MEMS作业
mems 工艺流程
mems 工艺流程MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微电子机械系统）是集成电路技术与微机械技术相结合的一种新型技术，能够将微小的机电结构、传感器、执行器和电路等集于一体，成为一种具有微小尺寸、高度集成度和多功能性的系统。
MEMS技术的广泛应用使得 MEMS 工艺流程愈发重要，下面我们将详细介绍 MEMS 工艺流程。
MEMS工艺流程主要分为六个阶段：晶圆准备、芯片前端加工、芯片背面加工、封装与封装测试、器件测试和后封测试。
第一阶段是晶圆准备阶段。
晶圆通常用硅（Si）材料，首先要清洗晶圆，去除表面的污垢，然后用化学气相沉积（CVD）方法在晶圆上生长一层二氧化硅（SiO2），形成绝缘层。
随后，还需要完成一系列的光刻步骤，即利用光刻胶和光掩模将图案转移到晶圆上，以形成预期的结构和形状。
第二阶段是芯片前端加工阶段。
这个阶段主要涉及到利用湿法和干法的化学刻蚀方法来去除不需要的材料，并在晶圆上的金属层中创造出微小的结构和连接线。
此外，还可以利用离子注入和扩散工艺来调整电阻、电导率或阈值电压等特性。
第三阶段是芯片背面加工阶段。
这个阶段主要涉及到将晶圆从背面进行背面研磨和化学机械抛光，以使芯片变得更加薄，并且可以通过背面晶圆连接器连接到其他系统。
第四阶段是封装与封装测试阶段。
此阶段的主要任务是将制造好的 MEMS 芯片进行封装，以保护并提供使其正常运行所需的外部连接。
封装的方法包括胶封、承载式封装和芯片柔性封装。
随后，对封装后的芯片进行测试以确认其性能和质量。
第五阶段是器件测试阶段。
在这个阶段，将芯片插入到测试设备中，对其进行各种电学、力学或物理特性的测试。
测试可以包括压力测试、温度测试、震动测试等，以验证 MEMS 芯片的性能和可靠性。
最后一个阶段是后封测试阶段。
在这个阶段，将经过器件测试的芯片进行再次封装，以保护芯片不受外界环境的影响，并进行最后的测试以确保其正常运行。
MEMS技术作业 模板一
Key Laboratory of Instrumentation Science & Dynamic Measurement
North University of China
双联腔三振子无阀微泵一个周期内的流量曲线
Key Laboratory of Instrumentation Science & Dynamic Measurement
North University of China
1.2、静电驱动微泵
静电片式微泵
Key Laboratory of Instrumentation Science & Dynamic Measurement
North University of China
1.3、电磁驱动微泵
最上层基体材料为铁镍合金，二三层为硅基 材料，泵的腔体和阀体经湿法腐蚀工艺加工而成， 最底层为封装用的玻璃。
（3）可用于微型航空航天器、微型探测器的 燃料供给和微推力器的微推进系统。
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North University of China 1、位移式往复薄膜式微泵
工作原理：在驱动力作用下，泵膜上下往复运 动，导致压力产生变化。当泵腔体积增大时， 泵腔内压力小于外界压力，流体由入口吸入泵 腔；当泵腔体积减小时，泵腔内压力大于外界 压力，流体由出口排出泵腔。
通过上述的比较得知，压电陶瓷驱动更加适 合于微泵，国内外的研究也证明了这一点。
Key Laboratory of Instrumentation Science & Dynamic Measurement
