MEMS键合工艺简介
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
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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器件气密性封装的低温共晶键合工艺研究_图文.
传感器与微系统(Transducer and M icr osyste m Technol ogy2006年第25卷第1期前沿技术M E M S器件气密性封装的低温共晶键合工艺研究3张东梅,丁桂甫,汪红,姜政,姚锦元(上海交通大学微纳科学技术研究院微米/纳米加工技术国家重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室,上海200030摘要:介绍了一种采用Pb2Sn共晶合金作为中间层的键合封装技术,通过电镀的方法在芯片与基片上形成Cr/N i/Cu/Pb2Sn多金属层,在温度为190℃、压强为150Pa的真空中进行键合,键合过程不需使用助焊剂,避免了助焊剂对微器件的污染。
试验表明:这种键合工艺具有较好的气密性,键合区合金分布均匀、无缝隙、气泡等脱焊区,键合强度较高,能够满足电子元器件和微机电系统(M E MS可动部件低温气密性封装的要求。
关键词:微机电系统;气密性封装;共晶键合;低温封装中图分类号:T N305.99文献标识码:A文章编号:1000-9787(200601-0082-03Study of low te mperature eutecti c bondi n g process forM E M S her meti c packageZ HANG Dong2mei,D I N G Gui2fu,WANG Hong,J I A NG Zheng,Y AO Jin2yuan (Na ti ona l Key Lab of Nano/M i cro Fabr i ca ti on Technology,Key Lab for Th i n F il m and M i crofabr i ca ti on of M i n istry of Educa ti on,I n stitute of M i cro and Nano Sc i ence and Technology,Shangha i J i a otongUn i versity,Shangha i200030,Ch i n aAbstract:A fluxless bonding technique using eutectic Pb2Sn all oy as j oint is p resented.Cr/N i/Cu/Pb2Snmultilayer on substrate and chi p is electr op lated,then bonded at190℃and150Pa in vacuu m.This fluxlessbonding p r ocess can p revent m icr o device being polluted.This bonding p r ocess is her metic.The thickness of thej oint is f ound t o be very unif or m al ong the entire cr oss secti on.The strength of the j oint is high,it can meet therequire ment of her metic packaging of electr onic device and M E MS movable parts at l ow te mperature.Key words:m icr oelectr omechanical syste m s(M E M S;her metic package;eutectic bonding;l ow te mperaturebonding0引言封装技术一直是困扰ME M S器件开发和实用化的关键技术之一,气密性封装尤其困难。
mems制造工艺及技术
MEMS制造工艺及技术的深度解析一、引言微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS）是一种将微型机械结构与电子元件集成在同一芯片上的技术。
由于其体积小、功耗低、性能高等特点，MEMS技术已被广泛应用于各种领域，如汽车、医疗、消费电子、通信等。
本文将详细介绍MEMS的制造工艺及技术，以帮助读者更深入地了解这一领域。
二、MEMS制造工艺1. 硅片准备MEMS制造通常开始于一片硅片。
根据所需的设备特性，可以选择不同晶向、电阻率和厚度的硅片。
