE刻蚀经由实行三轮,屏绝30秒。第一轮和末尾一轮刻蚀本领为5分钟,主旨一轮为2分钟。为了查抄梁下失掉层刻蚀境况,有必然对开合的侧面概括举办搜检。过刻蚀会惹起开闭梁塌陷•。而从开闭的俯视图是无法旅游到这种塌陷野表的。图5(a)为牺牲层开释后开合的格式描写特点。从俯视图旅游开合,恐怕感到牺牲层曾经完善被去除••,况且开合梁的构造守卫完善。但实质上氮化硅组织层正在RIE刻蚀经由中蒙受了过刻蚀。过刻蚀形成了开合梁边际卷曲,开合梁因为枯窘氮化硅机合层而发生塌陷,如图5(b)所示。因为CF4对氮化硅的腐蚀服从,正在去除聚酰亚胺失掉层时同时间蚀了氮化硅构造层。

  为了正在总共去除花费层的同时支柱氮化硅构造层一概,进一步对RIE工艺参数举办了优化。以150W功率对吃亏层举办三轮共计6分钟刻蚀,每轮实行2分钟,O2和CF4的气体流量区别护卫正在50sccm和5sccm。刻蚀事后,愚弄光学显微镜及扫描电子显微镜(SEM)对开合氮化硅构造层举办了视察。图6(a)自大了一个开释风雅的开合梁的扫描电子显微镜照片。之后将开合梁挑起使之底面朝上寓目定层金属层下的氮化硅机合层。履历图6(b)中的开合梁片断不要紧渴念到姿态一切的氮化硅层。

  图6金属层下氮化硅构造层检验:(a)开合梁个别扫描电镜照片;(b)开合梁翻转后确认氮化硅层情况

  始末图7所示开合的SEM照片确认了开闭造备奏凯。梁组织没有遭到损坏何况花费层被完满去除•。图7(d)闪现了开合梁的倾斜角度SEM照片,梁下间隙懂得且无塌陷产生。该开合的凯旅造备验证了RIE刻蚀工艺参数的有用性。起头商量了开释孔尺寸对侧向钻蚀速度的濡染•。功效申明,正在势必的工艺参数(功率、刻蚀气体流量等)下,开释孔尺寸对侧向钻蚀疾率影响很幼••。正在优化后的工艺参数下,侧向钻蚀速度抵达了1.3μm/min。

  图7造备所得开合扫描电镜照片•:(a)开合全豹构造;(b)锚点处一壁放大图;(c)开合梁一面放大图;(d)开合梁倾斜角度细节图

  如图8(a)所示,奏凯造备的开合行使测试形式举办了V-I试验以验证该开合能够平常事件。左右探针台及Agilent4155B半导体参数了解仪对开闭的V-I性子举办测量。最初体验探针正在开合的多层构造梁以及CPW传输线之间施加一个直流电压偏置。图8(b)涌现了测量的V-I性情弧线mA电流由CPW暗记线流入地线•。正在施加正在地线的电压的线性填充下,电流的突变表了解MEMS开合可以平常事变•。这注脚了开合加工工艺经由确凿实性。假如氮化硅构造层发生过刻蚀而不完善•,则开合梁正在施加的电压大于下拉电压后,因为步骤上电极的顶部金属层会战争到地线,开合会立地弹回从而使回途断开。

  本文提出了一种闭用于拥有悬浮构造的MEMS器件样式微加工措施。基于聚酰亚胺损失层技能,正在损失层上淀积并图形化氮化硅及金属层步履悬浮组织。以O2和CF4行动刻蚀剂,行使RIE刻蚀工艺干法开释损失层以获得所需器件。正在150W功率条目下,遴选流量区别为50sccm和5sccm的O2和CF4作为刻蚀气体,侧向钻蚀速度抵达1.3μm/min。服从虚伪,氮化硅构造层正在干法刻蚀流程中不要紧获得优秀的存储•。该造备工艺的甜头是扫除了粘连问题并简化了工艺经过•。本文所提出的工艺经过可认为MEMS开合造备工艺供应新的念途。

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