MEMS键合工艺简介课件
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微系统封装技术-键合技术
航空航天领域
用于制造微型化航空电子设备、 卫星电路模块等。
通信领域
用于制造手机、路由器、交换 机等通信设备中的微型化电路 模块。
医疗领域
用于制造微型化医疗器械，如 植入式电子器件、医疗传感器 等。
智能制造领域
用于制造微型化工业传感器、 控制器等智能制造设备中的电 路模块。
02
键合技术的基本原理
键合技术的定义
键合技术的关键要素
键合材料的选择
总结词
选择合适的键合材料是实现高质量微系统封装的关键，需要考虑材料的物理性质、化学稳定性、热膨胀系数匹配 等因素。
详细描述
在微系统封装中，键合材料的选择至关重要。材料需要具备优良的导热性、导电性、耐腐蚀性和稳定的化学性质， 以确保键合的可靠性和长期稳定性。此外，材料的热膨胀系数也需要与基材相匹配，以减少因温度变化引起的应 力，防止键合层破裂或脱落。
超声键合技术
超声键合技术是一种利用超声波能量实现芯片 与基板连接的封装技术。
超声键合技术具有非热、非机械接触、快速和 低成本的优点，适用于各种不同类型的材料和 器件。
超声键合技术的关键在于超声波的传播和控制， 需要精确控制超声波的频率、振幅和作用时间 等参数，以确保键合的质量和可靠性。
热压键合技术
环境友好型封装技术
无铅封装
推广无铅封装技术，减少 对环境的重金属污染，满 足绿色环保要求。
可回收封装
研究开发可回收再利用的 封装材料和工艺，降低资 源消耗和环境污染。
节能封装
优化封装设计和工艺，降 低微系统封装的能耗，实 现节能减排的目标。
06
结论
微系统封装技术的重要性
提升电子设备性能
节能环保
键合质量的检测与控制
引线键合工艺
MEMS器件引线键合工艺（wire bonding）2007-2-1 11:58:29以下介绍的引线键合工艺是指内引线键合工艺。
MEMS芯片的引线键合的主要技术仍然采用IC芯片的引线键合技术，其主要技术有两种，即热压键合和热超声键合。
引线键合基本要求有：（1）首先要对焊盘进行等离子清洗；（2）注意焊盘的大小，选择合适的引线直径；（3）键合时要选好键合点的位置；（4）键合时要注意键合时成球的形状和键合强度；（5）键合时要调整好键合引线的高度和跳线的成线弧度。
常用的引线键合设备有热压键合、超声键合和热超声键合。
（1）热压键合法：热压键合法的机制是低温扩散和塑性流动(Plastic Flow)的结合,使原子发生接触,导致固体扩散键合。
键合时承受压力的部位，在一定的时间、温度和压力的周期中，接触的表面就会发生塑性变形(Plastic Deformation)和扩散。
塑性变形是破坏任何接触表面所必需的,这样才能使金属的表面之间融合。
在键合中,焊丝的变形就是塑性流动。
该方法主要用于金丝键合。
（2）超声键合法：焊丝超声键合是塑性流动与摩擦的结合。
通过石英晶体或磁力控制，把摩擦的动作传送到一个金属传感器(Metal“HORN”)上。
当石英晶体上通电时，金属传感器就会伸延；当断开电压时，传感器就会相应收缩。
这些动作通过超声发生器发生，振幅一般在4-5个微米。
在传感器的末端装上焊具，当焊具随着传感器伸缩前后振动时，焊丝就在键合点上摩擦，通过由上而下的压力发生塑性变形。
大部分塑性变形在键合点承受超声能后发生，压力所致的塑变只是极小的一部分，这是因为超声波在键合点上产生作用时，键合点的硬度就会变弱，使同样的压力产生较大的塑变。
该键合方法可用金丝或铝丝键合。
（3）热超声键合法这是同时利用高温和超声能进行键合的方法，用于金丝键合。
三种各种引线键合工艺优缺点比较：1、引线键合工艺过程引线键合的工艺过程包括：焊盘和外壳清洁、引线键合机的调整、引线键合、检查。
《MEMS加工工艺》PPT课件
1
MEMS加工工艺
