UNIVERSITATEA TEHNICA “GHEORGHE ASACHI” FACULTATEA DE ELECTRONICA TELECOMUNICATII SI TEHNOLOGIA INFORMATIEI

REFERAT

Tehnologiile MEMS multi-utilizator

MUMPs

Student: Agavriloae (cas. Luchieanciuc) Oana - Maria

Grupa: 56 RC

2

1. INTRODUCERE Tehnologiile MEMS cu mai mulți utilizatori (MUMPs) sunt create pentru a

oferi acces ieftin la tehnologia MEMS într-un mediu cu mai mulți utilizatori.MUMP-urile ajută la dezvoltarea comunității și sunt folosite în industrie, universități și guvern în întreaga lume.

MUMPs încorporează trei procese principale standardizate MEMS: (1) "PolyMUMPs", un proces de micromașinărie a suprafețelor polisiliconice cu trei straturi, (2) "MetalMUMPs", un proces de nichel galvanizat; și (3) "SOIMUMPs", un procedeu micromașinărie de tip Silicon-pe-Izolator prin găurile de vată. În clasa MEMS două dintre cele trei, și anume, "PolyMUMP" și procesele "SOIMUMPs" sunt pe bază de siliciu și sunt utilizate pe scară largă de cercetători și dezvoltatori de produse MEMS pentru prototipuri și inovații.

Tehnologia MUMPs a funcționat în mod constant începând din 1992. Peste 80 de programe complete au fost finalizate și expediate în acea perioadă la sute de organizații. O cheie a programului pe termen lung este cantitatea de informații și materiale de referință disponibile pentru utilizatorii programului.

MUMPs este ieftin, iar procesele sunt standard, astfel încât proprietățile și dinamica strat-la-strat sunt bine înțelese și documentate. Utilizarea MUMPs sprijină strategia de design pragmatică folosită de clienții comerciali ai MEMSCAP, în care designerul începe cu un proces fix și apoi creează un design optimizat pentru acest proces. Această abordare este superioară strategiei de proiectare, deoarece conduce la mai puține iterații de proiectare, la dezvoltarea costurilor reduse și a costurilor fixe și la mai puține gropi în drumul către funcționalitate și producție de volum.

Prin intermediul serviciului MUMPs-PLUS al MEMSCAP, clienții pot alege să modifice procesele standard prin schimbarea grosimilor, secvențelor sau materialelor. Deși acest lucru implică costuri suplimentare, MUMP-PLUS este în continuare mai puțin costisitor decât fabricarea particularizată deoarece serviciul utilizează regulile MUMPs pentru pașii obișnuiți. De exemplu, un client care dorește un strat Poly2 mai gros și o anumită prelucrare în spate ar plăti prețul standard pentru toți pașii standard plus costurile pentru pașii suplimentari. Pentru a facilita această procesare, MEMSCAP păstrează pachetele din lot pentru a fi utilizate pentru acei pași standard necesari de către dispozitivul clientului. Aceste costuri sunt acoperite de prețul standard, cu excepția în care clientul dorește niveluri suplimentare de fotolitografie.

3

2. PolyMUMPs

Fig.2.1

Figura 2.1 este o secțiune transversală a procesului PolyMUMPs cu trei straturi de polisiliciu. Acest procedeu are caracteristicile generale ale unui procedeu standard de microprocesare a suprafeței: polisiliciul este utilizat ca materialul structural, oxidul depus (PSG - PhosphoSilicate Glass) este folosit ca strat sacrificial, iar nitrida de siliciu este utilizată ca izolarea electrică dintre polisilicon și substrat.

Procesul este diferit față de un proces cu o suprafață personalizată microprelucrată, prin faptul că sunt proiectate să fie cât mai generale posibil și să fie capabile să susțină multe modele diferite pe o placă de siliciu unică. Deoarece procesul nu a fost optimizat în scopul fabricării unui dispozitiv specific, grosimile straturilor structurale și sacrificate au fost alese pentru a se potrivi celor mai mulți utilizatori și regulile de proiectare au fost alese în mod conservativ pentru a garanta obținerea celui mai mare randament posibil.

Prezentarea generala a procesului PolyMUMPs Procesul PolyMUMPs este un proces de microprelucrare a suprafețelor

polisiliconice pe trei straturi, derivat din activitatea efectuată la Centrul de senzori și actuatori din Berkeley (BSAC), la Universitatea din California, la sfârșitul anilor 80 și începutul anilor 90. Au fost făcute mai multe modificări și îmbunătățiri pentru a spori flexibilitatea și versatilitatea procesului pentru mediul cu mai mulți utilizatori. Etapele de proces descrise mai jos sunt concepute pentru a introduce utilizatorii experimentați la microprelucrarea polisiliciului. Imaginile detaliate arată fluxul de proces în contextul construirii unui micromotor tipic.

