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內(nèi) 容 簡(jiǎn)　介
    經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)已經(jīng)在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品以及汽車(chē)等領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。同時(shí)，微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)在醫(yī)療、生命科學(xué)、電信技術(shù)、國(guó)防等方面的應(yīng)用方興未艾。MEMS是一個(gè)快速發(fā)展的前沿技術(shù)領(lǐng)域，使用的材料種類(lèi)多、工藝方法復(fù)雜，需要系統(tǒng)地歸納、分析與整理，以便于讀者查閱。本書(shū)針對(duì)這種需求，由國(guó)際學(xué)術(shù)界與工業(yè)界35名專(zhuān)家聯(lián)合撰寫(xiě)。內(nèi)容主要包括三個(gè)方面：（1）MEMS中半導(dǎo)體材料、介質(zhì)材料、金屬材料、聚合物材料、壓電材料、形狀記憶合金材料以及封裝材料等制備方法及其特性；（2）MEMS中摻雜工藝、圓片鍵合工藝、表面處理與平坦化工藝、光刻工藝、濕法微機(jī)械加工工藝、干法微機(jī)械加工工藝等制造工藝；（3）MEMS工藝集成方法以及國(guó)際學(xué)術(shù)界與工業(yè)界已經(jīng)采用的工藝制程案例。
    本手冊(cè)是大型專(zhuān)業(yè)工具書(shū)，以查閱為主，適合于微電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)、半導(dǎo)體技術(shù)專(zhuān)業(yè)、傳感器技術(shù)專(zhuān)業(yè)、微機(jī)電系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)、儀器儀表專(zhuān)業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)業(yè)等領(lǐng)域的高年級(jí)本科生、研究生及工程科研技術(shù)人員閱讀和參考。

目 錄
1MEMS設(shè)計(jì)流程1
11引言1
111設(shè)計(jì)流程4
12MEMS設(shè)計(jì)方法6
121設(shè)計(jì)方法學(xué)的歷史背景6
122MEMS的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法8
13頭腦風(fēng)暴9
14麥克風(fēng)案例9
141麥克風(fēng)的歷史背景9
142Avago的故事10
143Knowles公司的故事18
144關(guān)鍵構(gòu)思總結(jié)20
15材料和工藝選擇21
151材料選擇21
152工藝選擇21
16評(píng)估設(shè)計(jì)構(gòu)思25
161建模25
17優(yōu)化和其他設(shè)計(jì)方法26
171設(shè)計(jì)優(yōu)化26
172不確定性分析26
173失效模式及影響分析26
174設(shè)計(jì)方法時(shí)序27
18總結(jié)28
參考文獻(xiàn)28

2半導(dǎo)體和介質(zhì)材料的添加工藝32
21概述32
22熱轉(zhuǎn)換33
221工藝概述33
222硅熱氧化的材料特性和工藝選擇指南37
223實(shí)例研究38
23化學(xué)氣相淀積39
231概述39
232LPCVD多晶硅45
233LPCVD二氧化硅55
234LPCVD氮化硅58
235LPCVD多晶SiGe和Ge62
236LPCVD多晶碳化硅66
237LPCVD金剛石73
238APCVD多晶碳化硅77
239PECVD硅77
2310PECVD二氧化硅78
2311PECVD氮化硅81
2312PECVD鍺硅84
2313PECVD碳化硅87
2314PECVD碳基薄膜90
24外延90
241工藝概述90
242外延多晶硅92
243外延碳化硅93
244Ⅲ～Ⅴ族材料和氮化鎵95
25物理氣相淀積98
251工藝概述98
252濺射淀積硅99
253濺射淀積碳化硅100
254濺射淀積SiO2101
255濺射淀積類(lèi)金剛石碳（DLC）101
256脈沖激光淀積（PLD）碳薄膜102
26原子層淀積102
261工藝概述102
262工藝選擇指南和材料特性103
27旋涂薄膜105
參考文獻(xiàn)106

3金屬材料的添加工藝119
31引言119
311概述119
312制造方法的折中120
32物理氣相淀積122
321蒸發(fā)122
322濺射123
323脈沖激光淀積126
33電化學(xué)淀積126
331電鍍127
332化學(xué)鍍138
333電鍍和化學(xué)鍍的比較143
34LIGA和UVLIGA工藝144
341制備過(guò)程144
342LIGA技術(shù)和UVLIGA技術(shù)微結(jié)構(gòu)的電鍍145
343多層金屬結(jié)構(gòu)147
35金屬材料特性和工藝選擇指南150
351附著性150
352電氣性能152
353機(jī)械性能153
354熱性能154
355磁性能155
參考文獻(xiàn)156