精选ppt
1
控制部分 电子学
机械 部分 传感 执行
微电子学 MEMS
3
MEMS结构的特点
可动 三维 微尺度 形状复杂 材料的多样性
精选ppt
3
MEMS加工工艺分类
4
部件及子系统制造工艺
半导体工艺、集成光学工艺、厚薄膜工艺、微机械加 工工艺等
封装工艺
硅加工技术、激光加工技术、粘接、共熔接合、玻璃 封装、静电键合、压焊、倒装焊、带式自动焊、多芯 片组件工艺
这一反应为络合化反应
精选ppt
19
HF的作用
20
显然，HF的作用在于促进阳极反应，使 阳极反应产物SiO2溶解掉，不然，所生 成的SiO2就会阻碍硅与H2O的电极反应。
精选ppt
20
H＋离子 浓度的影响
21
HF、HNO3可用H2O或CH3COOH稀释。在HNO3溶 液中HNO3几乎全部电离，因此H＋浓度很高，而 CH3COOH是弱酸，电离度较小，HNO3＋ CH3COOH的溶液中，H＋与CH3COO－发生作用， 生成CH3COOH分子，而且CH3COOH的介电场数 （6.15）低于水的介电场数（81），因此在HNO3 ＋CH3COOH混合液中H＋离子浓度低。
铸形成高深宽比微结构的方法。设备昂贵，需特制的X射线掩模 版，加工周期长，与集成电路兼容性差
精选ppt
6
7
硅基微机械加工技术
体硅微机械加工技术
硅各向异性化学湿法腐蚀技术 熔接硅片技术 反应离子深刻蚀技术
表面微机械加工技术
利用集成电路的平面加工技术加工微机械装置 整个工艺都基于集成电路制造技术 与IC工艺完全兼容，制造的机械结构基本上都是二维的
MEMS加工工艺
精选ppt
1
控制部分 电子学
机械 部分 传感 执行
微电子学 MEMS
3
MEMS结构的特点
可动 三维 微尺度 形状复杂 材料的多样性
精选ppt
3
MEMS加工工艺分类
4
部件及子系统制造工艺
半导体工艺、集成光学工艺、厚薄膜工艺、微机械加 工工艺等
封装工艺
硅加工技术、激光加工技术、粘接、共熔接合、玻璃 封装、静电键合、压焊、倒装焊、带式自动焊、多芯 片组件工艺
这一反应为络合化反应
精选ppt
19
HF的作用
20
显然，HF的作用在于促进阳极反应，使 阳极反应产物SiO2溶解掉，不然，所生 成的SiO2就会阻碍硅与H2O的电极反应。
精选ppt
20
H＋离子 浓度的影响
21
HF、HNO3可用H2O或CH3COOH稀释。在HNO3溶 液中HNO3几乎全部电离，因此H＋浓度很高，而 CH3COOH是弱酸，电离度较小，HNO3＋ CH3COOH的溶液中，H＋与CH3COO－发生作用， 生成CH3COOH分子，而且CH3COOH的介电场数 （6.15）低于水的介电场数（81），因此在HNO3 ＋CH3COOH混合液中H＋离子浓度低。
铸形成高深宽比微结构的方法。设备昂贵，需特制的X射线掩模 版，加工周期长，与集成电路兼容性差
精选ppt
6
7
硅基微机械加工技术
体硅微机械加工技术
硅各向异性化学湿法腐蚀技术 熔接硅片技术 反应离子深刻蚀技术
表面微机械加工技术
利用集成电路的平面加工技术加工微机械装置 整个工艺都基于集成电路制造技术 与IC工艺完全兼容，制造的机械结构基本上都是二维的
微机电系统-MEMS简介_图文
分析和遗传诊断 ,利用微加工技术制造各种微泵、微阀、微摄子、微沟槽、
微器皿和微流量计的器件适合于操作生物细胞和生物大分子。所以,微机械
在现代医疗技术中的应用潜力巨大,为人类最后征服各种绝症延长寿命带来
了希望。
*
19
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
“胶囊内镜”是集图像处理、信息通讯、光电工程、生物医 学等多学科技术为一体的典型的微机电系统（MEMS） 高科技产品，由智能胶囊、图像记录仪、手持无线监视 仪、影像分析处理软件等组成。
21
微射流MEMS技术应用于糖尿病治疗.
