RF MEMS關(guān)鍵技術(shù)與器件

微電子機(jī)械系統(tǒng)(MicroElectroMechanicalSystem)，簡稱MEMS，是以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)而興起發(fā)展的，以硅、砷化鎵、藍(lán)寶石等為襯底材料，將常規(guī)集成電路工藝和微機(jī)械加工獨(dú)有的特殊工藝相結(jié)合，全面繼承了氧化、光刻、擴(kuò)散、薄膜、外延等微電技術(shù)，還發(fā)展了平面加『[技術(shù)、體硅腐蝕技術(shù)、固相鍵合技術(shù)、LIGA技術(shù)等，應(yīng)用這些技術(shù)手段制造出層與層之間有很大差別的三維微結(jié)構(gòu)，包括膜片、懸臂粱、凹槽、孔隙和錐體等，即微機(jī)械結(jié)構(gòu)。這些微結(jié)構(gòu)與特殊用途的薄膜、高性能的電路相結(jié)合，便可以制造出相應(yīng)的傳感器、執(zhí)行器，從而實(shí)現(xiàn)對壓力、加速度、流量、磁場、溫度、濕度、氣體成分、離子和分子濃度、RF等的測量與探測，在醫(yī)療、生物技術(shù)、空間技術(shù)、無線通訊等方面有著巨大的經(jīng)濟(jì)與軍事價(jià)值。

所謂RFMEMS是用MEMS技術(shù)加工的RF產(chǎn)品。RF-MEMS技術(shù)可望實(shí)現(xiàn)和MMIC的高度集成，使制作集信息的采集、處理、傳輸、處理和執(zhí)行于一體的系統(tǒng)集成芯片(SOC)成為可能。按微電子技術(shù)的理念，不僅可以進(jìn)行圓片級(jí)生產(chǎn)、產(chǎn)品批量化，而且具有價(jià)格便宜、體積小、重量輕、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

MEMS技術(shù)在無線電通訊、微波技術(shù)上的應(yīng)用受到國際上的廣泛重視，目前已經(jīng)成為MEMS研究的重要方向。

2 RFMEMS關(guān)鍵加工技術(shù)

RFMEMS器件主要可以分為兩大類：一類稱為無源MEMS，其結(jié)構(gòu)無可動(dòng)零件；另一類稱為有源MEMS，有可動(dòng)結(jié)構(gòu)，在電應(yīng)力作用下，可動(dòng)零件會(huì)發(fā)生形變或移動(dòng)。其關(guān)鍵加工技術(shù)分為四大類：平面加工技術(shù)、體硅腐蝕技術(shù)、固相鍵合技術(shù)、LIGA技術(shù)。

2.1 表面加工技術(shù)

表面加工技術(shù)又叫表面犧牲層腐蝕技術(shù)，是把沉積于硅晶體的表面膜制作加丁成MEMS的“機(jī)械”部分，然后使其局部與硅體部分分離，呈現(xiàn)可運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。分離主要依靠犧牲層技術(shù)。主要由淀積和刻蝕兩種工藝所組成。淀積的薄膜包括結(jié)構(gòu)層和犧牲層兩類，通常是將按一定形狀和順序淀積的多層薄膜中的一種有選擇性地腐蝕掉，應(yīng)用這種技術(shù)可制作各種尺寸極小的懸式結(jié)構(gòu)，如微型懸臂、微型橋和微型腔體等。其淀積的工藝主要應(yīng)用蒸發(fā)、濺射和電鍍技術(shù)。適用的襯底材料包括：硅、砷化鎵、AlO，、石英等。該種工藝技術(shù)與常規(guī)Ic工藝兼容，大量應(yīng)用了標(biāo)準(zhǔn)的Ic工藝的薄膜技術(shù)、圖形制作技術(shù)，而且微機(jī)械元件還可以很方便地制作在已經(jīng)完成的電路、且為微型元件留下空間的芯片上而形成一個(gè)整體，如驅(qū)動(dòng)電路等，直接形成具有一定功能的傳感器。分離主要依靠犧牲層技術(shù)。

表面微機(jī)械加工的主要優(yōu)點(diǎn)就是與常規(guī)ICI．藝的兼容性。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是器件占用的硅片面積比傳統(tǒng)各向異性體硅腐蝕加工的器件的尺寸小很多。

2.2 體硅腐蝕技術(shù)

體硅腐蝕技術(shù)是形成MEMS結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，有化學(xué)腐蝕和離子刻蝕兩大類，即常指的濕法與干法刻蝕，濕法腐蝕包括各向異性腐蝕法、選擇腐蝕法和電化學(xué)腐蝕法。

各向異性腐蝕法是利用腐蝕劑對硅片的不同晶向腐蝕速率不同的特性，腐蝕出一定的結(jié)構(gòu)，如V形槽和懸臂梁等。選擇腐蝕法也稱為P停止腐蝕，指在硅中摻雜濃B+，以極大地降低腐蝕液對其的腐蝕速度，達(dá)到終止腐蝕的目的。這種腐蝕方法能有效地制作特殊形狀，可以精確地控制硅膜厚度。電化學(xué)腐蝕法通常是在P型硅襯底上外延一層一定厚度的N型硅，然后進(jìn)行腐蝕，利用P型和N型硅的鈍化電位不同，以P-N結(jié)作為腐蝕終點(diǎn)制作硅膜，膜厚南外延工藝控制，又稱為P—N結(jié)自停止腐蝕法。而干法刻蝕主要采用RIE、ICP等手段，是加工硅、SiO2和多晶硅的通用辦法，其顯著優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)定向深刻蝕。

2.3 LIGA技術(shù)

LIGA是一個(gè)德文縮略語，德文光刻-電鍍-鑄模的縮寫，意即x射線同步輻射光刻所產(chǎn)生的電鑄鑄模。最早是由前西德人研制出來的，可以進(jìn)行三維微結(jié)構(gòu)的制作，具有較高的深寬比，能以m級(jí)的精度進(jìn)行數(shù)百微米至一毫米的深度加工，非常適合于制作復(fù)雜的微機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且可加工多種材料，如金屬、陶瓷、玻璃、塑料等，突破了半導(dǎo)體工藝對材料和深度的限制。主要包括光刻、電鑄成型和鑄塑三個(gè)過程，可以制作出自由振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的微結(jié)構(gòu)。

準(zhǔn)LIGA技術(shù)是改進(jìn)的LIGA技術(shù)，采用傳統(tǒng)的深紫外線曝光、厚光刻膠作掩膜和電鑄技術(shù)，加工厚度為數(shù)微米至數(shù)十微米，且與IC工藝兼容性好。在集成電路部分制作之后，準(zhǔn)LIGA技術(shù)還能夠用來制作后續(xù)的微機(jī)械系統(tǒng)，是一種很有發(fā)展前途的MEMS制作技術(shù)，因而越來越引起人們的興趣。

2.4 固相鍵合技術(shù)