第2期 微细加工技术 2002年6月 MICROFABRICATION TECHNOLOGY 文章编号:10038213(2002)02005305 MEMS螺线管型电感器正负胶结合的加工工艺 吴茂松,杨春生,茅昕辉,赵小林,蔡炳初 (上海交通大学微纳米科学技术研究院信息存储研究中心,上海200030) 擠要:MFMS螺线管型电感器由于具有很多优点,其用途或潜在用途相当广泛。为了 获得高质量的MEMS螺线管型电感器,在充分利用SU-8特点的基础上,结合使用 正胶AZ-4000系列和负胶SU-8系列,新开发了UⅣ-LIGA多层徵加工工艺,它 主要包抬:在基片上溅射(r/(作为电镀种子层,涂布正胶,紫外光刻得到电镀模 具,电镀Cu和FeNi分别得到线圈的下层、中层和上层以及铁芯;在完成下层和中层 后,分别进行一次负胶工艺以形成电绝缘层和后续结构的攴撑平台,即涂布负胶覆盖 较下层结构,光刻开出通往较上一层的通道并使SU-8聚合、交联以满足性能要求。 实验表明该工艺是可行和实用的。它除了可用于螺线管电感器的加工,还可以用来 加工其它三维结构的MFMS器件。 关键词:微机电系统;电感器;SU-8;微加工 中图分类号:TM55 文献标识码:A 1引言 用于无线通信、手机、膝上电脑以及分布电子 系统。与工作在低频下的传统元件相比,工 MEMS电感器也可称为微电感器按结作在较高频的MEMS电感元件有很多优点, 构分主要有以下三类:平面线圈/曲折线结构例如较缓和的发热问题和较高的功率密度 ( spiral// meander);平面螺线管结构( Planar等;另一个是用作先进的无线通信系统中的 lenoir));夹心条带结构( Sandwich stri)。振荡器、滤波器等的重要元器件。90年代以 而螺线管型电感器是其中历史较短的一种 后,移动通信技术,特别是以军事应用为目标 它的用途或潜在用途相当广泛,主要用作电的卫星通信日益广泛的使用,对电感器提出 路元件、微传感器以及微执行器 了更高的要求,工作频率从几MHz提高到 作为电路元件,MEM螺线管型电感器100-1000在国际上,采用微机电系 有两个用途:一个是用作芯片上的DCDC统(MEMS)技术研制了不同结构的微电感 转换器3],这种转换器作为电源元件,广泛器4。由于螺线管型微电感器所产生的磁 收稿日期:2001-1029 作者简介:吴茂松(1968-),男,湖北大悟人,上海交大微纳米科学技术研究院博士生.从事MEMS技 术、光纤通信器件的研究。 万方数据
第2期 2002年6月 微细加工技术 M1CROFABRICATION’FECHNOLOGY №2 Jml．，2002 文章编号：1003—8213(2002)02．0053—05 MEMS螺线管型电感器正负胶结合的加工工艺 吴茂松，杨春生，茅昕辉，赵小林，蔡炳初 (上海交通大学微纳米科学技术研究院信息存储研究中心，上海200030) 摘要：MEMS螺线管型电感器由于具有很多优点，其用途或潜在用途相当广泛。为了 获得高质量的MEMS螺线管型电感器，在充分利用SU一8特点的基础上，结合使用 正胶AZ一4000系列和负胶SU一8系，t】，新开发了uv—LIGA多层微加工工艺，它 主要包括：在基片上溅射('r／Cu作为电镀种子层，涂布正胶，紫外光刻得到电镀模 具，电镀Cu和&Nj分别得到线圈的下层、中层和上层以及铁芯；在完成下层和中层 后，分别进行一次负胶工艺以形成电绝缘层和后续结构的支撑平台，即涂布负胶覆盖 较下层结构，光刻开出通往较上一层的通道并使SU一8聚合、交联以满足·】生能要求。 实验表明该工艺是可行和实用的。它除了可用于螺线管电感器的加工，还可以用来 加工其它三维结构的MEMS器件。 关键词：微机电系统；电感器；SU一8；微加工 中田分类号：TM55 文献标识码：A 1引言 MEMS电感器也可称为微电感器，按结 构分主要有以下三类：平面线圈／由折线结构 (spiral／meander)；平面螺线管结构(Planar solenoid)；夹心条带结构(Sandwich strip)。 而螺线管型电感器是其中历史较短的一种。 它的用途或潜在用途相当广泛，主要用作电 路元件、微传感器以及微执行器。 作为电路元件，MEMS螺线管型电感器 有两个用途：一个是用作芯片上的IX；／13c 转换器【1-3]．这种转换器作为电源元件，广泛 用于无线通信、手机、膝上电脑以及分布电子 系统。与工作在低频下的传统元件相比，工 作在较高频的MEMS电感元件有很多优点， 例如较缓和的发热问题和较高的功率密度 等；另一个是用作先进的无线通信系统中的 振荡器、滤波器等的重要元器件。90年代以 后，移动通信技术，特别是以军事应用为目标 的卫星通信日益广泛的使用，对电感器提出 了更高的要求，工作频率从几MHz提高到 100～1000 MHz。在国际上，采用微机电系 统(№Ms)技术研制了不同结构的微电感 器H J。由于螺线管型微电感器所产生的磁 收稿日期：2001—10-29 作者简介：吴茂松(1968一)．男，湖北大悟人，上海交大徽纳米科学技术研究院，博士生．从事MEMS技 术、光纤通信器件的研究。 万方数据
傚细加工技术 2002年 通是平行于基片平面的,高频磁通在基片上 产生的涡流损失比磁通垂直于基片的平面线 圈结构微电感器的要小,因此它在国际上引 起了研究者的重视5 作为微传感器,MMS螺线管型电感器 应用的一个例子是微磁通门6,在舰船、飞行 器、导弹等的精确制导上有很大的应用潜力 图1MEMs螺线管型电感器的结构示意图 作为微执行器MEMS螺线管型电感器行三层重叠微加工,这就需要使用 UV-LIGA 的应用潜力更大,例如徽光开关、光衰减器、技术。其工艺流程如图2所示。 人工听力恢复、微继电器等等,因为在 MEMS器件中,电磁驱动是一个非常重要、 甚至在一些情况下是不可替代的驱动方式。 以前,MEMS电感器的研究和应用以平 面线圈型居多,因为其工艺相对简单一些。 