这个一次性胰岛素注射泵融合了Debiotech的胰岛素输注系统技术和ST的微射流 MEMS芯片的量产能力。纳米泵的尺寸只有现有胰岛素泵的四分之一. 微射流技术还能 更好地控制胰岛素液的注射量，更精确地模仿胰岛自然分泌胰岛素的过程，同时还能检 测泵可能发生的故障，更好地保护患者的安全。 成本非常低廉。
微机电系统-MEMS简介_图文.ppt
MEMS定义
早在二十世纪六十年代，在硅集成电路制造技术发 明不久，研究人员就想利用这些制造技术和利用硅很好 的机械特性，制造微型机械部件，如微传感器、微执行 器等。如果把微电子器件同微机械部件做在同一块硅片 上，就是微机电系统——MEMS: Microelectromechanical System。
胆固醇,可探测和清除人体内的癌细胞 ,进行视网膜开刀时 ,大夫可将遥控机
器人放入眼球内,在细胞操作、细胞融合、精细外科、血管、肠道内自动送
药等方面应用甚广。
MEMS的微小可进入很小的器官和组织和能自动地进行细微精确的操作的特
点 ,可大大提高介入治疗的精度 ,直接进入相应病变地进行工作 ,降低手术风
MEMS键合工艺简介
工艺及参数影响
• 表面处理的作用：吸附OH根很关键 NH4OH、H2SO4、等离子体处理 • 温度的影响； • 与温度有关的孔洞；沾污碳氢化合物随温度生高 （200~800度）释放产生孔洞，大于1100高温退 火或先800度退火处理可消除 • 键合强度：随温度生高增加 • 界面氧化层的稳定：三种机制解释 • 表面平整度： • 沾污粒子：1微米粒子产生4.2mm孔洞 足够清洗、超净环境、平整表面、高温处理、 低温键合：在小于500度下完成键合
静电键合
工艺及工艺参数的影响
•温度： 低温：没有导电电流，键合无法进行 高温：玻璃软化，无法键合 一般：180~500度 •电压： 低压；静电力减弱， 无法键合 高压：击穿玻璃 一般：200~1000伏
静电键合
• • • • • 键合产生的应力：热膨胀系数相近、热匹配 电极形状：点接触、平行板电极 非导电绝缘层的影响；减弱静电力，460nm后，键合失效 表面粗糙度的影响 极化区中残余电荷的作用；键合完成后在极化区内残余的 电荷形成静电力，加强键合
例子
键合工艺
热键合：高温处理后，硅片直接键合在一起。Lasky提出 硅直接键合（SDB） 硅熔融键合（SFB） 直接样品键合（DWB） 工艺： • 表面处理 • 表面帖合 • 高温处理 对键合面要求： • 平整度：无凸起 • 粗糙度：Ra<0.6nm • 清洁度：无沾污
原理：三个阶段
• 室温~200度：表面吸附的OH根在接触区产生氢键，随温 度增高，OH根得到热能增大迁移率，氢键增多，硅片产 生弹性形变，键合强度增加。在200~400度间，形成氢键 的两硅片的硅醇键聚合反应，产生水合硅氢键，键合强度 迅速增大 Si-OH+HO-Si——Si-O-Si+H2O • 500~800度：水基本不扩散，OH根破坏桥接氧原子的一个 键，使之转换为非桥接氧原子，使键合面带负电荷 HOH+ Si-O-Si——2H++2Si-O• 800度以上：水扩散显著，间隙和空洞中的水扩散到氧化 硅中，产生局部真空空洞，硅片发生塑性形变消除空洞。 SiO2产生粘滞流动，消除微间隙。大于1000度后，临近 原子相互反应产生共价键，键合完成
MEMS工艺(12键合与封装)
暴露的表面能够抵抗外部杂质的污染
使封装内部避免潮湿，环境的湿度可以导 致精细的微型光机械元件的粘附
机械接口
机械接口涉及到MEMS中可动部分的设
计问题，需同它们的驱动机构连接起来； 不恰当的处理接口会造成微元器件的故障 和损坏
电机械接口
电的绝缘、接地和屏蔽是这类MEMS微系统的
典型问题。这些问题在低电压级的系统中表 现的更为明显
静电键合中，静电引力起着非常重要的作用。例 如，键合完成样品冷却到室温后，耗尽层中的电 荷不会完全消失，残存的电荷在硅中诱生出镜象 正电荷，它们之间的静电力有1M P a左右。可见 较小的残余电荷仍能产生可观的键合力。 另外，在比较高的温度下，紧密接触的硅/玻璃 界面会发生化学反应，形成牢固的化学键，如 Si-O-Si键等。如果硅接电源负极，则不能形成 键合，这就是“阳极键合”名称的由来。
Si-Si或SiO2-SiO2直接键合的关键是 在硅表面的活化处理、表面光洁度、 平整度以及在工艺过程中的清洁度。
硅硅键合表面
缺点：
Si-Si和SiO2-SiO2直接键合需在高温 （700～1100C）下才能完成，而高温处理 过程难以控制，且不便操作；
因此，能否在较低温度或常温下实现Si-Si 直接键合，就成为人们关注的一项工艺。 这项工艺的关键是，选用何种物质对被键合 的表面进行活化处理。
与主要的信号处理电路封装 ； 需要对电路进行电磁屏蔽、恰当的力和热 隔离； 系统级封装的接口问题主要是安装不同尺 寸的元件
