MEMS材料與工藝手冊

《MEMS材料與工藝手冊》是2014年東南大學出版社出版的圖書，圖書作者是（美）利薩·格迪斯。

基本信息

作者：（美）利薩·格迪斯(Reza Ghodssi)

出版社：東南大學出版社

圖書書號：978-7-5641-4053-3

出版日期：2014-3

開本：16

圖書裝訂：平裝

版次：1版1次

印張：62.75

字數：1192千

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上架時間：2014-10-16

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價格：￥198元

內容簡介

經過20多年的發展，微機電系統（MEMS）技術已經在消費類電子產品以及汽車等領域大規模套用。同時，微機電系統技術在醫療、生命科學、電信技術、國防等方面的套用方興未艾。

目錄結構

1MEMS設計流程1
11引言1
111設計流程4
12MEMS設計方法6
121設計方法學的歷史背景6
122MEMS的結構化設計方法8
13頭腦風暴9
14麥克風案例9
141麥克風的歷史背景9
142Avago的故事10
143Knowles公司的故事18
144關鍵構思總結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評估設計構思25
161建模25
17最佳化和其他設計方法26
171設計最佳化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設計方法時序27
18總結28
參考文獻28

2半導體和介質材料的添加工藝32
21概述32
22熱轉換33
221工藝概述33
222矽熱氧化的材料特性和工藝選擇指南37
223實例研究38
23化學氣相澱積39
231概述39
232LPCVD多晶矽45
233LPCVD二氧化矽55
234LPCVD氮化矽58
235LPCVD多晶SiGe和Ge62
236LPCVD多晶碳化矽66
237LPCVD金剛石73
238APCVD多晶碳化矽77
239PECVD矽77
2310PECVD二氧化矽78
2311PECVD氮化矽81
2312PECVD鍺矽84
2313PECVD碳化矽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外延多晶矽92
243外延碳化矽93
244Ⅲ～Ⅴ族材料和氮化鎵95
25物理氣相澱積98
251工藝概述98
252濺射澱積矽99
253濺射澱積碳化矽100
254濺射澱積SiO2101
255濺射澱積類金剛石碳（DLC）101
256脈衝雷射澱積（PLD）碳薄膜102
26原子層澱積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旋塗薄膜105
參考文獻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製造方法的折中120
32物理氣相澱積122
321蒸發122
322濺射123
323脈衝雷射澱積126
33電化學澱積126
331電鍍127
332化學鍍138
333電鍍和化學鍍的比較143
34LIGA和UVLIGA工藝144
341製備過程144
342LIGA技術和UVLIGA技術微結構的電鍍145
343多層金屬結構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機械性能153
354熱性能154
355磁性能155
參考文獻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165
413課程學習167
414SU8的套用實例168
42PDMS169
421材料特性170
422加工技術171
423生物套用173
424案例研究175
43聚醯亞胺178
431材料特性178
432加工種類179
433課程學習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課程學習189
454案例研究189
46導電聚合物190
461材料特性191
462驅動機制和理論192
463套用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苯並環丁烯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設備選擇203
484模具材料的選擇和製造204
485傳統的模具加工方法206
486工藝發展207
487最小襯底厚度208
49材料特性208
參考文獻209

5壓電材料的添加工藝：壓電MEMS230
5.1壓電薄膜簡介230
5.1.1正壓電效應和逆壓電效應231
5.1.2材料——鐵電材料和非鐵電材料232
5.1.3基本設計方程與模型236
5.1.4材料選擇指南249
5.1.5套用249
5.2極性材料:AlN和ZnO250
5.2.1材料澱積250
5.2.2圖案化技術253
5.2.3器件設計要點255
5.2.4器件實例257
5.2.5案例研究260
5.3鐵電材料：PZT262
5.3.1材料澱積262
5.3.2圖案化技術267
5.3.3器件設計要點270
5.3.4器件實例274
5.3.5採用PZT薄膜執行器的RF MEMS開關設計及工藝案例研究277
5.4總結282
致謝282
參考文獻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295
6.1.4單程型、雙程型、全程型SMA296
6.2SMA執行器的材料特性與製造工藝296
6.2.1體材料297
6.2.2薄膜297
6.2.3微機械加工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304
6.3套用和器件309
6.3.1醫療套用309
6.3.2流體器件316
6.3.3光纖開關319
6.3.4觸覺觸點顯示320
6.3.5AFM懸臂樑321
6.3.6案例研究322
6.4總結325
致謝325
參考文獻325

