《清华大学mems课程讲义王喆垚》由会员分享，可在线阅读，更多相关《清华大学mems课程讲义王喆垚（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微电子学研究所微电子学研究所 Institute ofMicroelectronics MEMS 与微系统 第三章 微系统制造技术 (四)其他技术与工艺集成 王喆垚王喆垚 62789151 ext. 322 z.wang ?其他微加工技术其他微加工技术 ?三维三维MEMS结构结构 ?工艺集成工艺集成 ?封装封装 2/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 ?典型典型MEMS制造方法制造方法 ?体微加工体微加工(Bulk micromachining) ?湿法刻蚀湿法刻蚀 (Wet Etching
2、 ) ?干法刻蚀干法刻蚀 (Dry Etching ) ?表面微加工表面微加工(Surface micromachining) ?集成电路技术集成电路技术 ?牺牲层技术牺牲层技术 (Sacrificial layer ) ?其他微加工技术其他微加工技术 ?键合键合(Bonding) ?LIGA/UV LIGA ?软光刻技术软光刻技术(Soft Lithography) ?传统机械微加工传统机械微加工 ?微电火花、电铸、三维模铸、激光微电火花、电铸、三维模铸、激光 典型MEMS制造方法 3/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工
3、技术三维MEMS结构工艺集成封装 键合 ?键合键合(Bonding) ?通过分子间作用力，将两个或多个基底结合为一个基底的技术通过分子间作用力，将两个或多个基底结合为一个基底的技术 ?分子间作用力分子间作用力 ?Van der Waals force ?Metallic bonds ?Ionic bonds ?Covalent bonds ?键合分类键合分类 ?直接键合直接键合 ?阳极键合阳极键合 ?中间层键合中间层键合 ?高分子键合高分子键合 ?金属热压键合金属热压键合 4/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维ME
4、MS结构工艺集成封装 键合 ?直接键合直接键合 ?过程过程 ?两个极其光洁平整两个极其光洁平整(?)的硅片接触后高温加热的硅片接触后高温加热 ?熔融键合熔融键合 (Fusion Bonding) ?条件条件 ?粗糙度和起伏粗糙度和起伏 ?NH3溶液使硅片变为亲水并提供溶液使硅片变为亲水并提供OH- ?等离子体提高活性等离子体提高活性 ?初始接触时依靠范德华力初始接触时依靠范德华力 ?加热温度加热温度: 800-1200 ?特点特点 ?键合强度高键合强度高 ?键合困难，对硅片要求极高键合困难，对硅片要求极高 5/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectr
5、onics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 键合 ?直接键合直接键合 ?机理机理 ?目前尚未完全清楚目前尚未完全清楚: 氧和硅原子间的分子间作用力氧和硅原子间的分子间作用力 Where dose H2O go? Escapes from the interface or remains there? 6/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 ?直接键合直接键合 键合 7/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三
6、维MEMS结构工艺集成封装 ?条件条件 ?Corning 7740, Shott 8830 ?加热加热: 300-400 ?电压电压: 500-1500V ?机理机理 ?电压作用下正离子电压作用下正离子 (Na+) 向阴极移动，玻璃表面出现负电区向阴极移动，玻璃表面出现负电区 ?负电区中的负离子负电区中的负离子(O2-) 和硅片中的正离子之间的静电力吸引和硅片中的正离子之间的静电力吸引 ?距离进一步接近，分子间作用力距离进一步接近，分子间作用力 键合 ?阳极键合阳极键合(Anodic Bonding) ?过程过程 ?阳极键合阳极键合：硅和含钠玻璃接 触后，施加电压和一定温度 硅和含钠玻璃接 触
7、后，施加电压和一定温度 8/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 键合 ?阳极键合特点阳极键合特点 ?中低温度，键合过程迅速中低温度，键合过程迅速 ?对硅片要求不高，容易实现对硅片要求不高，容易实现 9/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 键合 ?高分子键合高分子键合 ?用高分子层作为粘附层用高分子层作为粘附层 10/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microe
8、lectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 键合 ?高分子键合高分子键合 ?预固化预固化 (蒸发溶剂蒸发溶剂) ?加热预固化加热预固化 (热塑化热塑化) ?固化固化 (大分子反应，热固化大分子反应，热固化) 11/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 键合 ?金属键合金属键合 ?用金属层作为粘附层产生低温相变用金属层作为粘附层产生低温相变 12/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工
