清华大学MEMS课程讲义
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微机电系统MEMS的学习课件
MEMS技术的应用
MEMS技术的应用
空间应用 用作运行参数测量的微加速度计已进行了地面辐照实验,正在进行飞行搭载实验 微陀螺、微推进和微喷管等微系统基础研究 通信方面 光通信正在向有光交换功能的全光通信网络方向发展 无线通信则要求增强功能如联网等和减小功耗.包括美国朗讯公司在内的一些公司和大学正在研究全光通信网用的微系统及无线通信用射频微系统
MEMS技术及其产品的增长速度非常之高,并且目前正处在加速发展时期
MEMS技术
MEMS技术
一般意义上的系统集成芯片 广义上的系统集成芯片
加速度计 压阻式加速度计 电容式加速度计 压电式加速度计
惯性器件
惯性器件
电容式微加速度计
光学MEMS器件
定义 Optical Transducers,MOEMS, Optical MEMS 分类 传统的光传感器、转换器 光传感、成像、发光器件光电子 利用光进行传感的器件 位置传感器、光谱仪、DNA芯片 利用微机械加工方法形成的器件 传统器件的新生命 新型器件
电、光、声、热、磁力等外界信号的采集—各种传感器
执行器、显示器等
信息输入与模/数传输
信息处理
信息输出与数/模转换
信息存储
作 业
1、MEMS工艺与微电 子工 艺技术有哪些区别. 2、列举几种你所知道的 MEMS器件,并简述其 用途.
MEMS的分类
微传感器： 机械类：力学、力矩、加速度、速度、角速度陀螺、位置、流量传感器 磁学类：磁通计、磁场计 热学类：温度计 化学类：气体成分、湿度、PH值和离子浓度传感器 生物学类：DNA芯片
MEMS的分类
微执行器：微马达、微齿轮、微泵、微阀门、微开关、微喷射器、微扬声器、微谐振器等 微型构件：微膜、微梁、微探针、微齿轮、微弹簧、微腔、微沟道、微锥体、微轴、微连杆等 微机械光学器件：微镜阵列、微光扫描器、微光阀、微斩光器、微干涉仪、微光开关、微可变焦透镜、微外腔激光器、光编码器等
MEMS技术的应用
空间应用 用作运行参数测量的微加速度计已进行了地面辐照实验,正在进行飞行搭载实验 微陀螺、微推进和微喷管等微系统基础研究 通信方面 光通信正在向有光交换功能的全光通信网络方向发展 无线通信则要求增强功能如联网等和减小功耗.包括美国朗讯公司在内的一些公司和大学正在研究全光通信网用的微系统及无线通信用射频微系统
MEMS技术及其产品的增长速度非常之高,并且目前正处在加速发展时期
MEMS技术
MEMS技术
一般意义上的系统集成芯片 广义上的系统集成芯片
加速度计 压阻式加速度计 电容式加速度计 压电式加速度计
惯性器件
惯性器件
电容式微加速度计
光学MEMS器件
定义 Optical Transducers,MOEMS, Optical MEMS 分类 传统的光传感器、转换器 光传感、成像、发光器件光电子 利用光进行传感的器件 位置传感器、光谱仪、DNA芯片 利用微机械加工方法形成的器件 传统器件的新生命 新型器件
电、光、声、热、磁力等外界信号的采集—各种传感器
执行器、显示器等
信息输入与模/数传输
信息处理
信息输出与数/模转换
信息存储
作 业
1、MEMS工艺与微电 子工 艺技术有哪些区别. 2、列举几种你所知道的 MEMS器件,并简述其 用途.