4聚合物材料的添加工藝162
41SU8162
411材料性能164
412加工種類(lèi)165
413課程學(xué)習(xí)167
414SU8的應(yīng)用實(shí)例168
42PDMS169
421材料特性170
422加工技術(shù)171
423生物應(yīng)用173
424案例研究175
43聚酰亞胺178
431材料特性178
432加工種類(lèi)179
433課程學(xué)習(xí)181
434案例研究181
44水凝膠182
441明膠182
442殼聚糖183
443聚乙二醇185
444案例研究186
45聚對(duì)二甲苯187
451材料特性188
452加工工藝188
453課程學(xué)習(xí)189
454案例研究189
46導(dǎo)電聚合物190
461材料特性191
462驅(qū)動(dòng)機(jī)制和理論192
463應(yīng)用193
464加工工藝194
465案例研究196
47其他聚合物197
471苯并環(huán)丁烯197
472液晶聚合物200
48聚合物的壓塑和模塑201
481工藝概述201
482襯底材料選擇202
483設(shè)備選擇203
484模具材料的選擇和制造204
485傳統(tǒng)的模具加工方法206
486工藝發(fā)展207
487最小襯底厚度208
49材料特性208
參考文獻(xiàn)209

5壓電材料的添加工藝：壓電MEMS230
5.1壓電薄膜簡(jiǎn)介230
5.1.1正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)231
5.1.2材料——鐵電材料和非鐵電材料232
5.1.3基本設(shè)計(jì)方程與模型236
5.1.4材料選擇指南249
5.1.5應(yīng)用249
5.2極性材料:AlN和ZnO250
5.2.1材料淀積250
5.2.2圖案化技術(shù)253
5.2.3器件設(shè)計(jì)要點(diǎn)255
5.2.4器件實(shí)例257
5.2.5案例研究260
5.3鐵電材料：PZT262
5.3.1材料淀積262
5.3.2圖案化技術(shù)267
5.3.3器件設(shè)計(jì)要點(diǎn)270
5.3.4器件實(shí)例274
5.3.5采用PZT薄膜執(zhí)行器的RF MEMS開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)及工藝案例研究277
5.4總結(jié)282
致謝282
參考文獻(xiàn)283

6形狀記憶合金材料與工藝292
6.1引言及原理292
6.1.1基本原理292
6.1.2TiNi和TiNi基三元合金介紹293
6.1.3超彈性效應(yīng)295
6.1.4單程型、雙程型、全程型SMA296
6.2SMA執(zhí)行器的材料特性與制造工藝296
6.2.1體材料297
6.2.2薄膜297
6.2.3微機(jī)械加工299
6.2.4刻蝕和剝離300
6.2.5組裝302
6.2.6材料和工藝選擇指導(dǎo)304
6.3應(yīng)用和器件309
6.3.1醫(yī)療應(yīng)用309
6.3.2流體器件316
6.3.3光纖開(kāi)關(guān)319
6.3.4觸覺(jué)觸點(diǎn)顯示320
6.3.5AFM懸臂梁321
6.3.6案例研究322
6.4總結(jié)325
致謝325
參考文獻(xiàn)325

7微機(jī)械加工中的干法刻蝕330
7.1干法刻蝕330
7.1.1刻蝕指標(biāo)331
7.2等離子體刻蝕334
7.2.1刻蝕的類(lèi)型335
7.2.2等離子體源338
7.3等離子體的工藝參數(shù)與控制342
7.3.1能量驅(qū)動(dòng)型各向異性刻蝕343
7.3.2抑制驅(qū)動(dòng)型各向異性刻蝕344
7.3.3等離子體刻蝕的選擇比345
7.4實(shí)例：硅、二氧化硅和氮化硅刻蝕346
7.5實(shí)例分析：高深寬比硅刻蝕工藝350
7.5.1低溫干法刻蝕350
7.5.2Bosch工藝351
7.5.3DRIE發(fā)展趨勢(shì)354
7.6壓電材料的高深寬比刻蝕356
7.6.1實(shí)例：玻璃（Pyrex）和石英的高深寬比刻蝕356
7.6.2壓電材料的高深寬比刻蝕359
7.7化合物半導(dǎo)體的刻蝕361
7.7.1實(shí)例：GaAs和AlGaAs的刻蝕362
7.7.2實(shí)例：InP、InGaAs、InSb和InAs的刻蝕365
7.8實(shí)例：離子束刻蝕367
7.9總結(jié)369
參考文獻(xiàn)371

