微机电系统-MEMS简介.ppt

1959年就有科学家提出微型机械的设想，但直到1962年才出现属于微机械范畴的产品—硅微型压力传感器。其后尺寸为50～500微米的齿轮、齿轮泵、气动蜗轮及联接件等微型机构相继问世。而1987年由华裔留美学生冯龙生等人研制出转子直径为60微米和100微米的硅微型静电电机，显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构并与集成电路兼容制造微小系统的潜力，在国际上引起轰动，科幻小说中描述把自己变成小昆虫钻到别人的居室或心脏中去的场景将要成为现实展现在人们面前。同时，也标志着微电子机械系统(MEMS)的诞生。 世界上第一个微静电马达 MEMS的发展过程 MEMS的发展过程的重要历史事件 MEMS的应用领域 由于MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗小、成本低、可靠性高、性能优异、功能强大、可以批量生产等传统传感器无法比拟的优点，因此在航空、航天、汽车、生物医学、环境监测、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。 MEMS的应用领域 国外MEMS 技术在引信中的应用 MEMS 技术在精确打击弹药引信中的应用 OMOM智能胶囊消化道内窥镜系统 金山科技集团研制的胶囊内镜 仿学中的应用（仿生纤毛） 大机械制造小机械，小机械制造微机械 日本为代表 LIGA工艺 Lithograpie(光刻)、Galvanoformung(电铸) Abformung(塑铸) 德国为代表 硅微机械加工工艺：体硅工艺和表面牺牲层工艺 美国为代表 Materials 硅基材料 单晶硅，多晶硅，非晶硅，二氧化硅，氮化硅，碳化硅，SOI(Silicon On Insulator)。 聚合物材料 光刻胶，聚二甲硅氧烷 其他材料 砷化镓，石英，玻璃，钻石，金属。 Technologies 物理气相淀积(Physical Vapour Deposition ) 化学气相淀积(Chemical Vapour Deposition) 电镀（Electroplating） 旋转铸模 （Spin Casting） 溶胶-凝胶（Sol–Gel Deposition） 光刻(Photolithography ) 刻蚀: 干法刻蚀（DRIE,ICP）和湿法腐蚀 键合技术 物理气相淀积(PVD) 物理气相淀积是利用某种物理过程，例如蒸发或溅射过程来实现物质转移，即把原子或分子由源转移到衬底表面上，从而淀积形成薄膜，整个过程不涉及化学反应，常用的有真空蒸发和溅射。 真空蒸发是在真空室中，吧所要蒸发的金属加热到相当高的温度，使其原子或分子获得足够高的能量，脱离金属材料表面的束缚而蒸发到真空中，从而淀积在硅晶原片表面形成一薄的膜。 优点：较高的淀积速率，薄膜纯度高，厚度控制精确，生长机理简单缺点：台阶覆盖能力差，工艺重复性不好，淀积多元化合金薄膜时组分难以控制 溅射是利用带有电荷的离子在电场中加速后具有一定动能的特点那个，将离子引向被溅射物质，轰击被溅射物质使其原子或分子逸出从而淀积到硅晶圆片上形成薄膜。这个过程就像用石头用力扔向泥浆中，会溅出许多泥点落在身上一样。 优点：淀积薄膜与衬底附着性好，淀积多元化合金薄膜时组分容易控制，较高的薄膜溅射质量，高纯靶材，高纯气体 。 化学气相淀积(CVD) 指把含有构成薄膜元素的两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。淀积氮化硅膜(Si3N4)就是一个很好的例子，它是由硅烷和氮反应形成的。几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等 目前常用的有常压化学气相淀积(APCVD) 、低压化学气相淀积(LPCVD)以及等离子体增强化学气相淀积(PECVD) 有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点。 相对于与PVD相比，其优点：结晶性和理想配比都比较好，薄膜成分和膜厚容易控制，淀积温度低，台阶覆盖性好。 真空镀膜仪 磁控溅射 电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上 光刻 工艺流程 曝光方法：接触式曝光（Conta