MEMS工艺(半导体工艺)
MEMS键合工艺简介课件
• 晶片制备 • 光刻 • 淀积 • 掺杂 • 键合 • 刻蚀
MEMS键合工艺简介
键合
MEMS键合工艺简介
ห้องสมุดไป่ตู้合
MEMS键合工艺简介
键合工艺
键合：静电键合、热键合、“复合”键合 键合的目的是通过外界作用将多个基片“粘接” 不同的键合方式，键合原理不同
MEMS键合工艺简介
静电键合
静电键合：Wallis和Pomerantz于1969年提出，静电键合可把金属、 合金、半导体与玻璃键合
MEMS键合工艺简介
原理：三个阶段
• 室温~200度：表面吸附的OH根在接触区产生氢键，随温 度增高，OH根得到热能增大迁移率，氢键增多，硅片产 生弹性形变，键合强度增加。在200~400度间，形成氢键 的两硅片的硅醇键聚合反应，产生水合硅氢键，键合强度 迅速增大 Si-OH+HO-Si——Si-O-Si+H2O
MEMS键合工艺简介
静电键合
工艺及工艺参数的影响 •温度： 低温：没有导电电流，键合无法进行 高温：玻璃软化，无法键合 一般：180~500度 •电压： 低压；静电力减弱，
无法键合 高压：击穿玻璃 一般：200~1000伏
MEMS键合工艺简介
静电键合
• 键合产生的应力：热膨胀系数相近、热匹配 • 电极形状：点接触、平行板电极 • 非导电绝缘层的影响；减弱静电力，460nm后，键合失效 • 表面粗糙度的影响 • 极化区中残余电荷的作用；键合完成后在极化区内残余的
• 表面平整度： • 沾污粒子：1微米粒子产生4.2mm孔洞
足够清洗、超净环境、平整表面、高温处理、
低温键合：在小于500度下完成键合
MEMS键合工艺简介
复合键合
MEMS工艺讲述
电阻
抛光削薄第二片硅，形成压力传感器芯片
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其他
电子束光刻
提供了小至纳米尺寸分辩力的聚合物抗蚀剂图形转印的一 种灵活的曝光设备，远远地超过了目前光学系统的分辨力 范围
聚焦离子束光刻
利用聚焦离子束设备修复光掩模和集成电路芯片
扫描探针加工技术（SPL）
一种无掩模的加工手段，可以作刻蚀或者淀积加工，甚至 可以用来操纵单个原子和分子
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键合机理：预键合时硅与硅表面之间产生的键合力是由于亲水表 面的OH-之间吸引力的作用形成了氢键。进一步的高温处理可以 产生脱水效应，而在硅片之间形成氧键，键合强度增大。
接触前硅片表面有OH基
预键合形成氢键
高温处理脱水形成氢键
压力传感器芯片
P型(100)硅片 外延n型硅膜 n型(100)硅片
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•
•
改进释放方法
做表面处理
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键合(bonding)技术
在微型机械的制作工艺中，键合技术十分重要。
键合技术是指不利用任何粘合剂，只是通过化学键和物理作用将硅片
与硅片、硅片与玻璃或其他材料紧密地结合起来的方法。 键合技术虽然不是微机械结构加工的直接手段，却在微机械加工中有
着重要的地位。它往往与其他手段结合使用，既可以对微结构进行支
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非硅基微机械加工技术
• LIGA加工技术
• 激光微机械加工技术 • 深等离子体刻蚀技术 • 紫外线厚胶刻蚀技术
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LIGA工艺
1. LIthograpie（制版术），Gavanoformung(电铸)， Abformung(塑铸)
