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
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低温圆片级键合密封工艺研究
２ ０ １ ３ 年０ ２ 月
压
电
与
声
光
Ｖｏ １ ． ３ ５ Ｎｏ ． １
Ｆｅ ｂ ．２ Ｏ１ ３
Ｐ Ｉ ＥＺ ０Ｅ ＬＥＣＴＲＩ ＣＳ ＆ ＡＣｏＵＳ Ｔ０ｏＰ ＴＩ ＣＳ
文章 编 号 ： １ ０ ０ ４ — ２ ４ ７ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ １ ０ ５ — ０ ３
力 传 感 器 的封 装 。
关键词 ： 苯并环丁烯 （ Ｂ Ｃ Ｂ ） ； 键合 ； 谐振器 ； 压力传感器 ； 微 机 电 系统 （ ＭＥ ＭＳ ） ； 圆 片级 封 装 （ ＷＬ Ｐ ） ； 密 封
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｎ４ ０ ５ ． ９ ７ 文献标识码 ： Ａ
Ｓｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｍ ＥＭ Ｓ Ｌｏ ｗ Ｔｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｗａ ｆ ｅ ｒ Ｌｅ ｖ ｅ ｌ Ａｄ ｈｅ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｂｏ ｎｄ ｉ ｎｇ Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ
ＧＥ Ｙｕ ｐｉ ｎ ｇ
（ Ｄｅ ｐ ｔ ．ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎｉ ｃ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｓｈ ａ ｎｇ ｈ ａ ｉ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕｔ ｅ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ － Ｉ ｎ ｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ４ １ １ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
ＭＥ ＭＳ低 温 圆片级 键 合 密 封 工 艺研 究
葛 摘屏 来自（ 上 海 电子 信 息 职业 技术 学 院 电子 工 程 系 ， 上海 ２ ０ １ ４ １ １ ）
要： 研 究 了 一 种 使 用 非 光 敏苯 并 环 丁 烯 （ Ｂ Ｃ Ｂ ） 材料 的低温硅 片级键合 ， 并将其 用于压 力谐振传感器 封装 。
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。
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
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。
键合技术
键合技术键合技术定义：在室温下两个硅片受范德瓦耳斯力作用相互吸引，硅片表面基团发生化学作用而键合在一起的技术。
键合技术广泛应于MEMS 器件领域，是一项充满活力的高新技术，对我国新技术的发展有十分重要的意义。
在MEMS 制造中，键合技术成为微加工中重要的工艺之一，它是微系统封装技术中重要的组成部分，主要包括以下几方面：1、阳极键合技术优点及应用优点:具有键合温度较低，与其他工艺相容性较好，键合强度及稳定性高，键合设备简单等优点。
应用:阳极键合主要应用于硅/硅基片之间的键合、非硅材料与硅材料、以及玻璃、金属、半导体、陶瓷之间的互相键合。
1、1 阳极键合机理阳极静电键合的机理：在强大的静电力作用下，将二个被键合的表面紧压在一起；在一定温度下，通过氧一硅化学价键合，将硅及淀积有玻璃的硅基片牢固地键合在一起。
1、2 阳极键合质量控制的主要因素（1）在硅片上淀积玻璃的种类硅-硅基片阳极键合是一种间接键合，间接键合界面需引入材料与硅基片热学性质匹配，否则会产生强大的内应力，严重影响键合质量。
因此对硅-硅基片阳极键合时淀积的玻璃种类要认真选择。
（2）高质量的硅基片准备工艺为了提高硅-硅阳极键合的质量，硅基片表面必须保持清洁，无有机残留物污染，无任何微小颗粒，表面平整度高。
为确保硅基片平整，光滑，表面绝对清洁，为此要采用合适的抛光工艺，然后施以适当的清洗工艺。
清洗结束后，应立刻进行配对键合，以免长期搁置产生表面污染。
（3）控制阳极键合工艺参数保证键合质量阳极键合的主要工艺参数：键合温度，施加的直流电压。
为了使玻璃层内的导电钠离子迁移，以建立必要的静电场。
普遍认为键合温度控制在200℃- 500℃较适宜。
推荐的施加电压一般在20V-1000V之间，其范围较宽，具体视玻璃材料性质及所选的键合温度来决定。
1、3 阳极键合技术的应用硅/硅阳极键合的许多实例是在微电子器件中制造SOI结构，此处介绍一种具体工艺流程，如图1-1所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
工艺及参数影响
• 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 • 界面氧化层的稳定：三种机制解释 • 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
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
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 电荷形成静电力，加强键合
例子
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
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 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
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
金硅共晶键合
键合技术比较
键合对准
键合质量检测
红外检测
划片
SEM观察
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 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
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 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