1 MEMS设计流程

1.1 引言

1.1.1 设计流程

1.2 MEMS设计方法

1.2.1 设计方法学的历史背景

1.2.2 MEMS的结构化设计方法

1.3 头脑风暴

1.4 麦克风案例

1.4.1 麦克风的历史背景

1.4.2 Avago的故事

1.4.3 Knowles公司的故事

1.4.4 关键构思总结

1.5 材料和工艺选择

1.5.1 材料选择

1.5.2 工艺选择

1.6 评估设计构思

1.6.1 建模

1.7 优化和其他设计方法

1.7.1 设计优化

1.7.2 不确定性分析

1.7.3 失效模式及影响分析

1.7.4 设计方法时序

1.8 总结

参考文献

2 半导体和介质材料的添加工艺

2.1 概述

2.2 热转换

2.2.1 工艺概述

2.2.2 硅热氧化的材料特性和工艺选择指南

2.2.3 实例研究

2.3 化学气相淀积

2.3.1 概述

2.3.2 LPCVD多晶硅

2.3.3 LPCVD二氧化硅

2.3.4 LPCVD氮化硅

2.3.5 LPCVD多晶SiGe和Ge

2.3.6 LPCVD多晶碳化硅

2.3.7 LPCVD金刚石

2.3.8 APCVD多晶碳化硅

2.3.9 PECVD硅

2.3.10 PECVD二氧化硅

2.3.11 PECVD氮化硅

2.3.12 PECVD锗硅

2.3.13 PECVD碳化硅

2.3.14 PECVD碳基薄膜

2.4 外延

2.4.1 工艺概述

2.4.2 外延多晶硅

2.4.3 外延碳化硅

2.4.4 Ⅲ～Ⅴ族材料和氮化镓

2.5 物理气相淀积

2.5.1 工艺概述

2.5.2 溅射-淀积硅

2.5.3 溅射-淀积碳化硅

2.5.4 溅射-淀积SiO2

2.5.5 溅射-淀积类金刚石碳（DLC）

2.5.6 脉冲激光淀积（PLD）碳薄膜

2.6 原子层淀积

2.6.1 工艺概述

2.6.2 工艺选择指南和材料特性

2.7 旋涂薄膜

参考文献

3 金属材料的添加工艺

3.1 引言

3.1.1 概述

3.1.2 制造方法的折中

3.2 物理气相淀积

3.2.1 蒸发

3.2.2 溅射

3.2.3 脉冲激光淀积

3.3 电化学淀积

3.3.1 电镀

3.3.2 化学镀

3.3.3 电镀和化学镀的比较

3.4 LIGA和UV-LIGA工艺

3.4.1 制备过程

3.4.2 LIGA技术和UV-LIGA技术微结构的电镀

3.4.3 多层金属结构

3.5 金属材料特性和工艺选择指南

3.5.1 附着性

3.5.2 电气性能

3.5.3 机械性能

3.5.4 热性能

3.5.5 磁性能

参考文献

4 聚合物材料的添加工艺

4.1 SU-8

4.1.1 材料性能

4.1.2 加工种类

4.1.3 课程学习

4.1.4 SU-8的应用实例

4.2 PDMS

4.2.1 材料特性

4.2.2 加工技术

4.2.3 生物应用

4.2.4 案例研究

4.3 聚酰亚胺

4.3.1 材料特性

4.3.2 加工种类

4.3.3 课程学习

4.3.4 案例研究

4.4 水凝胶

4.4.1 明胶

4.4.2 壳聚糖

4.4.3 聚乙二醇

4.4.4 案例研究

4.5 聚对二甲苯

4.5.1 材料特性

4.5.2 加工工艺

4.5.3 课程学习

4.5.4 案例研究

4.6 导电聚合物

4.6.1 材料特性

4.6.2 驱动机制和理论

4.6.3 应用

4.6.4 加工工艺

4.6.5 案例研究

4.7 其他聚合物

4.7.1 苯并环丁烯

4.7.2 液晶聚合物

4.8 聚合物的压塑和模塑

4.8.1 工艺概述

4.8.2 衬底材料选择

4.8.3 设备选择

4.8.4 模具材料的选择和制造

4.8.5 传统的模具加工方法

4.8.6 工艺发展

4.8.7 最小衬底厚度

4.9 材料特性

参考文献

5 压电材料的添加工艺：压电MEMS

5.1 压电薄膜简介

5.1.1 正压电效应和逆压电效应

