RF MEMS的关键技术与器件

时间:2007-2-5  作者:夏牟,郝…  点击:   加入收藏   《电子与封装》
1 引言

  微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System),简称MEMS,是以微电子技术为基础而兴起发展的,以硅、砷化镓、蓝宝石等为衬底材料,将常规集成电路工艺和微机械加工独有的特殊工艺相结合,全面继承了氧化、光刻、扩散、薄膜、外延等微电子技术,还发展了平面加工技术、体硅腐蚀技术、固相键合技术、LIGA技术等,应用这些技术手段制造出层与层之间有很大差别的三维微结构,包括膜片、悬臂梁、凹槽、孔隙和锥体等,即微机械结构。这些微结构与特殊用途的薄膜、高性能的电路相结合,便可以制造出相应的传感器、执行器、从而实现对压力、加速度、流量、磁场、温度、湿度、气体成分、离子和分子浓度、RF等的测量与探测,在医疗、生物技术、空间技术、无线通讯等方面有着巨大的经济与军事价值。

  所谓RF MEMS是用MEMS技术加工的RF产品。RF-MEMS技术可望实现和MMIC的高度集成,使制作集信息的采集、处理、传输、处理和执行于一体的系统集成芯片(SOC)成为可能。按微电子技术的理念,不仅可以进行圆片级生产、产品批量化,而且具有价格便宜、体积小、重量轻、可靠性高等优点。

  MEMS技术在无线电通讯、微波技术上的应用受到国际上的广泛重视,目前已经成为MEMS研究的重要方向。

  2 RF MEMS关键加工技术

  RF MEMS器件主要可以分为两大类:一类称为无源MEMS,其结构无可动零件;另一类称为有源MEMS,有可动结构,在电应力作用下,可动零件会发生形变或移动。其关键加工技术分为四大类:平面加工技术、体硅腐蚀技术、固相键合技术、LIGA技术。

  2.1 表面加工技术

  表面加工技术又叫表面牺牲层腐蚀技术,是把沉积于硅晶体的表面膜制作加工成MEMS的"机械"部分,然后使其局部与硅体部分分离,呈现可运动的机构。分离主要依靠牺牲层技术。主要由沉积和刻蚀两种工艺所组成。沉积的薄膜包括机构层和牺牲层两类,通常是将按一定形状和顺序淀积的多层薄膜中的一种有选择性地腐蚀掉,应用这种技术可制作各种尺寸极小的悬式机构,如微型悬臂、微型桥和微型腔体等。其淀积的工艺主要应用蒸发、溅射和电镀技术。适用的衬底材料包括:硅、砷化镓、AI2O3、石英等。该种工艺技术与常规IC工艺兼容,大量应用了标准的IC工艺的薄膜技术、图形制作技术,而且微机械元件还可以很方便地制作在已经完成的电路、且为微型元件留下空间的芯片上而形成一个整体,如驱动电路等,直接形成具有一定功能的传感器。分离主要依靠牺牲层技术。

  表面微机械加工的主要优点就是与常规IC工艺的兼容性。另一个优点是器件占用的硅片面积比传统各向导性体硅腐蚀加工的器件的尺寸小很多。

  2.2 体硅腐蚀技术

  体硅腐蚀技术是形成MEMS结构的关键技术,有化学腐蚀和离子刻蚀两大类,即常指的湿法与干法刻蚀,湿法腐蚀包括各向异性腐蚀法、选择腐蚀法和电化学腐蚀法。

  各向异性腐蚀法是利用腐蚀剂对硅片的不同晶向腐蚀速率不同的特性,腐蚀出一定的结构,如V形槽和悬臂粱等。选择腐蚀法也称为P+停止腐蚀,指在硅中掺杂浓B+,及极大地降低腐蚀液对其的腐蚀速度,达到终止腐蚀的目的。这种腐蚀方法能有效的制作特

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