硅基MEMS制造技术

随着MEMS技术的不断成熟和全面走向应用，MEMS芯片的量产问题变得越来越重要。显然MEMS芯片的量产必须在集成电路生产线上进行，但是MEMS芯片制造与集成电路制造相比有明显不同，这使得集成电路生产线在转型制造MEMS芯片时会遇到一些特殊的工艺问题。本书主要围绕如何利用集成电路平面工艺制造三维微机械结构，进而实现硅基MEMS芯片的批量制造，系统介绍了硅基MEMS芯片制造技术。由于MEMS涉及学科较多，为了让不同学科背景的人能够快速读懂本书，本书先对MEMS的来龙去脉及MEMS出现的原因进行了简单介绍，然后详细介绍了相关内容，尽量做到通俗易懂。希望读者通过本书能全面了解硅基MEMS芯片制造技术，为从事与MEMS相关的工作打下基础。

 

第1章绪论
1.1MEMS技术发展历程
1.2典型MEMS产品
1.3MEMS发展缓慢的主要原因
1.4MEMS发展的启示
参考文献
第2章常规集成电路制造工艺简介
2.1集成电路制造工艺流程
2.2清洗工艺
2.2.1H2SO4/H2O2去除残留有机物
2.2.2HF/NH4F去除SiO2
2.2.3HCl/H2O2去除金属元素
2.2.4NH3·H2O/H2O2去除颗粒物
2.2.5标准清洗工艺
2.2.6脱水处理
2.2.7特殊清洗工艺
2.3氧化和扩散工艺
2.3.1氧化工艺
2.3.2扩散工艺
2.3.3其他热加工工艺
2.4光刻工艺
2.4.1光刻工艺主要工序
2.4.2光刻版
2.4.3增黏剂
2.4.4光刻胶
2.4.5光刻机类型
2.4.6光刻机分辨率和对准
2.4.7显影
2.4.8检验
2.5离子注入工艺
2.5.1离子注入特点及分类
2.5.2离子注入过程
2.5.3剂量和能量
2.5.4隧道效应
2.5.5掺杂原子激活
2.6用于布线的金属薄膜工艺
2.6.1金属薄膜概述
2.6.2薄膜形成工艺
2.6.3台阶覆盖
2.6.4电迁移现象
2.6.5尖刺现象
参考文献
第3章三维微机械结构湿法腐蚀技术
3.1各向同性腐蚀技术
3.1.1腐蚀原理
3.1.2腐蚀装置
3.1.3HNA腐蚀规律
3.1.4各向同性腐蚀的应用
3.2各向异性腐蚀技术
3.2.1腐蚀原理
3.2.2腐蚀装置
3.2.3腐蚀规律
3.2.4削角补偿
3.2.5各向异性腐蚀的应用
3.3自停止腐蚀技术
3.3.1重掺杂自停止腐蚀技术
3.3.2电化学自停止腐蚀技术
3.3.3注入损伤自停止腐蚀技术
3.3.4GexSi1-x应变层自停止腐蚀技术
3.3.5自停止腐蚀技术的应用
3.4多孔硅湿法腐蚀技术
3.4.1多孔硅腐蚀机理
3.4.2多孔硅的特性
3.4.3多孔硅的应用
参考文献
第4章三维微机械结构干法刻蚀技术
4.1深反应离子刻蚀技术
4.1.1等离子体与反应离子刻蚀基础
4.1.2刻蚀指标
4.1.3Bosch工艺
4.1.4低温刻蚀技术
4.1.5DRIE工艺应用实例
4.2XeF2干法各向同性腐蚀技术
4.2.1XeF2硅腐蚀的原理
4.2.2XeF2硅腐蚀工艺方法
4.2.3XeF2硅腐蚀的腐蚀速率和尺寸效应
4.2.4XeF2硅腐蚀的选择比
4.2.5XeF2硅腐蚀的典型工艺和应用
4.3气相HF腐蚀
4.3.1气相HF腐蚀原理
4.3.2气相HF腐蚀在加速度计中的应用
参考文献
第5章键合技术
5.1硅-硅直接键合技术
5.1.1键合工艺特性
5.1.2键合装置
5.1.3键合工艺
5.1.4应用场合
5.2硅-玻璃直接键合技术
5.2.1键合原理
5.2.2键合工艺特性
5.2.3键合装置
5.2.4键合工艺
5.2.5应用场合
5.3带金属中间层的键合技术
5.3.1共晶键合
5.3.2热压键合
5.3.3反应键合