Procesul începe cu plachete de silicon de 150 mm de tip n (de 100 mm) de 1-2 Ω -cm rezistivitate. Suprafața plăcilor este în primul rând puternic dopată cu fosfor

4

într-un cuptor de difuzie standard folosind o sită de sacrificiu din sticlă fosfosilicat (PSG) ca sursă de dopant. Acest lucru ajută la reducerea sau împiedicarea alimentării cu încărcătură a substratului de la instalațiile electrostatice de pe suprafață. În continuare, după îndepărtarea peliculei PSG, un strat de nitrură de siliciu LPCVD(Depunere chimică în vapori de presiune scăzută) de joasă presiune (strat de vapori de presiune scăzută) de 600 nm este depus pe plachete ca strat de izolare electrică. Acest lucru este urmat direct de depunerea unui polimer polimeric de 500 nm LPCVD-Poly0. Poly0 este apoi modelat prin fotolitografie, un proces care include acoperirea plachetelor cu fotorezist (Figura 2.2), expunerea fotorezistului la masca potrivită și dezvoltând fotorezistul expus pentru a crea masca de etch dorită pentru transferul modelului ulterior în stratul de bază (Figura 2.3). După modelarea fotorezistului, stratul Poly0 este apoi gravat într-un sistem de etanșare cu plasmă (Figura 2.4). Un strat sacrificat de sticlă fosfosilicat de 2,0 μm (PSG) este depozitat de LPCVD (Figura 2.5) și răcit la 1050 ° C timp de 1 oră în argon. Acest strat de PSG, cunoscut sub numele de FirstOxide, care este îndepărtat la sfârșitul procesului pentru a elibera primul strat mecanic de polisilicon. Stratul de sacrificare este modelat cu masca DIMPLES, iar dărâmăturile sunt transferate în stratul PSG sacrificat într-un sistem RIE (Reactive Ion Etch), așa cum se arată în Figura 2.6. Adâncimea nominală a gropilor este de 750 nm. Vasele sunt apoi modelate cu cel de-al treilea strat de mască, ANCHOR1, și ionul reactiv gravat (Figura 2.7). Acest pas oferă găuri de ancorare care vor fi umplute de stratul Poly1.

După gravarea ANCHOR1, primul strat structural de polisiliciu (Poly1) este depus la o grosime de 2,0 pm. Stratul PSG de la Athin (200 nm) se depune pe polisilicon și placa este recoaptă la 1050 ° C timp de 1 oră (Figura 2.8). Se smălțuiește polisiliciul cu fosfor din straturile PSG atât deasupra cât și dedesubt. Smălțuirea permite, de asemenea, reducerea semnificativă a stresului net în stratul Poly1. Polisilicul (și stratul său de mascare PSG) este modelat litografic folosind o mască concepută pentru a forma primul strat structural POLY1. Stratul PSG este gravat pentru a produce o mască tare pentru etch polisiliciu ulterior. Masca tare este mai rezistentă la chimia polichiometrică decât fotorezistul și asigură o mai bună transferare a modelului în polisilicon. Prin desprinderea polisiliciului (Figura 2.9), fotorezistul este îndepărtat și masca de oxid dur rămasă este îndepărtată de RIE.

După ce Poly1 este gravat, un al doilea strat sacrificat PSG (al doilea oxid, grosime de 750nm) este depozitat și rectificat (Figura 2.10). Oxidul secund este modelat folosind două măști etch diferite cu obiective diferite. Nivelul POLY1_POLY2_VIA prevede găuri de etch în cel de-al doilea oxid până la stratul Poly1. Aceasta oferă o conexiune mecanică și electrică între straturile Poly1 și Poly2. Stratul POLY1_POLY2_VIA este modelat și gravat de RIE (fig. 2.11). Nivelul ANCHOR2 este prevăzut pentru ambele straturi de oxizi într-o singură etapă,

5

eliminând astfel orice nealiniere între găurile separate gravate. Mai important, etanșul ANCHOR2 elimină necesitatea de a realiza o tăiere în primul oxi fără legătură cu ancorarea structurii Poly1, care expune inutil substratul la o prelucrare ulterioară care poate deteriora fie Poly0, fie Nitride. Stratul ANCHOR2 este modelat litografic și gravat de RIE în același mod ca și POLY1_POLY2_VIA.

