微机电系统第三章MEMS制造技术-1课件.ppt

1、1第三章 MEMS制造技术3.1 集成电路基本制造技术3.2 体微加工技术3.3 表面微加工技术3.4 其他微加工技术内容提要2简介 集成电路简史 集成电路制造概述 MEMS制造概述 集成电路与MEMS制造比较3集成电路简史 电子技术的发展是以电子器件的发展而发展起来的。 电子器件的发展，历经近百年，经历了四个阶段的更新换代：电子管电子管 晶体管晶体管 集成电路集成电路 超大规模集成电路超大规模集成电路 历次变革都引发了电子技术和信息技术的革命。 以下为电子器件发展年表： 1906年： 第一只电子管诞生 1912年前后：电子管的制造日趋成熟引发了无线电技术的发展 1918年前后：逐步发现了有一

2、类半导体材料 1920年： 发现半导体材料所具有的光敏特性4集成电路简史 1924年： 发现半导体与金属接触时具有的整流特性 1932年前后：运用量子学说建立了能带理论研究半导体现象。 1940年：对半导体的理性研究有文章成果发表 1943年：研制出硅点接触整流二极管-美国贝尔实验室 1943年前后：电子管已成为电信息处理和传输设备的主体 1945年：第一台电子管电子数字积分计算机（ENIAC）诞生 5集成电路简史 1947年12月：肖克莱和巴登等人发明半导体锗点接触三极管 1948年：提出半导体的PN结理论并制成硅结型晶体三极管 1955年：硅结形场效应晶体管问世 1956年：硅台面晶体管问

3、世 1956年：肖克莱因在半导体领域的系列成就获诺贝尔奖 1956年：肖克莱半导体实验室成立 1957年：美国仙童半导体公司成立（由肖克莱半导体实验室解体而成）Intel公司总裁葛洛夫为仙童半导体公司的创始人之一6集成电路简史 1958年：超高频硅微波晶体管问世 1959年：提出汽相制备单晶硅晶层的设想并或成功 1959年：硅与锗等主要半导体材料的氧化物特性数据 1959年：德州仪器建成世界第一条集成电路生产线 1960年：发明以硅外延平面结构为架构模式的晶体管制造技术，被后人称为硅外延平面工艺技术。该技术虽经不断完善，但其思路的实质未变，沿用至今。该技术解决了此前无法解决的晶体管性能上的若干

4、矛盾，为晶体管由分立的模式7集成电路制造概述 超净间(Clean room)亦称为无尘室或清净室。 “超净间”是指将一定空间范围内之空气中的微粒子、有害空气、细菌等之污染物排除，并将室内之温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内，而所给予特别设计之房间。亦即是不论外在之空气条件如何变化，其室内均能俱有维持原先所设定要求之洁净度、温湿度及压力等性能之特性。 超净间最主要之作用在于控制产品(如硅芯片等)所接触之大气的洁净度日及温湿度，使产品能在一个良好之环境空间中生产、制造，此空间我们称之为“超净间”。8 超净间(Clean room)按用途分类（可分为

5、两大类） 工业超净间 以无生命微粒的控制为对象。主要控制空气尘埃微粒对工作对象的污染，内部一般保持正压状态。 它适用于精密机械工业、电子工业（半导体、集成电路等）宇航工业、高纯度化学工业、原子能工业、光磁产品工业（光盘、胶片、磁带生产）LCD（液晶玻璃）、电脑硬盘、电脑磁头生产等多行业。 生物超净间 主要控制有生命微粒（细菌）与无生命微粒（尘埃）对工作对象的污染。 9 超净间构成 超净间并非简单的净化环境，还需要配合过渡间1（更衣间）、过渡间2，风淋室、工作间1、工作间2和传递间等。 洁净度标准：每立方米体积内大于0.5微米颗粒数的平均值作为评判标准，具体级别划分如下10MEMS制造概述 典型

6、MEMS器件 加速度传感器(ASXL 202 Accelerometer) 平面工艺 3D technology11基础电路与MEMS制造比较 集成电路领域已经非常成熟集成电路领域已经非常成熟 集成电路制造技术成熟、标准化 高层次设计工具 设计与制造完全分立 MEMS远未成熟远未成熟 没有标准的MEMS制造技术 没有高层次设计工具 设计任何一个简单的MEMS器件，都需要对制造有深入的理解 MEMS发展的主要限制在于制造 And so we begin 12集成电路制造程序3.1 集成电路基本制造技术测 试 切 割 刻 蚀 光 刻薄膜制备 掩膜制造掺 杂 封 装 硅片13集成电路制造程序14分单