5.1.2 材料——铁电材料和非铁电材料

5.1.3 基本设计方程与模型

5.1.4 材料选择指南

5.1.5 应用

5.2 极性材料：AlN和ZnO

5.2.1 材料淀积

5.2.2 图案化技术

5.2.3 器件设计要点

5.2.4 器件实例

5.2.5 案例研究

5.3 铁电材料：PZT

5.3.1 材料淀积

5.3.2 图案化技术

5.3.3 器件设计要点

5.3.4 器件实例

5.3.5 采用PZT薄膜执行器的RF MEMS开关设计及工艺案例研究

5.4 总结

致谢

参考文献

6 形状记忆合金材料与工艺

6.1 引言及原理

6.1.1 基本原理

6.1.2 TiNi和TiNi基三元合金介绍

6.1.3 超弹性效应

6.1.4 单程型、双程型、全程型SMA

6.2 SMA执行器的材料特性与制造工艺

6.2.1 体材料

6.2.2 薄膜

6.2.3 微机械加工

6.2.4 刻蚀和剥离

6.2.5 组装

6.2.6 材料和工艺选择指导

6.3 应用和器件

6.3.1 医疗应用

6.3.2 流体器件

6.3.3 光纤开关

6.3.4 触觉触点显示

6.3.5 AFM悬臂梁

6.3.6 案例研究

6.4 总结

致谢

参考文献

7 微机械加工中的干法刻蚀

7.1 干法刻蚀

7.1.1 刻蚀指标

7.2 等离子体刻蚀

7.2.1 刻蚀的类型

7.2.2 等离子体源

7.3 等离子体的工艺参数与控制

7.3.1 能量驱动型各向异性刻蚀

7.3.2 抑制驱动型各向异性刻蚀

7.3.3 等离子体刻蚀的选择比

7.4 实例：硅、二氧化硅和氮化硅刻蚀

7.5 实例分析：高深宽比硅刻蚀工艺

7.5.1 低温干法刻蚀

7.5.2 Bosch工艺

7.5.3 DRIE发展趋势

7.6 压电材料的高深宽比刻蚀

7.6.1 实例：玻璃（Pyrex）和石英的高深宽比刻蚀

7.6.2 压电材料的高深宽比刻蚀

7.7 化合物半导体的刻蚀

7.7.1 实例：GaAs和AlGaAs的刻蚀

7.7.2 实例：InP、InGaAs、InSb和InAs的刻蚀

7.8 实例：离子束刻蚀

7.9 总结

参考文献

8 MEMS湿法腐蚀工艺和过程

8.1 引言

8.2 湿法腐蚀原理和工艺架构

8.2.1 表面反应和反应物／副产品传输

8.2.2 腐蚀剂选择性和掩膜考虑

8.2.3 直接腐蚀和剥离技术

8.2.4 去除牺牲层

8.2.5 减薄和去除衬底

8.2.6 工艺架构的影响

8.2.7 湿法腐蚀工艺的开发

8.2.8 其他考虑和替代品

8.3 湿法腐蚀设施和工艺的评估和开发

8.3.1 设施要求

8.3.2 圆片操作考虑

8.3.3 安全问题

8.3.4 培训

8.4 IC兼容材料和湿法腐蚀

8.4.1 氧化物和绝缘体的刻蚀

8.4.2 硅、多晶硅、锗各向同性腐蚀

8.4.3 标准金属腐蚀

8.4.4 光刻胶去胶技术与圆片清洗工艺

8.4.5 实例：IC兼容材料的湿法化学腐蚀

8.5 非标准材料和湿法腐蚀

8.5.1 非标准介质、半导体和金属刻蚀

8.5.2 塑料和聚合物的腐蚀

8.5.3 实例：非标准材料的湿法化学腐蚀

8.6 硅各向异性腐蚀和硅腐蚀自停止

8.6.1 硅的各向异性腐蚀

8.6.2 重掺杂硅腐蚀自停止

8.6.3 轻掺杂硅和锗硅腐蚀自停止

8.6.4 离子注入硅腐蚀自停止

8.6.5 电化学腐蚀和电化学腐蚀自停止

8.6.6 光助硅腐蚀和腐蚀自停止

8.6.7 薄膜腐蚀自停止

8.6.8 实例：湿法化学和电化学腐蚀自停止

8.7 牺牲层腐蚀

8.7.1 牺牲层去除技术

8.7.2 多晶硅微结构中牺牲氧化层的去除

8.7.3 替代的牺牲和结构层组合

8.7.4 用于增强牺牲层去除的腐蚀加速层

8.7.5 漂洗液去除和抗粘附涂层

8.7.6 实例：牺牲层去除和结构层释放

8.8 湿法化学腐蚀形成多孔硅

8.8.1 纳米多孔硅、中孔硅和大孔硅的形成

8.8.2 选择性去除多孔硅