5.4黏附层键合
5.5Ｘ-硅键合
5.5.1等离子体辅助键合
5.5.2表面激活键合
5.6键合强度检测
5.6.1键合面键合质量
5.6.2键合强度的表征
参考文献
第6章低应力薄膜制造技术
6.1多晶硅薄膜
6.1.1薄膜沉积工艺介绍
6.1.2LPCVD制备多晶硅薄膜的基本原理
6.1.3LPCVD成膜装置
6.1.4LPCVD多晶硅薄膜及其工艺特性
6.1.5适合应用的场合
6.2氮化硅薄膜
6.2.1基本原理与工艺特性分析
6.2.2不同工艺特性分析
6.2.3高温退火工艺的影响
6.2.4适合应用的场合
6.3二氧化硅薄膜
6.3.1不同工艺特性分析
6.3.2LPCVD法制备二氧化硅薄膜基本原理
6.3.3LPCVD法制备二氧化硅薄膜工艺特性
6.3.4适合应用的场合
6.4压电薄膜
6.4.1压电薄膜简介
6.4.2PZT压电薄膜
6.4.3氮化铝压电薄膜
6.5非晶硅薄膜
6.5.1基本原理
6.5.2不同工艺特性分析
6.5.3适合应用的场合
6.6工艺检测
6.6.1椭圆偏振光谱仪
6.6.2原子力显微镜
6.6.3薄膜应力分析
参考文献
第7章牺牲层技术
7.1多晶硅/SiO2牺牲层技术
7.2金属/光刻胶牺牲层技术
7.2.1光刻胶
7.2.2光刻胶牺牲层工艺
7.2.3光刻胶牺牲层的应用
7.3介质材料/单晶硅牺牲层技术
7.3.1单晶硅牺牲层工艺
7.3.2单晶硅牺牲层的应用
参考文献
第8章膜结构制造技术
8.1膜结构简介
8.2开放膜结构
8.3封闭膜结构
8.4岛膜结构
8.5常见膜结构的应用和相应的制造工艺
参考文献
第9章梁结构制造技术
9.1单臂梁结构
9.1.1单臂梁结构力学特性
9.1.2单臂梁结构制造工艺
9.1.3单臂梁的工作模式
9.1.4单臂梁的应用
9.2多臂梁结构
9.2.1多臂梁结构力学特性
9.2.2多臂梁结构制造工艺
9.2.3多臂梁的应用
9.3双面梁结构
9.3.1双面梁结构力学特性
9.3.2双面梁结构制造工艺
9.3.3双面梁的应用
9.4梳齿梁结构
9.4.1梳齿梁结构制造工艺
9.4.2梳齿梁的应用
参考文献
第10章纳米敏感结构制造技术
10.1硅纳米线制造方法及关键工艺
10.1.1氧化工艺
10.1.2湿法腐蚀工艺
10.2鸟嘴型硅纳米线制造方法
10.2.1工艺参数
10.2.2工艺流程
10.2.3制造结果
10.3顶层硅纳米线阵列制造方法
10.3.1光刻及掩模刻蚀工艺
10.3.2硅的各向异性腐蚀工艺
10.3.3硅的热氧化工艺
10.4底部硅纳米线阵列制造方法
10.4.1光刻及掩模刻蚀工艺
10.4.2硅深刻蚀工艺
10.4.3硅各向异性腐蚀工艺
10.4.4硅的热氧化工艺
10.4.5二氧化硅的腐蚀工艺
10.5双层硅纳米线制造技术
10.5.1垂直堆叠硅纳米线制造的工艺流程
10.5.2垂直堆叠硅纳米线的制造结果
参考文献
第11章典型MEMS芯片制造工艺流程
11.1惯性传感器
11.1.1硅体微加工工艺
11.1.2表面微加工工艺
11.1.3商业化惯性器件加工工艺平台
11.2压力传感器
11.2.1压力传感器结构描述
11.2.2压力传感器工艺流程
11.2.3压力传感器关键工艺
11.3热电堆红外传感器
11.3.1通过释放孔刻蚀硅衬底释放热电堆结构层
11.3.2 通过释放孔刻蚀牺牲层释放热电堆结构层
11.3.3背面结构释放工艺
11.4体声波谐振器
11.4.1基本原理和器件结构
11.4.2性能优化
11.4.3关键制备工艺
11.4.4FBAR器件制造工艺流程
11.4.5SMR-BAW制造工艺流程
11.4.6工艺误差和修正
11.5硅传声器
11.6压电微机械超声换能器
参考文献