Figura 2.12 prezintă secțiunea transversală a vasului după ce nivelele POLY1_POLY2_VIA și ANCHOR2 au fost terminate. Cel de-al doilea strat structural, Poly 2, este apoi depus (cu grosimea de 1,5 μm) urmat de depunerea de 200 nm PSG. Ca și în Poly1, stratul subțire PSG acționează atât ca o mască etch, cât și ca sursă de dopant pentru Poly 2 (Figura 2.13). Placa este răcită timp de o oră la 1050 ° C pentru a face polisiliciu și pentru a reduce stratul de film rezidual. Stratul Poly 2 este modelat litografic cu cea de-a șaptea mască (POLY2). Straturile PSG și polisiliciu sunt prelucrate prin procedeele plasmei și RIE, similare cu cele utilizate pentru Poly 1. Fotorezistul este apoi stripat și oxidul de mascare este îndepărtat (Figura 2.14).

Stratul final depus în procesul PolyMUMPs este un strat metalic de 0,5 μm care asigură sonde, legare, rutare electrică și suprafețe în oglindă foarte reflectorizante. Placa este modelată litografic cu cea de-a opta mască (METAL), iar metalul este depus și modelat cu ajutorul dispozitivului de ridicare. Structura finală, neutilizată, este prezentată în figura 2.15. Plăcile sunt cubate, sortate și expediate utilizatorului PolyMUMPs pentru eliberarea surplusului. Imaginea 2.16 prezintă dispozitivul după eliberarea surplusului de oxid. Eliberarea se realizează prin imersarea cipului în jurul a 49% HF (temperatura camerei) timp de 1,5-2 minute. Aceasta este urmată de câteva minute în apă și apoi în alcool, urmată de cel puțin 10 minute într-un cuptor la 110 ° C.

În continuare urmează o prezentare grafică a pașilor de proces.

Fig 2.2. Suprafața plăcilor inițiale de tip n (100) este puternic dopată cu fosfor într-un cuptor

standard de difuzie utilizând un film PSG ca sursă de dopant. După îndepărtarea acestei pelicule PSG, se depune un strat de strat de 600 nm cu nitridă de siliciu de joasă tensiune (Nitridă) urmat de un strat de polimer de 500 nm (Poly 0). Vopselele sunt apoi acoperite cu fotorezist sensibil la radiații UV.

6

Fig 2.3. Fotorezistul este modelat litografic prin expunerea acestuia la lumina UV prin masca de nivel 1 (POLY0) și apoi prin dezvoltarea acestuia. Fotorezistorul din zonele expuse este îndepărtat, lăsând în urmă o mască fotorezistivă modelată pentru gravare.

Fig 2.4. Degradarea cu plasmă este utilizată pentru a îndepărta polisiliciul nedorit. După etch, fotorezistul este stripat ischemic într-o baie de solvent. Această metodă de modelare a plachetelor cu fotorezist, gravarea și îndepărtarea fotosensorului de acolo se utilizează în mod repetat în procesul PolyMUMPs.

Fig 2.5. Un strat de PSG de 2,0 μm este depozitat pe plăci prin depunere chimică de vapori de joasă presiune (LPCVD). Acesta este primul strat sacrificial.

Fig 2.6. Plăcuțele sunt acoperite cu fotorezist, iar al doilea nivel (DIMPLE) este modelat litografic. Gropile de adâncime de 750 nm, sunt ionizate cu reacție ionică (RIE) în primul strat de oxid. După etch, fotorezistul a fost blocat.

7

Fig 2.7. Placuțele sunt re-acoperite cu fotorezist, iar al treilea nivel (ANCHOR1) este modelat litografic. Oxidul nedorit este îndepărtat într-un proces RIE și fotorezistul este îndepărtat.

Fig 2.8. Un strat de 2,0 μm de polisiliciu ne-dopat este depus de LPCVD urmat de depunerea de 200 nm PSG și o recoacere de 1050 ° C / 1 oră. Răscoacerea servește atât la polipropilenă, cât și la reducerea stresului residual.

Fig 2.9. Placheta este acoperită cu fotorezist și al patrulea nivel (POLY1) este modelat litografic. PSG este mai întâi gravat pentru a crea o mască tare și apoi Poly1 este gravat prin prelucrarea plasmei. După finalizarea etch-ului, fotorezistul și masca PSG sunt eliminate.

8

Fig 2.10. Cel de-al doilea strat de oxid, 0,75 μm de PSG, este depozitat pe placă. Acest strat este modelat pentru a permite contactul atât cu straturile Poly 1, cât și cu straturile de substrat.

Fig 2.11. Placa este acoperită cu fotorezist, iar al cincilea nivel (POLY1_POLY2_VIA) este modelat litografic. Oxidul secundar nedorit este gravat folosind RIE, oprindu-se pe Poly1, iar fotorezistul este desprins.

Fig 2.12. Placheta este re-acoperită cu fotorezist și al șaselea nivel (ANCHOR2) este modelat litografic. Oxizii secundari și primii sunt gravați folosind RIE, oprindu-se fie pe Nitride, fie pe Poly 0, iar fotorezistul este izolat. Nivelul ANCHOR2 oferă deschideri pentru contactul Poly2 cu Nitride sau Poly 0.