ESi 但是随着技术进步和要求的不断提高,平面 线圈型在很多情况下存在许多不足之处,甚 至不能采用,而MEMS螺线管型电感器由于 具有所占芯片面积小、涡流损失小、可将磁通 M10圈数窗 集中到需要驱动力的部位,从而提高了效率 等优点,越来越引起关注。但是国外关于 MEMS螺线管型电感器加工工艺的研究报 道很少,而且所报道的都是全正胶工艺,不够 □S8-5 完善,报道也很粗略;国内尚未见报道。本文 新开发了正负胶结合使用的 UV-LIGA微加 坡合金出 工工艺,除了可用于螺线管电感器的加工,还 种于层 可以用来加工其它三维结构的MMS器件。 2MEMS螺线管型电感器 微加工工艺 图2MEM螺线管型电感器的微加工工艺流程 第一层,微加工线圈的底层部分的导体。 图1为MEMS螺线管型电感器的一般首先,在表面氧化的硅基片(图2a)或玻璃基 结构示意图。因为要由微细加工工艺完成,片上形成电镀种子层。本文采用溅射而成的 所以整个结构的横截面是方形而不是圆形C/Cu(10m80m)种子层,以(r层加强种 的。铁芯与环绕导体之间有绝缘层或气隙。子层与基片间的结合力(图2b)。 根据需要,电感器的平面形状可以是条形、环 其次,形成电镀线圈底层导体的模具。 形、马蹄形等,铁芯有闭合和不闭合的两种。在上述基片上甩13m正性光刻胶(AZ400 为了实现这类三维螺线管结构,必须进系列),在烘箱中于90℃前烘(图2c),用1 万方数据
微细加工技术 2002盎 通是平行于基片平面的，高频磁通在基片上 产生的涡流损失比磁通垂直于基片的平面线 圈结构微电感器的要小，因此它在国际上引 起了研究者的重视【5 J。 作为微传感器，n伍^Ⅱs螺线管型电感器 应用的一个例子是微磁通门【6J，在舰船、飞行 器、导弹等的精确制导上有很大的应用潜力。 作为微执行器，MEMS螺线管型电感器 的应用潜力更大，例如微光开关、光衰减器、 人工听力恢复、微继电器等等，因为在 MEMS器件中，电磁驱动是～个非常重要、 甚至在一些情况下是不可替代的驱动方式。 以前，MEMS电感器的研究和应用以平 面线圈型居多，因为其工艺相对简单一些。 但是随着技术进步和要求的不断提高，平面 线圈型在很多情况下存在许多不足之处，甚 至不能采用，而MEMs螺线管型电感器由于 具有所占芯片面积小、涡流损失小、可将磁通 集中到需要驱动力的部位，从而提高了效率 等优点，越来越引起关注。但是国外关于 MEMS螺线管型电感器加工工艺的研究报 道很少，而且所报道的都是全正胶工艺，不够 完善，报道也很粗略；国内尚未见报道。本文 新开发了正负胶结合使用的Uv．LIGA微加 工工艺，除了可用于螺线管电感器的加工，还 可以用来加工其它三维结构的MEMS器件。 2 MEMS螺线管型电感器 微／jnr-r-艺 图l为MEMS螺线管型电感器的一般 结构示意图。因为要由微细加工工艺完成， 所以整个结构的横截面是方形而不是圆形 的。铁芯与环绕导体之间有绝缘层或气隙。 根据需要，电感器的平面形状可以是条形、环 形、马蹄形等，铁芯有闭合和不闭合的两种。 为了实现这类三维螺线管结构，必须进 图1 MEMS螺线管型电感器的结构示意图 行三层重叠微加工，这就需要使用UV-LIGA 技术。其工艺流程如图2所示。 四si 口sioa 圈^z一4000 E噩圈cIl 口SUB一5 ＆固艘毖船 一种千Ji g I 图2 MEMS螺线管型电感器的微加工工艺流程 第一层，微加工线圈的底层部分的导体。 首先，在表面氧化的硅基片(图2aJ或玻璃基 片上形成电镀种子层。本文采用溅射而成的 Cr／Cu(10nm／80nm)种子层，以Cr层加强种 子层与基片问的结台力(图2b)。 其次，形成电镀线圈底层导体的模具。 在上述基片上甩13#m正性光刻胶(AZ4000 系列)，在烘箱中于90℃前烘(阿2c)，用l# 零军驾。肇蚕当，要 翠霾．圈。翌。篓 万方数据
第2期 吴茂松等:MEMS螺线管型电感器正负胶结合的加工工艺 掩模板进行紫外光曝光,再显影、烘干(图SMA6/BA6噪光机上用2#号掩模板曝 2d),得到电镀模具。 光90s,中烘(90℃烘30min)后显影4min 再次,在上述模具的模腔中电镀10m在这里光刻的目的是双重的,一是图形化,二 厚的铜导体(图2e)。镀液成分是:CuSO4是曝光使SU-8聚合、交联以满足性能要 (35g/)+H2SO4(30ml1)+适量添加剂,求。这样就完成了绝缘层和支撑平台的加 阳极板材料是磷铜。电流大小需适当,太大,工,并且在线圈底层部分的导体两端开出了 镀层易疏松、发黑;太小则效率较低。然后去通往较上一层的通道(图2h)。 胶,溅射刻蚀种子层(图2f)。完成第一层微 接下来微加工电感器的第二层。在SU 加工。 8支撑平台上溅射Cx/Cu种子层,再旋转 在进行第二层的微加工之前需要完成涂布一层30m厚的正胶(图2),然后用3 个非常重要的工序,以提供底层导体与铁号掩模板光刻,得到线圈中层竖直导体的电 芯间的绝缘层和较上一层结构的加工平台。镀模具,再电镀Cu得到竖直导体(图2)。 在相关文献[5-6]中,一般釆用正胶的硬化烘于后涂布一层薄胶用4#号掩模板光刻 处理工艺( Hard curing process9),即在第一层电镀FeN合金而得到铁芯(图2k),去胶和 结构上甩一层适当厚度的正胶,然后加热至种子层。 较高的温度(如220C)保温一段时间。我们 再次使用SU-8形成绝缘层和支撑平 也曾采用过这种方法,因其工艺周期较长,升台,开出通往较上一层的通道然后用与第 温工艺较难控制,不易得到较好的胶膜。所层相同的加工工艺完成线圈上层部分的导体 以,我们开发了使用负性光刻胶(SU-8系(图21),电镀金脚,焊接引线,得到MEMS螺 列)的工艺。 线管型电感器。 SU-8是一种较新的基于环氧树脂的 图3是用以上工艺微加工的螺线管型电 负性近紫外光刻胶,它的优点包括:一次旋转 涂布即可形成数百微米厚的胶层;可得到垂 直侧壁和高深宽比的厚膜图形;交联以后具 有良好的力学性能、抗化学腐蚀性、热稳定性 以及电绝缘性。这些优点,尤其是交联以后 的四个性能特点非常符合本工艺的要求:第 易于在不平的表面上获得较厚、较平的膜 层;第二易于图形化;第三既可作为微器件的 结构材料又可作为电绝缘材料;第四还能经 图3使用正负胶结合加工工艺微加工的 受后续工艺中的热和各种化学侵蚀。所以 MEMS螺线管型电感器的SEM照片 SU-8难以去胶的缺点,在这里却是优点。 感器的扫描电镜照片,该电感器呈马蹄形,是 其具体工艺是:用 Karl suss rc8甩胶机 为电磁微执行器而设计的,它的中层和下层 在第一层结构上甩一层适当厚度的SU-8 埋在SU-8胶膜中,故在照片里不可见。测 胶,在空气中静置15min,再在烘箱中放平前 烘,先于50C烘15min,再于90°烘30min 得其线圈直流电阻为2.Ia 然后切断电源,随炉缓冷。SU-8在前烘时 具有自平面化能力(图2g)。随后在Karl 万方数据