MEMS的分类
微传感器： 机械类：力学、力矩、加速度、速度、角速度陀螺、位置、流量传感器 磁学类：磁通计、磁场计 热学类：温度计 化学类：气体成分、湿度、PH值和离子浓度传感器 生物学类：DNA芯片
MEMS的分类
微执行器：微马达、微齿轮、微泵、微阀门、微开关、微喷射器、微扬声器、微谐振器等 微型构件：微膜、微梁、微探针、微齿轮、微弹簧、微腔、微沟道、微锥体、微轴、微连杆等 微机械光学器件：微镜阵列、微光扫描器、微光阀、微斩光器、微干涉仪、微光开关、微可变焦透镜、微外腔激光器、光编码器等
MEMS讲稿
-- American Heritage Dictionary, 4th ed., 2000
Definition of Technology （2）
Technology is a broad concept that deals with an animal species' usage and knowledge of tools and crafts, and how it affects an animal species' ability to control and adapt to its environment.
刘刚
第七章 微机电系统简介 第八章同步辐射光刻及LGA技术 第九章 生物芯片制备技术；
教学方法
授课方法：
教： 以讲课为主，实验为辅， 抛砖引玉。 学： 以课堂教材为线索，自行调研文献， 扩展、深化认识。
考核方法：1.实验报告。
2.调研报告 （书面总结，大会汇报），
教 学
材：老师讲稿（ppt）。参考各种文献。 时：40
definition of MEMS(2)
Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS) is the technology of the very small, yet not within the realm of Molecular nanotechnology. /wiki/MEMS Micro Electrical Mechanical systems. Devices which use microfabrication methods to develop moving parts linked to electrical components for detection and actuation micro Micro Electro Mechanical System – A microscopic device with both electrical and mechanical functionality, which is manufactured in a batch process. ... .au/resources/glossary.htm Microelectromechanical systems are devices and machines fabricated using techniques generally used in microelectronics, often to integrate mechanical or hydraulic functions etc. with electrical functions. /~tg/publications/ecology/eolss/ node2.html②来自③课程目的（响应）
Definition of Technology （2）
Technology is a broad concept that deals with an animal species' usage and knowledge of tools and crafts, and how it affects an animal species' ability to control and adapt to its environment.
刘刚
第七章 微机电系统简介 第八章同步辐射光刻及LGA技术 第九章 生物芯片制备技术；
教学方法
授课方法：
教： 以讲课为主，实验为辅， 抛砖引玉。 学： 以课堂教材为线索，自行调研文献， 扩展、深化认识。
考核方法：1.实验报告。
2.调研报告 （书面总结，大会汇报），
教 学
材：老师讲稿（ppt）。参考各种文献。 时：40
definition of MEMS(2)
Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS) is the technology of the very small, yet not within the realm of Molecular nanotechnology. /wiki/MEMS Micro Electrical Mechanical systems. Devices which use microfabrication methods to develop moving parts linked to electrical components for detection and actuation micro Micro Electro Mechanical System – A microscopic device with both electrical and mechanical functionality, which is manufactured in a batch process. ... .au/resources/glossary.htm Microelectromechanical systems are devices and machines fabricated using techniques generally used in microelectronics, often to integrate mechanical or hydraulic functions etc. with electrical functions. /~tg/publications/ecology/eolss/ node2.html②来自③课程目的（响应）