Fig 2.13. Se depune un strat de polisiliciu ne-dopat de 1,5 pm, urmat de un strat de mască PSG de 200 nm. Plachetele sunt recoapte la o temperatură de 1050 ° C timp de o oră pentru a supune polisiliciul și a reduce tensiunea reziduală.

9

Fig 2.14. Placheta este acoperită cu fotorezist, iar al șaptelea nivel (POLY2) este modelat litografic. Masca tare PSG și straturile Poly 2 sunt gravate, iar fotorezistul și masca tare sunt îndepărtate. Acum sunt fabricate toate structurile metalice. Restul etapelor sunt de a depune stratul de metal și de a elimina oxizii de sacrificare.

Fig 2.15. Placheta este acoperită cu fotorezist și al optulea nivel (METAL) este modelat litografic. Metalul (aur cu un strat de aderență subțire) este depus prin șablon de ridicare care nu necesită gravare. Suprafața laterală a fotorezistului este înclinată la un unghi de fererință, ceea ce permite ca metalul să fie depus pe suprafețele vasei și al fotorezistului, dar oferă pauze în continuitatea metalului peste treapta fotorezistă. Fotorezistul și metalul dorit (deasupra fotorezistului) sunt apoi îndepărtate într-o baie de solvent. Procesul este acum complet, iar vopselele pot fi acoperite cu un strat protector de fotorezist și cu cuburi.

Fig 2.16. Structurile sunt eliberate prin scufundarea plachetelor într-o soluție de HF de 49%. Rotorul Poly 1 poate fi văzut în jurul hubului fix 2 Poly. Stivele de Poly 1, Poly 2 și Metal pe laterale reprezintă statorii folosite pentru a distruge electrostatic motorul.

10

3. MetalMUMPs

Fig. 3.1

Figura 3.1 este o secțiune transversală a unui micro-releu fabricat cu procesul MetalMUMPs. Acest proces are următoarele caracteristici generale:

1. Nichelul galvanizat este utilizat ca material principal de structură și stratul de interconectare electrică.

2. Polisiliconul dopat poate fi utilizat pentru rezistențe, structuri mecanice suplimentare și / sau traversare electrică.

3. Nitrura de siliciu este utilizată ca strat de izolare electrică. 4. Oxidul depus (PSG) este folosit pentru straturile de sacrificiu. 5. Un strat de șanț în substratul de siliciu poate fi încorporat pentru izolare

termică și electrică suplimentară. 6. Placa de aur poate fi utilizată pentru a acoperi pereții laterali ai structurilor de

nichel cu materiale de rezistență redusă la contact.

Procesul MetalMUMPs este conceput astfel încât să fie cât mai general posibil și să fie capabil să suporte multe modele diferite pe o plachetă de siliciu unică. Deoarece procesul nu a fost optimizat în scopul fabricării oricărui dispozitiv specific, grosimile straturilor structurale și sacrificate au fost alese pentru a se potrivi celor mai mulți utilizatori, iar regulile de proiectare a aspectului au fost alese în mod conservator pentru a garanta cel mai mare randament posibil.

11

Prezentarea generala a procesului MetalMUMPs

MetalMUMPs este un proces galvanizat de microprelucrare derivat din lucrul efectuat la MEMSCAP (JDSU, Cronos, MCNC) pe parcursul anilor 1990. Acest flux de proces a fost inițial dezvoltat pentru fabricarea dispozitivelor de micro-relee MEMS bazate pe o tehnologie de acționare termică. Fluxul de proces descris mai jos este conceput pentru a introduce utilizatori neexperimentați la acest proces de microprelucrare. Figurile ne arată procesul de construire a unui microreleu brevetat.

Nivelurile de litografie (adică numele pentru fiecare nivel de mascare) sunt tipărite cu majuscule. Straturile specifice de material, cum ar fi un strat de oxid, polisiliciu sau metal, sunt tipărite cu litere mici, cu prima literă capitalizată. De exemplu, POLY se referă la nivelul de mascare pentru modelarea stratului de polisiliciu, Poly.

Fluxul de proces MetalMUMPs este descris mai jos folosind convenția de numire pentru diferitele straturi:

1. Substanță de bază cu rezistivitate ridicată: siliciu tip N (100) cu rezistivitate de> 4000 ohm-cm

2. Oxid de izolare - Un strat de oxid de siliciu de 2 um este cultivat pe suprafața plachetei pentru a asigura izolarea electrică de substrat

3. Oxidul 1 - Acesta este un strat PSG de 0,5 μm gros, care acționează ca un strat de eliberare sacrificial. Îndepărtarea stratului de Oxid1 la sfârșitul procesului eliberează stratul Nitride1(punctul 4). Oxidul 1 este modelat litografic cu primul nivel de mască, OXIDE1 și gravat. Oxid1 definește de asemenea regiunile în care se va forma șanțul de siliciu.