第2期 吴茂松等：MEMS螺线管型电感器正负胶结合的加工工艺 55 掩模板进行紫外光曝光，再显影、烘干(图 2d)，得到电镀模具。 再次，在上述模具的模腔中电镀10t-m 厚的铜导体(图2e)。镀液成分是：CuS04 (359／1)+Hz504(30ml／1)+适量添加剂， 阳极板材料是磷铜。电流大小需适当，太大， 镀层易疏松、发黑；太小则效率较低。然后去 胶，溅射刻蚀种子层(图2f)。完成第一层微 加工。 在进行第二层的微加工之前，需要完成 一个非常重要的工序，以提供底层导体与铁 芯间的绝缘层和较上一层结构的加工平台。 在相关文献[5—6]中，一般采用正胶的硬化 处理工艺(Hard curirlg prooesS)，即在第一层 结构上甩一层适当厚度的正胶，然后加热至 较高的温度(如220。c)保温一段时间。我们 也曾采用过这种方法，因其工艺周期较长，升 温工艺较难控制，不易得到较好的胶膜。所 以，我们开发了使用负性光刻胶(SU一8系 列)的工艺。 SU一8是一种较新的基于环氧树脂的 负性近紫外光刻胶。它的优点包括：一次旋转 涂布即可形成数百微米厚的胶层；可得到垂 直侧壁和高深宽比的厚膜图形；交联以后具 有良好的力学性能、抗化学腐蚀性、热稳定性 以及电绝缘性。这些优点，尤其是交联以后 的四个性能特点非常符合本工艺的要求：第 一易于在不平的表面上获得较厚、较乎的膜 层；第二易于图形化；第三既可作为微器件的 结构材料又可作为电绝缘材料；第四还能经 受后续工艺中的热和各种化学侵蚀。所以 su一8难以去胶的缺点，在这里却是优点。 其具体工艺是：用KarlSussRc 8甩胶机 在第一层结构上甩一层适当厚度的SU一8 胶，在空气中静置15min，再在烘箱中放平前 烘，先于50。C烘15rain，再于900C烘30min， 然后切断电源，随炉缓冷。sU一8在前烘时 具有自平面化能力(图29)。随后在Karl Susa MA 6／BA 6曝光机上用28号掩模板曝 光90s，中烘(90℃烘30min)后显影4min。 在这里光刻的目的是双重的，一是图形化，二 是曝光使Su一8聚合、交联以满足性能要 求。这样就完成了绝缘层和支撑平台的加 工，并且在线圈底层部分的导体两端开出了 通往较上一层的通道(图2h)。 接下来微加工电感器的第二层。在SU 一8支撑平台上溅射cr他种子层，再旋转 涂布一层30ptm厚的正胶(图2i)，然后用3# 号掩模板光刻，得到线圈中层竖直导体的电 镀模具，再电镀cu得到竖直导体(图2j)。 烘干后涂布一层薄胶，用48号掩模板光刻， 电镀FeNi合金而得到铁芯(图2k)。去胶和 种子层。 再次使用Su一8形成绝缘层和支撑平 台，开出通往较上一层的通道，然后用与第一 层相同的加工工艺完成线圈上层部分的导体 (图21)，电镀金脚，焊接引线，得到MEMS螺 线管型电感器。 图3是用以上工艺微加工的螺线管型电 图3使用正负腔结合加工工艺微加工的 MEMS螺线管型电感器的SEM照片 感器的扫描电镜照片，该电感器呈马蹄形，是 为电磁微执行器而设计的，它的中层和下层 埋在SU一8胶膜中，故在照片里不可见。测 得其线圈直流电阻为2．1n。 万方数据
微细加工技术 2002年 3结论 我们充分利用了SU-8的特点,提出并实现 了使用SU-8的电绝缘和结构支撑层,开发 为了获得高质量的MEMS螺线管型电了正负胶结合使用的 UV-LIGA微加工工 感器我们探索了多层微加工 UV-LIGA具艺。实验表明该工艺是可行和实用的。除了 体工艺为了克服正胶硬化处理工艺的不足,可用于螺线管电感器的加工,它还可以用来 加工其它三维结构的MMS器件。 参考文献: [1] lyengar S, Liakopoulos T M, Ahn CH A DC/C boost converter toward fully on-chip integration using new micromachined planar inductors [A]. Power Electronics Specialists Conference 1999[C].Charleston( USA) IEEE,1999.72-76 [2] Ahn CH, Allen M. A comparison of two micromachined inductors(bar and meander type)for fully integrated boost DC/DC power converter [J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 1996,11(2): 239-245 [3] Xu Ming, Liakopoulos'T'M, Ahn C H A microfabricated transformer for high frequency power or signal con version [J]. IEEE Transactions on Magnetics, 1998, 34(8): 1369-1371 [4] Chang J Y-C, Abidi A A, Gaian M. Large suspended inductors on silicon and their use in a 2mm CMOS RF amplifier [3]. IEEE Electron Device Lett, 1993, 14: 246-248 [5]Nam C, Choi W, Chun K. Electroplated solenoid-type inductors for CMOS RF VCO [A]. Proc of SPIE on Micromachining and Microfabrication[C]. Singapore: SPIE, 2000. 