清华大学 集成电路制造工艺 王水弟 课件第1章概述-2
40
（34）1990年6月3日，罗伯特· 诺伊斯去世，享 年62岁。（杰克· 基尔比于2005年5月去 世，享年81岁。 ）
（35）1993年，三星建立第一个8英寸晶圆 厂，同年成为全球最大的存储器厂商。
（36）1995年，NEC开发出全球第一块1Gb DRAM。
41
4Gb DRAM
（1.8V 0.10μm 645mm2 0.1μm2/cell）
第10章MEMS加工技术
第3章 扩散工艺 第5章 离子注入 第7章 光刻工艺
第9章 薄膜淀积工艺
第11章 金属化工艺
6
IC设计/版图和分析 硅圆片加工
基板版图设计 基板加工和测试 IC芯片加工和测试
IC封装设计和分析
IC封装和测试
PCB版图设计 PCB加工和测试
设备
材料
PCB装配
性能不好 PCB测试
32
（16）1965年，摩尔提出“摩尔定律”
（17）1967年，TI发明第一个手持计算器。
33
（18）1968年，诺伊斯和摩尔离开了了仙童公 司，7月18日他们两人宣布整合NM电子， 罗克担任董事会主席，诺伊斯担任总裁， 摩尔担任执行副总裁。一个多月后，他们 决定换一个“有点性感”的公司名称，最 后决定选用Intel（Integrated Electronics “集成电子”的缩写）。同年英特尔推出第 一片1kRAM 。公司成立不久，就招聘了斯 坦的泰德· 霍夫——微处理器的发明人。
11
第1章 概
述
12
本章内容 1.1 微电子技术发展重大事件 1.2 IC制造的基本工艺流程 1.3 硅片的制备
13
1.1微电子技术发展重大事件
从二十世纪初（1906年），美国工 程师德· 福雷斯特(D.Forest)在弗莱明发 明真空电子二极管的基础上发明具有放 大电信号的真空三极管，到二十世纪末 发明纳米管，“信息技术”在100年内 发生了翻天覆地的变化。
（34）1990年6月3日，罗伯特· 诺伊斯去世，享 年62岁。（杰克· 基尔比于2005年5月去 世，享年81岁。 ）
（35）1993年，三星建立第一个8英寸晶圆 厂，同年成为全球最大的存储器厂商。
（36）1995年，NEC开发出全球第一块1Gb DRAM。
41
4Gb DRAM
（1.8V 0.10μm 645mm2 0.1μm2/cell）
第10章MEMS加工技术
第3章 扩散工艺 第5章 离子注入 第7章 光刻工艺
第9章 薄膜淀积工艺
第11章 金属化工艺
6
IC设计/版图和分析 硅圆片加工
基板版图设计 基板加工和测试 IC芯片加工和测试
IC封装设计和分析
IC封装和测试
PCB版图设计 PCB加工和测试
设备
材料
PCB装配
性能不好 PCB测试
32
（16）1965年，摩尔提出“摩尔定律”
（17）1967年，TI发明第一个手持计算器。
33
（18）1968年，诺伊斯和摩尔离开了了仙童公 司，7月18日他们两人宣布整合NM电子， 罗克担任董事会主席，诺伊斯担任总裁， 摩尔担任执行副总裁。一个多月后，他们 决定换一个“有点性感”的公司名称，最 后决定选用Intel（Integrated Electronics “集成电子”的缩写）。同年英特尔推出第 一片1kRAM 。公司成立不久，就招聘了斯 坦的泰德· 霍夫——微处理器的发明人。
11
第1章 概
述
12
本章内容 1.1 微电子技术发展重大事件 1.2 IC制造的基本工艺流程 1.3 硅片的制备
13
1.1微电子技术发展重大事件
从二十世纪初（1906年），美国工 程师德· 福雷斯特(D.Forest)在弗莱明发 明真空电子二极管的基础上发明具有放 大电信号的真空三极管，到二十世纪末 发明纳米管，“信息技术”在100年内 发生了翻天覆地的变化。
清华大学MEMS课程讲义
3/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics电镀(Electroplating)7/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics MEMS光刻体微加工技术)各向同性湿法刻蚀与刻蚀剂成分比例有关23/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics MEMS光刻体微加工技术Question:What will happen in KOH etching?