微系统封装中的接口问题
接口问题使得为器件和信号处理电 路以及考虑密封工作介质和电磁场 问题而选择合适的封装材料成为微 系统成功设计中的一个关键问题
生物医学接口 光学接口 机械接口 电机械接口 微流体学接口
《MEMS设计技术》课件
案例二：MEMS陀螺仪在导航系统中的应用
总结词
MEMS陀螺仪是导航系统中的关键传感 器，具有高精度、小型化和低成本等特 点。
VS
详细描述
MEMS陀螺仪采用微机械加工技术，将陀 螺仪的机械部分和电路部分集成在一个芯 片上，具有体积小、重量轻、成本低等优 点。它能够测量和保持方向信息，广泛应 用于航空、航天、军事等领域。在导航系 统中，MEMS陀螺仪可以提供高精度的角 度信息，用于计算航向、姿态和位置等参 数。
可靠性测试
进行全面的可靠性测试和评估，确保 MEMS器件的稳定性和可靠性。
06
MEMS设计案例分析
案例一：MEMS压力传感器在汽车中的应用
总结词
汽车压力传感器是MEMS技术的重要应用之一，具有高精度、可靠性和稳定性等特点。
详细描述
汽车压力传感器主要用于监测发动机进气歧管压力、燃油压力、气瓶压力等，以确保发动机正常工作 和提高燃油经济性。MEMS压力传感器采用微型机械加工技术，具有体积小、重量轻、功耗低等优点 ，能够实现高精度、快速响应和长期稳定性。
惯性传感器的设计需要综合考 虑材料、工艺和信号处理等因 素，以确保其性能和可靠性。
化学传感器设计
01
化学传感器是用于检测气体或 液体的化学成分的传感器，其 设计需要考虑选择性、灵敏度 、稳定性等因素。
02
常用的化学传感器类型包括电 化学式、光学式和热导式等， 其工作原理和结构各不相同。
03
化学传感器的设计需要综合考 虑材料、工艺和信号处理等因 素，以确保其性能和可靠性。
MEMS的发展历程与趋势
要点一
总结词
MEMS的发展经历了萌芽期、发展期和成熟期三个阶段， 未来将向更小尺寸、更高精度和智能化方向发展。
MEMS简介3PPT课件
全球微机电系统市场销售额分析：
✓在全球前30名MEMS公司的榜单中，很多公司受惠于智能手机市场的 蓬勃发展。例如瑞声科技（AAC）凭借MEMS麦克风的强劲增长（2012 年营收增长90%，达到6500万美元），首次挤进全球前30名。 ✓中国驻极体麦克风供应商购买英飞凌（Infineon）的MEMS裸片，然后 自己做封装、测试和销售，并成为苹果iPhone的第二货源。
• 意法半导体于2006 年成为全球首家以200 mm 晶圆生产MEMS 传感 器的厂商；
• IHS iSuppli 的统计数据显示：
a. 2012 年全球MEMS 芯片市场成长约5%，规模达到83 亿美元； b. 意法半导体与博世并列全球第一大MEMS 供应商，其中意法半导体营收年成长率23%
，博世年成长率为8%；
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
(1)美国
MEMS的研究在60年代首先从斯坦福大学开始，逐步扩展到佐治亚理 工学院和加利福尼亚大学洛杉矶分校等大学，众多美国大学拥有了 100～150mm晶圆生产线。
(2)法国
法国有关MEMS的研发基地较为集中，主要由国立研究所法国LETI（ Laboratoire dElectronique de Technologie de lInformation，电子和信息 技术实验室）承担。
➢ MEMS与CMOS制程技术的整合
➢ 3D 封装技术在异质整合特性下，可进一步整合模拟RF、数字Logic、 Memory、Sensor、混合讯号、MEMS 等各种组件
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
3.2.3 MEMS晶圆代工厂
• 近几年以来美国也有几家规模较小的晶圆代工厂，持续投入资源用 于MEMS晶圆代工；
✓在全球前30名MEMS公司的榜单中，很多公司受惠于智能手机市场的 蓬勃发展。例如瑞声科技（AAC）凭借MEMS麦克风的强劲增长（2012 年营收增长90%，达到6500万美元），首次挤进全球前30名。 ✓中国驻极体麦克风供应商购买英飞凌（Infineon）的MEMS裸片，然后 自己做封装、测试和销售，并成为苹果iPhone的第二货源。
• 意法半导体于2006 年成为全球首家以200 mm 晶圆生产MEMS 传感 器的厂商；
• IHS iSuppli 的统计数据显示：
a. 2012 年全球MEMS 芯片市场成长约5%，规模达到83 亿美元； b. 意法半导体与博世并列全球第一大MEMS 供应商，其中意法半导体营收年成长率23%
，博世年成长率为8%；
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
(1)美国