mems作业
MEMS技术及应用前景MEMS的定义：MEMS称微型机电系统（Micro Electro-Mechanical Systems,美国惯用词）。
它是指可以批量制作的集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至外围接口、通信电路和电源等一体的微型器件或系统，其特征尺寸范围为1nm～10mm.MEMS的特点MEMS的制作主要基于两大技术：IC技术和微机械加工技术。
与传统的微电子和机械加工技术相比，MEMS技术具有以下几个显著的特点：（1）微型化MEMS技术已经达到微米乃至亚微米量级，利用MEMS技术制作的器件具有体积小、耗能低、惯性小、频率高、响应时间短等特点，可携带性得以提高。
（2）集成化微型化利于集成化，把不同功能、不同敏感方向和制动方向的传感器、执行器集成于一体，形成传感器阵列，甚至可以与IC 一起集成为更复杂的微系统。
（3）以硅为基本材料主要有晶体硅和氮化硅等。
力学特性良好，具有高灵敏性，强度、硬度和弹性模量与铁相当，密度同铝，仅为钢的三分之一，热传导率接近铜和钨。
（4）生产成本低在一个硅片上可同时制作出成千上万的微型部件或MEMS，制作成本大幅度下降，有利于批量生产。
1.3MEMS的研究领域，微电子机械系统(MEMS) 技术基于微电子和微机械的有机集成,涉及微电子学、微机械学、微材料学、微摩擦学、微电磁学、微光学、微动力学、微流体力学、微热力学、自动控制、物理、化学及生物医学等多个学科的研究领域,集约了各学科前沿领域研究的新技术、新成果,和纳米科学技术(NST) 一起被列为21 世纪关键技术之首研究现状中国科学工作MEMS技术的研究和推广上也取得了相当大的成就。
据有关资料介绍，"九五"期间，通过微齿轮、微泵、微电机、微马达、微型飞机和微型陀螺等研究，中国科学家提出和发展了由于尺度效应而产生的微机械学。
他们发现：有的宏观脆性材料在纳米尺度时具有很强的塑性；流体在微管流动中，液体的表面张力和对管壁的附着力已不可忽略；在纳米加工及其表面质量分析中，必须考虑原子间的结合力及量子效应。
mems制作流程
MEMS制作流程1. 概述微机电系统（MEMS）是一种集成了微小机械结构、传感器、执行器和电子电路等功能的微型系统。
MEMS制作流程是将设计好的MEMS器件从初始材料开始，通过一系列工艺步骤逐步加工形成最终的器件。
本文将详细介绍MEMS制作的主要步骤和流程。
2. 设计在开始MEMS制作之前，首先需要进行器件的设计。
设计过程包括确定器件的功能、尺寸、材料选择等。
常见的MEMS器件包括压力传感器、加速度计、陀螺仪等。
3. 基础材料准备在进行MEMS制作之前，需要准备一些基础材料，包括硅片（通常为单晶硅或多晶硅）、玻璃基板、金属薄膜等。
这些材料将用于制作MEMS器件的基底和结构。
4. 硅片清洗由于硅片表面容易被污染，因此在进行后续工艺之前需要对硅片进行清洗处理。
清洗过程通常包括去除有机物和无机盐等污染物。
5. 硅片表面涂覆为了实现特定的功能，需要在硅片表面涂覆一层薄膜。
常见的涂覆方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等。
涂覆的薄膜可以是金属、绝缘体或半导体材料。
6. 光刻光刻是MEMS制作中非常重要的步骤，用于定义器件结构的形状和尺寸。
光刻过程包括以下几个步骤： - 涂覆光刻胶：将光刻胶均匀涂覆在硅片上。
- 预烘烤：将硅片放入烘箱中进行预烘烤，使光刻胶变得更加坚固。
- 掩膜对位：将掩模与硅片对位，并使用紫外线曝光机将掩模上的图案转移到光刻胶上。
- 显影：使用显影剂去除未曝光区域的光刻胶。