7微機械加工中的乾法刻蝕330
7.1乾法刻蝕330
7.1.1刻蝕指標331
7.2電漿刻蝕334
7.2.1刻蝕的類型335
7.2.2電漿源338
7.3電漿的工藝參數與控制342
7.3.1能量驅動型各向異性刻蝕343
7.3.2抑制驅動型各向異性刻蝕344
7.3.3電漿刻蝕的選擇比345
7.4實例：矽、二氧化矽和氮化矽刻蝕346
7.5實例分析：高深寬比矽刻蝕工藝350
7.5.1低溫乾法刻蝕350
7.5.2Bosch工藝351
7.5.3DRIE發展趨勢354
7.6壓電材料的高深寬比刻蝕356
7.6.1實例：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化合物半導體的刻蝕361
7.7.1實例：GaAs和AlGaAs的刻蝕362
7.7.2實例：InP、InGaAs、InSb和InAs的刻蝕365
7.8實例：離子束刻蝕367
7.9總結369
參考文獻371

8MEMS濕法腐蝕工藝和過程376
8.1引言376
8.2濕法腐蝕原理和工藝架構378
8.2.1表面反應和反應物/副產品傳輸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工藝架構的影響388
8.2.7濕法腐蝕工藝的開發389
8.2.8其他考慮和替代品392
8.3濕法腐蝕設施和工藝的評估和開發394
8.3.1設施要求394
8.3.2圓片操作考慮396
8.3.3安全問題397
8.3.4培訓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矽、多晶矽、鍺各向同性腐蝕406
8.4.3標準金屬腐蝕411
8.4.4光刻膠去膠技術與圓片清洗工藝416
8.4.5實例:IC兼容材料的濕法化學腐蝕421
8.5非標準材料和濕法腐蝕424
8.5.1非標準介質、半導體和金屬刻蝕424
8.5.2塑膠和聚合物的腐蝕475
8.5.3實例：非標準材料的濕法化學腐蝕475
8.6矽各向異性腐蝕和矽腐蝕自停止477
8.6.1矽的各向異性腐蝕478
8.6.2重摻雜矽腐蝕自停止479
8.6.3輕摻雜矽和鍺矽腐蝕自停止485
8.6.4離子注入矽腐蝕自停止486
8.6.5電化學腐蝕和電化學腐蝕自停止487
8.6.6光助矽腐蝕和腐蝕自停止492
8.6.7薄膜腐蝕自停止494
8.6.8實例：濕法化學和電化學腐蝕自停止496
8.7犧牲層腐蝕497
8.7.1犧牲層去除技術498
8.7.2多晶矽微結構中犧牲氧化層的去除499
8.7.3替代的犧牲和結構層組合500
8.7.4用於增強犧牲層去除的腐蝕加速層504
8.7.5漂洗液去除和抗粘附塗層505
8.7.6實例：犧牲層去除和結構層釋放508
8.8濕法化學腐蝕形成多孔矽508
8.8.1納米多孔矽、中孔矽和大孔矽的形成509
8.8.2選擇性去除多孔矽511
8.8.3實例：多孔矽形成512
8.9濕法腐蝕的層分顯和缺陷檢測513
8.9.1採用濕法腐蝕劑確定摻雜水平和缺陷514
8.9.2採用化學腐蝕劑的層顯517
8.9.3例：層顯和缺陷檢測518
參考文獻518

9MEMS光刻和微加工技術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光學投影系統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雷射直寫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電漿清洗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：對於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Shipley S1813的特殊加工597
9.7.6案例研究6：正光刻膠加工：對OiR 90610的特殊加工598
9.7.7案例研究7：負光刻膠加工：對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模板的製作602
9.7.10案例研究10：光掩膜的製造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：用聚焦離子束進行光刻607
參考文獻609