10-16 [6]Liakopouks T M, Ahn C H A micro-fluxgate magnetic sensor using icroachined planar solenoid coils []. Sensors and Actuators, 1999, A 77: 66-72 Process for MEMS Solenoid Type Inductor Using both Positive and Negative photoresists WU Mao-song, YANG Chun-sheng, MAO Xin-hui, ZHAO Xiao-lin, CAI Bing-chu ( Information Storage Research Center, Research Institute of Micro/Nanometer Science Technology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China Abstract: MEMS solenoid type inductor has been or will be used in many fields be cause of its advantages. In order to fabricate high quality MEMS solenoid type induc tor, we developed a new UV-LIGA multilayer micromachining process using both positive photoresist(AZ-4000 series)and negative photoresist(SU-8 series )and taking full advantages of SU-8. The process mainly includes sputtering Cr/Cu on the top of substrate as electroplate seed layers, spinning positive photoresist layers and then patterning the electroplate molds with UV lithography, electroplating Cu or Feni to form the botto, middle and top parts of the coil and the magnetic core, respective 万方数据
微细加工技术 2002年 3结论 为了获得高质量的MEMS螺线管型电 感器，我们探索了多层微加工UV-LIGA具 体工艺，为了克服正胶硬化处理工艺的不足， 我们充分利用了SU一8的特点，提出并实现 了使用SU一8的电绝缘和结构支撑层，开发 了正负胶结合使用的Uv．LIGA微加工工 艺。实验表明该工艺是可行和实用的。除了 可用于螺线管电感器的加工，它还可以用来 加工其它三维结构的MEMs器件。 参考文献： [1]Iyengar s，LiakopoulosTM，AhnCH AFX；／DCboost convertertowardfullyOil—chipintegrafi‘m using new micromachined planar inductors[A]．Power Electronics Specialists Conference 1999[C]Charleston(USA)： IEEE．1999 72—76 【2]AMCH，AllenM．A㈣pa^黜、dtwomicromaehinedinductom(ha andmeandertype)forfu【【yintegrated [I008t Dc／13(2 power Converter[J]．IEEETransactions 0171 PowerElecmmics，1996，“(2)：239—245 【3]xu Ming，Liakopoulos，I M，Ahn C H A microfabricated transfomler for high frequency power。r signal con— version[J]IEEE Transactions On Magnetics，1998，34(8)：1369—1371 [4]Chang JY—C，AbidiAA．GaianM．Large suspendedinductors Oil silioon andtheir u∞in a 2mmCMOSRF amplifier[J]IEEE Electron Device Lett，1993．14：246—248． [5]NaIIlC，ChoiW，ChunK Electroplated solenoid—typeinductorsforCMOSRFVCO[A]．Proc of SPIE on Micmmachining and Micm{abrieation[C]．Singapore：SPIE，2000 lO一16， [6]Liakopoulos T M，Aim C H A micro—fluxgate magnetic seD,20r using micmnmchined planar solenoid coils [JJ．