8MEMS濕法腐蝕工藝和過(guò)程376
8.1引言376
8.2濕法腐蝕原理和工藝架構(gòu)378
8.2.1表面反應(yīng)和反應(yīng)物/副產(chǎn)品傳輸382
8.2.2腐蝕劑選擇性和掩膜考慮385
8.2.3直接腐蝕和剝離技術(shù)386
8.2.4去除犧牲層387
8.2.5減薄和去除襯底388
8.2.6工藝架構(gòu)的影響388
8.2.7濕法腐蝕工藝的開(kāi)發(fā)389
8.2.8其他考慮和替代品392
8.3濕法腐蝕設(shè)施和工藝的評(píng)估和開(kāi)發(fā)394
8.3.1設(shè)施要求394
8.3.2圓片操作考慮396
8.3.3安全問(wèn)題397
8.3.4培訓(xùn)398
8.4IC兼容材料和濕法腐蝕398
8.4.1氧化物和絕緣體的刻蝕399
8.4.2硅、多晶硅、鍺各向同性腐蝕406
8.4.3標(biāo)準(zhǔn)金屬腐蝕411
8.4.4光刻膠去膠技術(shù)與圓片清洗工藝416
8.4.5實(shí)例:IC兼容材料的濕法化學(xué)腐蝕421
8.5非標(biāo)準(zhǔn)材料和濕法腐蝕424
8.5.1非標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)、半導(dǎo)體和金屬刻蝕424
8.5.2塑料和聚合物的腐蝕475
8.5.3實(shí)例：非標(biāo)準(zhǔn)材料的濕法化學(xué)腐蝕475
8.6硅各向異性腐蝕和硅腐蝕自停止477
8.6.1硅的各向異性腐蝕478
8.6.2重?fù)诫s硅腐蝕自停止479
8.6.3輕摻雜硅和鍺硅腐蝕自停止485
8.6.4離子注入硅腐蝕自停止486
8.6.5電化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕自停止487
8.6.6光助硅腐蝕和腐蝕自停止492
8.6.7薄膜腐蝕自停止494
8.6.8實(shí)例：濕法化學(xué)和電化學(xué)腐蝕自停止496
8.7犧牲層腐蝕497
8.7.1犧牲層去除技術(shù)498
8.7.2多晶硅微結(jié)構(gòu)中犧牲氧化層的去除499
8.7.3替代的犧牲和結(jié)構(gòu)層組合500
8.7.4用于增強(qiáng)犧牲層去除的腐蝕加速層504
8.7.5漂洗液去除和抗粘附涂層505
8.7.6實(shí)例：犧牲層去除和結(jié)構(gòu)層釋放508
8.8濕法化學(xué)腐蝕形成多孔硅508
8.8.1納米多孔硅、中孔硅和大孔硅的形成509
8.8.2選擇性去除多孔硅511
8.8.3實(shí)例：多孔硅形成512
8.9濕法腐蝕的層分顯和缺陷檢測(cè)513
8.9.1采用濕法腐蝕劑確定摻雜水平和缺陷514
8.9.2采用化學(xué)腐蝕劑的層顯517
8.9.3例：層顯和缺陷檢測(cè)518
參考文獻(xiàn)518

