下载文档原格式
MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）VOC（Volatile Organic Compound）芯片是一种集成了微机电系统和挥发性有机化合物传感器的芯片。
它可以用于环境监测、室内空气质量检测、工业生产过程监控等领域。
本文将对MEMS VOC芯片的生产工艺流程进行详细介绍。
一、制备硅基底板硅基底板是MEMS VOC芯片的基础材料，它需要经过多道工艺步骤才能得到符合要求的产品。
选用高纯度的硅片作为底板材料。
通过化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）的方法在硅片表面沉积一层绝缘层，通常采用二氧化硅或氮化硅。
使用光刻、腐蚀等工艺步骤定义出所需的结构，并进行掺杂处理，最终形成电极、传感器结构等组件。
二、生长贵金属氧化物薄膜MEMS VOC芯片的核心部件是挥发性有机化合物传感器，其主要由贵金属氧化物（例如氧化锌、氧化钨等）构成。
该部件的制备过程一般包括溶胶凝胶法或物理气相沉积法等步骤，其中溶胶凝胶法主要包括溶胶制备、凝胶化和热处理等步骤。
通过这些工艺步骤，可以在硅基底板上生长出均匀致密的贵金属氧化物薄膜。
三、制备微加工模板MEMS VOC芯片中的微加工模板主要用于制备微结构，并最终形成传感器的灵敏部件。
在制备微加工模板的过程中，首先需要选择合适的模板材料，如玻璃、石英等。
利用光刻、腐蚀、离子束刻蚀等工艺步骤，在模板表面形成所需的微结构。
通过离子束刻蚀等方法制备出具有纳米级甚至更小尺度的微结构。
四、制备传感器元件在MEMS VOC芯片的生产过程中，传感器元件是至关重要的组成部分。
它是实现气体传感、信号测量等功能的关键装置。
传感器元件的制备过程一般包括掺杂处理、金属化、包埋封装等步骤。
通过这些工艺步骤，可以将贵金属氧化物薄膜和微加工模板等组件结合，并最终形成成熟的传感器元件。
五、封装与测试MEMS VOC芯片的封装与测试是工艺流程的最后一道工序。
在封装过程中，首先需要将制备好的传感器元件与芯片引线进行连接，并封装在金属、陶瓷等材料中，以保护其不受外界环境影响。
摘要随着MEMS技术的发展，MEMS器件上的微结构从之前单一的表面结构向更为复杂的三维空间立体结构加工方法发展，高深宽比结构的加工则是其中一个重要的方向。
深硅刻蚀技术作为高深宽比结构的加工方法已成为国内外的研究热点。
由Robert Bosch公司持有专利的交替往复式工艺（Bosch工艺）主要用于深硅刻蚀，是目前应用最广泛也是发展最成熟的深硅刻蚀工艺。
交替往复式工艺能够达到很大的深宽比和选择比。
而RIE-ICP刻蚀系统可独立控制等离子体密度和离子轰击能量、刻蚀速率高、结构简单、成本低、工艺稳定性强，占据着深硅刻蚀市场主要地位。
本论文通过对掩蔽层图形化工艺的实验和掩蔽层材料的选择以及利用RIE-ICP刻蚀系统进行深硅刻蚀工艺参数的优化研究，实现了硅通孔的加工。
本论文的主要研究内容如下：1.通过实验的方式设计并验证了掩蔽层图形化的相关工艺参数。
成功地将图形由光刻板准确地转移到了掩蔽层上，为后续深硅刻蚀做好准备。
2.通过对刻蚀原理的分析，研究了深硅刻蚀工艺参数与形貌特性及主要工艺要求之间的关系，为后续的工艺参数制定奠定了理论基础。
3.通过大量实验确定掩蔽层的刻蚀速率与深硅刻蚀工艺参数的关系，并确定了光刻胶作为掩蔽层的材料。
4.综合考虑了硅通孔的刻蚀深度、刻蚀速率、侧壁倾角、刻蚀选择比、扇形褶皱等因素，设计并逐步完善了深硅刻蚀工艺参数，最终实现了深度179μm、刻蚀速率10μm/m in、侧壁倾角90.9°、光刻胶刻蚀选择比147:1、扇形褶皱尺寸126.6nm的硅通孔。
关键词：交替往复式深硅刻蚀；RIE-ICP刻蚀；掩蔽层；图形化。
AbstractAs the development of the Micro Electromechanical System (MEMS), the micro structures of MEMS devices also developed from simple surface structures to more complicated structures in three-dimensional forms, which will add complexities to the device fabrication. The fabrication of high aspect ratio structure is one of the most important issues. The deep etching technology for silicon has been paid a