- 后烘烤：将硅片放入烘箱中进行后烘烤，使已曝光区域的光刻胶更加坚固。
7. 干法刻蚀干法刻蚀是用于将硅片上的材料去除或改变形状的工艺步骤。
常见的干法刻蚀方法包括反应离子刻蚀（RIE）、高密度等离子体刻蚀（DRIE）等。
通过控制刻蚀时间和条件，可以实现不同形状和尺寸的结构。
8. 软件控制在MEMS制作过程中，软件控制起着重要的作用。
通过软件控制，可以精确地控制各个工艺步骤的参数，如温度、时间、气体流量等。
MEMS CAD结课作业--隧道电流加速度计
课程结业试题
平时上课出勤
课程最终
查/实验报告/期中测试 理论/设计/总结报告
及表现（20%）
成绩
（30%）
（50%）
上面表格为该课程最终成绩记入方法。
2011/2012 学年 第 2 学期
《MEMS CAD》课程结业试题
学
院：
班级及学号：
姓
名：
电子与计算机科学技术学院
本结业试题包括：
3
图形处理速度快、编辑功能强、通俗易学、使用方便。L-EDIT 可以设计规则检查 DRC、提 供用户二次开发用的编辑界面 UPI、标准版图单元库及自动布图布线 SPR、器件剖面观察 器 Cross Section Viewer、版图的 SPICE 网表和版图参数提取器 Extract(LPE)等等。
MEMSCAD 的发展使我们能够对复杂的 MEMS 结构及版图进行计算机设计。国外在 20 世 纪 90 年代初就研究出了用于硅压力传感器设计的 MEMSCAD 软件(CAEMEMS)。在 MEMS 的工 艺模拟、器件的建模、仿真分析以及设计优化方面，90 年代中期 IntelliSense 公司和 Microcosm Technologies 公司已开始提供商业专业软件 INTELLISUITE 和 MEMCAD，可用于 三维 MEMS 的工艺和器件模拟及设计优化。未来的一段时间内，MEMSCAD 技术将更加快速 发展，随着 MEMS 技术的迅猛发展，尤其在传感器、微流体、光通信和射频无线通信方面 的广泛应用，MEMSCAD 将在更多方面有所突破，如微机械所特有的三维加工与集成电路工 艺兼容性、系统级、器件级的仿真分析等。
INTELLISUITE 软件分析仿真的步骤：
MEMS作业答案
作业2
1、正型和负型光刻胶具有什么样的特点？
正型光刻胶，其未感光部分能被适当的溶剂溶除，而感光部分则留下，所得的图形与光刻掩模图形相反，有较高的固有分辨力（1μm，甚至更小）、较强的抗干法腐蚀能力和抗热处理能力。
负型光刻胶，其感光部分能被适当的溶剂溶除而留下未感光的部分，所得的图形与光刻掩模图形相同，有较强的粘附性和较强的抗湿法腐蚀能力，而且成本低。
2、腐蚀和剥离工艺对光刻工艺的要求有什么不同，试画图说明？
剥离工艺是一些特殊工艺中形成图形的比较简单的物理方法，优点是可以使用多种材料组合，允许多层金属蒸发，允许腐蚀较困难的多层金属布线，避免了因干法和湿法腐蚀带来钻蚀(undercut)和腐蚀问题。
剥离工艺注重的是光刻胶所形成的形貌，它是剥离工艺的关键（如图1）。
光刻胶经过特殊处理后形成适合剥离的光刻胶的形貌图。
3、淀积和外延有什么区别？为什么外延出的是单晶，淀积出的是多晶？对基底、设备环境要求如何？
作业3
1、结合淀积和外延的区别说明清洗工艺的重要性。
（例，淀积SiO2与外延硅）
作业4
从加工尺度,使用材料丶核心工艺等角度简述体硅工艺和表面工艺的各自特点区别。
MEMS设计作业
基于微梁结构的气流传感器
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North University of China 简介
