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- 内容简介
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MEMS工艺是区别于集成电路的平面型工艺的准三维工艺，在线宽控制、高深宽比刻蚀、多层键合等工艺内容方面与集成电路工艺区别明显，同时新的集成电路与其他微纳加工工艺融合发展也为MEMS不断更新完善注入了新的活力。本书在第1章首先介绍MEMS器件的硅MEMS基本工艺、器件和新材料，在此基础上，第2章阐述MEMS工艺设计规则与工艺误差，第3章至第8章阐述硅MEMS单项工艺，介绍相关工艺原理与典型设备，第9章
分析列举了典型的硅MEMS器件结构的工艺制备，第10章和第11章介绍圆片键合和封装技术，第12章围绕工艺中的参数讨论了检测技术，附录部分对于真空技术、相关药品与安全防护进行总结。本书详细介绍了硅MEMS器件所需的工艺与设备，能够让MEMS研究人员对硅MEMS工艺技术及其主要设备与环境有全面了解。全书主要特色是将工艺原理、设备与实验案例贯通统一考虑，详细讨论典型MEMS器件工艺原理和方法与设备、安全防护、动力系统。各章节工艺的支撑均基于实际4/6英寸}fo}}fn}1英寸=2.54cm}/fn}半自动设备和技术，适合从事MEMS技术研究的工程技术人员参考，使MEMS教学与研究人员能够在设计规划之初将设计与工艺实践结合起来，使MEMS器件的开发高效顺畅；同时力图将MEMS器件研究中困扰的问题，从设备、工艺源头给予解释阐述。本书也可用做高等学校相关专业微机电系统课程教材。
目录
第1章 MEMS技术与器件发展概述32
1.1 概述32
1.2 MEMS器件33
1.2.1 MEMS振荡器33
1.2.2 MEMS麦克风35
1.2.3 MEMS微镜头37
1.2.4 数字微镜器件/数字光学投影技术38
1.2.5 MEMS压力传感器39
1.2.6 MEMS运动测量器件40
1.2.7 微能源器件41
1.2.8 MEMS片上实验室/微流控器件44
1.2.9 其他MEMS器件45
1.3 MEMS商业产品（系统）45
1.3.1 医疗健康46
1.3.2 运动信息检测51
1.3.3 消费类电子53
1.3.4 汽车工业55
1.3.5 其他应用55
1.4 产业分析56
1.4.1 三波应用高潮56
1.4.2 MEMS产业发展趋势57
参考文献58
第2章 MEMS工艺与设计规则简介59
2.1 硅MEMS工艺60
2.1.1 湿法清洗工艺61
2.1.2 氧化工艺61
2.1.3 光刻工艺61
2.1.4 薄膜淀积工艺62
2.1.5 掺杂工艺62
2.1.6 刻蚀工艺63
2.1.7 键合工艺63
2.1.8 测试封装工艺64
2.2 MEMS器件中的新材料64
2.2.1 敏感材料的本质和特点64
2.2.2 敏感材料的分类65
2.2.3 敏感材料最新研究进展68
2.2.4 敏感材料未来发展前景70
2.3 光刻版图设计70
2.3.1 光刻版图设计规则类型71
2.3.2 同一图层内图形几何尺寸规则73
2.3.3 不同层间包含及覆盖几何尺寸规则73
2.3.4 版图设计尺寸规则74
2.3.5 版图对准标记设计要求75
2.3.6 版图设计中的注意事项79
2.4 测试结构设计80
2.5 制造工艺误差84
2.5.1 误差分类84
2.5.2 在制造中的实际误差86
2.6 典型体硅标准工艺96
2.6.1 SOI工艺96
2.6.2 SOG工艺96
2.7 典型体硅标准工艺扩展99
2.8 压阻工艺101
2.9 悬臂梁工艺104
2.9.1 悬臂梁的基本原理104
2.9.2 悬臂梁的制造工艺107
参考文献108
第3章 湿法清洗110
3.1 相关概念与清洗的基本原理110