lot of attention to as one method of fabricating high aspect ratio structures. The time-multiplexed alternating process, whose patent held by Inc. Robert Bosch, is used in silicon deep etching. It can make high aspect ratio and selectivity. The RIE-ICP etching system can control the plasma density and the ions bombardment energy independently. In addition, it has other advantages, such as fast etching rate, simple structure, low cost, high process stability, and so on. The RIE-ICP etching system occupies the main market position. In this paper, a series of experiments and analysis have been performed to realize the fabrication of the through silicon via, including barrier layer patterning process experiments, barrier layer material selection and process parameter optimization of the RIE-ICP etching system.This paper includes four main sections as follows:1.Design and achieve barrier layer patterning parameters through experiments.Pattern is accurate transferred from mask to the barrier layer, ready for the subsequent deep etching for silicon;2.By analyzing the etching principle, research the relationship between thesilicon deep etching parameters, surface characteristics and the process specifications; laid a theoretical foundation for the follow-up of the process parameters to optimize;3.On the base of a lot of experiments, make sure the relationship between theetching rate and the silicon deep etching parameters. In addition, make sure that utilizing the photo resist as the barrier layer material;4.Overall consideration of many parameters such as etch depth, etch rate, sidewallprofile, selectivity and scallop size, optimize silicon deep etching parameters. We achieve a through silicon via that depth 179μm，etch rate 10μm/min, side wall profile 90.9°, selectivity 147:1, scallop size 126.6nm finally.Key words: time-multiplexed alternating process, RIE-ICP etching, barrier layer, patterning目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2深硅刻蚀技术 (3)1.3深硅刻蚀技术发展现状 (5)1.4课题意义及内容 (6)1.4.1课题研究的来源和意义 (6)1.4.2课题研究内容及章节安排 (7)第二章掩蔽层的图形化 (8)2.1掩蔽层图形化加工工艺 (8)2.1.1硅片的清洗 (8)2.1.2薄膜沉积 (8)2.1.3光刻工艺 (10)2.1.4刻蚀工艺 (14)2.1.5除胶工艺 (14)2.2掩蔽层图形化实验 (15)2.2.1掩蔽层材料 (15)2.2.2掩蔽层薄膜（光刻胶）的制备 (15)2.2.3掩蔽层薄膜（二氧化硅）的制备 (17)第三章RIE-ICP深硅刻蚀的相关技术 (22)3.1等离子体刻蚀技术的原理 (22)3.1.1等离子体的产生 (22)3.1.2等离子体刻蚀机制 (23)3.1.3反应离子刻蚀原理 (24)3.1.4感应耦合等离子体刻蚀原理 (26)3.2RIE-ICP深硅刻蚀技术及原理 (29)3.2.1RIE-ICP深硅刻蚀系统 (29)3.2.2交替往复式工艺 (29)3.2.3交替往复式工艺理论分析 (33)3.2.4交替往复式工艺的模型 (36)3.2.5交替往复式工艺的指标 (38)第四章深硅刻蚀技术实验及结果分析 (43)4.1掩蔽层材料的选择 (43)4.2深硅刻蚀工艺的优化 (47)4.3实验小结 (55)第五章全文总结及展望 (57)5.1全文总结 (57)5.2工作展望 (58)参考文献 (59)致谢63第一章绪论1.1引言MEMS是微机电系统（Micro Electromechanical Systems）的英文缩写，指的是特征尺寸在1nm到1mm之间，可批量制作的，利用硅微加工、传统精密机械加工以及LIGA技术等MEMS加工技术，集微型机构、微型传感器、信号处理电路、信号控制电路以及微型执行器再至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
MEMS制作流程1. 概述微机电系统（MEMS）是一种集成了微小机械结构、传感器、执行器和电子电路等功能的微型系统。
MEMS制作流程是将设计好的MEMS器件从初始材料开始，通过一系列工艺步骤逐步加工形成最终的器件。
本文将详细介绍MEMS制作的主要步骤和流程。
2. 设计在开始MEMS制作之前，首先需要进行器件的设计。
设计过程包括确定器件的功能、尺寸、材料选择等。
常见的MEMS器件包括压力传感器、加速度计、陀螺仪等。
3. 基础材料准备在进行MEMS制作之前，需要准备一些基础材料，包括硅片（通常为单晶硅或多晶硅）、玻璃基板、金属薄膜等。
这些材料将用于制作MEMS器件的基底和结构。
4. 硅片清洗由于硅片表面容易被污染，因此在进行后续工艺之前需要对硅片进行清洗处理。
清洗过程通常包括去除有机物和无机盐等污染物。
5. 硅片表面涂覆为了实现特定的功能，需要在硅片表面涂覆一层薄膜。
常见的涂覆方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等。
涂覆的薄膜可以是金属、绝缘体或半导体材料。
6. 光刻光刻是MEMS制作中非常重要的步骤，用于定义器件结构的形状和尺寸。
光刻过程包括以下几个步骤： - 涂覆光刻胶：将光刻胶均匀涂覆在硅片上。
- 预烘烤：将硅片放入烘箱中进行预烘烤，使光刻胶变得更加坚固。
- 掩膜对位：将掩模与硅片对位，并使用紫外线曝光机将掩模上的图案转移到光刻胶上。
- 显影：使用显影剂去除未曝光区域的光刻胶。
- 后烘烤：将硅片放入烘箱中进行后烘烤，使已曝光区域的光刻胶更加坚固。
7. 干法刻蚀干法刻蚀是用于将硅片上的材料去除或改变形状的工艺步骤。
常见的干法刻蚀方法包括反应离子刻蚀（RIE）、高密度等离子体刻蚀（DRIE）等。
通过控制刻蚀时间和条件，可以实现不同形状和尺寸的结构。
8. 软件控制在MEMS制作过程中，软件控制起着重要的作用。
通过软件控制，可以精确地控制各个工艺步骤的参数，如温度、时间、气体流量等。
mems器件⽓密封装⼯艺规范（材料参数）MEMS器件⽓密封装⼯艺规范（元件级）华中科技⼤学微系统中⼼1. 引⾔微机电系统（Micro ElectroMechanical System－MEMS），⼜称微系统，以下简称MEMS。
MEMS是融合了硅微加⼯、LIGA 和精密机械加⼯等多种加⼯技术，并应⽤现代信息技术构成的微型系统。
它是在微电⼦技术基础上发展起来的，但⼜区别于微电⼦技术，主要包括感知外界信息（⼒、热、光、磁、⽣物、化学等）的传感器和控制对象的执⾏器，以及进⾏信息处理和控制的电路。
MEMS具有以下⼏个⾮约束的特征：（1）尺⼨在毫⽶到微⽶范围，区别于⼀般宏（Macro），即传统的尺⼨⼤于1cm尺度的“机械”，但并⾮进⼊物理上的微观层次；（2）基于（但不限于）硅微加⼯（Silicon Microfabrication）技术制造；（3）与微电⼦芯⽚类同，在⽆尘室⼤批量、低成本⽣产，使性能价格⽐⽐传统“机械”制造技术⼤幅度提⾼；（4）MEMS中的“机械”不限于狭义的⼒学中的机械，它代表⼀切具有能量转换、传输等功效的效应，包括⼒、热、光、磁，乃⾄化学、⽣物效应；（5）MEMS的⽬标是“微机械”与IC结合的微系统，并向智能化⽅向发展。