硅片的质量对最终设备的性能有着至关重要的影响。
2. 沉积沉积是制造MEMS设备的一个关键步骤。
它涉及到在硅片上添加各种材料，如多晶硅、氮化硅、氧化铝等。
这些材料可以用于形成机械结构、电路元件或牺牲层。
沉积方法有多种，包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和电镀等。
3. 光刻光刻是一种利用光敏材料和模板来转移图案到硅片上的技术。
通过光刻，我们可以在硅片上形成复杂的机械结构和电路图案。
光刻的精度和分辨率对最终设备的性能有着重要影响。
4. 刻蚀刻蚀是一种通过化学或物理方法来去除硅片上未被光刻胶保护的部分的技术。
它可以用来形成机械结构、电路元件或通孔。
刻蚀方法有湿法刻蚀和干法刻蚀两种。
湿法刻蚀使用化学溶液来去除材料，而干法刻蚀则使用等离子体或反应离子刻蚀（RIE）来去除材料。
5. 键合与封装键合是将两个或多个硅片通过化学键连接在一起的过程。
它可以用于制造多层MEMS设备或将MEMS设备与电路芯片集成在一起。
封装是将MEMS设备封装在一个保护壳内以防止环境对其造成损害的过程。
封装材料可以是陶瓷、塑料或金属。
三、MEMS制造技术挑战与发展趋势1. 尺寸效应与可靠性问题随着MEMS设备的尺寸不断减小，尺寸效应和可靠性问题日益突出。
例如，微小的机械结构可能因热膨胀系数不匹配或残余应力而导致失效。
为了解决这些问题，研究人员正在开发新型材料和制造工艺以提高MEMS设备的可靠性。
mems au键合 工艺
mems au键合工艺工艺是指通过一系列的操作和加工过程，将原材料转化为最终产品的技术过程。
在现代工业生产中，工艺的优化和改进对于提高产品质量、降低成本、提高生产效率至关重要。
而在工艺优化的过程中，MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) 技术发挥着重要作用。
MEMS 是一种集成了微小机械结构、微电子器件和微传感器的技术。
通过精密的工艺和制造步骤，MEMS 技术能够在微米尺度上制造出各种微小的机械结构和电子器件。
这些微小的结构和器件可以实现各种功能，例如传感、控制、放大、滤波等。
MEMS 技术的发展使得制造出微小、高性能、低功耗的传感器和执行器成为可能，广泛应用于计算机、通信、医疗、汽车等领域。
在MEMS 技术的制备过程中，工艺的关键是精确控制微小结构的形状和尺寸。
一般来说，MEMS 的制备包括以下几个主要步骤：掩模制备、光刻、腐蚀、沉积和刻蚀。
首先，通过设计和制备掩模，将所需的微小结构图案化到掩膜上。
然后，利用光刻技术将掩模上的图案转移到硅片上。
接下来，通过腐蚀或刻蚀等化学方法，将硅片上的材料按照图案进行加工。
最后，通过沉积技术，将需要的材料沉积到已加工好的硅片上，形成最终的微小结构。
在MEMS 技术的工艺中，各个步骤都需要高度的精确控制。
例如，光刻过程需要精确控制曝光时间和曝光强度，以确保图案的准确转移。
腐蚀和刻蚀过程需要控制化学溶液的成分和浓度，以控制加工速度和加工深度。
沉积过程需要控制沉积速率和沉积均匀性，以确保最终的微小结构质量。
这些工艺参数的控制需要精密的仪器设备和先进的工艺控制技术。
除了制备工艺，MEMS 技术的封装和测试也是非常重要的环节。
封装是将制备好的MEMS 芯片封装到封装盒中，以保护芯片并提供电气和机械连接。
封装过程需要精确控制温度、湿度和压力等环境参数，以确保封装的可靠性和稳定性。
测试是对封装好的MEMS 芯片进行功能和可靠性测试，以确保其符合设计要求。
mems工艺
mems工艺
MEMS（微机电系统）是指将电子元器件和微机电技术结合起来，集成在一起的微型智能系统。
它是现代科技的重要组成部分，具有广泛的应用范围，如加速度计、压力传感器、惯性导航系统等领域。
其中MEMS工艺是制作微小器件的核心技术之一，下面就来介绍一下MEMS工艺。
1. 典型的MEMS工艺流程包括：制备、图案形成、光刻、腐蚀、衬底退火、封装等步骤。
其中，制备是预处理步骤，主要包括清洗和活化处理。
2. MEMS工艺中的图案形成是关键步骤，它通过制造掩模，将期望形状的板层沉积在硅衬底上，并表现出所需功能。
通常采用的方法有电子束光刻和光刻。
其中光刻是一种投影方法，将掩膜中图案通过紫外线照射投影到硅片上。
3. MEMS工艺中的腐蚀是制造微结构的一种方法。
它通常采用湿法或干法进行，湿法主要是通过氢氟酸溶解，而干法则是利用等离子体腐蚀，使硅片表面产生微细结构。
4. MEMS工艺中衬底退火是为了改善硅片的质量和性能。
它可以消除硅片的残留应力和缺陷，增强硅片的稳定性和可靠性。
5. MEMS工艺中的封装是保护微结构，避免其与环境接触。
它通常包括两种方法：微机械制造的封装和传统的封装。