Senmm andActuators，1999，A 77：66～72． Process for MEMS Solenoid Hpe Inductor Using both Positive and Negative Photoresists WU Mao-song，YANG Chun—sheng，MAO Xin-hui，ZHAO Xiao-lin，CAI Bing-chu (Information Storage Research Center，Research Institute of Micro／Nanometer Science ＆Technology，Shanghai Jiao Tong Un versity，Shanghai 200030，China) Abstract：MEMS solenoid type inductor has been or will be ttsed in many fields be． cause of its advantages．In order to fabricate high quality MEMS solenoid type indue— for，we developed a new UV-LIGA multilayer micromachining process using both lxasitive photoresist(AZ～4000 series)and negative photoresist(SU一8 series)and taking full advantages of SU一8．The process mainly includes sputtering Cr／Cu on the top Of substrate as electroplate seed layers．spirming positive photoresist layers and then patterning the electroplate molds with UV lithography，e／ectroplating Cu or FeNi t．o brm the bottom、middle and top parts of the coll and the magnetic core，respective— 万方数据
第2期 吴茂松等:MEMS螺线管型电感器正鱼胶结合的加工工艺 ly, before micromachining every upper level of the device, performing a negative pho- toresist process to get the electrically insulating and supporting layer, that is, spinning a negative photoresist layer on the later layer and then patterning to form the conduc- tor vias and to make the photoresist layer crossconnected. The experiment shows that the new process is practical. It can also be used to micromachine other three-dimen sional mems devices Key words: microelectromechanical system; inductor; SU-8; micromachining !「!!!《兰∮,"!, (上接第37页) 图2表明即使是反应室内具备有良好的子发射系数比T大得多,因此阴极平均离子 缓解靶中毒措施,实验的结果J也比计算的电流密度下降而使综合(实际上亦可称为表 小约15%,其差值随U的增加而减小。计观的溅射产额进一步降低。计算与实验值 算是基于靶表面为均质的、单一的钛。事实间的相对“误差”随阴极电压的增加而减小, 上靶的表面总有少量面积为TN所覆盖,其这可认为是因剥离速率提高而使靶面TiN 结果使溅射产额降低(TN的溅射产额约为的覆盖度降低所致。有关TN覆盖与工艺 T的1到1/5)。此外由于TN的二次电参数的关系将另文讨论。 参考文献: [1] Brian Chapman. Sputtering[A]. Glow Dischargd Processes[ M]. New York: Jahn Wiley&sns Inc, 1980. 177-18 [2] Davis W D, Vanderlice T A lon Energies at the Cathode of a Glow Discharge[J]. Physical Review, 1963, 131 (1):219-228 [3]王敬义等离子体的分析与计算[A]薄膜生长理论[M]武汉:华中理工大学出版社,1993.300-371 [4] Manenschijn A. Angular ion and neutral energy distribution in a collisional of sheath[J].J Appl Phys, 1991, 69 Sputtering Yield in Reactive Sputtering WANG Jing-yi, HE Xiao-ming, WANG Yu, TAO Fu-ting (1 Dept of Electronic Sci and Tech. Huazhong Uni of Sci and Tech, Wuhan 430074, China 2 Dept of Computer and Electrical Engineering, Liuzhou 545005, China Abstract: The influence of the processing parameters on sputtering yield is analyzed and the model of the yield is established. The model includes different processing pa- rameters and can be applied conveniently. The calculation results for Ti target show that the theoritical and experimental data fit well Key words: reactive sputtering; sputtering yield; ion energy 万方数据