MEMS将许多不同种类的技术集成在⼀起，⽬前已在电⼦、信息、⽣物、汽车、国防等各个领域得到⼴泛应⽤，它被称为是继微电⼦技术⾰命之后的第⼆次微技术制造⾰命。
MEMS器件种类很多，有光学MEMS、⽣物MEMS、RFMEMS 等，不同的MEMS其结构和功能相差很⼤，其应⽤环境也⼤不相同，因此使得MEMS技术⾯临着许多挑战。
专家们认为⽬前MEMS技术在⼯业上⾯临的最⼤挑战是制造和封装问题。
封装占整个MEMS器件成本的50～80％。
鉴于MEMS 器件的种类很多，因此，本规范是对MEMS器件封装设计与⼯艺过程的⼀些成熟⽅法进⾏标准化。
2. MEMS器件封装的特点MEMS封装技术是在IC封装技术的基础上提出的，MEMS封装技术源⽤了许多IC封装⼯艺，因此MEMS封装⼯艺中有许多与IC 封装兼容的⼯艺。
mems制造工艺的步骤与过程嘿，朋友们，今天咱们来聊聊那神奇的微观世界——mems制造工艺。
这个听起来有点高大上的名字，其实说白了就是微型机械的制作艺术，就像是在显微镜下跳舞的精灵，每一步都充满了惊喜和挑战。
想象一下，当你用放大镜仔细观察一枚硬币时，你会发现它是由无数的小颗粒组成的。
这些小颗粒就是我们所说的mems制造工艺的基础——微型结构。
它们像是一个个小小的士兵，分布在我们肉眼无法捕捉的地方，默默地支撑着整个设备。
我们要像变魔术一样，把这些“小士兵”从无到有地造出来。
这个过程就像是给孩子们讲一个关于“变形金刚”的故事，只不过这里的“变形金刚”是一群微小的金属片。
科学家们会使用一种叫做“光刻”的技术，把设计好的电路图像印在硅片上，然后用一种特殊的化学物质把图案“雕刻”出来。
这个过程就像是在一张白纸上画地图，然后小心翼翼地把地图上的线条一点点地“雕刻”出来，直到整张地图变得栩栩如生。
我们需要给这些“小士兵”穿上漂亮的衣服。
这就像是给孩子们穿上五彩斑斓的衣服，让他们在舞台上闪耀。
科学家会使用一种叫做“电镀”的技术，给这些微型结构镀上一层金边，让它们在闪闪发光的也显得更加坚固可靠。
这个过程就像是给孩子们穿上了一件闪闪发光的礼服，让他们在众人面前格外引人注目。
我们要让这些“小士兵”变成一支真正的军队。
这就像是给孩子们举行一场盛大的阅兵式，让他们成为全场的焦点。
科学家们会把这些微型结构组装起来，形成一个个复杂的电路板，再把它们装进一个精巧的小盒子里。
这个过程就像是把一群孩子组织起来，让他们成为一个团结的团队，共同完成一项伟大的任务。
这就是mems制造工艺的奇妙之处，它让我们看到了微观世界的无限可能。
就像那些小小的“小士兵”，虽然他们身材娇小，但只要齐心协力，就能创造出令人惊叹的作品。
在这个过程中，我们也能感受到科学的魅力和人类智慧的伟大。
所以，下次当你看到那些小小的“小士兵”在mems制造工艺中忙碌的身影时，不妨想象一下，它们是如何在科学家们的精心指导下，一步步地成长为一个强大的团队的。
论微电机系统MEMS以及它的发展趋势摘要:微光机电一体化系统简称微系统, 是当今技术发展的前沿领域之一。
微系统技术的发展将大大地促进许多产品或装置微型化、集成化和智能化, 成倍地提高器件和系统的功能密度、信息密度与互连密度, 大幅度地节能降耗, 有广阔的应用领域和市场，这里主要介绍了微机电系统概念、研究的主要领域和目前的应用领域，重点介绍了MEMS加工技术及其分类，最后给出了该技术的展望。
关键词：微系统；研究领域；MEMS；现状及展望 kk1. MEMS的概念1.1 MEMS的概述MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。
MEMS是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。
MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。
完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。
其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。
1 .2 MEMS 的显著的特征1)微小与精密。
微机械器件在线度与体积上都很细小, 其尺寸一般在毫米到微米范围内。
微机械进行的操作也是极其微细的。
2)机电合一的系统。
由于它的体积微小且操作精密, 即便是最简单的器件也必须由电信号进行控制, 微机械的输出信息也必须由电子系统进行检测和处理。