综上所述，MEMS工艺是一种复杂的工艺流程，需要应用多种技术手段，在制造微小器件时具有重要的应用价值。
而且随着科技的不断进步，MEMS技术在未来将有更广阔的应用前景。
MEMS圆片键合机构及MEMS圆片键合的原位解封方法与流程
MEMS圆片键合机构及MEMS圆片键合的原位解封方法与流程引言微电子机械系统（MEMS）是一种集成电路（IC）制造领域的重要技术，具有广泛的应用前景。
MEMS圆片键合是MEMS装配过程中的关键步骤之一，用于将MEMS芯片与基板固定在一起。
本文将介绍MEMS圆片键合机构的基本原理以及MEMS圆片键合的原位解封方法与流程。
1. MEMS圆片键合机构1.1 机构概述MEMS圆片键合机构是一种用于将MEMS芯片与基板之间形成可靠连接的装置。
其基本原理是利用热压力将键合线材与芯片引线或基板引脚连接在一起。
MEMS圆片键合机构通常由键合工具、加热装置、压制装置等组成。
1.2 键合工具键合工具是MEMS圆片键合机构的核心部件，用于提供稳定的压力和热源。
键合工具通常由压力控制系统和温度控制系统组成。
•压力控制系统：用于控制键合工具提供的压力大小，保证键合的质量和可靠性。
•温度控制系统：用于加热键合工具，使其达到适当的焊接温度。
1.3 加热装置加热装置是用于提供键合工具所需的热源，以达到适当的焊接温度。
常用的加热装置包括电阻加热器、激光加热器等。
1.4 压制装置压制装置用于施加稳定的压力，将键合线材与芯片引线或基板引脚连接在一起。
常见的压制装置包括气动压力机、液压压力机等。
2. MEMS圆片键合的原位解封方法与流程MEMS圆片键合过程中，键合线材和芯片引线、基板引脚之间往往存在连接不稳定或短路的情况。
为了解决这些问题，需要进行MEMS圆片键合的原位解封。
下面将介绍MEMS圆片键合的原位解封方法与流程。
2.1 原位解封方法MEMS圆片键合的原位解封方法是指在键合过程中，通过适当的操作来解决连接不稳定或短路等问题，提高键合的质量和可靠性。
原位解封方法包括以下几个方面：•温度控制：通过调节加热装置的温度，使键合工具达到适当的解封温度，以提高键合线材与引线/引脚之间的连接质量。
•压力控制：通过调节压制装置的压力大小，确保键合线材与引线/引脚之间的良好连接，避免短路等问题。
一种基于bcb键合技术的新型mems圆片级封装工艺
一种基于bcb键合技术的新型mems圆片级封
装工艺
本文介绍了一种新型的MEMS圆片级封装工艺——基于 BCB 键合技术。
该技术在现有的封装技术基础上，通过涂覆有机材料体BCB（乙烯基醋酸乳液）的方式，实现结构的绝缘键合，对MEMS圆片进行简便有效的级封装。
采用BCB键合工艺无需改变现有的封装设备，可实现简单快捷的封装，具有广泛的应用前景。
现有的封装技术将模块封装到封装片上，然后再将封装片与主板或者子板通过加热熔接相连，以实现模块与主板之间的物理连接。
而基于BCB键合技术实现的结构性键合，不仅具有完整的导电性和热能传导性，同时也具有良好的绝缘性和耐压性。
MEMS圆片级封装工艺主要包括四个过程：绝缘基材的处理、BCB的飞溅镀涂、BCB的热固化以及电子元件的定位安装。
MEMS圆片级封装工艺具有表面定位精度高、可实现精密拼接和分割的抗震性能、可克服柔硅与硅基集成电路的低强度等优点，可以满足广泛的产品应用要求，为中小尺寸电子装置的制造提供了一种先进的封装技术。
MEMS加工工艺
MEMS技术的加工工艺微机械加工工艺分为硅基加工和非硅基加工。
下面主要介绍体加工工艺、硅表面微机械加工技术、结合加工、逐次加工、另外单独一章介绍LIGA技术。
下图是微机械加工工艺的流程落图。
（一）体加工工艺体加工工艺包括去加工（腐蚀）、附着加工（镀膜）、改质加工（掺杂）和结合加工（键合）。
主要介绍腐蚀技术。
腐蚀技术主要包括干法腐蚀和湿法腐蚀，也可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀。
（1）干法腐蚀是气体利用反应性气体或离子流进行的腐蚀。
干法腐蚀可以腐蚀多种金属，也可以刻蚀许多非金属材料；既可以各向同性刻蚀，又可以各向异性刻蚀，是集成电路工艺或MEMS工艺常用设备。
按刻蚀原理分，可分为等离子体刻蚀（PE：Plasma Etching）、反应离子刻蚀（RIE：Reaction Ion Etching）和电感耦合等离子体刻蚀（ICP：Induction Couple Plasma Etching）。
在等离子气体中，可是实现各向同性的等离子腐蚀。
通过离子流腐蚀，可以实现方向性腐蚀。
（2）湿法腐蚀是将与腐蚀的硅片置入具有确定化学成分和固定温度的腐蚀液体里进行的腐蚀。
硅的各向同性腐蚀是在硅的各个腐蚀方向上的腐蚀速度相等。
比如化学抛光等等。
常用的腐蚀液是HF-HNO3腐蚀系统，一般在HF和HNO3中加H2O或者CH3COOH。