MEMS的研究在60年代首先从斯坦福大学开始，逐步扩展到佐治亚理 工学院和加利福尼亚大学洛杉矶分校等大学，众多美国大学拥有了 100～150mm晶圆生产线。
(2)法国
法国有关MEMS的研发基地较为集中，主要由国立研究所法国LETI（ Laboratoire dElectronique de Technologie de lInformation，电子和信息 技术实验室）承担。
➢ MEMS与CMOS制程技术的整合
➢ 3D 封装技术在异质整合特性下，可进一步整合模拟RF、数字Logic、 Memory、Sensor、混合讯号、MEMS 等各种组件
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
3.2.3 MEMS晶圆代工厂
• 近几年以来美国也有几家规模较小的晶圆代工厂，持续投入资源用 于MEMS晶圆代工；
键合技术
键合技术键合技术定义：在室温下两个硅片受范德瓦耳斯力作用相互吸引，硅片表面基团发生化学作用而键合在一起的技术。
键合技术广泛应于MEMS 器件领域，是一项充满活力的高新技术，对我国新技术的发展有十分重要的意义。
在MEMS 制造中，键合技术成为微加工中重要的工艺之一，它是微系统封装技术中重要的组成部分，主要包括以下几方面：1、阳极键合技术优点及应用优点:具有键合温度较低，与其他工艺相容性较好，键合强度及稳定性高，键合设备简单等优点。
应用:阳极键合主要应用于硅/硅基片之间的键合、非硅材料与硅材料、以及玻璃、金属、半导体、陶瓷之间的互相键合。
1、1 阳极键合机理阳极静电键合的机理：在强大的静电力作用下，将二个被键合的表面紧压在一起；在一定温度下，通过氧一硅化学价键合，将硅及淀积有玻璃的硅基片牢固地键合在一起。
1、2 阳极键合质量控制的主要因素（1）在硅片上淀积玻璃的种类硅-硅基片阳极键合是一种间接键合，间接键合界面需引入材料与硅基片热学性质匹配，否则会产生强大的内应力，严重影响键合质量。
因此对硅-硅基片阳极键合时淀积的玻璃种类要认真选择。
（2）高质量的硅基片准备工艺为了提高硅-硅阳极键合的质量，硅基片表面必须保持清洁，无有机残留物污染，无任何微小颗粒，表面平整度高。
为确保硅基片平整，光滑，表面绝对清洁，为此要采用合适的抛光工艺，然后施以适当的清洗工艺。
清洗结束后，应立刻进行配对键合，以免长期搁置产生表面污染。
（3）控制阳极键合工艺参数保证键合质量阳极键合的主要工艺参数：键合温度，施加的直流电压。
为了使玻璃层内的导电钠离子迁移，以建立必要的静电场。
普遍认为键合温度控制在200℃- 500℃较适宜。
推荐的施加电压一般在20V-1000V之间，其范围较宽，具体视玻璃材料性质及所选的键合温度来决定。
1、3 阳极键合技术的应用硅/硅阳极键合的许多实例是在微电子器件中制造SOI结构，此处介绍一种具体工艺流程，如图1-1所示。
MEMS工艺(12键合与封装)
微流体学接口
微流体的密封和通道的接触壁与流体之间的
接口是与接口相关联的两个主要的封装问题
三、封装技术
1、芯片准备 2、表面键合 3、引线键合 4、密封
1、芯片准备
使用一个完整的硅晶片只生产一个芯片或者
使用一个晶片制作一个装臵，这在MEMS和微 系统中是很少见的
2、表面键合
微系统元件的键合是在微系统封装中最具有
MEMS封装的特点
具有可动结构；目前的技术水平难以实现单 片集成；有些MEMS器件的检测信号比较微 弱，需要减小传输损耗，进行微封装；需要 电、声、光、流体等多种I/O端口，而电路部 分需要气密封装；需要研究封装与MEMS器 件之间的应力、温度传导。 气密MEMS封装能给芯片提供气密环境，减 少了恶劣环境中的酸性气体、水汽、灰尘等 对微机构的腐蚀和破坏。
试验证明： 惰性气体（如氩气Ar ）与硅表面上的原 子不发生反应，但却能激活硅表面。 在真空环境下，采用Ar离子束对已预处 理过的硅表面进行腐蚀，并使表面清洁 化，经过这样的处理的一对硅表面，在 室温、真空条件下，便能实现牢固的键 合。其键合强度与高温下直接键合的强 度等同。
键合的过程
先对要键合的一对硅片进行表面处理和清洗；
5）、金属共熔键合
所谓金属共熔键合，是指在被键合的 金属表面夹上一层金属材料膜，形成3 层结构，然后在适当的温度和压力下 实现熔接。 共熔键合常用材料： 金－硅，共熔温度为360～400C
铝－硅，共熔温度接近600C
金硅共熔
金硅共熔键合常用于微电子器件的 封装中，用金硅焊料将管芯烧结在 管座上。金硅焊料是金硅二相系 （硅含量为19at.%），熔点为363C， 要比纯金或纯硅的熔点低得多。
挑战性的问题； 微系统工业对发展新的，更有效的键合技术 和工艺进行了顽强的努力
8MEMS工艺 键合
Anneal Time (Hours)
(Annealed for 24 hrs.)