4. Nitridă 1 - Acesta este stratul de pătură de 0,35μm nitrit de siliciu de joasă tensiune. Nitridul 1 este utilizat în combinație cu stratul Nitride 2 următor pentru mai multe scopuri. Straturile de nitrură asigură o încapsulare protectoare pentru polisilicon. Modelul de nitruri definește, de asemenea, un strat protector pe substrat, care determină locul unde se produce gravura de trecere (punctul 12). În al treilea rând, o zonă de nitrură eliberată și modelată poate fi, de asemenea, utilizată pentru a asigura o legătură mecanică între structurile metalice eliberate care trebuie izolate electric.

5. Poly - Acest strat este un film polisilicic de 0,7 μm, care este dopat cu implant și recoacere pentru a asigura proprietăți electrice consistente. Stratul Poly este modelat cu al doilea nivel de mască, POLY și gravat. Acest strat poate fi folosit pentru a forma elemente de rezistență, structuri mecanice sau pentru rutare electrică.

6. Nitridă 2 - Acesta este un al doilea strat de nitrură de siliciu cu densitate scăzută de 0,35 μm. Combinația straturilor Nitride 1 și Nitride 2 este modelată litografic cu cel de-al treilea nivel al măștii, NITRHOLE și gravat.

12

7. Oxide2 - Acest al doilea strat oxid de sacrificare este de 1,1 μm de PSG. Acesta este îndepărtat la etapa finală de eliberare pentru a elibera stratul mecanic din metal (punctul 10). Oxide2 este modelat cu cel de-al patrulea nivel de mască, METANCH, și este udat chimic.

8. Anchor Metal - Pasul de modelare a Oxide2 oferă, de asemenea, modelul pentru ancorele structurii metalice. Un procedeu de ridicare este folosit pentru a furniza straturi subțiri de Cr și Pt (Anchor Metal) numai în partea inferioară a ancorelor Oxide2.

9. Baza de placare - Acest strat este un strat metalic de 500 nm de Cu protejat cu un strat Ti subțire. Stratul de bază de placare furnizează continuitate electrică peste plachetă pentru etapa ulterioară de galvanizare metalică.

10. Metal - Cel de-al cincilea nivel de masca, METAL, este modelat folosind un rezist gros pentru a forma șablonul pentru stratul metalic galvanizat. 20μm de nichel este electropilat în rezistența modelată. Ulterior, un strat de aur de 0,5 μm este placat pe partea superioară a nichelului pentru a furniza un material de tampon adecvat pentru legarea firelor de conexiuni electrice externe. Această combinație de 20μm de nichel și 0,5μm de aur formează stratul metalic. Stratul metalic servește drept strat mecanic primar și strat de interconectare electrică

11. Metalul lateral - un strat metalic placat fin, un strat de aur de 1-3 μm, placat pe zonele selectate ale peretelui lateral al stratului de Metal. Aceasta asigură un contact electric de înaltă rezistență redusă și are efectul de a micșora golurile din structurile de nichel galvanizate adiacente. Secvența de proces este aceea de a utiliza mai întâi nivelul al șaselea de mască, GOLDOVP, pentru a deschide o zonă supradimensionată sau "umflată" într-un strat de rezistență fotorezistă, în care se dorește Metalul lateral. Baza de placare este îndepărtată din orice regiune expusă utilizând o gravare chimică umedă. Modelul de rezistență dorit pentru metalul lateral este apoi procesat cu o versiune de dimensiuni standard. Stratul metalic de perete lateral cu grosimea de 1-3 mm este apoi galvanizat.

12. Pașii finali sunt eliberarea. Eliberarea este o serie de grafituri chimice umede pentru a îndepărta mai întâi baza de placare și apoi straturile de sacrificare și stratul de oxid de izolare peste zonele de tranșee. În cele din urmă, o etch chimică umedă a siliciului, utilizând KOH(hidroxid de potasiu), este utilizată pentru a forma un șanț adânc de 25μm în substratul de siliciu. Acest lucru se întâmplă în zonele definite de măștile OXIDE1 și NITRHOLE. Acest canal asigură o izolare termică și electrică suplimentară.

13. Plachetele sunt cubate, sortate și expediate utilizatorului MetalMUMPs.

În continuare urmează o prezentare grafică a pașilor de proces.

13

Fig 3.2. Un oxid de grosime de 2 μm (Oxid de izolare) se cultivă pe suprafața plăcilor de

siliciu de tip n (100) de pornire. Aceasta este urmată de depunerea unui strat de sticlă fosfosilicat (PSG) de 0,5 μm grosime (Oxide1).