微电子学研究所刻蚀侧壁与底面垂直不能实现任意开口形状保护方法机械夹具/黑胶/浮片各向异性湿法刻蚀37/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics39/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics 简介MEMS光刻体微加工技术43/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics简介MEMS光刻体微加工技术物理刻蚀利用粒子的能量进行轰击优缺点微电子学研究所Institute o f Microelectronics 电子、离子、中性基团、分子微电子学研究所Institute o f Microelectronics微电子学研究所Institute o f Microelectronics等离子体硅微电子学研究所Institute o f Microelectronicsm/min55/60微电子学研究所Institute o f MicroelectronicsMEMS光刻体微加工技术低温DRIE特性↓↓↓↓等离子体硅片源59/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics1B1A’2B 1B’1A 2B’2A’2Ax-轴y-轴z-轴3轴加速C M O S 集成63/60微电子学研究所Institute o f MicroelectronicsMEMS光刻体微加工技术作业100:98:1. 画出刻蚀40秒, 100秒和600秒后的窗口截面图说明厚胶光刻中曝光衍射和散射、分辨率下降、以及曝光剂量不够的解决。
MEMS致动器原理
压电致动 Piezoelectric actuators
压电效应：
某些电介质，当沿着某一方向发生变形时，内部 产生极化现象，在表面产生电荷，电荷极性与外 力方向有关，外力去掉后电荷消失。 逆压电效应：在这种电介质的极化方向施加电压， 会产生变形。压电致动器利用的就是这种效应。 压电材料：石英晶体、压电陶瓷、高分子压电材 料等。压电陶瓷属于铁电体类物质。
3 1 11 3 2 2 2
硅
b2
t2 l2 = l1 b1 t1
a热膨胀系数，t厚度，b宽度，r变形量（曲率半径）
两层厚度和宽度相同，则：
1+ k 2 (5 + ) r= 3∆α∆T k t
0.4 mm Mechanical Stop
Mirror
Principle and Features
William Tang, Ph.D. EECS Dept., 1990
Formulae
电场能量： 静电力： C
Energy must include capacitance between the stator and the rotor and the underlying ground plane, which is typically connected at the rotor voltage.
Used as sensors as well as delay lines, filters, correlators, pulse compressors, etc. in communications and electronic systems; invented by Prof. R. M. White, EECS Dept., UC Berkeley, 1965.
清华大学微电子与纳电子学本科课程介绍
微电子与纳电子学系00260011 晶体管的发明和信息时代的诞生1学分16学时The Invention of Transistors and the Birth of Information Age晶体管的发明，是二十世纪最重要的科技进步。
晶体管及以晶体管核心的集成电路是现代信息社会的基础，对社会的进步起着无以伦比的作用。
晶体管的发明，源于19世纪末20世纪初物理学、电子学以及相关技术科学的迅速成熟。
晶体管的发明造就了一大批物理学家、工程师。
晶体管的发明，也随之产生了许多著名的研究机构与重要的公司，如贝尔实验室、仙童公司、Intel等都与晶体管的发明密切相关。
“以铜为鉴，可正衣冠；以古为鉴，可知兴替；以人为鉴，可明得失”。
晶体管发明作为现代科技史上的重大事件发生过鲜为人知的重要经验和教训，涉及科研管理、人才和科学方法等诸多方面，可以从成功和失败两个方面为后人提供十分重要的借鉴与启示。
本课程试图从晶体管的发明到信息社会的诞生，探讨技术革命和创新的方向，为大学低年级学生将来从事科学研究建立正确的思想观。
所讨论的课题包括，科学预见和准确选题的重要性、科学研究的方法、放手研究的政策、知人善任和合理配备专业人才等。
00260051 固体量子计算器件简介1学分16学时Introduction to Solid-State Quantum Computing Devices作为量子力学和信息学的交叉，量子信息学是最近二十多年迅速发展起来的新兴学科，量子信息处理技术能够完成许多经典信息技术无法实现的任务。
比如，一旦基于量子信息学的量子计算机得以实现，其在几分钟内就可解决数字计算机几千年才能解决的问题，那么用它就可及时地破解基于某些数学问题复杂性假定之上的传统保密通信的密钥，从而对建立于经典保密系统行业的信息安全构成根本性的威胁。
这种新兴技术的实现可以直接地应用于国防，政治，经济和日常生活。
本课程在此大的学术背景下展开，主要介绍最有希望成为量子比特的固体量子相干器件的基本原理和目前的研究状况，以及如何用这些器件实现量子计算。
MEMS课件第二章new2
v l t
其中：
l——加热元件与热敏元件间的距离 t——热的传播时间
热式微型流量传感器例
利用体硅腐蚀工艺制作制作了V形槽 热隔离结构，利用氮化硅进行热绝缘。
热式微型流量传感器的特点
优点：尺寸小，响应快 ，灵敏度高。 缺点： 功耗较大，特别是用于液体时。 热飞行时间式与热线式相比，测量精度 更高、线性度更好、功耗更小，还可只 用一个检测元件。