(Annealed at 600 ºC)
Toughness increases with temperature and time Strength approaches that of bulk silicon at high temperatures and long times Temperatures as low as 400℃ may produce strong bonds with special surface treatments (i.e. plasma activation) Suitable for high temperature, high pressure, high strength applications: Microengine, Microvalve, Microrocket (Allen Epstein), Microreactor, Thermophotovoltaic Micro-Generator (Jensen)
The mechanism of the anodic bonding Ions migration
Sodium-depleted layer Top electrode formation Electrostatic pull Oxide layer at the bonding interface
Thermal Treatment
4
4 Toughness (J/m )
2
Toughness(J/m )
2
3.5 3 2.5 2 1.5 1 400 500 600 700 800 900
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0 50 100 150 200 250 300 350
第三章-MEMS制造技术-1(半导体工艺)
扩散的适用数学模型是Fick定律
N(x)
F D
x
式中：
F 为掺入量
D 为扩散率
N 每单位体积中掺入浓度
扩散方式
➢液态源扩散：利用保护气体携带杂质蒸汽进
入反应室，在高温下分解并与硅表面发生反
应，产生杂质原子，杂质原子向硅内部扩散
。
➢固态源扩散：固态源在高温下汽化、活化后
与硅表面反应，杂质分子进入硅表面并向内
蒸发、溅射等）；厚度范围广，由几百埃至数
毫米。且能大量生产；
（4）淀积膜结构完整、致密，与衬底粘附性好。
常压化学气相淀积
特点:用于SiO2的淀积
➢◆ PWS－5000：
➢SiH4+O2=SiO2 +H2O
➢φ100mm：10片，φ125mm:8片
➢Time:15min
➢Temp:380～450℃±6℃
550~900℃ Si3N4 ：30—80 高，晶片容量大 高淀积速率
多晶硅：30—80
掺杂或非掺杂氧
化物、氮化物、
晶体硅、钨
CVD
工艺
压强/温度
通常的淀积速
率10-10米/分
APCVD 100—10kPa SiO2：700
350~400℃
PECVD 0.2—5汞柱 Si3N4： 300—
300~400℃ 350
b)氧化层的形成
c）氧化层的生长
由颜色来确定氧化层厚度
氧化炉
2、化学气相淀积技术
➢ CVD：Chemical Vapor Deposition
➢ 定义：使用加热、等离子体和紫外线等各种能源，
使气态物质经化学反应（热解或化学合成），形成
固态物质淀积在衬底上。相对的蒸发和性好、台阶覆盖性
MEMS键合工艺简介课件
MEMS键合工艺简介
工艺及参数影响
• 表面处理的作用：吸附OH根很关键 NH4OH、H2SO4、等离子体处理
• 温度的影响； • 与温度有关的孔洞；沾污碳氢化合物随温度生高 （200~800度）释放产生孔洞，大于1100高温退 火或先800度退火处理可消除 • 键合强度：随温度生高增加 • 界面氧化层的稳定：三种机制解释
内容
• 晶片制备 • 光刻 • 淀积 • 掺杂 • 键合 • 刻蚀
MEMS键合工艺简介
键合
MEMS键合工艺简介
键合
MEMS键合工艺简介
键合工艺
键合：静电键合、热键合、“复合”键合 键合的目的是通过外界作用将多个基片“粘接” 不同的键合方式，键合原理不同
MEMS键合工艺简介
静电键合
静电键合：Wallis和Pomerantz于1969年提出，静电键合可把金属、 合金、半导体与玻璃键合
• 表面平整度： • 沾污粒子：1微米粒子产生4.2mm孔洞
足够清洗、超净环境、平整表面、高温处理、
低温键合：在小于500度下完成键合
MEMS键合工艺简介
复合键合
“复合”键合 原理利用中间层之间的反应完成键合
• 带硅化物的键合：NiSi，PtSi，TiSi2等 • 金硅键合：利用金硅互熔点低的特点（400度左右） • 非晶硅
电荷形成静电力，加强键合
MEMS键合工艺简介
例子
MEMS键合工艺简介
键合工艺
热键合：高温处理后，硅片直接键合在一起。Lasky提出 硅直接键合（SDB） 硅熔融键合（SFB） 直接样品键合（DWB）