与H2O相比，CH3COOH可以在更广泛的范围内稀释而保持HNO3的氧化能力，因此腐蚀液的氧化能力在使用期内相当稳定。
硅的各向异性腐蚀，是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率。
比如， {100}/{111}面的腐蚀速率比为100：1。
基于这种腐蚀特性，可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。
各向异性腐蚀剂一般分为两类，一类是有机腐蚀剂，包括EPW（乙二胺，邻苯二酸和水）和联胺等。
另一类是无机腐蚀剂，包括碱性腐蚀液，如：KOH，NaOH，LiOH，CsOH和NH4OH等。
在硅的微结构的腐蚀中，不仅可以利用各向异性腐蚀技术控制理想的几何形状，而且还可以采用自停止技术来控制腐蚀的深度。
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低温键合：在小于500度下完成键合
A
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复合键合
“复合”键合
原理利用中间层之间的反应完成键合
• 带硅化物的键合：NiSi，PtSi，TiSi2等 • 金硅键合：利用金硅互熔点低的特点（400度左右） • 非晶硅
A
12
金硅共晶键合
A
13
键合技术比较
A
14
键合对准
A
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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
A
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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
键，使之转换为非桥接氧原子，使键合面带负电荷
HOH+ Si-O-Si——2H++2Si-O• 800度以上：水扩散显著，间隙和空洞中的水扩散到氧化
硅中，产生局部真空空洞，硅片发生塑性形变消除空洞。 SiO2产生粘滞流动，消除微间隙。大于1000度后，临近 原子相互反应产生共价键，键合完成
A
10
工艺及参数影响
内容
• 一个典型的IC制作工艺
• 简介
• 晶片制备
• 光刻
• 淀积
• 掺杂
• 键合
• 刻蚀
A
1
键合
A
2
键合
A
3
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
A
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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
• 表面处理的作用：吸附OH根很关键 NH4OH、H2SO4、等离子体处理
• 温度的影响； • 与温度有关的孔洞；沾污碳氢化合物随温度生高 （200~800度）释放产生孔洞，大于1100高温退火 或先800度退火处理可消除 • 键合强度：随温度生高增加 表面平整度： • 沾污粒子：1微米粒子产生4.2mm孔洞
A
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键合质量检测
红外检测
划片
SEM观察
A
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电荷形成静电力，加强键合
A
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例子
A
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键合工艺
热键合：高温处理后，硅片直接键合在一起。Lasky提出 硅直接键合（SDB） 硅熔融键合（SFB） 直接样品键合（DWB）
工艺： • 表面处理 • 表面帖合 • 高温处理
对键合面要求：
• 平整度：无凸起
• 粗糙度：Ra<0.6nm
• 清洁度：无沾污
A
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原理： • 硼硅玻璃、磷硅玻璃在一定
温度下软化，行为类似电解 质，外加电压下，正离子 （Na）向阴极漂移，在阳极形成空间电荷区， 外加电压落于空间电荷区，漂移停止 • 如硅接阳极，玻璃接阴极，硅玻璃接触， 在界面形成的负空间电荷区与硅发生化学 反应，形成化学键Si-O-Si，完成键合 • 可通过检测电流监测键合 是否完成
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 • 500~800度：水基本不扩散，OH根破坏桥接氧原子的一个