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微电子所在高精度三轴加速度计产品工艺研发方面取得进展

近日,中国科学院微电子研究所研究员陈大鹏团队联合江苏艾特曼电子科技有限公司,依托研究所8英寸
CMOS工艺平台,完成了高精度三轴加速度计产品工艺的开发与验证,经客户测试,器件性能良好,符合设计预期。

近日,中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心对外发布了基于8英寸CMOS工艺线的硅光子平台和MEMS工艺平台,开始面向国内外企业开展技术服务,标志着我国在硅光子和MEMS领域的研发能力大幅提高,将显著提升企业和科研机构在上述领域的研发进度。

针对产业界对MEMS代工的迫切需求,微电子所科研人员以高精度三轴加速度计开发为牵引展开攻关,致力于在现有8英寸硅工艺线上实现与CMOS工艺兼容的通用MEMS加工平台技术,成功开发出大深宽比MEMS结构刻蚀、MEMS与ASIC晶圆堆叠、TSV电学连接及晶圆级盖帽键合封装等关键工艺技术的量产,最终实现了TSV的ASIC晶圆、MEMS结构晶圆及盖帽晶圆的三层键合工艺,并顺利交付首款三轴加速度计产品。

硅光子技术是在后摩尔时代微电子与光电子融合趋势下发展起来的新型技术,它利用成熟的CMOS技术和平台并基于硅基材料进行光电器件和芯片的开发与生产。硅光子不仅在现阶段的光通信、光互连领域有迫切的应用需求,也是未来实现芯片内光互连和光计算机的潜在技术。工艺平台是硅光子技术链中的关键组成。长期以来,我国缺少完善的硅光子工艺平台,很大程度上制约了硅光子技术的发展。微电子所从2015年起基于所内的8英寸CMOS工艺线进行硅光子工艺技术的研发,目前已开发了成套的硅光子工艺模块,成功验证了包含单模波导、Y分支、光交叉器、耦合光栅、可调衰减器、锗探测器和调制器的系列硅光子器件。基于该平台的PDK已经发布,面向国内客户的MPW流片服务正在进行中。微电子所硅光子平台是国内首个可提供完整硅光子流片工艺的平台,将改变我国硅光子芯片基本在国外流片的局面。

目前,微电子所在现有8英寸硅工艺线基础上,形成了适用于多种MEMS传感器件(高精度两轴、三轴加速度计、高度计、压力、红外热敏等)加工的Post
CMOS-MEMS标准工艺,并实现了该工艺技术平台化的开发,可为MEMS设计单位提供产品工艺研发与批量加工服务。

MEMS器件由于其多样性,每一款器件都独有一种与其结构配套的特殊工艺制成。因此,在MEMS器件的开发与生产加工过程中,往往需要针对器件研制特殊设备或开发特殊工艺,导致了产品生产工艺的开发和稳定周期长、研发和生产成本高、产品量产良率波动大等问题。针对这一情况,微电子所与江苏艾特曼电子科技有限公司合作,开发出一套可满足多种MEMS器件加工的标准工艺平台技术。该技术采用衬底片刻槽、结构片与衬底片键合、结构片背面减薄的工艺路线制造悬臂梁结构;采用硅通孔钨塞互连技术将MEMS与ASIC电路联通;采用气密性键合实现晶圆级封装。相对于高温生长的多晶硅悬臂梁和氧化硅牺牲层释放的工艺路线,该技术有悬臂梁中无残留应力、工艺均匀性好等优点。该工艺平台可提供为监控制程中的各关键步骤设计的PCM测试结构和针对流程中各工序的统一的设计规则。该技术平台允许在同一套版图中分别设计多个不同种类MEMS器件,并在同一次流片中完成制造,方便客户采用MPW的方式开展低成本的新产品研制。

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图1. 8英寸三轴加速度计产品晶圆

硅光子平台可制备器件示意图

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图2. 三轴加速度计产品Die

波导 光栅

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