Fig 3.3. Plăcuțele sunt acoperite cu fotorezist sensibil la radiații ultraviolete și modelate litografic prin expunerea la lumina UV prin masca de nivel 1 (OXIDE1). Fotorezistorul din zonele expuse este îndepărtat, lăsând în urmă o mască fotorezistivă modelată pentru gravare. Gravura este folosită pentru a îndepărta PSG-ul sacrificial nedorit. După etch, fotorezistul este stripat chimic. Această metodă de modelare a plachetelor cu fotorezist, etanșarea și îndepărtarea rezistorului fotosensibil rămas este folosită în mod repetat în procesul MetalMUMPs.

Fig 3.4. Se depune un strat de nitrură de siliciu (Nitridă 1) de 0,35 μm, urmat imediat de depunerea unui strat de polisilicon (Poly) de 0,7 μm.

Fig 3.5. Plăcuțele sunt acoperite cu fotorezist, iar cel de-al doilea nivel (POLY) este modelat litografic. Decaparea ionică reactivă (RIE) este utilizată pentru a îndepărta polisiliciul nedorit. După terminarea etch-ului, fotorezistul este îndepărtat.

Fig 3.6. Se depune un al doilea strat de nitrură de siliciu (Nitrid 2) de 0,35 μm.

14

Fig 3.7. Plăcuțele sunt acoperite cu fotorezist, iar al treilea nivel (NITRHOLE) este modelat litografic. Se efectuează gravarea RIE pentru a îndepărta atât Nitride 2, cât și Nitride 1 din zonele modelate. După ce etch-ul este complet, fotoresistul este îndepărtat. Pe unde rămâne NITRHOLE este modelat peste Poly.

Fig 3.8. Un al doilea strat sacrificat (Oxid 2), 1,1 μm PSG, este depozitat și recopt la 1050 ° C timp de 1 oră.

Fig 3.9. Plăcuța este acoperită cu fotorezist și al patrulea nivel de mască (METANCH) este modelat litografic. Oxide2 este gravat umed și se depune un strat metalic subțire (Anchor Metal) format din 10nm Cr + 25nm Pt.

Fig 3.10. Stratul de bază de placare, compus din 500nm Cu + 50nm Ti, este depus. (Nereprezentat). Placuțele sunt acoperite cu un strat gros de fotorezist și sunt modelate cu al cincilea nivel de mască (METAL). Acest proces formează un șablon modelat pentru stratul metalic galvanizat.

Fig 3.11. Nichelul este galvanizat la o grosime nominală de 20μm în stencilul de rezistență modelat. Un strat de aur de 0,5μm este apoi imediat galvanizat pe partea superioară a stratului de nichel. Acesta formează stratul metallic.

15

Fig 3.12. Șablonul fotorezist este îndepărtat chimic.

Fig 3.13. Plăcuțele sunt acoperite cu fotorezist și modelate cu o versiune "umflată" a celui de-al șaselea nivel de mască (GOLDOVP) pentru a îndepărta baza de placare în regiunile în care se dorește metalul lateral. Baza de placare este îndepărtată din punct de vedere chimic din regiunile neasfaltate, iar fotorezistul este despicat. Plăcuțele sunt acoperite cu fotorezist și modelate cu o versiune "ne-umflată" a celui de-al șaselea nivel de mască (GOLDOVP) pentru a defini un șablon rezistent în regiunile metalului unde se dorește metalul lateral electropilat.

Fig 3.14. Un strat de aur de 1-3 μm (Metalul lateral) este galvanizat folosind masca fotorezistivă GOLDOVP ca o stenă

Fig 3.15. Stratul de rezistență GOLDOVP este dezbrăcat.

16

Fig 3.16. Baza de acoperire este stripată chimic în prima etapă a procesului de eliberare. În a doua etapă a procesului de eliberare este utilizată o soluție de HF 49% pentru a îndepărta straturile de sacrificiu PSG (Oxide1 și Oxide2) și stratul de Oxid de izolare peste zonele de tranșare.

Fig 3.17. În etapa finală a procesului de eliberare, se utilizează o etch de siliciu KOH pentru a forma un șanț adânc de 25μm în substratul de siliciu în zonele definite de nivelele de mască OXIDE1 și NITRHOLE.

4. SOIMUMPs

Fig 4.1.

Figura 4.1 este o secțiune transversală a procesului SOIMUMP microprelucrată pe bază de silicon pe izolator. Acest proces are următoarele caracteristici generale:

1. O placă de silicon pe izolator (SOI) este utilizată ca substrat de pornire. Există două opțiuni de substrat în fiecare rulare: 10μm grosime de siliciu sau 25μm grosime

17

de siliciu . Clienții pot solicita să primească chips-uri de la unul sau ambele tipuri de substrat.