9MEMS光刻和微加工技術(shù)545
9.1引言545
9.2紫外線（UV）光刻549
9.2.1光掩膜549
9.2.2光學(xué)投影系統(tǒng)554
9.2.3光刻膠558
9.2.4襯底562
9.2.5紫外線光刻的工藝步驟563
9.3灰度光刻567
9.3.1光掩膜的像素化569
9.3.2灰度光刻的光刻膠特性569
9.4X射線光刻571
9.4.1X射線掩膜572
9.4.2X射線光刻膠574
9.4.3曝光574
9.4.4顯影575
9.5直寫(xiě)式光刻576
9.5.1電子束光刻576
9.5.2離子束光刻和聚焦離子束（FIB）579
9.5.3氣體輔助電子和離子束光刻582
9.5.4蘸筆光刻（DPN）582
9.5.5激光直寫(xiě)583
9.5.6立體光刻和微立體光刻584
9.6印刷/壓印光刻587
9.6.1噴墨印刷588
9.6.2軟光刻589
9.6.3納米壓印光刻（NIL）590
9.6.4轉(zhuǎn)印591
9.7案例研究594
9.7.1案例研究1：襯底清洗——RCA Clean(s)595
9.7.2案例研究2：襯底清洗，O2等離子體清洗595
9.7.3案例研究3：襯底清洗，溶劑清洗596
9.7.4案例研究4：正光刻膠加工：對(duì)于Shipley 1800系列光刻膠的一般處理596
9.7.5案例研究5：正光刻膠加工：對(duì)Shipley S1813的特殊加工597
9.7.6案例研究6：正光刻膠加工：對(duì)OiR 90610的特殊加工598
9.7.7案例研究7：負(fù)光刻膠加工：對(duì)NR71500PY的特殊加工599
9.7.8案例研究8：電子束光刻600
9.7.9案例研究9：PDMS模板的制作602
9.7.10案例研究10：光掩膜的制造603
9.7.11案例研究11：多光子吸收聚合（MAP）606
9.7.12案例研究12：用聚焦離子束進(jìn)行光刻607
參考文獻(xiàn)609

10MEMS中的摻雜工藝619
10.1引言619
10.2應(yīng)用619
10.2.1電特性619
10.2.2腐蝕停止技術(shù)627
10.2.3材料和工藝選擇指南：腐蝕停止技術(shù)632
10.3原位摻雜635
10.3.1化學(xué)氣相淀積635
10.3.2晶體生長(zhǎng)和外延637
10.4擴(kuò)散640
10.4.1氣相擴(kuò)散642
10.4.2固態(tài)擴(kuò)散642
10.4.3掩膜材料644
10.4.4建模644
10.5離子注入645
10.5.1設(shè)備648
10.5.2掩膜材料649
10.5.3建模649
10.5.4晶體損傷650
10.5.5隱埋絕緣層651
10.5.6案例研究：重?fù)诫s多晶硅651
10.6等離子體摻雜工藝652
10.7雜質(zhì)激活方法654
10.7.1傳統(tǒng)的退火方法655
10.7.2快速熱處理（RTP）655
10.7.3低溫激活656
10.7.4工藝選擇指南：雜質(zhì)激活657
10.7.5案例研究：快速熱退火和傳統(tǒng)熱退火的比較658
10.8測(cè)試分析659
10.8.1電氣測(cè)量659
10.8.2結(jié)染色技術(shù)662
10.8.3SIMS662
10.8.4案例研究：結(jié)的表征和注入異常的分析663
參考文獻(xiàn)664

11圓片鍵合668
11.1引言668
11.2圓片直接鍵合671
11.2.1背景和物理學(xué)672
11.2.2成功實(shí)現(xiàn)圓片直接鍵合的參數(shù)673
11.2.3成功實(shí)現(xiàn)硅片直接鍵合的一些推薦方法675
11.2.4圓片直接鍵合過(guò)程677
11.2.5陽(yáng)極鍵合687
11.2.6硅玻璃激光鍵合691
11.3帶有中間材料的圓片鍵合691
11.3.1熱壓鍵合691
11.3.2共熔鍵合692
11.3.3聚合物鍵合692
11.4圓片鍵合技術(shù)的比較698
11.5異質(zhì)化合物的鍵合699
11.6圓片鍵合工藝集成700
11.6.1圓片局部鍵合700
11.6.2圓片通孔技術(shù)701
11.7圓片鍵合的表征技術(shù)706
11.8已有的圓片鍵合平臺(tái)708
11.8.1圓片鍵合服務(wù)709
11.8.2鍵合設(shè)備供應(yīng)商710
11.9總結(jié)714
參考文獻(xiàn)714