7、晶硅、多晶硅和非晶硅。分单晶硅、多晶硅和非晶硅。单晶硅具有优良的物理性质，其机械稳定性能良好单晶硅具有优良的物理性质，其机械稳定性能良好，滞后和蠕变极小，质量轻，密度小。力学性能好，滞后和蠕变极小，质量轻，密度小。力学性能好，具有高的强度密度比和高的刚度密度比。表具有高的强度密度比和高的刚度密度比。表3.1 3.1 各向异性：硅属于立方晶体结构。硅单晶在晶面上各向异性：硅属于立方晶体结构。硅单晶在晶面上的原子密度是以（的原子密度是以（111111） （110110） （100100）的次序递）的次序递减，因此扩散速度是以（减，因此扩散速度是以（111111） （110110） （100100）

8、方）方向递增向递增. .腐蚀速度也是以（腐蚀速度也是以（111111） （110110） （100100）的）的顺序而增加顺序而增加3.1.1 集成电路使用的材料硅材料15多晶硅 单晶硅是指整个晶体内原子都是周期性的规则排列单晶硅是指整个晶体内原子都是周期性的规则排列, ,而多晶是指在晶体内各个局部区域里原子是周期性的而多晶是指在晶体内各个局部区域里原子是周期性的规则排列规则排列, ,但不同局部区域之间原子的排列方向并不相但不同局部区域之间原子的排列方向并不相同。因此多晶体也看作是由许多取向不同的小单晶体同。因此多晶体也看作是由许多取向不同的小单晶体组成的，如图所示。组成的，如图所示。 16

9、多晶硅薄膜多晶硅薄膜具有与单晶硅相近具有与单晶硅相近的敏感特性、机械特性，它在微的敏感特性、机械特性，它在微机械加工技术中多用于作为中间机械加工技术中多用于作为中间加工层材料。在工艺上可与单晶加工层材料。在工艺上可与单晶硅工艺相容，又能进行精细加工，硅工艺相容，又能进行精细加工，而且还可以根据器件的需要充当而且还可以根据器件的需要充当绝缘体、导体和半导体。绝缘体、导体和半导体。17硅片制造1819 从单晶硅锭到硅片抛光需要经过多次机械加工和从单晶硅锭到硅片抛光需要经过多次机械加工和化学腐蚀，表面抛光以及清洗，检测和若干其他辅化学腐蚀，表面抛光以及清洗，检测和若干其他辅助工艺。助工艺。（1 1）

10、晶向测定）晶向测定 在籽晶切割，定位面研磨和切片操作之前，需要在籽晶切割，定位面研磨和切片操作之前，需要进行定向，使晶向及其偏差范围符合工艺规范要求，进行定向，使晶向及其偏差范围符合工艺规范要求，用用X X射线衍射定向法测定。射线衍射定向法测定。（2 2）机械加工）机械加工 单晶硅外形整理，切割分段，外圆滚磨和定位面单晶硅外形整理，切割分段，外圆滚磨和定位面研磨等，然后进行切片。对于大直径单晶硅，应使研磨等，然后进行切片。对于大直径单晶硅，应使用带式切割机切断。用带式切割机切断。硅片制备硅片制备20（3 3）切片）切片 切片是硅片制备中重要工序，其四个重要工艺切片是硅片制备中重要工序，其四个重

11、要工艺参数，即晶向、原度、平行度、翘度。抛光是硅参数，即晶向、原度、平行度、翘度。抛光是硅片表面的最后一次重要加工，也是精细的表面加片表面的最后一次重要加工，也是精细的表面加工，抛光后的硅片表面应当是结净的，无加工伤工，抛光后的硅片表面应当是结净的，无加工伤痕的，平整的和镜面光滑的。痕的，平整的和镜面光滑的。 213.1.2 光刻工艺 222324光刻胶的主要性能252627光刻工艺光刻工艺 2829303132333435363738393.1.2 薄膜沉积 化学气相淀积(Chemical vapor deposition) 热氧化 (Thermal oxidation) 物理气相淀积 (Physical vapor deposition ) 外延 (Epitixy)40化学气相淀积41二氧化硅42氮化硅434445热氧化技术1 二氧化硅膜的结构462. 二氧化硅膜的性质47物理气相淀积484950PVD的优缺点51外延523.1.4 掺杂技术5354553.1.5 接触与互连56575859