MEMS工艺技术欧文 2013-秋季

内容1. 2. 3. 4.什么是 MEMS? CMOS& MEMS的差异 MEMS工艺分类 MEMS技术的发展趋势

什么是MEMS? MEMS= Micro Electro Mechanical System(美国) 用MEMS技术制作的器件或系统. 通过机械或机电方式工作的器件或系统. 信号中至少有一个量是机械量，如位移、温度、流量、速度、加速度等。

MEMS的共有的特征 特征尺寸在微米量级或以下(NEMS)具有机械结构(悬浮结构)没有标准工艺.来源于IC工艺.平面工艺用于MEMS制造 可以利用现有的IC工艺设备 MEMS有它独特的一些工艺技术

CMOS工艺技术薄膜淀积：热氧化 CVD/外延溅射/蒸发图形转移：光刻/刻蚀

平坦化： CMP BPSG回流

离子掺杂：离子注入热扩散

清洗：湿法干法

结构特点：平面/无悬浮结构/纯电学信号

典型的 MEMS工艺 Si工艺 体硅微机械加工工艺(Bulk micromaching) 表面微机械加工工艺(Surface micromachining) Non-Si工艺 LIGA(LIthograpie,Gavaniformung,Abformung) 其他

体硅微机械加工工艺用晶圆自身材料来制作MEMS结构 优势：可用于制作大的深宽比、很厚的结构 例子：压阻式压力传感器结构

双面光刻背面腐蚀深硅刻蚀晶圆键合

表面微机械加工工艺 与IC工艺兼容 例子：IR FPAs 牺牲层制作 阻挡层制作 牺牲层释放工艺

LIGA优势：大深宽比结构

CMOS MEMS集成 多个MEMS器件和IC电路集成 优势：更高的性能，更低的成本

单片集成 MEMS-first MEMS-last Interleaved CMOS and MEMS

封装集成(System-in-Package) 2D 3D (堆叠集成)

各具优势

MEMS-first

Burried Polysilicon MEMs with CMP planarization And CMOS post-fabrication(after Nasby,et al, 1996)

优势：制作MEMS的时候不用考虑热预算(thermal budget) 缺点： 与CMOS兼容限制了材料的选择 面积较大:不易与IC堆叠集成(2D集成)

MEMS-last

an integrated crystal oscillator (Nguyen,Howe,1993)

优势： 可以利用现有IC foundries 面积较小(更易于堆叠集成) 缺点： 必须考虑热预算(热处理工艺限制)

Interleaved CMOS and MEMS Analog Devices BiMEMS Bosch epipoly需要拥有自己的工厂

封装集成

2D

3D

MEMS封装技术 器件级真空(气密)封装 体积较大 成本较高T r e n d

晶圆级真空(气密)封装 体积减小 成本降低

芯片级真空(气密)封装 超小体积 最低的成本 更高的性能

MEMS技术发展趋势

Analog Devices integrated Gyproscope

Optical crossconnect switch TI Digital Micromirror Device

Caliper Microfluidic Chip

高性能 低成本

小型化 智能化

MEMS NEMS

2D 3D集成