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1、2007-2008 学年第一学期期末考试试题答案及评分标准（A 卷）MEMS 工艺使用班级：05182401, 05182402, 05182403一填空（20 分）每题 2 分 1、硅晶体的晶格长度为 0.543 nm。2、最常用的各向异性腐蚀液 KOH 溶液 。3、常用的 CVD 有 APCVD 、 LPCVD 和 PECVD 三种。4、薄膜的制造有 CVD、氧化、外延 等 。5、甩胶时，影响光刻胶厚度的因素有 光刻胶的粘度、甩胶时间、转速等 。6、MEMS 结构的几何深宽比定义 深度与宽度之比 。7、干法腐蚀的主要形式有 物理过程 、 化学过程 和 物理化学过程 三种。8、成本最贵的微加
2、工工艺是 LIGA 工艺 。9、掺杂技术主要包括 扩散 和 注入 。 10、在氧化工艺中， （111）面的氧化速率 大于（100）面的氧化速率。二、选择题（20 分）每题 2 分1、常用的光刻中的光源的波长范围是（B） （A）100300nm （B）300500nm （C ）500700nm2、纯单晶硅（B ）（A）存在与自然， （B）用特殊的工艺生长出来， （C）电解出来的3、PSG 代表（C ）（A）多晶硅玻璃；（B）磷硅酸盐玻璃；(C)磷硅玻璃4、注入的外来物质在衬底表面下呈现（B ）（A）均匀分布 （B）不均匀，靠近表面的地方少（C） ）分布依赖于过程的温度。5、扩散过程发生在（ A
3、）（A）高温下 （B）室温下 （C）低温下6、体制造主要涉及部分材料从基底上的（B ）（A）增加；（B）减除；（C）既有增加也有减除7、在曝光后被溶解的光刻胶是（A ）（A）正胶 （B）负胶 （C）正胶或负胶8、表面微制造中的牺牲层被用于（B ）（A）强化微结构；（B）在微结构中产生必要的几何空间；（C）做为结构的部分9、DRIE 代表（C ）（A）干法腐蚀；（B）干法反应离子刻蚀；（C）深反应离子刻蚀10、硅/玻璃的阳极键合发生于（ C ）（A）高温下， （B）高温高压下， （C）高温和高电压下三、简答题（30 分）每题 6 分1、光刻三要素指什么？光刻有哪三种方式？各有什么优缺点？光刻三要
4、素：光刻胶、掩膜版和光刻机 （2 分）光刻有接触式、接近式、投影式三种方式 （1 分）接触式光刻：分辨率较高，容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤。 （1 分）接近式光刻：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(1025m)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低 （1 分）投影式光刻：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上，可以减小掩膜版的损伤具，有非接触、高分辨率的特点，但价格较贵。 （1 分）2、离子注入后为何需要退火？ 一般来说，离子注入后，材料中晶格缺陷和残余应力比较大（3 分） ，而退火可以在一定程度上消除晶格缺陷和残余应力，因此离子注入后需要退火。 （3 分）3、有哪几种自停止腐蚀方法
5、？（1） 重掺杂自停止腐蚀 （1 分）（2）(111)面停止 （1 分）（3）薄膜自停止腐蚀 （1 分）（4）P-N 结自停止腐蚀 （1 分）（5）电化学自停止腐蚀 （2 分）4、简述阳极键合的机理，并说明键合过程中电流表的作用。阳极键合的机理是在强大的静电力的作用下，将两个被键合的表面紧压在一起；在一定的温度下，通过氧硅化学价键合，将硅及淀积有玻璃的硅基片牢固的键合在一起。 （3 分）通过测量键合过程中的电流随时间的变化可以获悉整个键合过程的情况，在键合初期，电流值较大，但经过若干秒后，电流便很快衰减，等电流趋近于零时，平衡才能达到，键合过程进行，并经若干秒后完成。 （3 分）5、在用 KO
6、H 进行湿法腐蚀时，为何要用氧化硅和氮化硅做掩膜，长时间腐蚀时用哪个更好一些？在 KOH 溶液中，氧化硅与硅的腐蚀速率之比为 1000：1，氮化硅与硅的腐蚀速率之比为10000：1，因此可以利用氧化硅和氮化硅做掩膜。 （3 分）由于氮化硅比氧化硅的耐腐蚀性更强，因此在长时间腐蚀时，选择氮化硅更好一些。 （3分）四、论述题（30 分）每题 15 分1、 论述 MEMS 中三大工艺的主要优缺点（15 分）体硅加工：（5 分）1) 简单，是一个成熟的工艺过程；2) 生产成本低，但材料损失大；3) 适合简单几何形状，如：微压传感器基片及致动部分；4) 仅限于低深宽比的几何形状，即表面尺寸要远大于深度尺
7、寸。 。微机械表面加工（5 分）1) 需要在材料基底上构造层；2) 复杂的掩膜设计及生产；3) 必须腐蚀牺牲层；4) 整个工艺耗时多，成本大；5) 有类似于界面应力和静态阻力等工程问题；6) 主要优势：不受硅晶片厚度的限制；薄膜材料的选择范围大；适合于复杂的形状，比如：微阀和驱动器。LIGA 工艺（5 分）1) 所有工艺中花费最多的工艺；2) X 射线光刻需要用到一种特殊的同步加速器辐射设备3) 需要研制微注入压模技术及进行大批量生产的设备；主要优点包括：（1）事实上，微结构的长宽比不受限制；（2）柔性的微结构和几何形状；（3）是三种技术中唯一可生产金属微结构的；（4）在准备了注入压模的情况下
8、，是三种制造工艺中最适合批量生产的2、 为什么说硅是比较理想的 MEMS 材料。 （15 分）单晶硅是用于 MEMS 和微系统最广泛的衬底材料。硅在这方面应用的普遍性主要是因为下面的原因：1) 它的机械性能稳定并且可被集成到相同衬底的电子器件上。 （2 分）2) 硅几乎是一个理想的结构材料。它具有几乎与钢相同的杨氏模量（约 2105Mpa） ，但却与铝一样轻。 （3 分）3) 它的熔点为 1400，约为铝的两倍。高熔点可使硅即使在高温的情况下保持尺寸的稳定。 （3 分）4) 它的热膨胀系数比钢小 8 倍，比铝小 10 倍。 （2 分）5) 首先，硅在事实上没有机械迟滞。因此是理想的传感器和执行器的候选材料。并且，硅晶片非常平，所以可以在其上制作涂层或者附加的薄膜层来形成微几何结构或者导电。 （3 分）6) 比起其它的衬底材料，硅衬底在设计和制造中具有更大的灵活性。硅衬底的处理和制作工艺已经使用很久而且得到证实。 （2 分）