该型传感器是由台湾大叶大学、台湾国防大学、国立屏东 大学等台湾科研机构几位研究人员利用MEMS技术设计的气流传 感器，该传感器既可以测量气体流速、也可测气体流向。
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North University of China
图2 工作原理图示
力学分析 梁在气流作用发生的形变可以通过组合变形公式（4）求得：
t
t
qa
3
(4 L a )
当今工程中， 气流的测量在好多领域是一项必不可少工作， 它可以广泛用于医疗、过程控制、环境监测等领域。
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North University of China 微流体传感器相关知识
回顾微流体传感器发展史，大致可以分为两类：热的传感器和 非热式传感器。基于热的传感器是依据机械能、热能、以及电能相 互转化而设计的，主要有热线热膜式气体传感器；非热式主要有谐 振式、differential pressure-based、lift-forcebased、基于悬梁式结 构等形式。
简要介绍热式和非热式硅基MEMS气体传感器
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上海mems半导体器件加工流程
上海MEMS半导体器件加工流程介绍MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种将微观机械结构与电子技术相结合的技术，被广泛应用于传感器、执行器和微型系统等领域。
上海作为中国的科技创新中心，拥有先进的MEMS半导体器件加工流程。
本文将详细探讨上海MEMS半导体器件加工流程的各个环节和具体步骤。
设计与模拟在MEMS半导体器件加工流程中，设计与模拟是第一步。
通过计算机辅助设计（CAD）软件，设计师可以绘制出器件的结构和布局，并进行仿真分析。
这一步骤可以帮助设计师预测器件的性能和行为，以便进行进一步的优化。
步骤：1.使用CAD软件绘制器件的结构和布局。
2.进行仿真分析，包括结构力学、电磁特性和流体力学等。
3.根据仿真结果对器件进行优化设计。
掩膜制备掩膜制备是MEMS半导体器件加工流程中的关键步骤之一。
通过光刻技术，将设计好的掩膜图案转移到硅片上，形成所需的器件结构。
步骤：1.准备硅片和光刻胶。
2.将光刻胶涂覆在硅片上，形成均匀的薄膜。
3.将掩膜对准硅片，并使用紫外光照射。
4.通过显影和洗涤步骤，去除未曝光的光刻胶。
5.检查掩膜制备结果，确保图案的清晰性和准确性。
晶圆制备晶圆制备是MEMS半导体器件加工流程的基础，也是最关键的一步。
通过选择合适的硅片和处理工艺，制备出适用于器件加工的高质量晶圆。
步骤：1.选择合适的硅片，包括直径、衬底类型和厚度等参数。
2.清洗硅片，去除表面的杂质和污染物。
3.进行化学机械抛光（CMP）处理，使硅片表面更加平整。
4.对硅片进行热处理，以改善晶格结构和电学性能。
5.检查晶圆的质量和特性，确保其符合加工要求。
制造加工制造加工是MEMS半导体器件加工流程中的核心步骤，通过一系列的工艺步骤，将晶圆上的器件结构逐步建立起来。
步骤：1.清洗晶圆，去除表面的杂质和污染物。
2.进行沉积工艺，包括化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）等，形成薄膜层。
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MEMS作业
1.叙述湿法腐蚀技术的主要工艺流程。
