机械专业外文文献翻译-外文翻译---单片集成MEMS技术
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外文翻译资料 1 片集成 术 In 0 a at to of a be in of to be in so it be a of of of of - of to At of of a of is to in is s of of is 在过去的 20 年中, 术已成为集成电路主要制造工艺 ,制造成本下降的同时,成品率和产量也得到很大提高, 艺将继续以增加集成度和减小特制尺寸向前发展。当今,成工艺不仅被利用在集成电路设计上,而且,也被利用在很多微传感器和微执行器上,这样可以把微传感器与集成电路集成在一起,构成功能强大的智能传感器。随着微传感应用范围的不断扩大,对传感器的要求也越来越高,对未来微传感器的主要要求是:微型化和集成化;低功耗和低成本;高精度和长寿命;多功能和智能化。硅微机械和集成电路的一体化集成,可以满足上述要求。目前,集成传感器的产品多数采用混合集成,单片集成的比 例很小。而实现单片集成是实现传感器智能化的关键,特别是单片集成 感器技术也是当今片上系统芯片能否实现的关键技术之一。可见,对各种单片集成 术难点进行分析以及给出目前已有的各种单片集成 术是非常必要的。 术的优势和面临的挑战 外文翻译资料 2 in a is t to in in of to to of In to to do in a is or be be to is is to an of a to 实现 同工作是分别制造 感器和 成电路,然后,从各自的晶片切开,固定在一个共同的衬底上,并且,连线键合,这样就实现两者的集成,这就是所谓的混合( 法。这种方法不会产生 造过程对 路的污染,同时,两者生产过程互不干扰。但是,由于信号经过键合点和引线,导致在高频应用时,信号传输质量下降,并且,开发两套生产线增 加了产品的成本。为了解决一些性能问题,并降低制造成本,提出把 分做在和 路同一块衬底上,也就是产生了与 艺兼容单片集成 术或叫 术。这种方法相对混合方法总的来说有如下优势:第一,性能能得到很大的提高,因为寄生电容和串扰现象可以显著减小;第二,混合方法需要复杂的封装技术以减小传感器接口的影响,而单片集成方法需要的封装技术相对简单,所以,降低传感器成本;第三,单片集成传感器技术也是阵列传感器的需要,是克服阵列传感器与外围译码电路互连瓶颈的一种有效方法;第四,开发 单片集成 品比开发混合 品所需的时间短,而且,开发成本低。 外文翻译资料 3 be 单片集成 术根据 件部分与 路部分加工顺序不同可以分为前 混合 后 成方法。 is in of to at in is in of an on is of In as of of 50 to a of 050 , In 00 On 00 , be we to on of is to At is to is of of to is by as is to as a 法是在加工 完 路的硅片上,通过一些附加 细加工技术以实现单片集成 统,目前,单片集成 术主要以这种方法为主。 法主要问题是 为严重的是后面高温 艺金属化不兼容。以目前研究最多的多晶硅作为结构层的 磷硅玻璃致密化退火温度为 950,而使作为结构层多晶硅的应力退火温度则达到1050,这将使 件结深发生迁移。特别是 800时浅结器件的结深迁移就会影响器件外文翻译资料 4 的性能。 另一方面,采用常规铝金属化工艺时,当温度达到 400, 路可靠性将受到严重的影响。从以上可以看出:如何克服后面高温 结构加工温度对前面的已加工完的 路影响是解决单片集成 统关键所在。目前,国际上解决这个问题基本是通过 3 种方式:第一种是以难熔金属化互连代替铝金属化互连,如,伯克利大学的以钨代替铝金属互连方案,这样提高容忍后续加工 需的高温;第二种方式是通过寻找低制作温度且机械性能优良的材料代替多晶硅作为结构层材料;第三种方式是利用 身已有结构层作为 构层。 is to to of of o f in on is a to be of In of or as so 成方法是先制造 构后制造 路,这种集成 术虽然克服法中 温工艺对 路的影响,但由于存在垂直的微结构,所以,存在传感器与电路互连台阶覆盖性问题,而且,在 路工艺过程中对微结构的保护也是一个需要考虑的问题。甚至已优化微调的 艺流程,例如:栅氧化可能被重掺杂的结构层影响。另外, 艺过程中不能有任何的金属或其他的材料,如压电材料聚合物等,使得这种方法只适合一些特殊应用。 in to to a of of is of a is to to or of is 在 路生产过程中插入一些 细加工工艺来实现单片集成 方法。这种方法已很成熟,并已有很多商品化产品,也是研究最早一种单片集成方法,是解决 法存在问题有效方法,但是,由于需要对现有的标准 艺进行较大的修改,因此,这种方法的使用有一定限制。 外文翻译资料 5 片集成 主要技术现状 At to a of on to be is in to a is as of 目前,单片集成 术主要以 术为主,通过一系列的与 艺兼容的表面微细加工和体加工实现单片集成 可分为 2 种:一种是在 构层上面再淀积一层结构层的微加工;另一种是直接以 有的结构层作为 构层的微加工。 of of 积新的结构材料作 构的集成技术 as 多晶硅作为结构层的集成表面微细加工技术 is of at is as a he A of to of of 00 , by in a to is of 00 10 00 10of 1 350 10 of in to a SG as a um 2 of a .5 as as in 000 as a to of b e l o w t h e s a c r i f i c e s ( P S G ) f o r t h e r e l e a s e o f m i c r o - s t r u c t u r e . 