8.8.3 实例：多孔硅形成

8.9 湿法腐蚀的层分显和缺陷检测

8.9.1 采用湿法腐蚀剂确定掺杂水平和缺陷

8.9.2 采用化学腐蚀剂的层显

8.9.3 例：层显和缺陷检测

参考文献

9 MEMS光刻和微加工技术

9.1 引言

9.2 紫外线（UV）光刻

9.2.1 光掩膜

9.2.2 光学投影系统

9.2.3 光刻胶

9.2.4 衬底

9.2.5 紫外线光刻的工艺步骤

9.3 灰度光刻

9.3.1 光掩膜的像素化

9.3.2 灰度光刻的光刻胶特性

9.4 X射线光刻

9.4.1 X射线掩膜

9.4.2 X射线光刻胶

9.4.3 曝光

9.4.4 显影

9.5 直写式光刻

9.5.1 电子束光刻

9.5.2 离子束光刻和聚焦离子束（FIB）

9.5.3 气体辅助电子和离子束光刻

9.5.4 蘸笔光刻（DPN）

9.5.5 激光直写

9.5.6 立体光刻和微立体光刻

9.6 印刷／压印光刻

9.6.1 喷墨印刷

9.6.2 软光刻

9.6.3 纳米压印光刻（NIL）

9.6.4 转印

9.7 案例研究

9.7.1 案例研究1：衬底清洗——RCA Clean（s）

9.7.2 案例研究2：衬底清洗，O2等离子体清洗

9.7.3 案例研究3：衬底清洗，溶剂清洗

9.7.4 案例研究4：正光刻胶加工：对于Shipley 1800系列光刻胶的一般处理

9.7.5 案例研究5：正光刻胶加工：对Shipley S1813的特殊加工

9.7.6 案例研究6：正光刻胶加工：对OiR 906-10的特殊加工

9.7.7 案例研究7：负光刻胶加工：对NR7-1500PY的特殊加工

9.7.8 案例研究8：电子束光刻

9.7.9 案例研究9：PDMS模板的制作

9.7.10 案例研究10：光掩膜的制造

9.7.11 案例研究11：多光子吸收聚合（MAP）

9.7.12 案例研究12：用聚焦离子束进行光刻

参考文献

10 MEMS中的掺杂工艺

10.1 引言

10.2 应用

10.2.1 电特性

10.2.2 腐蚀停止技术

10.2.3 材料和工艺选择指南：腐蚀停止技术

10.3 原位掺杂

10.3.1 化学气相淀积

10.3.2 晶体生长和外延

10.4 扩散

10.4.1 气相扩散

10.4.2 固态扩散

10.4.3 掩膜材料

10.4.4 建模

10.5 离子注入

10.5.1 设备

10.5.2 掩膜材料

10.5.3 建模

10.5.4 晶体损伤

10.5.5 隐埋绝缘层

10.5.6 案例研究：重掺杂多晶硅

10.6 等离子体掺杂工艺

10.7 杂质激活方法

10.7.1 传统的退火方法

10.7.2 快速热处理（RTP）

10.7.3 低温激活

10.7.4 工艺选择指南：杂质激活

10.7.5 案例研究：快速热退火和传统热退火的比较

10.8 测试分析

10.8.1 电气测量

10.8.2 结染色技术

10.8.3 SIMS

10.8.4 案例研究：结的表征和注入异常的分析

参考文献

11 圆片键合

11.1 引言

11.2 圆片直接键合

11.2.1 背景和物理学

11.2.2 成功实现圆片直接键合的参数

11.2.3 成功实现硅片直接键合的一些推荐方法

11.2.4 圆片直接键合过程

11.2.5 阳极键合

11.2.6 硅-玻璃激光键合

11.3 带有中间材料的圆片键合

11.3.1 热压键合

11.3.2 共熔键合

11.3.3 聚合物键合

11.4 圆片键合技术的比较

11.5 异质化合物的键合

11.6 圆片键合工艺集成

11.6.1 圆片局部键合

11.6.2 圆片通孔技术

11.7 圆片键合的表征技术

11.8 已有的圆片键合平台

11.8.1 圆片键合服务

11.8.2 键合设备供应商

11.9 总结

参考文献

12 MEMS封装材料

12.1 MEMS封装及其应用

12.1.1 封装类型

12.1.2 MEMS封装与微电路或者集成电路封装的比较