2. Stratul de siliciu este dopat, apoi modelat și gravat până la stratul de oxid. Acest strat poate fi folosit pentru structuri mecanice, structuri de rezistență și / sau rutare electrică

3. Substratul poate fi modelat și gravat din partea "de jos" în stratul de oxid. Acest lucru permite structuri prin găuri.

4. Un proces metalic mascat în umbră este utilizat pentru a furniza caracteristici metalice grosiere, cum ar fi plăcuțele de lipire, rutarea electrică și suprafețele oglinzilor optice.

5. O a doua caracteristică a plăcii metalice este aceea de a permite caracteristici metalice mai fine și aliniere precisă, dar limitată la zonele care nu sunt gravate în stratul dispozitivului cu siliciu.

Prezentarea generala a procesului SOIMUMPs Procesul SOIMUMPs este un proces simplu de modelare și de gravare a

nivelului de mască SOI 4-mască, derivat din activitatea efectuată la MEMSCAP (fostul Cronos Integrated Microsystems și MCNC MEMS Technology Applications Center). O versiune a acestui flux de proces a fost inițial dezvoltată pentru fabricarea dispozitivelor de atenuator optic variabil MEMS (VOA) bazate pe o tehnologie patentată de acționare termică. Fluxul de proces descris mai jos este conceput pentru a introduce utilizatorii acestui proces de microprelucrare. Figurile ne arată procesul de construire a unui actuator termic patentat.

Procesul începe cu plachete polimerice de tip Silicon pe Izolator lustruite de 150 mm de tip n. Suprafața superioară a stratului de siliciu este dopată prin depunerea unui strat de sticlă fosfosilicat (PSG) și recoacerea la 1050 ° C timp de 1 oră în argon (Fig. 4.2). Acest strat PSG este apoi îndepărtat prin gravarea chimică umedă.

Primul strat depus în proces este Pad Metal (Fig. 4.3). O stivă de metal de 20 nm de crom și 500 nm de aur este modelată printr-un proces de ridicare. Linii de 3 μm cu caracteristici de spațiu de 3 μm pot fi modelate cu o toleranță de aliniere de 3 μm la stratul dispozitivului. Această zonă metalică trebuie acoperită în timpul ulterior Deep Reactive Ion Etch (Deep RIE). Prin urmare, este limitat la suprafețe relativ mari în dispozitivul de acționare. Deoarece acest metal este expus la temperaturi înalte în timpul procesului ulterior, rugozitatea suprafeței tinde să fie mai mare și nu este potrivită pentru aplicațiile cu oglindă optică cu pierderi reduse.

Silicul este modelat litografic cu cel de-al doilea nivel de mască, SOI, și gravat folosind Deep RIE (Fig. 4.4). Acest etch este realizat folosind tehnologia Inductiv

18

Coupled Plasma (ICP); o practică SOI specială este utilizată pentru a elimina practic orice subcotare a stratului de siliciu atunci când etch-ul ajunge la Oxidul Burizat.

Apoi, un material de protecție frontală este aplicat pe suprafața superioară a stratului de siliciu. Plăcuțele sunt apoi inversate, iar stratul de substrat este modelat litografic din partea de jos utilizând nivelul al treilea de mască, TRENCH (Fig. 4.5). Acest model este apoi gravat în stratul de oxid inferior utilizând stratul de reacție cu ioni reci (RIE). O etch de siliciu DRIE este folosit ulterior pentru a etanșa aceste caracteristici complet prin stratul de substrat. Se utilizează apoi un proces de etch de oxid umed pentru a îndepărta stratul de oxid îngropat în regiunile definite de masca TRENCH (Fig. 4.6). Materialul de protecție frontală este apoi stripat într-un proces etch uscat. Aceasta "eliberează" orice structură mecanică din stratul de siliciu, care este localizată peste găuri definite în stratul de substrat. Stratul rămas "expus" de oxizi este îndepărtat din plachete folosind un proces HF de vapori pentru a minimiza sticția. Stratul de oxid expus este îndepărtat pentru a permite contactul electric cu substratul și pentru a asigura o tăietură în stratul de oxid care va împiedica scurgerile metalice între stratul de siliciu și stratul de substrat.

Stratul Blanket Metal, format din 50nm Cr + 600nm Au, este depus și modelat folosind o tehnică de mascare a umbrelor. Masca de umbră este preparată dintr-o placă de siliciu dublu lustruită "Stand-off-uri" sunt încorporate în partea mascată a umbrei care va intra în contact cu placa SOI, pentru a evita orice contact cu caracteristicile modelate în stratul de Silicon. Masca de umbră este apoi modelată cu masca BLANKETMETAL si prin găuri sunt gravate DRIE (Fig. 4.8). Masca de umbră este apoi aliniată și temporar fixată la placa SOI, iar Metalul este evaporat folosind un instrument E-Beam. Metalul este depus pe suprafața superioară a stratului de siliciu numai în zonele orificiilor din masca umbrei (Fig. 4.8). După evaporare, masca de umbrire este îndepărtată, lăsând un strat metalic pe placa SOI (Fig. 4.9). Plachetele sunt apoi cubate folosind un laser, sortate și expediate către utilizatorul SOIMUMPs.

