MEMS器件工艺设计.ppt

1-表面微机械加工工艺 很多与集成电路工艺兼容，为了释放结构增加了牺牲层释放工艺 最大优点：充分利用了现有的集成电路生产工艺，对机械零部件的尺度控制较好，与集成电路工艺兼容性好，使其易于实现微结构和信号处理电路的单片集成，形成大规模生产。 × 缺点在于它制造的机械结构基本是二维的。该工艺加工的微机械结构的厚度完全受到沉积薄膜的厚度限制，受沉积薄膜材料的特性影响较大，如结构层材料的应力、牺牲层去除后可动结构与衬底的粘附等问题 小结 2-体硅微机械加工工艺 通过对基体材料（硅）进行加工，制作出三维结构 键合技术和体硅加工技术结合起来可制作多种结构 经过多次掩膜、单面和双面光刻及腐蚀等工艺加工而成，再将关键部分精确对准键合成一个整体 优点：结构多样化；可以加工较大的可动质量块（如加速度计，可以使检测电容更大），有利于提高微机械惯性传感器的分辨率和灵敏度等性能指标。 × 缺点：比表面微机械加工要复杂，而且体积较大、成本较高，与集成电路工艺不兼容 小结 3-MEMS工艺设计综合考虑- 千里之堤，溃于蚁穴 细节决定成败 4-MEMS工艺发展趋势 表面牺牲层技术向多层、集成化方向发展 体硅工艺主要表现为键合与深刻蚀技术的组合，追求大质量块和低应力 表面工艺与体硅工艺进一步结合 设计手段向专用CAD工具方向发展 小结 Ⅳ 总结 1.小机械，大作为 国防科技和军事装备 应用需求 民用 “物联网” （internert of things） 至少三件事情可以尽快去做： 一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来； 二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展； 三是尽快建立中国的传感信息中心， 或者叫“感知中国”中心，这样就有了“物联网” RFID 传感网 互联网 2. 发展现状 国内 规范MEMS制造工艺 推动实验室成果商品化 扩大MEMS应用范围 加快产业化进程 国外 3. 中心MEMS加工能力 Thank you ! * 表面处理：表面改性，如采用化学处理技术改变表面特征 Integration of a surface micromachining process that has three layers of polysilicon with a one-metal, two-polysilicon, p-well based LOCOS CMOS process that requires a total of 18 masks and 22 lithography steps. 干法刻蚀，精细图形制作，深槽干法刻蚀 抛光 K0为比例常数，[H2O]、[KOH]为水和KOH的摩尔浓度，Ea为腐蚀剂的激活能，T为溶液温度 * 非硅工艺，成本高，短期内难以工业化生产 * 定义：对硅衬底进行加工的技术 采用各向异性化学腐蚀（或深槽干法刻蚀）， 利用腐蚀液在硅的各晶向上不同的腐蚀速率来 制作不同的微机械结构通过对硅的深腐蚀和硅 片整体键合完成立体结构的硅器件 3. 2 体硅微机械加工工艺 材料选择 掩膜选择 腐蚀工艺 工艺整体设计考虑 成品率 3. 2 体硅微机械加工工艺 关键工艺是刻蚀 掩膜选择 湿法腐蚀 干法刻蚀 器件结构、工艺要求、经济、安全等方面考虑 3. 2 体硅微机械加工工艺 各向同性 各向异性 化学溶液 通常腐蚀是在有掩膜条件下进行，或结合自停止腐蚀技术完成，以获得所需图形 湿法腐蚀是最早应用于IC 和MEMS的技术—1970 各向同性腐蚀—与晶向无关，各方向上有相同的腐蚀速率 HNA：HF+HNO3+H2O +HAC（CH3COOH） 各向异性腐蚀—腐蚀速率依赖于单晶晶向 不同的腐蚀液、各晶向的腐蚀速率、掺杂浓度 3. 2 体硅微机械加工工艺-湿法腐蚀工艺 使用有毒的化学药品，产生大量废液，不利于环保和安全；粘附现象和钻蚀现象（不利于精细图形） 腐蚀机理 空穴到达半导体表面；Si+2H+——Si2+ 吸附来自水中的OH-： Si2+ + 2OH-——Si（OH）2 Si（OH）2与溶液中的络和剂反应 副产物在腐蚀剂中溶解 对腐蚀速率的影响： 反应速率限制：腐蚀速率受制于化学反应速率 扩散限制：腐蚀速率受制于反应剂的输运 通过液体到达或离开表面 3. 2 体硅微机械加工工艺-湿法腐蚀工艺 扩散限制下：激活能较低（通常几KJ/mol） 对反应温度不敏感 溶液搅拌十分重要—提高到达表面的反应剂浓度