第2期 吴茂松等：MEMS螺线管型电感器正负胶结合的加工工艺 57 ly，before micmmachining every upper level of the device，performing a negative pho— toresist process to get the electrically insulating and supporting layer，that is，spinning a negative photoresist layer on the later layer and then patterning to form the conduc— tot vias and to make the photoresist layer crossconnected．The experiment shows that the new process is practical．It can also be used to micromachine other three—dimen— sional MEMS devices． Key words：microelectromechanical system；inductor；SU一8；micromaehining 础瞰h蛳!．&“㈧瞰埘■蛳瞰酣瞰∽∽!．{瞰嗽m曲{h靶·n■n■t瞰嗽嗽雠址瞰鲥‘d瞰瞰E．S瞰芒．妊·t瞰E越e (上接第37页) 陶2表明即使是反应室内具备有良好的 缓解靶中毒措施，实验的结果，。也比计算的 小约15％，其差值随u。的增加而减小。计 算是基于靶表面为均质的、单一的钛。事实 上靶的表面总有少量面积为TiN所覆盖，其 结果使溅射产额降低(TiN的溅射产额约为 Ti的l／4到l／5)。此外由于TiN的二次电 子发射系数比Tj大得多，因此阴极平均离子 电流密度下降而使综合(实际上亦可称为表 观的)溅射产额进一步降低。计算与实验值 间的相对“误差”随阴极电压的增加而减小， 这可认为是因剥离速率提高而使靶面TiN 的覆盖度降低所致。有关TiN覆盖与工艺 参数的关系将另文讨论。 参考文献： [1]BrianChalMan SputteTinglA]GlowDsch刚PI∞№[M]．NewYork：JohnWiley&‰slnc，1980．177—184 [2]DavisWD，VanderliceTA Ion Energies attheCathodeof aGlowDischargelJ]PhyslcalReview，1963，131 (1)：219—228 [3]王敬义．等离子体的分析与计算[A]薄膜生长理论[M]．武汉：华中理工大学出版社，1993 300—371． [4]Manenschijn A．Angular ion and neutral energy distribution in a eollisional of sheath[J]J Appl Phys，1991，69 (5)：2923—2930． Study on Sputtering Yield in Reactive Sputtering WANG Jing—yil，HE Xiao-min91，WANG Yul，TAO Fu—ting# (1 Dept．of Electronic Sci．and Tech，Huazhong Uni，of Sci．and Tech．，Wuhan 430074，China 2 Dept．of Computer and Electrical Engineering，Liuzhou 545005，China) Abstract：The influence of the processing parameters on sputtering yield is analyzed and the model of the yield is established．The model includes different processing pa— rameters and can be applied conveniently．The calculation results for Ti target show that the theoritical and experimental data fit well． Key words：reactive sputtering；sputtering yield；ion energy 万方数据
MEMS螺线管型电感器正负胶结合的加工工艺 旧数据 文献链接 吴茂松,杨春生,茅盺辉,赵小林,蔡炳初 作者单位: 上海交通大学微纳米科学技术研究院信息存储研究中心,上海,200 刊名: 微细加工技术sT 英文刊名: MICROFABRICATION TECHNOLOGY 年,卷(期): 2002,(2 引用次数: 1. Iyengar S Liakopoulos T M Ahn C H A DC/DC boost converter toward fully Integration using ew micromachined planar inductors 1999 2. Ahn C H. Allen M A comparison of two micromachined inductors( bar and meander type) for fully ntegrated boost DC/DC power converter 