În continuare urmează o prezentare grafică a pașilor de proces.

19

Fig 4.2. Se depune un strat de sticlă fosfosilicat (PSG), iar plăcuțele sunt recoapte la 1050 ° C

timp de 1 oră în argon pentru a forța dopantul fosforos în suprafața superioară a stratului de siliciu. Stratul PSG este apoi îndepărtat utilizând o gravură chimică umedă. În cele ma multe cazuri, un strat de oxid de partea de jos este inițial prezent pe substraturile de pornire.

Fig 4.3. Plăcuțele sunt acoperite cu fotorezist negativ și modelat litiografic prin expunerea

fotorezistului la lumină prin masca de nivel 1 (PADMETAL) și apoi prin dezvoltarea acestuia. O stivă de metal constând din 20 nm crom și 500 nm de aur este depozitată pe modelul fotorezistiv prin evaporarea e-fasciculului. Fotorezistivul este apoi dizolvat pentru a lăsa în urmă metalul în zonele deschise.

Fig 4.4. Plăcuțele sunt acoperite cu fotorezist sensibil la radiații UV și modelate litiografic prin expunerea fotorezistului la lumina UV prin masca de nivelul al doilea (SOI) și apoi dezvoltarea acestuia. Fotorezistorul din zonele expuse este îndepărtat, lăsând în urmă o mască fotorezistă modelată pentru gravare. Pentru a etanșa siliciul până la stratul de oxid, se utilizează gravarea cu ioni reactivi profunzi (DRIE). După gravare, fotorezistul este stripat chimic.

20

Fig 4.5. Un material de protecție frontală este aplicat pe suprafața superioară a stratului de siliciu modelat. Partea inferioară a plachetelor este acoperită cu fotorezist, iar al treilea nivel (TRENCH) este modelat litografic. Gravarea ionică prin reacție (RIE) este utilizată pentru a elimina stratul de oxid din partea de jos. Un etch de siliciu DRIE este folosit ulterior pentru a etanșa complet stratul de substrat, oprindu-se pe stratul de oxid. După terminarea etch-ului, fotorezistul este eliminat. Apoi, se utilizează un procedeu etch de oxid umed pentru a îndepărta stratul de oxid în regiunile definite de masca TRENCH.

Fig 4.6. Materialul de protecție frontală se îndepărtează apoi folosind un procedeu etch uscat. Stratul de oxizi rămas "expus" este îndepărtat de pe suprafața superioară utilizând un proces de vaporizare HF. Acest lucru permite un contact electric cu stratul de substrat și asigură o tăietură inferioară a stratului de oxid.

Fig 4.7. O placă siliconică separată este utilizată pentru fabricarea unei măști umbrite pentru modelul metalic. Stand-off-urile sunt pre-fabricate în masca umbrei, astfel încât masca de umbră nu vine în contact cu caracteristicile modelate în stratul Silicon al vasului SOI. Plăcile de mască de umbră sunt apoi acoperite cu fotorezist, iar al patrulea nivel (BLANKETMETAL) este modelat litografic. Siliciul este gravat prin DRIE și este folosit pentru a completa etch-ul prin umplutura maștii de umbră, producând prin găuri pentru Metal să fie evaporat. După terminarea etch-ului, fotorezistul este eliminate.

21

Fig 4.8. Masca de umbră este aliniată și temporar fixată la placa SOI. Stratul Blanket Metal, format din 50nm Cr + 600nm Au, este depozitat prin masca umbrei.

Fig 4.9. Masca de umbră este îndepărtată, lăsând un strat metalic modelat pe vasul SOI. Plăcuțele sunt cubate folosind un laser, apoi chips-urile sortate și ambalate pentru expediere.

22

5. BIBLIOGRAFIE

1. http://www.memscap.com/products/mumps/polymumps 2. http://www.europractice-ic.com/MEMS_memscap.php 3. https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-

spie/2639/0000/MEMS-infrastructure-the-multiuser-MEMS-processes-MUMPs/10.1117/12.221300.short?SSO=1

4. http://inst.cs.berkeley.edu/~ee245/fa08/handouts/PolyMUMPs.DR.v11.pdf

5. https://www.scribd.com/document/59851281/PolyMUMPs-DR 6. https://www.scribd.com/presentation/6796779/Metal-Mumps 7. https://www.scribd.com/document/6796766/Metalmumps-dr-2 8. https://www.scribd.com/document/251754490/SOIMUMPs-dr-v8-0 9. https://mycmp.fr/IMG/pdf/ds_soimumps.pdf