机械式微型流量传感器
工作原理：流体流动时产生的粘滞力 或流道进出口之间的压力差，带动机 械结构运动或变形，通过压阻效应或 电容变化等，感知流体的流动速度。
其主要结构：一个可动膜或阀片，加 上其上的压敏电阻或电容测量感应件。
基于粘滞力的机械式微型流量传感器
基于粘滞力流量传感器的基本公式
平行于流动方向的粘滞力FD：
微型振动陀螺例（1）
美国Draper实验室研制的音叉式线振动 陀螺。体硅工艺制作。平板电容检测。
微型振动陀螺例（2）
清华研制的振动陀螺 利用体硅、键合工艺，平板
电容检测。
微型振动陀螺例（3）
加州大学伯克利分校研制的Z轴角速度陀螺 仪。利用表面工艺制作。叉指电容检测。
微型振动陀螺例（4）
美国HRL研制的隧道效应角速度陀螺。利 用表面工艺制作。
热电偶原理的微温度传感器的 一个严重的缺点是：输出信号 的大小会随着线和节点的尺寸 的减小而降低。所以，单独的 热电偶并不是理想的微温度传 感器。
微热电堆是小型化热传感的更 理想的解决方案。热电堆同样 有冷接点和热接点，但它们是 用热电偶平行排列并且串联电 压输出。这种排列如图2.14中。 热电堆导线的材料和热电偶是 一样的—铜/铜镍合金(T型)，铬 合金/氧化铝(K型)等
振动陀螺的基本公式
其中：
l——加热元件与热敏元件间的距离 t——热的传播时间
热式微型流量传感器例
利用体硅腐蚀工艺制作制作了V形槽 热隔离结构，利用氮化硅进行热绝缘。
热式微型流量传感器的特点
优点：尺寸小，响应快 ，灵敏度高。 缺点： 功耗较大，特别是用于液体时。 热飞行时间式与热线式相比，测量精度 更高、线性度更好、功耗更小，还可只 用一个检测元件。
机械式微型流量传感器
工作原理：流体流动时产生的粘滞力 或流道进出口之间的压力差，带动机 械结构运动或变形，通过压阻效应或 电容变化等，感知流体的流动速度。
其主要结构：一个可动膜或阀片，加 上其上的压敏电阻或电容测量感应件。
基于粘滞力的机械式微型流量传感器
基于粘滞力流量传感器的基本公式
平行于流动方向的粘滞力FD：
微型振动陀螺例（1）
美国Draper实验室研制的音叉式线振动 陀螺。体硅工艺制作。平板电容检测。
微型振动陀螺例（2）
清华研制的振动陀螺 利用体硅、键合工艺，平板
电容检测。
微型振动陀螺例（3）
加州大学伯克利分校研制的Z轴角速度陀螺 仪。利用表面工艺制作。叉指电容检测。
微型振动陀螺例（4）
美国HRL研制的隧道效应角速度陀螺。利 用表面工艺制作。
热电偶原理的微温度传感器的 一个严重的缺点是：输出信号 的大小会随着线和节点的尺寸 的减小而降低。所以，单独的 热电偶并不是理想的微温度传 感器。
微热电堆是小型化热传感的更 理想的解决方案。热电堆同样 有冷接点和热接点，但它们是 用热电偶平行排列并且串联电 压输出。这种排列如图2.14中。 热电堆导线的材料和热电偶是 一样的—铜/铜镍合金(T型)，铬 合金/氧化铝(K型)等
振动陀螺的基本公式
MEMS微系统技术(北理内部讲义)
5/5/2015
华中科技大学材料学院 吴丰顺
8
The Relationship Between Micro-systems And The IC Manufacturing
• Microelectronics technology promote the progress of the development of the micro-system，as it created the conditions of the realization of Microsistem . • Micromachining technology of Microelectronics engineering is only an important part of the foundation for the key of Micro System Technology - micro-manufacturing technology, but it is not all, it was decided by the difference between a micro-systems and microelectronic circuit structure . • Micro System may contain movable components and sensors, it is a multi-functional complex system of the three-dimensional structure of a highly centralized in optical and electrical machinery,by the contray ，integrated circuits and processing technology is a two-dimensional surface or shallow, but the main thing is processing silicon . • Therefore, the entire manufacturing process of Microsistem,such as chip processing, integrated assembly, packaging and testing of integrated circuits, is much more complicated than the manufacturing process of integrate circuit.