湿法刻蚀：利用合适的化学试剂先将未被光刻胶覆盖的晶体部分氧化分解，然后通过化学反应使一种或多种氧化物或络合物溶解来达到去除目的，包括化学腐蚀和电化学腐蚀。
2.叙述干法腐蚀技术的主要工艺流程。
干法刻蚀：利用辉光的方法产生带电离子以及具有高度化学活性的中性原子与自由基，用这些粒子和晶片进行反应达到光刻图形转移到晶片上的技术。
包括离子溅射刻蚀，等离子反应刻蚀等。
3.叙述体硅和表面硅加工技术的机理与特点，各适用于什么场合？
体硅加工工艺是指对硅衬底片进行加工，获得由衬底材料构成的有用部件的技术。
体硅加工方法：湿法刻蚀、干法刻蚀、干湿混合刻蚀、LIGA技术及DEM技术。
湿法刻蚀：将被腐蚀材料先氧化，然后由化学反应使其生成一种或多种氧化物再溶解。
干法刻蚀：物理作用为主的离子溅射和化学反应为主的反应离子腐蚀兼有的反应溅射。
过程：（1）腐蚀性气体粒子的产生；（2）粒子向衬底的传输；（3）衬底表面的腐蚀；（4）腐蚀反应物的排除。
干湿混合刻蚀：制造波导等新的微结构装置。
LIGA技术：X光深度同步辐射光刻——电铸制模——注塑 DEM技术：由深层刻蚀工艺、微电铸工艺、微复制工艺三部分组成。
可对金属、塑料、陶瓷等非硅材料进行高深宽比三维加工。
体硅加工工艺：定义键合区——扩散掺杂——形成金属电极——硅/玻璃阳极键合——硅片减薄——ICP刻蚀面硅加工方法：薄膜制备的外延生长热氧化、化学沉积、物理沉积、光刻、溅射、电镀等。
该技术能够用二氧化硅、多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃等加工三维较小尺寸的微器件。
面硅加工工艺：下层电极——牺牲层——刻蚀支撑点——沉积多晶硅——刻蚀多晶硅——释放结构表面硅加工技术的关键是硅片表面结构层和牺牲层的制备和腐蚀，以硅薄膜作为机械结构。
这种工艺可以利用与集成电路工艺兼容或相似的平面加工手段，但它的纵向加工尺寸往往受到限制（2-5um）。
体硅未加工工艺是用湿法或干法腐蚀对硅片进行纵向加工的三维加工技术，但他与集成电路平面工艺兼容性不太好。
4.何为加法工艺？何为减法工艺？如何实现？
加法工艺：薄膜生成技术
在微机电器件的制作中，常采用蒸镀和淀积等方法，在硅衬底的表面上制作
各种薄膜，并和硅衬底构成一个复合的整体。
这些薄膜有多晶硅膜、氮化硅膜、二氧化硅膜、合金膜及金刚石膜等。
可作为敏感膜；作为介质膜起绝缘作用；作为衬垫层起尺寸控制作用；也
可
以用作起耐腐蚀、耐磨损的作用。
减法工艺：牺牲层技术
在体型结构的表面上，为了获得有空腔和可活动的微结构，常采用“牺牲
层”
技术。
即在形成空腔结构过程中，将2层薄膜中的下层薄膜设法腐蚀掉，
便可得
到上层薄膜，并形成一个空腔。
被腐蚀掉的下层薄膜在形成空腔过程中，
只起分离层作用，故称为牺牲层。
5.LIGA工艺和准LIGA工艺各有什么特点？其主要工艺过程有哪些？
LIGA 技术特点
（1）可制作高度达数百至1000μm，高宽比大于200，侧壁平行线偏离在亚微米范围内的三维立体微结构；
（2）对微结构的横向形状没有限制，横向尺寸可小到0.5μm，加工精度可达0.1μm；
（3）用材广泛，金属、合金、陶瓷、聚合物、玻璃都可作为LIGA加工的对象；（4）与微电铸、注塑巧妙结合可实现大批量复制生产，成本低。
LIGA工艺过程。
UV-LIGA技术特点
UV-LIGA技术采用基于SU8光刻胶的厚胶紫外光刻工艺取代同步辐射X 光光刻工艺，大大降低了LIGA技术的加工成本，缩短了加工周期，并且可
以制备台阶微结构，适用于加工深度小于500μm，线宽大于5μm，深宽比小于20的微结构。
UV-LIGA工艺原理。
6.DEM工艺特点？该工艺的关键是要解决什么技术难关？
DEM特点