1996(2) 3. Xu Ming Liakopoulos T M Ahn C H A microfabricated transformer for high frequency power or signal conversion 1998(8) 4. Chang J Y-C Abidi A A Gaian M Large suspended inductors on silicon and their use in a 2mm CMOS RF 5. Nam C Choi W Chun K Electroplated solenoid- type inductors for CMOS RF VCO 2000 6. Liakopoulos T M Ahn C H A mi fluxgate magnetic se using micromachined planar solenoid coils 1999 相似文款6条) 1.期刊论文吴茂松.杨春生.茅盺辉赵小林.蔡炳初铁芯和空芯螺线管型微电感器的性能比较-微细加工技术 2003(1) 了满足RF电路、电源电路、微执行器和微传感器等领域对高性能和工艺简单的电感器的广泛需求,用正、负胶结合的微加工工艺,在硅基片上制作 了有坡莫合金铁芯的和在玻璃基片上没有铁芯的、其它结构和参数均相同的两种螺线管型微电感器测试了它们在1~40业频率范围的电感、电阻和Q因 子并进行了比较和讨论其结果与现有理论知识相一致实验证明了具有坡莫合金铁芯的螺线管型微电感器在低于30M的频率下使用更有意义而无铁芯 螺线管型微电感器还可以用于更高频率的场合 2则订抬家后的在明无支和林,订我中中连续电边的数字铁巧电与关2 部分的物理意义,揭示了该曲线在铁心相对磁导率变化小或影响小的情况下存在极大值和失稳现象的规律:当衔铁的位移使磁路总磁阻减小1/3时,所需励 磁电流最大继续减小磁路磁阻时,则发生失稳现象分析结果与实验结果相吻合 3期刊论文吴茂松杨春生茅听辉赵小林蔡炳初新型M可 探讨了新型 上的后三电与20计 执行器的各个参数新开发了结合使用正胶6AZ-4000系列)和负胶(SU-8系列)的LIGA工艺:在制作了光纤定位槽的基片上溅射C/Cu作为电镀种子层,涂 布正胶,紫外光刻得到电镀模具,电镀Cu和FeNi分别得到线圈的下层、中层和上层以及铁芯:在完成下层和中层后,分别进行一次负胶工艺以形成电绝缘层 和后续结构的支撑平台,即涂布负胶覆盖较下层结构,光刻开出了通往较上一层的通道并使SU-8聚合、交联以满足性能要求并运用该工艺实现了微磁执行 4.期刊论文吴争争.顾磊.李听欣. wU Zhengzheng.ULei. LI Xinxin集成高性能嵌入式螺管电感和互感技术-机 械工程学报2008,44(11) 用微加工技术制造了可与集成电路工艺后端集成的嵌入式螺管型电感和互感器件实现的器件具有悬空结构,大大抑制了衬底损耗.同时,器件结构 嵌入硅衬底表面,与标准集成电路封装兼容测试表明电感器件达到髙的品质因数和自谐振频率,互感器件实现很宽频率范围内的高有效增益力学性能分 析和测试表明器件具有良好的抗冲击能力和热稳定性所实现的电感和互感适合高性能射频集成电路( Radio- frequency integrated circuits,RFIC)的 5.学位论文潘武微尺度射频元件设计理论基础及微机械天线的研究2001 文在分析国内外-加研究现状的基础上,对相关微尺度射频元件,如微机械电感器、微机械电容器、微机械射频开关以及微机械谐振器/滤波器 的设计理论作了较深入的分析,为这些微尺度射频元件的研制提供了理论基础该文重点对关键器件一—微机械天线作了深入的理论、数值计算和实验研 究,成功地研制出多种结构的微机械天线,在微机械天线的理论设计和制造上取得了突破与创新.该论文的主要研究内容包括:研究了微尺度射频元件(微机 械电感器、微机器电容器、微机械射频开关和微机械谐振器/滤波器等)设计基础理论;重点对微机械天线的结构设计,微机械天线的基本理论与电磁仿真 计算微机械天线的制造和测试等方面作了较全面的研究微机械天线研究具体涉及到微机械微带线结构设计及其有效介电常数、特性分析;微机械天线混 合基底等效模型及其空腔模型法分析:微机械天线的有限时域差分法分析:微机械天线结构设计及微型化研究:微机械天线的参数计算和电磁数值伤真分析 微机械天线的加工制造;微机械天线的测试:微机械天线的计算与测试结果分析
MEMS螺线管型电感器正负胶结合的加工工艺 作者： 吴茂松， 杨春生， 茅昕辉， 赵小林， 蔡炳初 作者单位： 上海交通大学微纳米科学技术研究院信息存储研究中心,上海,200030 刊名： 微细加工技术 英文刊名： MICROFABRICATION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2002，(2) 引用次数： 3次 参考文献(6条) 1.Iyengar S.Liakopoulos T M.Ahn C H A DC/DC boost converter toward fully on - chip integration using new micromachined planar inductors 1999 2.Ahn C H.Allen M A comparison of two micromachined inductors ( bar and meander type) for fully integrated boost DC/DC power converter 1996(2) 3.Xu Ming.Liakopoulos T M.Ahn C H A microfabricated transformer for high frequency power or signal conversion 1998(8) 4.Chang J Y- C.Abidi A A.Gaian M Large suspended inductors on silicon and their use in a 2mm CMOS RF amplifier 1993 5.Nam C.Choi W.Chun K Electroplated solenoid- type inductors for CMOS RF VCO 2000 6.Liakopoulos T M.Ahn C H A micro - fluxgate magnetic sensor using micromachined planar solenoid coils 1999 相似文献(5条) 1.