3.1.1 洁净度110
3.1.2 污染源分类111
3.1.3 污染源控制114
3.1.4 清洗的基本原理115
3.2 湿法清洗常用方法与技术116
3.2.1 RCA清洗技术118
3.2.2 改进RCA清洗技术119
3.3 常用清洗设备120
3.3.1 RCA清洗设备120
3.3.2 其他清洗设备121
3.4 质量控制125
3.4.1 硅片表面的平行光束检查125
3.4.2 暗场显微镜检查125
3.4.3 出水电阻率检查125
3.5 案例分析126
3.5.1 湿法去胶清洗案例分析126
3.5.2 湿法释放案例分析126
3.5.3 湿法工艺形成多孔硅案例分析127
参考文献128
第4章 氧化130
4.1 基本理论130
4.1.1 氧化的原理130
4.1.2 氧化的作用132
4.2 热氧化工艺133
4.2.1 干氧氧化133
4.2.2 水汽氧化134
4.2.3 湿氧氧化134
4.3 热氧化工艺影响因素134
4.4 氧化设备135
4.4.1 氧化设备简介135
4.4.2 氧化设备的结构136
4.4.3 氧化设备的工艺原理137
4.5 氧化工艺案例分析138
4.5.1 干氧制备氧化膜案例分析138
4.5.2 氢氧合成制备氧化膜案例分析139
参考文献139
第5章 光刻与图形化141
5.1 光刻概述141
5.2 光刻工艺流程142
5.2.1 气相淀积膜142
5.2.2 光刻涂胶143
5.2.3 曝光157
5.2.4 投影掩模版160
5.2.5 对准160
5.2.6 曝光161
5.2.7 显影162
5.3 双面光刻168
5.3.1 双面对准技术的工作原理168
5.3.2 双面对准的基本过程169
5.4 纳米压印170
5.4.1 纳米压印光刻原理170
5.4.2 热压印法170
5.4.3 紫外硬化压印光刻技术171
5.4.4 闪光压印171
5.4.5 微接触压印光刻172
5.5 灰度光刻172
5.6 电子束光刻173
5.6.1 电子束光刻的发展173
5.6.2 电子束光刻技术目前存在的问题175
5.6.3 邻近效应175
5.6.4 电子束光刻系统的效率176
5.6.5 抗蚀剂177
5.7 光刻设备177
5.7.1 光刻机177
5.7.2 光刻机发展179
5.7.3 光刻技术主要指标182
5.7.4 步进式光刻机183
5.7.5 极紫外光刻186
5.8 光刻工艺案例分析186
5.8.1 AZ P4620光刻胶厚胶工艺186
5.8.2 AZ 5214E光刻胶反转工艺189
参考文献191
第6章 薄膜淀积193
6.1 薄膜生长193
6.2 化学气相沉积194
6.2.1 基本理论194
6.2.2 CVD的分类196
6.2.3 不同CVD技术之间的对比198
6.2.4 典型CVD设备198
6.3 物理气相沉积201
6.3.1 真空蒸发镀膜202
6.3.2 溅射镀膜205
6.4 其他成膜方式209
6.4.1 金属有机物化学气相沉积209
6.4.2 原子层沉积211
6.4.3 外延213
6.5 薄膜淀积工艺案例分析213
6.5.1 LPCVD沉积氮化硅案例分析213
6.5.2 蒸发钛/铂/金/（Ti/Pt/Au）电极案例分析214
6.5.3 反应溅射氮化铝（AlN）薄膜案例分析215
参考文献216
第7章 掺杂217
7.1 掺杂的基本理论217
7.2 掺杂工艺218
7.2.1 原位掺杂218
7.2.2 热扩散218
7.2.3 离子注入220
7.2.4 等离子体掺杂工艺222
7.2.5 常用掺杂工艺的对比223
7.3 退火224
7.3.1 传统热退火224
7.3.2 快速热退火224
7.3.3 低温激活225