12.1.3 应用驱动及接口

12.1.4 其他系统元件的接口

12.2 封装选择

12.2.1 金属

12.2.2 陶瓷

12.2.3 塑料

12.2.4 阵列封装材料／圆片级封装

12.2.5 定制封装

12.2.6 硅密封

12.2.7 玻璃密封

12.3 盖子和盖密封

12.3.1 光学应用

12.4 芯片粘接材料及其工艺

12.4.1 导电芯片粘接

12.4.2 金属填充玻璃及环氧树脂

12.4.3 其他芯片粘接材料

12.4.4 倒装芯片键合

12.4.5 载带互连

12.5 引线键合

12.5.1 金线键合

12.5.2 铝系统

12.5.3 铜系统

12.6 电气连接工艺

12.7 密封

12.7.1 聚氨酯

12.7.2 聚酰亚胺

12.7.3 聚二甲基硅氧烷（PDMS）

12.7.4 环氧树脂

12.7.5 碳氟化合物（聚四氟乙烯）

12.7.6 丙烯酸（PMMA）

12.7.7 聚对二甲苯

12.7.8 液晶聚合物（LCP）

12.8 电气和温度要求

12.8.1 电气特性考虑

12.8.2 热学特性考虑

12.9 气密性和吸气材料

12.9.1 气密性和压力封装

12.9.2 气密和真空封装

12.10 质量和可靠性

12.10.1 MEMS封装可靠性

12.10.2 MEMS封装及质量保证

12.11 案例研究

12.11.1 MEMS加速度计

12.11.2 微镜阵列

12.11.3 MEMS麦克风

12.11.4 MEMS光闸

12.12 总结

参考文献

13 表面处理及平坦化

13.1 防止粘附的释放工艺和表面处理技术

13.1.1 湿法化学释放技术

13.1.2 干法释放技术

13.2 表面分析

13.2.1 表面化学组分

13.2.2 表面结构和形貌

13.2.3 表面能测量

13.3 MEMS的粘附和摩擦

13.3.1 粘附和摩擦的测量

13.3.2 表面粗糙度的影响

13.4 MEMS表面的化学改性

13.4.1 低表面能的处理

13.4.2 硅氧烷和硅烷处理

13.4.3 弱化学吸附的表面活性剂薄膜

13.4.4 材料性能和工艺选择指南

13.5 生物应用中的表面因素

13.5.1 表面改性技术

13.5.2 原始衬底表面的改性

13.5.3 预处理衬底表面的改性

13.5.4 案例研究

13.6 光学应用中的表面涂层

13.6.1 表面涂层上光学现象的基本原理

13.6.2 材料特性和工艺选择指南

13.7 化学机械平坦化

13.7.1 综述

13.7.2 应用

13.7.3 抛光垫和抛光液

13.7.4 不同材料的抛光考虑因素

13.7.5 清洁和污染控制

13.7.6 案例研究

参考文献

14 MEMS工艺集成

14.1 引言

14.2 工艺集成的概念

14.3 集成化MEMS工艺的概念

14.4 IC加工和MEMS加工的区别

14.5 MEMS工艺集成的难点

14.5.1 表面形貌

14.5.2 材料兼容性

14.5.3 热兼容性

14.5.4 电路／MEMS分别加工

14.5.5 设备制约

14.5.6 电路／MEMS分离

14.5.7 芯片的分割、组装和封装

14.6 工艺集成的实现

14.6.1 集成化MEMS工艺集成的策略

14.7 可制造性设计

14.7.1 综述

14.7.2 可制造性器件设计

14.7.3 可制造性工艺设计

14.7.4 MEMS制造中的精度问题

14.7.5 封装设计和组装

14.7.6 可制造性系统设计

14.7.7 环境偏差

14.7.8 测量偏差

14.7.9 可制造性设计的一些建议

14.8 现有MEMS工艺技术回顾

14.8.1 工艺选择指南

14.8.2 非集成化MEMS工艺流程

14.8.3 集成CMOS MEMS工艺技术综述

14.9 MEMS工艺开发的经济现实

14.9.1 MEMS开发成本和时间

14.9.2 生产成本模型

14.10 总结

参考文献