华中科技大学材料学院 吴丰顺
8
The Relationship Between Micro-systems And The IC Manufacturing
• Microelectronics technology promote the progress of the development of the micro-system，as it created the conditions of the realization of Microsistem . • Micromachining technology of Microelectronics engineering is only an important part of the foundation for the key of Micro System Technology - micro-manufacturing technology, but it is not all, it was decided by the difference between a micro-systems and microelectronic circuit structure . • Micro System may contain movable components and sensors, it is a multi-functional complex system of the three-dimensional structure of a highly centralized in optical and electrical machinery,by the contray ，integrated circuits and processing technology is a two-dimensional surface or shallow, but the main thing is processing silicon . • Therefore, the entire manufacturing process of Microsistem,such as chip processing, integrated assembly, packaging and testing of integrated circuits, is much more complicated than the manufacturing process of integrate circuit.
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定义：掩膜版为软性材料 对比于mask
分类
微接触印刷 复制模铸 压印与热压
材料
高分子：PDMS，PMMA
母版
用于制造掩膜版的母版 通常为硬材料
弹性体印章
掩膜版
工艺集成
18/65
封装
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
距离进一步接近，分子间作用力
7/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
阳极键合特点
中低温度，键合过程迅速 对硅片要求不高，容易实现
8/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
MEMS 与微系统 第三章 微系统制造技术 (四)其他技术与工艺集成
其他微加工技术 三维MEMS结构 工艺集成 封装
王喆垚
62789151 ext. 322 z.wang@
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
体微加工技术
硅片溶解法 （Wafer dissolve）
体刻蚀 (a)
高浓度硼掺杂
刻蚀淀积金属
(d) 静电键合
(b) RIE结构刻蚀
(e) 溶硅成膜
(c)
(f)
31/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
Si
淀积结构层-淀积刻蚀掩膜-RIE 刻蚀 结构-去膜
SiN/SiO2
圆 片 清 洗 -高 分 子 /金 属 /二 氧 化 硅 层 沉 积-键合
(c) SiO2
(d)
(f) 悬空结构
(g) 金属
26/(6h5)
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
体微加工技术
工艺集成
HARPSS(体硅牺牲层技术)
金属
光刻胶
多S晶iO硅2
封装
SiN
(feghbadc)
硅衬底
27/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
25/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
体微加工技术
SCREAM: Single Crystalline Reactive Etching and Metallization
光刻胶
SiO2
硅衬底
(a)
(e)
(b)
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
高分子键合
用高分子层作为粘附层
9/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
高分子键合
预固化 (蒸发溶剂) 加热预固化 (热塑化) 固化 (大分子反应，热固化)
硅衬底
牺牲层二 氧化硅
未掺杂 多晶硅
掺杂多晶硅
29/65
无电极 电镀镍
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
体微加工技术
Hexsil
Resonator
Tweezer 镊子
30/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
16/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
LIGA
17/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
软光刻技术
软光刻 soft lithography
10/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
金属键合 用金属层作为粘附层产生低温相变
11/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
金属键合 凸点（bump）
12/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
应用
复杂结构 封装
燃料入口 燃烧室
1 2 3
4
5
13/656
1) How to etch? 2) Double-side litho? 3) Bonding?
