MEMSMEMS工艺设计工艺设计工艺设计工艺设计工艺设计工

1MEMSMEMS工艺设计工艺设计工艺设计工艺设计工艺设计工艺设计工艺设计工艺设计杨振川杨振川杨振川杨振川北京大学微电子学研究院北京大学微电子学研究院北京大学微电子学研究院北京大学微电子学研究院主要内容主要内容主要内容主要内容
DIRE工艺工艺工艺工艺
工艺流程设计工艺流程设计工艺流程设计工艺流程设计
单芯片集成工艺单芯片集成工艺单芯片集成工艺单芯片集成工艺工艺材料工艺材料工艺材料工艺材料
单晶硅单晶硅单晶硅单晶硅
薄膜材料薄膜材料薄膜材料薄膜材料多晶硅多晶硅多晶硅多晶硅，，，，多晶锗硅多晶锗硅多晶锗硅多晶锗硅氧化硅氧化硅氧化硅氧化硅、、、、氮化硅氮化硅氮化硅氮化硅、、、、碳化硅碳化硅碳化硅碳化硅金属金属金属金属：：：：Ti,Al,Ni,Au,Cu,…有机材料有机材料有机材料有机材料：：：：光刻胶光刻胶光刻胶光刻胶，，，，Polyimide,Parylene,Su8
其它材料其它材料其它材料其它材料玻璃玻璃玻璃玻璃，，，，石英石英石英石英碳化硅单晶碳化硅单晶碳化硅单晶碳化硅单晶砷化镓砷化镓砷化镓砷化镓，，，，氮化镓氮化镓氮化镓氮化镓，，，，……微电子工艺基础微电子工艺基础微电子工艺基础微电子工艺基础
薄膜生长薄膜生长薄膜生长薄膜生长氧化氧化氧化氧化，，，，外延外延外延外延CVD：：：：LPCVD，，，，PECVDPVD：：：：溅射溅射溅射溅射，，，，蒸发蒸发蒸发蒸发电镀电镀电镀电镀旋涂旋涂旋涂旋涂
材料属性调整材料属性调整材料属性调整材料属性调整扩散扩散扩散扩散注入注入注入注入退火退火退火退火
图形转移图形转移图形转移图形转移光刻光刻光刻光刻干法刻蚀干法刻蚀干法刻蚀干法刻蚀:RIE,DRIE,IBE湿法腐蚀湿法腐蚀湿法腐蚀湿法腐蚀:Anisotropic,isotropicMEMS/NEMS工艺工艺工艺工艺
键合键合键合键合静电静电静电静电，，，，热键合热键合热键合热键合，，，，共熔键合共熔键合共熔键合共熔键合
LIGA
压印压印压印压印
电火花电火花电火花电火花，，，，喷砂喷砂喷砂喷砂
激光激光激光激光
…DRIE
Boschprocess2DRIERangelow,J.Vac.Sci.Technol.2003Surfaceroughness(lateraletching)Milanović,IMECE2002-33392FootingSolution:Lowfrequencyadd-onsAnti-FootingforSOGAnti-FootingforSOGHeatingAppJMM2003JMEMS’063LagMEMS2002MEMS2009SidewallresidueSidewallresidueMEMS2007JMM2003工艺流程设计工艺流程设计工艺流程设计工艺流程设计
标准工艺标准工艺标准工艺标准工艺设计规则设计规则设计规则设计规则单元库单元库单元库单元库
定制工艺定制工艺定制工艺定制工艺单项实验单项实验单项实验单项实验流程设计流程设计流程设计流程设计工艺流程设计工艺流程设计工艺流程设计工艺流程设计
可行性可行性可行性可行性
兼容性兼容性兼容性兼容性工艺兼容性工艺兼容性工艺兼容性工艺兼容性
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尽量简单尽量简单尽量简单尽量简单减低成本减低成本减低成本减低成本提高成品率提高成品率提高成品率提高成品率
细节的优化细节的优化细节的优化细节的优化流程实例流程实例流程实例流程实例a.Shallowtrenchetchingb.Surfacedopingb.Surfacedopingc.Liftc.Lift--offtoformelectrodesofftoformelectrodesd.Silicon/Glassanodicbondingd.Silicon/GlassanodicbondingSie.Siliconwaferthinninge.Siliconwaferthinningf.Deeptrenchetchingtof.DeeptrenchetchingtoreleasestructurereleasestructureZ.H.Li,etal.Transducers’994流程实例流程实例流程实例流程实例加速度计流程实例流程实例流程实例流程实例Z.X.Xiao,etal.Transducers’99流程实例流程实例流程实例流程实例Z.H.Li,etal.JMM,2000流程实例流程实例流程实例流程实例流程实例流程实例流程实例流程实例Z.C.Yang,etal.Transducers’05流程实例流程实例流程实例流程实例5流程实例流程实例流程实例流程实例d.