7.3.4 几种退火方式的比较225
7.4 掺杂设备225
7.4.1 离子源226
7.4.2 吸极和离子质量分析器226
7.4.3 加速系统227
7.4.4 扫描系统227
7.4.5 工作室228
7.5 掺杂的质量测量228
7.6 掺杂工艺案例分析228
7.6.1 离子注入案例分析228
7.6.2 离子注入后快速退火案例分析229
参考文献232
第8章 刻蚀工艺233
8.1 典型刻蚀工艺及对比233
8.1.1 干法刻蚀233
8.1.2 湿法腐蚀239
8.1.3 干法刻蚀与湿法腐蚀的对比240
8.2 刻蚀的主要技术指标241
8.2.1 刻蚀速率241
8.2.2 刻蚀的剖面形貌241
8.2.3 刻蚀偏差242
8.2.4 选择比243
8.2.5 深宽比244
8.2.6 均匀性245
8.2.7 负载效应246
8.2.8 颗粒污染246
8.2.9 残留物247
8.2.10 刻蚀终止247
8.3 干法刻蚀机理247
8.3.1 物理刻蚀247
8.3.2 化学刻蚀248
8.3.3 物理和化学刻蚀249
8.4 干法刻蚀设备、工艺原理和工艺能力250
8.4.1 干法刻蚀设备的基本组成250
8.4.2 反应离子刻蚀机251
8.4.3 电感耦合等离子体刻蚀机253
8.4.4 深反应离子刻蚀机254
8.4.5 二氟化氙干法刻蚀机257
8.4.6 金属ICP刻蚀机259
8.4.7 离子铣刻蚀机260
8.5 不同材质的干法刻蚀机理261
8.5.1 硅的刻蚀261
8.5.2 二氧化硅的刻蚀261
8.5.3 氮化硅的刻蚀261
8.5.4 铝的刻蚀261
8.5.5 光刻胶的去除262
8.6 干法刻蚀工艺案例分析262
8.6.1 硅的各向异性刻蚀案例分析262
8.6.2 硅的各向同性刻蚀案例分析265
8.6.3 二氧化硅刻蚀案例分析266
8.6.4 氮化硅刻蚀案例分析269
8.7 常用物质的湿法腐蚀工艺原理271
8.7.1 硅的腐蚀271
8.7.2 绝缘膜腐蚀278
8.7.3 金属的腐蚀280
8.8 湿法腐蚀工艺能力282
8.8.1 氢氟酸缓冲液腐蚀玻璃工艺282
8.8.2 金属腐蚀工艺能力282
8.9 常用腐蚀设备283
8.9.1 设备特点283
8.9.2 设备单元及功能283
8.10 湿法腐蚀案例分析283
8.10.1 腐蚀单晶硅制备硅尖、硅柱、凹槽案例分析283
8.10.2 氢氧化钾腐蚀硅减薄案例分析286
8.10.3 自停止腐蚀案例分析286
参考文献289
第9章 MEMS结构工艺290
9.1 典型MEMS结构工艺290
9.1.1 硅尖和硅柱290
9.1.2 双台阶292
9.1.3 硅孔（湿法腐蚀）293
9.2 TSV技术294
9.2.1 TSV技术简介294
9.2.2 TSV关键工艺技术295
9.2.3 TSV在MEMS硅片级封装中的应用300
9.3 电镀技术300
9.3.1 电镀铜填充关键因素301
9.3.2 电镀铜填充生长机理302
9.3.3 电镀铜反应动力学概要305
9.3.4 电镀铜中的化学品306
9.3.5 用于微制造中的电镀工艺308
9.4 化学机械平坦化309
9.4.1 技术简介309
9.4.2 传统的平坦化技术311
9.4.3 化学机械抛光313
9.4.4 CMP的机理315
9.4.5 CMP设备316
9.5 硅曲面加工318
9.6 单面外延形成空腔技术320
9.6.1 二氧化硅半球壳加工工艺320
9.6.2 无硅结构（Silicon-on-nothing）加工工艺321
参考文献323
第10章 晶圆键合325
10.1 晶圆键合基本理论326
10.2 晶圆键合工艺327
10.2.1 直接键合327
10.2.2 阳极键合337