2. LIGA工艺于20世纪80年代初创于德国的卡尔斯鲁厄 原子核研究所，是为制造微喷嘴而开发出来的 3. LIGA技术开创者Wolfgang Ehrfeld领导的研究小 组曾提出，可以用LIGA制作厚度超高其长宽尺寸的 各种微型构件。
半导体物理与器件mems
半导体物理与器件mems1.引言1.1 概述半导体物理与MEMS（微机电系统）器件是现代科技领域中非常重要的研究方向。
半导体物理研究了半导体材料的电学、热学和光学特性，以及半导体器件的制备和性能。
而MEMS器件则是利用微纳米加工技术制造出微小的机械结构，并通过集成电路技术实现控制和传感功能。
这两个领域的交叉研究为实现微小化、集成化、高性能的微型传感器、执行器和微系统提供了重要的基础。
半导体物理的研究内容包括材料的能带结构、载流子在半导体中的输运过程、电子在半导体中的行为等。
半导体器件是基于半导体材料的电子元件，如二极管、晶体管、集成电路等。
半导体物理的研究能够帮助我们更好地理解和设计各类半导体器件，进一步推动半导体技术的发展。
MEMS器件是在微纳米尺度上制造的微小机械系统。
它们通常由微电子器件、微机械结构和传感器等组成。
MEMS器件具有体积小、质量轻、功耗低、快速响应和高集成度等特点。
MEMS器件的研究涉及到微纳加工工艺、微尺度机械结构设计、传感与控制等一系列技术和理论。
随着纳米技术和微电子技术的不断发展，MEMS器件在医疗、通信、汽车、航空航天等领域有着广泛的应用前景。
半导体物理与MEMS器件的结合为微电子技术的发展提供了新的思路和方向。
通过将半导体物理与MEMS器件相结合，我们可以实现更小型化、更高性能的器件和系统。
这不仅能够满足日益增长的微型化和集成化需求，还有助于推动人工智能、物联网、生物医学等领域的技术创新和应用。
因此，对于半导体物理与MEMS器件的研究和深入理解具有重要意义，将为科技进步和社会发展提供强有力的支撑。
1.2文章结构1.2 文章结构本文分为三个主要部分，分别是引言、正文和结论。
在引言部分，我们将提供对半导体物理与MEMS器件的简要概述，介绍其重要性和应用领域。
同时，我们将阐明本文的目的和意义。
接着，正文部分将深入探讨半导体物理和MEMS器件的相关内容。
在半导体物理部分，我们将介绍半导体材料的基本原理、能带理论和半导体器件的工作原理。
谈论MEMS技术原理及优势
谈论MEMS技术原理及优势可能大部分对MEMS还是比较陌生，但其实MEMS在生活中早已无处不在了，智能手机、手环、汽车、无人机、VR/AR头戴式设备等，都应用了MEMS器件。
既然MEMS应用这么广泛了，那么它到底是什么技术呢?稍安勿躁，听笔者慢慢道来。
1 、谈谈MEMS技术原理MEMS是微机电系统，英文全称是MicroElectromechanicalSystem，。
是指尺寸在几毫米乃至更小的传感器装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。
简单来说，MEMS就是将传统传感器的机械部件微型化后，通过三维堆叠技术，例如三维硅穿孔TSV 等技术把器件固定在硅晶元(wafer)上，最后根据不同的应用场合采用特殊定制的封装形式，最终切割组装而成的硅基传感器。
受益于普通传感器无法企及的IC 硅片加工批量化生产带来的成本优势，MEMS 同时又具备普通传感器无法具备的微型化和高集成度。
MEMS主要涉及微加工技术，机械学/固体声波理论，热流理论，电子学，生物学等等。
MEMS器件的特征长度从1毫米到1微米，相比之下头发的直径大约是50微米。
MEMS传感器主要优点是体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成等，是微型传感器的主力军，正在逐渐取代传统机械传感器，在各个领域几乎都有研究，不论是消费电子产品、汽车工业、甚至航空航天、机械、化工及医药等各领域。
2 、MEMS是替代传统传感器的唯一选择模拟量到数字化、大体积到小型化以及随之而来的高度集成化，是所有近现代化产业发展前进的永恒追求。
MEMS被看作是替代传感器的唯一可能选择，也可能是未来构筑物联网感知层传感器最主要的选择之一。