玻璃上形成电极c.表面掺杂a.第一次深槽刻蚀b.第二次深槽刻蚀e.硅/玻璃键合、减薄后深槽刻蚀f.深刻蚀释放结构X.S.Liu,etal.MEMS2008流程实例流程实例流程实例流程实例工艺细节工艺细节工艺细节工艺细节掩膜选择工艺细节工艺细节工艺细节工艺细节电极剥离工艺细节工艺细节工艺细节工艺细节对准问题工艺细节工艺细节工艺细节工艺细节自对准图形6MonolithicIntegration
Why?PerformanceSizeCostComplexity(Tradeoff)MonolithicIntegration
HOW?Pre-CMOSIntra-CMOS(Hybrid)Post-CMOSChallenges
Thermalbudget
Contamination
CMOSProtection
IsolationPre-CMOSM3EMS(Modular,MonolithicMicroElectroMechanicalSystems)SandiaCMOSMEMS,Wiley,2005Pre-CMOSSOIMEMS,Berkeley&ADICMOSMEMS,Wiley,2005IsolationsidewallIntra-CMOSiMEMS,Berkeley&ADICMOSMEMS,Wiley,20057Post-CMOSCMOSwithWinterconnection:BerkeleyCMOSMEMS,Wiley,2005Post-CMOSPoly-SiGestructures:BerkeleyCMOSMEMS,Wiley,2005Post-CMOSAlstructures:TICMOSMEMS,Wiley,2005Post-CMOSEtchingstop:ETHZurichCMOSMEMS,Wiley,2005Post-CMOSBonding:UmichCMOSMEMS,Wiley,2005Post-CMOSSun,etal.MEMS20098CMUCMOS-MEMSCMUCMOS-MEMSCurling:StressgradientCMU-CMOSMEMSCurlingmatchingTemperaturecontrolCMU-CMOSMEMSZhu,CMU,2002CMUDRIE-CMOS-MEMSXie,CMU,2002CMUDRIE-CMOS-MEMSLateraletching9CMUDRIE-CMOS-MEMSCurlingapplicationXie,CMU,2002Jain,IEEE,JSTQE,2007CMUDRIE-CMOS-MEMSQu,JMEMS,2008PKUCMOSIntegrationprocessSOIMEMSwithBridgeInterconnectionTakao,IEEEMEMS,2008作业作业作业作业
列举三种以上的减小深刻蚀结构侧壁粗糙度的工列举三种以上的减小深刻蚀结构侧壁粗糙度的工列举三种以上的减小深刻蚀结构侧壁粗糙度的工列举三种以上的减小深刻蚀结构侧壁粗糙度的工艺方案艺方案艺方案艺方案。。。。
不等高梳齿工艺中实现精确对准的工艺流程不等高梳齿工艺中实现精确对准的工艺流程不等高梳齿工艺中实现精确对准的工艺流程不等高梳齿工艺中实现精确对准的工艺流程。。。。
列举列举列举列举Umich基于键合工艺的基于键合工艺的基于键合工艺的基于键合工艺的PostCMOS集成工艺集成工艺集成工艺集成工艺的优缺点的优缺点的优缺点的优缺点。。。。
实现图示结构的工艺流程实现图示结构的工艺流程实现图示结构的工艺流程实现图示结构的工艺流程，，，，并试列举可能的应用并试列举可能的应用并试列举可能的应用并试列举可能的应用。。。。