三维MEMS结构
工艺集成
典型MEMS制造方法
典型MEMS制造方法
体微加工(Bulk micromachining)
湿法刻蚀 (Wet Etching ) 干法刻蚀 (Dry Etching )
表面微加工 (Surface micromachining)
集成电路技术 牺牲层技术 (Sacrificial layer )
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
体微加工技术
DRIE＋Bonding/SOI(Silicon on insulator)
28/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成封装ຫໍສະໝຸດ 体微加工技术 Hexsil（体硅牺牲层技术）
工艺集成
封装
键合
键合(Bonding)
通过分子间作用力，将两个或多个基底结合为一个基底的技术
分子间作用力
Van der Waals force Metallic bonds Ionic bonds Covalent bonds
键合分类
直接键合 阳极键合 中间层键合
特点
键合强度高 键合困难，对硅片要求极高
4/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
直接键合
机理
目前尚未完全清楚: 氧和硅原子间的分子间作用力
Where dose H2O go? Escapes from the interface or remains there?
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
软光刻技术
压印与热压
24/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
其他微加工技术 三维MEMS结构
体微加工技术 表面微加工技术 体微加工＋表面微加工
工艺集成 封装
HNA
淀积刻蚀掩膜-KOH 刻蚀-去膜
Si
SiO2/SiN
Bosch DRIE Hitachi DRIE RIE 刻硅槽 RIE 刻梁结构
键合
LIGA
淀 积 刻 蚀 掩 膜 -D R IE -去 膜
Si
SiO2/metal/ PR
淀 积 刻 蚀 掩 膜 -D R IE -去 膜
Si
metal/PR
淀 积 刻 蚀 掩 膜 -R IE -去 膜
Mould cavity
Plastic (moulding compound)
15/65
Plastic structure
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
LIGA
特点
传统机械与微加工的结合 适合大批量生产 能够制造大深宽比的结构
高分子键合 金属热压键合
3/65
微电子学研究所 Institute of Microelectronics
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
直接键合
过程
两个极其光洁平整(?)的硅片接触后高温加热 熔融键合 (Fusion Bonding)
条件
粗糙度和起伏 NH3 溶液使硅片变为亲水并提供OH 等离子体提高活性 初始接触时依靠范德华力 加热温度: 800-1200
1. 光刻
Absorber structure Mask membrane
Resist
Base plate
2. 显影
Resist structure
3. 电铸 5. 模铸
Metal Resist structure
Electrical conductive base plate
4. 金属模 6. 脱模
三维MEMS结构
工艺集成
MEMS与IC集成
其他微加工技术 三维MEMS结构 工艺集成
分类
微接触印刷 复制模铸 压印与热压
材料
高分子：PDMS，PMMA
母版
用于制造掩膜版的母版 通常为硬材料
弹性体印章
掩膜版
工艺集成
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封装
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距离进一步接近，分子间作用力
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其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
阳极键合特点
中低温度，键合过程迅速 对硅片要求不高，容易实现
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MEMS 与微系统 第三章 微系统制造技术 (四)其他技术与工艺集成
其他微加工技术 三维MEMS结构 工艺集成 封装
王喆垚
62789151 ext. 322 z.wang@
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其他微加工技术
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
体微加工技术
硅片溶解法 （Wafer dissolve）
体刻蚀 (a)
高浓度硼掺杂
刻蚀淀积金属
(d) 静电键合
(b) RIE结构刻蚀
(e) 溶硅成膜
(c)
(f)
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其他微加工技术
Si
淀积结构层-淀积刻蚀掩膜-RIE 刻蚀 结构-去膜
SiN/SiO2
圆 片 清 洗 -高 分 子 /金 属 /二 氧 化 硅 层 沉 积-键合
(c) SiO2
(d)
(f) 悬空结构
(g) 金属
26/(6h5)
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其他微加工技术
三维MEMS结构
体微加工技术
工艺集成
HARPSS(体硅牺牲层技术)
金属
光刻胶
多S晶iO硅2
封装
SiN
(feghbadc)
硅衬底
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其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
体微加工技术
SCREAM: Single Crystalline Reactive Etching and Metallization
光刻胶
SiO2
硅衬底
(a)
(e)
(b)
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
高分子键合
用高分子层作为粘附层