9、艺集成封装 键合 ?金属键合金属键合 ?凸点（凸点（bump） 13/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 键合 ?应用应用 ?复杂结构复杂结构 ?封装封装 1) How to etch? 2) Double-side litho? 3) Bonding? 燃料入口 燃烧室 1 2 3 4 5 6 14/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 键合 ?压阻压力传感器压阻压力传感器 15/65 微
10、电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 LIGA LIthographie (lithography)光刻光刻 Galvanoformung (electroforming)电铸电铸 Abformung (molding)模铸模铸 2. 显影显影 4. 金属模金属模 6. 脱模脱模 Mould cavity Resist structure Plastic structure 5. 模铸模铸 3. 电铸电铸 1. 光刻光刻 Plastic (moulding compound) Metal Resist
11、 structure Electrical conductive base plate Base plate Absorber structure Mask membrane Resist 16/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 LIGA ?特点特点 ?传统机械与微加工的结合传统机械与微加工的结合 ?适合大批量生产适合大批量生产 ?能够制造大深宽比的结构能够制造大深宽比的结构 17/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技
12、术三维MEMS结构工艺集成封装 LIGA 18/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 软光刻技术 ?软光刻软光刻 soft lithography ?定义：掩膜版为软性材料定义：掩膜版为软性材料 ?对比于对比于mask ?分类分类 ?微接触印刷微接触印刷 ?复制模铸复制模铸 ?压印与热压压印与热压 ?材料材料 ?高分子：高分子：PDMS，PMMA ?母版母版 ?用于制造掩膜版的母版用于制造掩膜版的母版 ?通常为硬材料通常为硬材料 ?弹性体印章弹性体印章 ?掩膜版掩膜版 19/65 微电子学研究
13、所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 软光刻技术 ?弹性体印章的制造弹性体印章的制造 PDMS SU8 硅 PE 薄膜 玻璃 玻璃 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 制造并硅烷化母版 二氧化硅或 光刻胶等 在母板上灌注PDMS 固化并释放PDMS PDMS变形 下垂粘附 衬底 20/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 软光刻技术 ?微接触印刷微接触印刷 PDMS SAM Au PDMS PDMS
14、 Au 21/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 软光刻技术 ?微接触印刷微接触印刷 22/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 软光刻技术 ?复制模铸复制模铸 PDMS PDMS 浇铸预聚物 固化，剥离模版 23/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 软光刻技术 ?压印与热压压印与热压 2
15、4/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 软光刻技术 ?压印与热压压印与热压 25/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 ?其他微加工技术其他微加工技术 ?三维三维MEMS结构结构 ?体微加工技术体微加工技术 ?表面微加工技术表面微加工技术 ?体微加工表面微加工体微加工表面微加工 ?工艺集成工艺集成 ?封装封装 26/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microel
16、ectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 体微加工技术 ?SCREAM: Single Crystalline Reactive Etching and Metallization (b) (h) 悬空结构 (g) (f) (e) (d) SiO2 硅衬底 光刻胶SiO2 (a) (c) 金属 27/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 体微加工技术 ?HARPSS(体硅牺牲层技术) SiN 硅衬底 (a)(b) SiO2 (c)(d) 多晶硅 (e) 光刻胶 金属 (f) (g) (h) 28/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维MEMS结构工艺集成封装 体微加工技术 ?DRIEBonding/SOI(Silicon on insulator) 29/65 微电子学研究所微电子学研究所 Institute of Microelectronics 其他微加工技术三维ME