其有以下优势：优势一：微型化。
mems mic结构 -回复
mems mic结构-回复MEMS麦克风（Micro-Electro-Mechanical Systems Microphone）是一种微型电子器件，采用微机电系统技术制造而成，用于将声音转换为电信号。
本文将一步一步回答有关MEMS麦克风结构的问题。
第一部分：引言MEMS麦克风是当今许多电子设备中的关键组成部分，如手机、耳机、音频设备等。
它的小巧尺寸和高性能使其成为一种理想的音频传感器。
在了解MEMS麦克风的结构之前，我们首先需要了解MEMS技术的基本原理。
第二部分：MEMS技术的基本原理MEMS技术是一种将微型机械系统和电子技术相结合的技术，它使用半导体制造工艺在微米级别上制造具有机械功能的结构。
根据MEMS技术的原理，MEMS麦克风结构可以被划分为以下几个部分：1.薄膜振膜MEMS麦克风的核心部件是薄膜振膜。
薄膜振膜是由一层薄的材料制成，通常是硅或聚合物。
当声波通过振膜时，振动会引起膜片的形变，从而产生电荷或电压变化。
2.电容板电容板位于薄膜振膜的下方，与薄膜振膜之间形成一个微小的电容间隙。
电容板上会施加一定的电压，形成与薄膜振膜之间的电容。
当薄膜振膜振动时，电容的值会发生变化，从而改变电信号的大小。
第三部分：MEMS麦克风的制造过程MEMS麦克风的制造过程通常包括以下几个步骤：1.硅片制备首先，通过半导体工艺将硅片切割成适当的尺寸。
这些尺寸可以根据麦克风的设计要求来确定。
2.薄膜沉积将薄膜材料沉积在硅片上，可以使用物理气相沉积或化学气相沉积等技术。
薄膜的厚度可以根据设计要求进行控制。
3.光刻和蚀刻通过光刻和蚀刻等步骤，将硅片上的薄膜制作成薄膜振膜和电容板的形状。
这些步骤使用光罩和化学蚀刻剂等工具进行。
4.封装和连接将制作好的MEMS麦克风封装在保护壳内，以保护其免受外部环境的干扰。
然后，通过金线焊接或其他技术将麦克风连接到电路板上，以传输声音信号。
第四部分：MEMS麦克风的工作原理MEMS麦克风工作时，当声波进入麦克风时，它会使薄膜振膜发生弯曲。
MEMS工艺(9腐蚀技术)
腐蚀技术是MEMS工艺中的关键步骤之一，通过控制材料的去除过程， 可以实现微纳结构的高精度制造。
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强调本次汇报的重点
本次汇报将重点介绍MEMS工艺中的9种腐蚀技术，包括其原理、特点、
应用及发展趋势。
汇报范围
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腐蚀技术种类
本次汇报将涵盖湿法腐蚀、干 法腐蚀、电化学腐蚀、光化学 腐蚀、等离子体腐蚀、反应离 子腐蚀、深反应离子腐蚀、激 光腐蚀和微细电火花腐蚀等9 种腐蚀技术。
mems工艺定义
MEMS工艺
MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）工艺是一种微机电 系统技术，它结合了微电子技术和机械工程技术，通过微米级甚至 纳米级的制造精度，制造出具有特定功能的微型器件和系统。
9腐蚀技术
9腐蚀技术是MEMS工艺中的一种重要技术，它利用特定的腐蚀液 对材料进行选择性腐蚀，从而实现对微型结构的精确加工和制造 。
结合纳米压印、纳米光刻等技术， 实现纳米级别的微结构加工，应用 于生物芯片、光学器件等领域。
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9腐蚀技术优势与不足
优势分析
01
02
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高精度制造
9腐蚀技术能够实现高精 度的MEMS器件制造，满 足复杂结构和微小尺寸的 需求。
批量化生产
该技术适用于批量化生产， 能够提高生产效率，降低 成本。
兼容性强