10.2.3 共晶键合344
10.2.4 黏结剂键合350
10.2.5 玻璃浆键合354
10.2.6 不同键合技术的比较357
10.3 晶圆键合质量检测358
10.3.1 晶圆键合空洞的检测358
10.3.2 晶圆键合强度的检测361
10.4 键合设备与工艺能力366
10.4.1 晶圆键合机的基本组成部分366
10.4.2 晶圆键合设备的基本操作原理367
10.5 晶圆键合工艺案例分析371
10.5.1 异质化合物的键合案例分析371
10.5.2 碳化硅材料的键合案例分析372
参考文献374
第11章 MEMS封装377
11.1 MEMS封装简介378
11.1.1 MEMS封装的基本类型378
11.1.2 MEMS封装的特点380
11.1.3 MEMS封装的功能382
11.2 MEMS封装的基本工艺383
11.2.1 划片工艺384
11.2.2 贴片工艺386
11.2.3 引线键合387
11.2.4 封帽工艺391
11.2.5 检漏394
11.3 MEMS封装的质量和可靠性396
11.3.1 MEMS封装可靠性398
11.4 MEMS封装技术399
11.4.1 倒装焊封装技术399
11.4.2 多芯片封装技术400
11.4.3 微盖封装400
11.4.4 圆片级芯片尺寸封装402
11.4.5 三维（3D）封装402
11.5 MEMS封装面临的挑战403
11.6 封装工艺案例分析404
11.6.1 陀螺仪的封装工艺案例分析404
11.6.2 压力传感器的封装工艺案例分析406
参考文献408
第12章 检测409
12.1 微纳几何量测试技术409
12.1.1 光学显微镜技术409
12.1.2 白光干涉形貌检测技术411
12.1.3 激光共聚焦显微测量技术414
12.1.4 红外透射显微镜技术417
12.1.5 光学仪器效果比较421
12.1.6 扫描电子显微镜技术424
12.1.7 薄膜厚度测试技术433
12.2 薄膜材料的力学性能测试技术436
12.2.1 弹性性能436
12.2.2 内应力436
12.2.3 强度437
12.2.4 疲劳438
12.3 晶圆电学参数测量技术439
12.3.1 电阻率和薄层电阻（方块电阻）测量439
12.3.2 四探针测量法439
参考文献441
附录A 硅MEMS工艺常用化学品与安全443
A.1 危险化学品的概念、分类及其危险特性443
A.1.1 危险化学品的概念及分类443
A.1.2 危险化学品的危险特性443
A.2 危险化学品使用过程中的个人防护及应急处置444
A.2.1 化学防护服的使用444
A.2.2 危险化学品使用过程中的应急处置444
A.3 硅MEMS工艺常用危险化学品446
A.3.1 液态化学品的主要特征及其输送446
A.3.2 气态化学品的主要特征及其输送458
附录B 真空系统介绍481
B.1 真空的定义481
B.2 真空压力481
B.3 真空中的气流形态482
B.3.1 气体分子的平均自由程482
B.3.2 黏滞性气流482
B.3.3 过渡气流482
B.3.4 分子气流482
B.4 气体理论483
B.4.1 理想气体定理484
B.4.2 玻意耳定理484
B.5 真空技术的基本量484
B.6 真空应用485
B.7 真空的产生方式486
B.7.1 真空泵的分类486
B.7.2 真空泵性能参量487
B.7.3 粗真空到中度真空用泵488
B.7.4 高真空到超高真空用泵489
B.8 检漏技术与清洁维护490
B.8.1 真空系统的漏气490
B.8.2 检漏491
B.8.3 真空系统的污染492
B.9 常见故障与排除492
B.10 清洁方法493
B.11 维修注意事项494
B.12 定期检查494