外文翻译资料 6 这种工艺典型代表是伯克利大学开发模块集成 艺( 这种方法是以多晶硅为微结构层,磷硅玻璃( 为牺牲层的表面微细加工技术。采用难熔金属钨的金属化互连代替铝金属化互连以承受后面的生产多晶硅微结构所需要的高温,但是,在 600时,钨容易与硅形成反应,伯克 利大学是通过在接触孔上放一层 挡层来解决这一问题的。 艺基本流程是:完成钨金属化的 艺后,淀积 300 10温氧化物( 然后,低压化学气相淀积 200 10氮化硅薄膜保护已生产的 路,腐蚀完微结构与 路的接触孔后,淀积第 1 层现场掺杂多晶硅( 350 10为 路与微结构的互连线,再在上面淀积1的 为牺牲层以及淀积厚度为 2晶硅结构层。通过在第 2 层多晶硅上再淀积一层 及在氮气环境下的 1000快 速退火 1降低作为结构层的多晶硅应力。最后,刻蚀多晶硅结构图形以及腐蚀掉其下面的牺牲层( 释放微结构。 of 以其他材料作结构层集成表面微细加工技术 is at of 35 is it is a TO is a as a in of in 50 ; in 10 , of as a of 00 of 0 s. of 00 . we 50 , of 多晶硅锗不仅有与多晶硅相似的优良机械性能,而且,淀积温度低与 艺兼容,所以,目前被广泛研究。伯克利大学开发的基于硅锗结构层的工艺与 艺基本相似。主要技术革新:第一,保护层采用不同的材料,以前 艺采用 835的 化硅,而现在则是采用两层 中间夹一层不定型硅( 为 路保护 层,其中, 两步淀积,第一步淀积在 450;第二步淀积则在 410,这样温度是不会损坏铝金属化 7 电路;第二,采用低淀积温度多晶硅锗作为结构层材料,其低压化学气相淀积( 度只有 400,采用快速退火温度也仅为 550,时间为 30s。而 艺淀积多晶硅结构温度则超过 600。从以上两点可知,由于整个后续 工温度不超过 450,所以,不会对铝金属化互连 路产生很大的影响。 as a be a is in of as as a 采用铝作为结构层材料也会获得很大成功,最为成功的是德州仪器开发低温表面微细加工技术,并用这种技术成功生产了数字微镜设备( 技术革新主要表现在采用溅射铝作为结构层材料,并且,采用光致抗蚀剂作为牺牲层,这种低温后处理使得已生产的下面 。 of an of is in as as At we as on ZT 30 5 , is of as is a 锆钛酸铅( 材料因具有优良的压电性能、热释电性能、铁电性能和介电性能而被广泛应用在铁电存储器中以及作为高介质材料。同时,还可以利用锆钛酸铅压电效应制作微传感器以及微执行器。 膜工艺与硅集成工艺兼容,如,目前的基于金属有机化学气相淀积( 法制作 膜温度已降低到 43075,这个温度还在降低,因此,采用这种材料作为结构层是很有希望与 艺集成的。 to to of 原 构层作 构的集成技术 牺牲铝的微加工技术 外文翻译资料 8 of be is In of by a 1 as a of of 2as a or (1) of 2) (3) (4)如果 属化合物用作牺牲材料,则可能存在和 艺完全兼容的表面微细加工丁艺,这种方法被称作牺牲铝蚀刻( 在许多 采用了两层由铝合金构成的金属层。第 1 层金属作为牺牲层被清除,可以制造出电介质金属化合物;第 2 层由金属和钝化物组成,第 2 层金属介于两个电介质之间,适当结构化后,便可以作为反射镜、电极、热电阻或电热调节器。其基本工艺过程包括:( 1)保护电气连接触点不受到蚀刻;( 2)腐蚀牺牲铝层;( 3)涮洗清除徼结构里面 的蚀刻剂;( 4)烘干微机构。 晶体硅活化蚀刻和金属化法 be be to at nd of a of to it of IE of up 0 of in By of to a to be of of a at of to of a of As 00 is 外文翻译资料 9 单体硅活化蚀刻和金属化法( 用于制造,梁、桥这样的结构,甚至可以用单晶硅制造更复杂的结构。这种方法始于制造完的 路硅片,首先,淀积一层覆盖接触孔的氧化硅,这层氧化物保护 通过反应离子蚀刻( 形化这层氧化物遮蔽层;然后, 度 可达到 10化硅薄膜淀积下来,覆盖在侧面和水平面上。通过反应离子蚀刻掉水平面上的氧化物,而使竖直面受到保护,第二次反应离子蚀刻硅;最后,各向同性蚀刻硅,释放出悬浮的微结构,同时,蚀刻接触孔氧化物,并溅射金属,这层金属化淀积物使大纵横比的粱变成电容性元素,用厚的抗蚀剂作掩蔽模图形化金属层。由于 每一步均在低于 300的温度下进行的,因此,是与 路兼容的。 大纵横比的 艺 in as a to .5 as as a of 2 to be in to 2 in to 学开发的与 容干法蚀刻方法,它应用各向同性硅蚀刻产生绝缘薄膜, 质和金属化层在这个工艺中不仅用作金属互连,而且,还作为微机械结构尾。基本工艺过程为:首先,标准的 艺采用三层金属 工艺实现;其次,金属层1 和 2 被用作电活性层,而第 3 层作为微机械加工的蚀刻掩模。应用化合物 反应离子蚀刻( 使整个芯片上的钝化层被清除掉,在第 3 层金属断开区域, 膜夹层被一直蚀刻至基底,而上面覆盖有第 3 层金属的 膜 夹层则保留完好;最后,采用离子在不蚀刻微结构侧壁情况下各向同性蚀刻硅衬底。狭窄的绝缘层和导电层融为一体制造出梁和桥,例如:梳状驱动器这样的微结构。 体加工 艺 外文翻译资料 10 of as technology- 配套讲稿:
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