12MEMS封裝材料720
12.1MEMS封裝及其應(yīng)用720
12.1.1封裝類(lèi)型721
12.1.2MEMS封裝與微電路或者集成電路封裝的比較721
12.1.3應(yīng)用驅(qū)動(dòng)及接口722
12.1.4其他系統(tǒng)元件的接口723
12.2封裝選擇725
12.2.1金屬727
12.2.2陶瓷728
12.2.3塑料730
12.2.4陣列封裝材料/圓片級(jí)封裝731
12.2.5定制封裝731
12.2.6硅密封732
12.2.7玻璃密封732
12.3蓋子和蓋密封733
12.3.1光學(xué)應(yīng)用733
12.4芯片粘接材料及其工藝733
12.4.1導(dǎo)電芯片粘接734
12.4.2金屬填充玻璃及環(huán)氧樹(shù)脂735
12.4.3其他芯片粘接材料735
12.4.4倒裝芯片鍵合737
12.4.5載帶互連737
12.5引線鍵合737
12.5.1金線鍵合738
12.5.2鋁系統(tǒng)739
12.5.3銅系統(tǒng)740
12.6電氣連接工藝740
12.7密封741
12.7.1聚氨酯741
12.7.2聚酰亞胺741
12.7.3聚二甲基硅氧烷（PDMS）741
12.7.4環(huán)氧樹(shù)脂742
12.7.5碳氟化合物（聚四氟乙烯）742
12.7.6丙烯酸(PMMA)743
12.7.7聚對(duì)二甲苯743
12.7.8液晶聚合物(LCP)743
12.8電氣和溫度要求744
12.8.1電氣特性考慮744
12.8.2熱學(xué)特性考慮744
12.9氣密性和吸氣材料745
12.9.1氣密性和壓力封裝745
12.9.2氣密和真空封裝745
12.10質(zhì)量和可靠性745
12.10.1MEMS封裝可靠性746
12.10.2MEMS封裝及質(zhì)量保證748
12.11案例研究749
12.11.1MEMS加速度計(jì)750
12.11.2微鏡陣列751
12.11.3MEMS麥克風(fēng)751
12.11.4MEMS光閘752
12.12總結(jié)755
參考文獻(xiàn)756

13表面處理及平坦化760
13.1防止粘附的釋放工藝和表面處理技術(shù)760
13.1.1濕法化學(xué)釋放技術(shù)762
13.1.2干法釋放技術(shù)763
13.2表面分析763
13.2.1表面化學(xué)組分763
13.2.2表面結(jié)構(gòu)和形貌765
13.2.3表面能測(cè)量766
13.3MEMS的粘附和摩擦767
13.3.1粘附和摩擦的測(cè)量767
13.3.2表面粗糙度的影響769
13.4MEMS表面的化學(xué)改性769
13.4.1低表面能的處理769
13.4.2硅氧烷和硅烷處理769
13.4.3弱化學(xué)吸附的表面活性劑薄膜771
13.4.4材料性能和工藝選擇指南771
13.5生物應(yīng)用中的表面因素771
13.5.1表面改性技術(shù)772
13.5.2原始襯底表面的改性773
13.5.3預(yù)處理襯底表面的改性780
13.5.4案例研究792
13.6光學(xué)應(yīng)用中的表面涂層798
13.6.1表面涂層上光學(xué)現(xiàn)象的基本原理798
13.6.2材料特性和工藝選擇指南810
13.7化學(xué)機(jī)械平坦化824
13.7.1綜述824
13.7.2應(yīng)用828
13.7.3拋光墊和拋光液830
13.7.4不同材料的拋光考慮因素837
13.7.5清潔和污染控制840
13.7.6案例研究841
參考文獻(xiàn)847

14MEMS工藝集成859
14.1引言859
14.2工藝集成的概念860
14.3集成化MEMS工藝的概念862
14.4IC加工和MEMS加工的區(qū)別863
14.5MEMS工藝集成的難點(diǎn)865
14.5.1表面形貌866
14.5.2材料兼容性867
14.5.3熱兼容性868
14.5.4電路/MEMS分別加工869
14.5.5設(shè)備制約870
14.5.6電路/MEMS分離871
14.5.7芯片的分割、組裝和封裝872
14.6工藝集成的實(shí)現(xiàn)874
14.6.1集成化MEMS工藝集成的策略875
14.7可制造性設(shè)計(jì)877
14.7.1綜述877
14.7.2可制造性器件設(shè)計(jì)877
14.7.3可制造性工藝設(shè)計(jì)878
14.7.4MEMS制造中的精度問(wèn)題880
14.7.5封裝設(shè)計(jì)和組裝882
14.7.6可制造性系統(tǒng)設(shè)計(jì)882
14.7.7環(huán)境偏差883
14.7.8測(cè)量偏差883
14.7.9可制造性設(shè)計(jì)的一些建議883
14.8現(xiàn)有MEMS工藝技術(shù)回顧884
14.8.1工藝選擇指南884
14.8.2非集成化MEMS工藝流程887
14.8.3集成CMOS MEMS工藝技術(shù)綜述929
14.9MEMS工藝開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)實(shí)950
14.9.1MEMS開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間950
14.9.2生產(chǎn)成本模型953
14.10總結(jié)961
參考文獻(xiàn)962