10MEMS中的摻雜工藝619
10.1引言619
10.2套用619
10.2.1電特性619
10.2.2腐蝕停止技術627
10.2.3材料和工藝選擇指南：腐蝕停止技術632
10.3原位摻雜635
10.3.1化學氣相澱積635
10.3.2晶體生長和外延637
10.4擴散640
10.4.1氣相擴散642
10.4.2固態擴散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：重摻雜多晶矽651
10.6電漿摻雜工藝652
10.7雜質激活方法654
10.7.1傳統的退火方法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：雜質激活657
10.7.5案例研究：快速熱退火和傳統熱退火的比較658
10.8測試分析659
10.8.1電氣測量659
10.8.2結染色技術662
10.8.3SIMS662
10.8.4案例研究：結的表征和注入異常的分析663
參考文獻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672
11.2.2成功實現圓片直接鍵合的參數673
11.2.3成功實現矽片直接鍵合的一些推薦方法675
11.2.4圓片直接鍵合過程677
11.2.5陽極鍵合687
11.2.6矽玻璃雷射鍵合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圓片鍵合技術的比較698
11.5異質化合物的鍵合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701
11.7圓片鍵合的表征技術706
11.8已有的圓片鍵合平台708
11.8.1圓片鍵合服務709
11.8.2鍵合設備供應商710
11.9總結714
參考文獻714

12MEMS封裝材料720
12.1MEMS封裝及其套用720
12.1.1封裝類型721
12.1.2MEMS封裝與微電路或者積體電路封裝的比較721
12.1.3套用驅動及接口722
12.1.4其他系統元件的接口723
12.2封裝選擇725
12.2.1金屬727
12.2.2陶瓷728
12.2.3塑膠730
12.2.4陣列封裝材料/圓片級封裝731
12.2.5定製封裝731
12.2.6矽密封732
12.2.7玻璃密封732
12.3蓋子和蓋密封733
12.3.1光學套用733
12.4晶片粘接材料及其工藝733
12.4.1導電晶片粘接734
12.4.2金屬填充玻璃及環氧樹脂735
12.4.3其他晶片粘接材料735
12.4.4倒裝晶片鍵合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739
12.5.3銅系統740
12.6電氣連線工藝740
12.7密封741
12.7.1聚氨酯741
12.7.2聚醯亞胺741
12.7.3聚二甲基矽氧烷（PDMS）741
12.7.4環氧樹脂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質量和可靠性745
12.10.1MEMS封裝可靠性746
12.10.2MEMS封裝及質量保證748
12.11案例研究749
12.11.1MEMS加速度計750
12.11.2微鏡陣列751
12.11.3MEMS麥克風751
12.11.4MEMS光閘752
12.12總結755
參考文獻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760
13.1.1濕法化學釋放技術762
13.1.2乾法釋放技術763
13.2表面分析763
13.2.1表面化學組分763
13.2.2表面結構和形貌765
13.2.3表面能測量766
13.3MEMS的粘附和摩擦767
13.3.1粘附和摩擦的測量767
13.3.2表面粗糙度的影響769
13.4MEMS表面的化學改性769
13.4.1低表面能的處理769
13.4.2矽氧烷和矽烷處理769
13.4.3弱化學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生物套用中的表面因素771
13.5.1表面改性技術772
13.5.2原始襯底表面的改性773
13.5.3預處理襯底表面的改性780
13.5.4案例研究792
13.6光學套用中的表面塗層798
13.6.1表面塗層上光學現象的基本原理798
13.6.2材料特性和工藝選擇指南810
13.7化學機械平坦化824
13.7.1綜述824
13.7.2套用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加工的區別863
14.5MEMS工藝集成的難點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設備制約870
14.5.6電路/MEMS分離871
14.5.7晶片的分割、組裝和封裝872
14.6工藝集成的實現874
14.6.1集成化MEMS工藝集成的策略875
14.7可製造性設計877
14.7.1綜述877
14.7.2可製造性器件設計877
14.7.3可製造性工藝設計878
14.7.4MEMS製造中的精度問題880
14.7.5封裝設計和組裝882
14.7.6可製造性系統設計882
14.7.7環境偏差883
14.7.8測量偏差883
14.7.9可製造性設計的一些建議883
14.8現有MEMS工藝技術回顧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工藝技術綜述929
14.9MEMS工藝開發的經濟現實950
14.9.1MEMS開發成本和時間950
14.9.2生產成本模型953
14.10總結961
參考文獻962