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其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
高分子键合
预固化 (蒸发溶剂) 加热预固化 (热塑化) 固化 (大分子反应，热固化)
硅衬底
牺牲层二 氧化硅
未掺杂 多晶硅
掺杂多晶硅
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无电极 电镀镍
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其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
体微加工技术
Hexsil
Resonator
Tweezer 镊子
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其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
LIGA
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其他微加工技术
三维MEMS结构
软光刻技术
软光刻 soft lithography
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其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
金属键合 用金属层作为粘附层产生低温相变
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其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
金属键合 凸点（bump）
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其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
应用
复杂结构 封装
燃料入口 燃烧室
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4
5
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1) How to etch? 2) Double-side litho? 3) Bonding?
三维MEMS结构
工艺集成
典型MEMS制造方法
典型MEMS制造方法
体微加工(Bulk micromachining)
湿法刻蚀 (Wet Etching ) 干法刻蚀 (Dry Etching )
表面微加工 (Surface micromachining)
集成电路技术 牺牲层技术 (Sacrificial layer )
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
体微加工技术
DRIE＋Bonding/SOI(Silicon on insulator)
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其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成封装ຫໍສະໝຸດ 体微加工技术 Hexsil（体硅牺牲层技术）
工艺集成
封装
键合
键合(Bonding)
通过分子间作用力，将两个或多个基底结合为一个基底的技术
分子间作用力
Van der Waals force Metallic bonds Ionic bonds Covalent bonds
键合分类
直接键合 阳极键合 中间层键合
特点
键合强度高 键合困难，对硅片要求极高
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其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
键合
直接键合
机理
目前尚未完全清楚: 氧和硅原子间的分子间作用力
Where dose H2O go? Escapes from the interface or remains there?
其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
软光刻技术
压印与热压
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其他微加工技术
三维MEMS结构
工艺集成
封装
其他微加工技术 三维MEMS结构
体微加工技术 表面微加工技术 体微加工＋表面微加工
工艺集成 封装
HNA
淀积刻蚀掩膜-KOH 刻蚀-去膜
Si
SiO2/SiN
Bosch DRIE Hitachi DRIE RIE 刻硅槽 RIE 刻梁结构
键合
LIGA
淀 积 刻 蚀 掩 膜 -D R IE -去 膜
Si
SiO2/metal/ PR
淀 积 刻 蚀 掩 膜 -D R IE -去 膜
Si
metal/PR
淀 积 刻 蚀 掩 膜 -R IE -去 膜
Mould cavity
Plastic (moulding compound)
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Plastic structure
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其他微加工技术
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工艺集成
封装
LIGA
特点
传统机械与微加工的结合 适合大批量生产 能够制造大深宽比的结构
高分子键合 金属热压键合
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工艺集成
封装
键合
直接键合
过程
两个极其光洁平整(?)的硅片接触后高温加热 熔融键合 (Fusion Bonding)
条件
粗糙度和起伏 NH3 溶液使硅片变为亲水并提供OH 等离子体提高活性 初始接触时依靠范德华力 加热温度: 800-1200
1. 光刻
Absorber structure Mask membrane
Resist
Base plate
2. 显影
Resist structure
3. 电铸 5. 模铸
Metal Resist structure
Electrical conductive base plate
4. 金属模 6. 脱模
三维MEMS结构
工艺集成
MEMS与IC集成
其他微加工技术 三维MEMS结构 工艺集成