期刊论文 吴茂松.杨春生.茅昕辉.赵小林.蔡炳初 铁芯和空芯螺线管型微电感器的性能比较 -微细加工技术 2003(1) 为了满足RF电路、电源电路、微执行器和微传感器等领域对高性能和工艺简单的电感器的广泛需求,用正、负胶结合的微加工工艺,在硅基片上制作 了有坡莫合金铁芯的和在玻璃基片上没有铁芯的、其它结构和参数均相同的两种螺线管型微电感器,测试了它们在1～40MHz频率范围的电感、电阻和Q因 子,并进行了比较和讨论.其结果与现有理论知识相一致.实验证明了具有坡莫合金铁芯的螺线管型微电感器在低于30MHz的频率下使用更有意义.而无铁芯 螺线管型微电感器还可以用于更高频率的场合. 2.期刊论文 吴茂松.杨春生.茅昕辉.赵小林.蔡炳初 微执行器中连续电磁驱动的数学模型 -压电与声光2004,26(4) 为了指导电磁微执行器的设计与开发研究,该文用解析法求出了微执行器中电磁连续驱动的数学模型,分析了衔铁位移与励磁电流的关系曲线及其各 部分的物理意义,揭示了该曲线在铁心相对磁导率变化小或影响小的情况下存在极大值和失稳现象的规律:当衔铁的位移使磁路总磁阻减小1/3时,所需励 磁电流最大,继续减小磁路磁阻时,则发生失稳现象.分析结果与实验结果相吻合. 3.期刊论文 吴茂松.杨春生.茅昕辉.赵小林.蔡炳初 新型MEMS可变光衰减器的微磁执行器 -压电与声光2003,25(1) 探讨了新型可变光衰减器--光纤横向偏移型MEMS可变光衰减器的微磁驱动方式,从理论上分析了微磁执行器设计时应遵从的原理,讨论和设计了微磁 执行器的各个参数,新开发了结合使用正胶(AZ-4000系列)和负胶(SU-8系列)的UV-LIGA工艺:在制作了光纤定位槽的基片上溅射Cr/Cu作为电镀种子层,涂 布正胶,紫外光刻得到电镀模具,电镀Cu和FeNi分别得到线圈的下层、中层和上层以及铁芯;在完成下层和中层后,分别进行一次负胶工艺以形成电绝缘层 和后续结构的支撑平台,即涂布负胶覆盖较下层结构,光刻开出了通往较上一层的通道并使SU-8聚合、交联以满足性能要求.并运用该工艺实现了微磁执行 器. 4.期刊论文 吴争争.顾磊.李昕欣.WU Zhengzheng.GU Lei.LI Xinxin 集成高性能嵌入式螺管电感和互感技术 -机 械工程学报2008,44(11) 采用微加工技术制造了可与集成电路工艺后端集成的嵌入式螺管型电感和互感器件.实现的器件具有悬空结构,大大抑制了衬底损耗.同时,器件结构 嵌入硅衬底表面,与标准集成电路封装兼容.测试表明电感器件达到高的品质因数和自谐振频率,互感器件实现很宽频率范围内的高有效增益.力学性能分 析和测试表明器件具有良好的抗冲击能力和热稳定性.所实现的电感和互感适合高性能射频集成电路(Radio-frequency integrated circuits, RFIC)的 应用. 5.学位论文 潘武 微尺度射频元件设计理论基础及微机械天线的研究 2001 该文在分析国内外RF-MEMS研究现状的基础上,对相关微尺度射频元件,如微机械电感器、微机械电容器、微机械射频开关以及微机械谐振器/滤波器 的设计理论作了较深入的分析,为这些微尺度射频元件的研制提供了理论基础.该文重点对关键器件——微机械天线作了深入的理论、数值计算和实验研 究,成功地研制出多种结构的微机械天线,在微机械天线的理论设计和制造上取得了突破与创新.该论文的主要研究内容包括:研究了微尺度射频元件(微机 械电感器、微机器电容器、微机械射频开关和微机械谐振器/滤波器等)设计基础理论;重点对微机械天线的结构设计,微机械天线的基本理论与电磁仿真 计算,微机械天线的制造和测试等方面作了较全面的研究.微机械天线研究具体涉及到微机械微带线结构设计及其有效介电常数、特性分析;微机械天线混 合基底等效模型及其空腔模型法分析;微机械天线的有限时域差分法分析;微机械天线结构设计及微型化研究;微机械天线的参数计算和电磁数值仿真分析 ;微机械天线的加工制造;微机械天线的测试;微机械天线的计算与测试结果分析
1.何存富.冯喜旺.吴斌.王秀彦.李隆涛光刻技术在PVDF压电薄膜电极制作中的应用[期刊论文]-传感器与微系统 2006(10) 2.冯喜旺汽车车身点焊连接质量检测与评价研究[学位论文]硕士2006 3.姜勇.陈文元赵小林.丁桂甫.倪志萍.王志民多层复杂结构准LIGA一体化加工工艺的研究[期刊论文]-微细加工 技术2005(01) 4,.吴茂松.杨舂生.茅昕辉.赵小林.蔡炳初铁芯和空芯螺线管型微电感器的性能比较[期刊论文]-微细加工技术 2003(01) 本文链接http://d.g.wanfangdata.comcn/periodiCalwxjgjs200202012.aspx 下载时间:2010年2月15日
引证文献(4条) 1.何存富.冯喜旺.吴斌.王秀彦.李隆涛 光刻技术在PVDF压电薄膜电极制作中的应用[期刊论文]-传感器与微系统 2006(10) 2.冯喜旺 汽车车身点焊连接质量检测与评价研究[学位论文]硕士 2006 3.姜勇.陈文元.赵小林.丁桂甫.倪志萍.王志民 多层复杂结构准LIGA一体化加工工艺的研究[期刊论文]-微细加工 技术 2005(01) 4.吴茂松.杨春生.茅昕辉.赵小林.蔡炳初 铁芯和空芯螺线管型微电感器的性能比较[期刊论文]-微细加工技术 2003(01) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wxjgjs200202012.aspx 下载时间：2010年2月15日