在未来发展中，9腐蚀技术需要不断改 进和完善，提高生产效率、降低成本、 拓展应用领域，以适应MEMS市场的不 断变化和发展需求。同时，也需要与其 他MEMS制造技术相互补充和融合，形 成更加完善的MEMS制造体系。
06
9腐蚀技术改进方向及前景展望
MEMS工艺(12键合与封装)
暴露的表面能够抵抗外部杂质的污染
使封装内部避免潮湿，环境的湿度可以导 致精细的微型光机械元件的粘附
机械接口
机械接口涉及到MEMS中可动部分的设
计问题，需同它们的驱动机构连接起来； 不恰当的处理接口会造成微元器件的故障 和损坏
电机械接口
电的绝缘、接地和屏蔽是这类MEMS微系统的
典型问题。这些问题在低电压级的系统中表 现的更为明显
静电键合中，静电引力起着非常重要的作用。例 如，键合完成样品冷却到室温后，耗尽层中的电 荷不会完全消失，残存的电荷在硅中诱生出镜象 正电荷，它们之间的静电力有1M P a左右。可见 较小的残余电荷仍能产生可观的键合力。 另外，在比较高的温度下，紧密接触的硅/玻璃 界面会发生化学反应，形成牢固的化学键，如 Si-O-Si键等。如果硅接电源负极，则不能形成 键合，这就是“阳极键合”名称的由来。
Si-Si或SiO2-SiO2直接键合的关键是 在硅表面的活化处理、表面光洁度、 平整度以及在工艺过程中的清洁度。
硅硅键合表面
缺点：
Si-Si和SiO2-SiO2直接键合需在高温 （700～1100C）下才能完成，而高温处理 过程难以控制，且不便操作；
因此，能否在较低温度或常温下实现Si-Si 直接键合，就成为人们关注的一项工艺。 这项工艺的关键是，选用何种物质对被键合 的表面进行活化处理。
与主要的信号处理电路封装 ； 需要对电路进行电磁屏蔽、恰当的力和热 隔离； 系统级封装的接口问题主要是安装不同尺 寸的元件
微系统封装中的接口问题
接口问题使得为器件和信号处理电 路以及考虑密封工作介质和电磁场 问题而选择合适的封装材料成为微 系统成功设计中的一个关键问题
生物医学接口 光学接口 机械接口 电机械接口 微流体学接口
MEMS器件与结构简述10
MEMS器件与结构简述10MEMS器件与结构简述10MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种集成了微小电子器件和机械器件的技术，主要用于制造微尺度的机械设备和系统。
这种技术可以在微观尺度上实现机械运动、感知和控制，具有广泛的应用领域，包括汽车、航空航天、生物医学、通信、能源和消费电子等。
MEMS器件的核心组成部分是基于半导体工艺制造的微观结构，常见的结构包括悬臂梁、膜片、压电材料、微加工引擎等。
通过纳米级制造工艺和先进的材料，可以制造出微米级甚至亚微米级的结构。
这些微结构的制造通常需要先在硅片上进行光刻、腐蚀和沉积工艺，然后通过薄膜剥离或刻蚀剂释放到底部，形成独立的微结构。
MEMS器件通常具有微小尺寸、低功耗、高集成度和可靠性好的特点。
例如，加速度计是一种常见的MEMS器件，常用于检测和测量物体的加速度。
它由微小的悬臂梁结构和压电材料组成，当受到外界加速度时，悬臂梁会发生变形，从而引起电荷的积累和电压的变化。
通过测量这个变化，可以确定物体的加速度。
另一个常见的MEMS器件是微型压力传感器，它通常用于测量气体或液体的压力。
微型压力传感器由微小的膜片和微细加工引擎组成，当受到压力时，膜片会发生变形，通过测量变形的程度可以确定压力的大小。
除了加速度计和压力传感器，MEMS器件还包括陀螺仪、微型电机、微型阀门、光学器件等。
这些器件不仅可以实现触觉、力学和运动的感知和控制，还可以实现光学信息的处理和传输。
MEMS器件在汽车领域有很重要的应用。
比如，汽车的气囊系统中就使用了加速度计和压力传感器，通过检测车辆的加速度和碰撞压力来触发气囊的充气，保护乘客的安全。
此外，MEMS技术还被用于制造车载传感器、惯性导航系统和发动机控制系统等。
在生物医学领域，MEMS器件被广泛应用于生物传感器、体外诊断设备和植入式医疗器械等。
例如，微型生物传感器可以用于检测血糖、蛋白质和DNA等生物分子的浓度，实现个体化的医疗诊断和治疗。