工艺： • 表面处理 • 表面帖合 • 高温处理
对键合面要求： • 平整度：无凸起 • 粗糙度：Ra<0.6nm • 清洁度：无沾污
工艺及参数影响
• 表面处理的作用：吸附OH根很关键 NH4OH、H2SO4、等离子体处理
• 温度的影响； • 与温度有关的孔洞；沾污碳氢化合物随温度生高 （200~800度）释放产生孔洞，大于1100高温退 火或先800度退火处理可消除 • 键合强度：随温度生高增加 • 界面氧化层的稳定：三种机制解释
内容
• 晶片制备 • 光刻 • 淀积 • 掺杂 • 键合 • 刻蚀
MEMS键合工艺简介
键合
MEMS键合工艺简介
键合
MEMS键合工艺简介
键合工艺
键合：静电键合、热键合、“复合”键合 键合的目的是通过外界作用将多个基片“粘接” 不同的键合方式，键合原理不同
MEMS键合工艺简介
静电键合
静电键合：Wallis和Pomerantz于1969年提出，静电键合可把金属、 合金、半导体与玻璃键合
• 表面平整度： • 沾污粒子：1微米粒子产生4.2mm孔洞
足够清洗、超净环境、平整表面、高温处理、
低温键合：在小于500度下完成键合
MEMS键合工艺简介
复合键合
“复合”键合 原理利用中间层之间的反应完成键合
• 带硅化物的键合：NiSi，PtSi，TiSi2等 • 金硅键合：利用金硅互熔点低的特点（400度左右） • 非晶硅
电荷形成静电力，加强键合
MEMS键合工艺简介
例子
MEMS键合工艺简介
键合工艺
热键合：高温处理后，硅片直接键合在一起。Lasky提出 硅直接键合（SDB） 硅熔融键合（SFB） 直接样品键合（DWB）
工艺： • 表面处理 • 表面帖合 • 高温处理
对键合面要求： • 平整度：无凸起 • 粗糙度：Ra<0.6nm • 清洁度：无沾污
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内容
• 晶片制备 • 光刻 • 淀积 • 掺杂 • 键合 • 刻蚀
MEMS键合工艺简介
键合
MEMS键合工艺简介
ห้องสมุดไป่ตู้合
MEMS键合工艺简介
键合工艺
键合：静电键合、热键合、“复合”键合 键合的目的是通过外界作用将多个基片“粘接” 不同的键合方式，键合原理不同
MEMS键合工艺简介
静电键合
静电键合：Wallis和Pomerantz于1969年提出，静电键合可把金属、 合金、半导体与玻璃键合
MEMS键合工艺简介
原理：三个阶段
• 室温~200度：表面吸附的OH根在接触区产生氢键，随温 度增高，OH根得到热能增大迁移率，氢键增多，硅片产 生弹性形变，键合强度增加。在200~400度间，形成氢键 的两硅片的硅醇键聚合反应，产生水合硅氢键，键合强度 迅速增大 Si-OH+HO-Si——Si-O-Si+H2O
MEMS键合工艺简介
静电键合
工艺及工艺参数的影响 •温度： 低温：没有导电电流，键合无法进行 高温：玻璃软化，无法键合 一般：180~500度 •电压： 低压；静电力减弱，
无法键合 高压：击穿玻璃 一般：200~1000伏
MEMS键合工艺简介
静电键合
• 键合产生的应力：热膨胀系数相近、热匹配 • 电极形状：点接触、平行板电极 • 非导电绝缘层的影响；减弱静电力，460nm后，键合失效 • 表面粗糙度的影响 • 极化区中残余电荷的作用；键合完成后在极化区内残余的
• 表面平整度： • 沾污粒子：1微米粒子产生4.2mm孔洞
足够清洗、超净环境、平整表面、高温处理、
低温键合：在小于500度下完成键合
MEMS键合工艺简介
复合键合
“复合”键合 原理利用中间层之间的反应完成键合
• 带硅化物的键合：NiSi，PtSi，TiSi2等 • 金硅键合：利用金硅互熔点低的特点（400度左右） • 非晶硅
电荷形成静电力，加强键合
MEMS键合工艺简介
例子
MEMS键合工艺简介
键合工艺
热键合：高温处理后，硅片直接键合在一起。Lasky提出 硅直接键合（SDB） 硅熔融键合（SFB） 直接样品键合（DWB）
工艺： • 表面处理 • 表面帖合 • 高温处理
对键合面要求： • 平整度：无凸起 • 粗糙度：Ra<0.6nm • 清洁度：无沾污
MEMS键合工艺简介
工艺及参数影响
• 表面处理的作用：吸附OH根很关键 NH4OH、H2SO4、等离子体处理
• 温度的影响； • 与温度有关的孔洞；沾污碳氢化合物随温度生高 （200~800度）释放产生孔洞，大于1100高温退 火或先800度退火处理可消除 • 键合强度：随温度生高增加 • 界面氧化层的稳定：三种机制解释
• 500~800度：水基本不扩散，OH根破坏桥接氧原子的一个 键，使之转换为非桥接氧原子，使键合面带负电荷 HOH+ Si-O-Si——2H++2Si-O-
• 800度以上：水扩散显著，间隙和空洞中的水扩散到氧化 硅中，产生局部真空空洞，硅片发生塑性形变消除空洞。 SiO2产生粘滞流动，消除微间隙。大于1000度后，临近 原子相互反应产生共价键，键合完成
