Nouvelle filière technologique de circuits micro-ondes coplanaires à faibles pertes et à faible dispersion sur membrane composite d'oxyde et de nitrure de silicium - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1998

Nouvelle filière technologique de circuits micro-ondes coplanaires à faibles pertes et à faible dispersion sur membrane composite d'oxyde et de nitrure de silicium

Résumé

This memoir treats of the elaboration and validation of a new manufacturing process for microwave circuits. Chapter I shows the advantages of coplanar-type structures and the possibility of minimizing losses and frequency dispersion by replacing the wafer with a membrane. Chapter II sets out the development of a membrane composed of silicon-oxide and -nitride. 1.4 µm - thick membranes of 5 mm x 10 mm are shown feasible with silicon chemical micro-machining ; the membranes stand up to 0.5 bar differential pressure. Chapter III presents two manufacturing processes for membrane-borne circuits : photolithography when metal thickness is less than 1 µm, and confined electro-chemical deposition when thickness is more. Both processes allow a 1 µm geometrical accuracy. Chapters IV and V deal with the design and characterization of transmission line demonstration devices. Geometrical sizing was based on a quasi static analysis and on 2.5D electromagnetic simulations. Results show losses less than 0.1 dB/mm up to 65 GHz and no frequency dispersion. Even lower losses have been reached in frequency bands L to X, with optimized metal thickness. Lastly a specific process was experimented allowing reduction of dielectric loss in contact pads on thick wafer. Chapter VI is dedicated to the technological development of a silicon micro-shield, for the electromagnetic and mechanical circuit protection. The abilities of that technology were illustrated with the implementation of a bandpass filter centered at 30 GHz. The filter insertion loss (1 dB) was shown unmodified by shielding. The manufacturing processes allow simultaneous fabrication of various circuits with a near 100% production yield. Operation of circuits has been checked between -65°C and +125°C.
Ce mémoire traite de l'élaboration et de la validation d'une nouvelle filière technologique pour circuits micro-ondes. Le chapitre I montre les avantages des structures de type coplanaire et la possibilité de minimiser les pertes et la dispersion fréquentielle en remplaçant le substrat par une membrane. Le chapitre II expose le développement d'une membrane composite en oxyde et en nitrure de silicium. Nous montrons que des membranes de 5 mm x 10 mm et de 1,4 µm d'épaisseur sont faisables par un procédé de micro-usinage chimique du silicium et qu'elles résistent à des pressions différentielles de 0,5 bar. Le chapitre III présente deux techniques de confection de circuits : la photolithographie pour les épaisseurs de métal inférieures à 1 µm, le dépôt électrolytique localisé pour les épaisseurs supérieures. La précision dimensionnelle est de l'ordre de 1 µm dans les deux cas. Les chapitres V et VI concernent la conception de démonstrateurs à ligne de transmission et leur caractérisation. Le dimensionnement est réalisé par analyse quasi statique et par simulations électromagnétiques 2,5D. Les résultats montrent des pertes inférieures à 0,1 dB/mm jusqu'à 65 GHz et l'absence de dispersion. Dans les bandes de fréquences L à X, l'optimisation de l'épaisseur de métal a permis d'obtenir des pertes encore plus faibles. Enfin nous avons expérimenté un procédé spécifique permettant de diminuer les pertes diélectriques dans les accès sur substrat épais. Le chapitre VI est dédié au développement d'une technologie de micro-blindage en silicium qui assure une protection électromagnétique et mécanique des circuits. Les capacités de cette technologie sont illustrées par la réalisation d'un filtre passe-bande centré à 30 GHz. Il est montré que le micro-blindage n'augmente pas les pertes d'insertion (1 dB). Les filières permettent la fabrication simultanée de circuits différent s, avec un rendement voisin de 100%. Le fonctionnement des démonstrateurs a été vérifié de -65°C à +125°C.
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Dates et versions

tel-00141275 , version 1 (12-04-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00141275 , version 1

Citer

Eric Saint-Etienne. Nouvelle filière technologique de circuits micro-ondes coplanaires à faibles pertes et à faible dispersion sur membrane composite d'oxyde et de nitrure de silicium. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 1998. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00141275⟩
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