在性能接近的前提下, 技术有着明显的产业优势：
1.价格低廉；
2.加工周期短；
3.可操作性强，无光刻胶与基板的粘结问题；
4.与微电子技术兼容性更好。
利用该技术可以对非硅材料进行三维
微加工。
7. 键合技术的分类与特点？
1、阳极键合
特点：设备简单；键合温度低；与其他工艺相容性好；键合强度及稳定性较高。
2、Si－Si 直接键合
2块硅片通过高温处理可直接键合在一起，中间无需任何粘结剂和夹层，也
无需外加辅助电场。
这种技术是将硅晶片加热至1000度以上，使其处于熔融状态，分子力导致两硅片键合在一起。
它比采用阳极键合优越，因为它可以获得Si－Si键合界面，实现材料的热膨胀系数、弹性系数等的最佳配比，得
到硅一体化结构。
其键合强度可达到硅或绝缘体自身的强度量值，且气密性能好。
3、玻璃封接键合
用于封接的玻璃多为粉状，通常称为玻璃料。
它们由多种不同特征的金属氧
化物组合而成。
不同比例的组成成分，热膨胀系数不同。
若在他们中添加有机粘合剂，便形成糊状体，且易用丝网印刷法形成需要的封接图案，称为封接玻璃或钎料玻璃。
4、金属共熔键合
金属共熔键合是指在被键合的一对表面间夹上一层金属材料膜，形成3层结
构，然后在适当的温度和压力下利用硅与金属形成的共晶实现熔接。
共熔键合常用的共熔材料是，金－硅和铝－硅等。
金－硅共熔的温度为360～400℃，而铝－硅共熔的温度接近600℃。
8.简要说明MEMS设计需注意的事项？
MEMS 软件的设计原则
多能量域耦合计算
结构仿真
完整的材料特性数据库
工艺模拟
系统分析
采用快速有效的算法
9. MEMS设计的主要内容有哪些？
MEMS设计的主要内容主要包括四个方面：
1）系统级设计：研究MEMS系统的功能及其实现的问题，主要的研究方法是将
需要设计的系统按功能划分成具体的模块，再针对各个模块进行功能设计和结构设计。
2）器件级设计：研究具体器件的结构参数和主要性能指标。
目前主要是采用
有限元(FEA)和边界元(BEA)分析方法，建立主要结构的模型，分析结构的性能和参数之间的关系。
3）工艺设计：要得到最终的MEMS系统或器件，必须设计相应的工艺流程。
工
艺流程设计，主要考虑工艺之间的相关性、工艺设备的条件和限制，以及相应的特殊工艺的仿真库。
4）版图设计：指工艺设计和结构设计的具体化、参数化，即掩膜版的图形设
计。
10. MEMS设计的主要方法有哪些？
1）TOP-DOWN设计方法
从系统性能设计入手，确定系统的技术条件和主要性能，将整个系统划分成一些功能模块，并确定这些功能模块的技术性能和应实现的功能。
在此基础上设计更具体的元件。
遵循从系统级设计到器件级设计，再到工艺级设计这一流程。
2）BOTTOM-UP 设计方法
由传统的实验设计方法结合计算机辅助设计而形成的。
它是从基本单元的设计入手，将各基本单元组合成独立的功能模块，由功能模块组合成可以实现某种特殊功能的系统，确定系统的技术条件和主要性能。
3）自行设计制造工艺的设计方法
MEMS工艺的复杂化和器件的多样性，决定了很多研究者必须自行设计制造工艺，这在MEMS研究的最初阶段以及到现在都还被很多人采用。
自行开发工艺需要研究这具有较好的工艺经验积累，也需要有适当的实验条件，开发工艺需要的时间周期也比较长，存在一定的风险。
4）采用标准工艺的设计方法
经过多年的工艺开发和经验积累后，一些加工单位和对外服务的
MEMS Foundry逐渐形成了可以大批量对外服务的标准工艺流程，用户可以采用这些标准工艺流程来设计自己的器件和系统，以节省时间和提高成功率。
对于大多数不具备较好实验条件的研究者来说，采用标准工艺是明智的选择，不但可以缩短研发时间而且可以把精力集中在器件结构和性能提高上。