原理： • 硼硅玻璃、磷硅玻璃在一定
温度下软化，行为类似电解 质，外加电压下，正离子 （Na）向阴极漂移，在阳极形成空间电荷区， 外加电压落于空间电荷区，漂移停止 • 如硅接阳极，玻璃接阴极，硅玻璃接触， 在界面形成的负空间电荷区与硅发生化学 反应，形成化学键Si-O-Si，完成键合 • 可通过检测电流监测键合 是否完成
MEMS键合工艺简介
金硅共晶键合
MEMS键合工艺简介
键合技术比较
MEMS键合工艺简介
键合对准
MEMS键合工艺简介
键合质量检测
红外检测
划片
SEM观察
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• 晶片制备 • 光刻 • 淀积 • 掺杂 • 键合 • 刻蚀
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键合
MEMS键合工艺简介
ห้องสมุดไป่ตู้合
MEMS键合工艺简介
键合工艺
键合：静电键合、热键合、“复合”键合 键合的目的是通过外界作用将多个基片“粘接” 不同的键合方式，键合原理不同
MEMS键合工艺简介
静电键合
静电键合：Wallis和Pomerantz于1969年提出，静电键合可把金属、 合金、半导体与玻璃键合
MEMS键合工艺简介
原理：三个阶段
• 室温~200度：表面吸附的OH根在接触区产生氢键，随温 度增高，OH根得到热能增大迁移率，氢键增多，硅片产 生弹性形变，键合强度增加。在200~400度间，形成氢键 的两硅片的硅醇键聚合反应，产生水合硅氢键，键合强度 迅速增大 Si-OH+HO-Si——Si-O-Si+H2O
MEMS键合工艺简介
静电键合
工艺及工艺参数的影响 •温度： 低温：没有导电电流，键合无法进行 高温：玻璃软化，无法键合 一般：180~500度 •电压： 低压；静电力减弱，
无法键合 高压：击穿玻璃 一般：200~1000伏
MEMS键合工艺简介
静电键合
• 键合产生的应力：热膨胀系数相近、热匹配 • 电极形状：点接触、平行板电极 • 非导电绝缘层的影响；减弱静电力，460nm后，键合失效 • 表面粗糙度的影响 • 极化区中残余电荷的作用；键合完成后在极化区内残余的
• 表面平整度： • 沾污粒子：1微米粒子产生4.2mm孔洞
足够清洗、超净环境、平整表面、高温处理、
低温键合：在小于500度下完成键合
MEMS键合工艺简介
复合键合
“复合”键合 原理利用中间层之间的反应完成键合
• 带硅化物的键合：NiSi，PtSi，TiSi2等 • 金硅键合：利用金硅互熔点低的特点（400度左右） • 非晶硅
电荷形成静电力，加强键合
MEMS键合工艺简介
例子
MEMS键合工艺简介
键合工艺
热键合：高温处理后，硅片直接键合在一起。Lasky提出 硅直接键合（SDB） 硅熔融键合（SFB） 直接样品键合（DWB）
工艺： • 表面处理 • 表面帖合 • 高温处理
对键合面要求： • 平整度：无凸起 • 粗糙度：Ra<0.6nm • 清洁度：无沾污
MEMS键合工艺简介
工艺及参数影响
• 表面处理的作用：吸附OH根很关键 NH4OH、H2SO4、等离子体处理
• 温度的影响； • 与温度有关的孔洞；沾污碳氢化合物随温度生高 （200~800度）释放产生孔洞，大于1100高温退 火或先800度退火处理可消除 • 键合强度：随温度生高增加 • 界面氧化层的稳定：三种机制解释
• 500~800度：水基本不扩散，OH根破坏桥接氧原子的一个 键，使之转换为非桥接氧原子，使键合面带负电荷 HOH+ Si-O-Si——2H++2Si-O-
• 800度以上：水扩散显著，间隙和空洞中的水扩散到氧化 硅中，产生局部真空空洞，硅片发生塑性形变消除空洞。 SiO2产生粘滞流动，消除微间隙。大于1000度后，临近 原子相互反应产生共价键，键合完成
原理： • 硼硅玻璃、磷硅玻璃在一定
温度下软化，行为类似电解 质，外加电压下，正离子 （Na）向阴极漂移，在阳极形成空间电荷区， 外加电压落于空间电荷区，漂移停止 • 如硅接阳极，玻璃接阴极，硅玻璃接触， 在界面形成的负空间电荷区与硅发生化学 反应，形成化学键Si-O-Si，完成键合 • 可通过检测电流监测键合 是否完成
MEMS键合工艺简介
金硅共晶键合
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键合技术比较
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键合对准
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键合质量检测
红外检测
划片
SEM观察
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