傳感器的加工工藝

傳感器的加工工藝

姓名：2021/6/271傳感器的加工工藝傳感器的發(fā)展和傳感器的加工工藝有著密切的聯(lián)系，在近現(xiàn)代的科技發(fā)展中，加工工藝的進步也促進了傳感器制造業(yè)的進步。從工藝上講，傳感器制造技術(shù)分為部件及子系統(tǒng)制造工藝和封裝工藝。前者包括半導(dǎo)體工藝、集成光學(xué)工藝、厚薄膜工藝、微機械加工工藝等，后者包括硅加工技術(shù)、激光加工技術(shù)、粘接、共熔接合、玻璃封裝、靜電鍵合、壓焊、倒裝焊、帶式自動焊、多芯片組件工藝等。2021/6/272傳感器的加工工藝應(yīng)用不同的加工方法所能得到的加工精度2021/6/273

腐蝕工藝

主要有化學(xué)腐蝕（濕法）和離子刻蝕（干法）兩大類。（1）濕法腐蝕：包括各向異性化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、摻雜控制的選擇性腐蝕等。（2）干法腐蝕：包括等離子刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕(RIE)、離子束化學(xué)刻蝕(CAIBE)和離子研磨等。2021/6/274濕法腐蝕工藝所謂濕法腐蝕，就是將晶片置于液態(tài)的化學(xué)腐蝕液中進行腐蝕，在腐蝕過程中，腐蝕液將把它所接觸的材料通過化學(xué)反應(yīng)逐步浸蝕溶掉。首先，溶液里的反應(yīng)物將利用擴散效應(yīng)來通過一層厚度相當(dāng)薄的邊界層，以達到被蝕刻薄膜的表面。然后，這些反應(yīng)物將于薄膜表面的分子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并生成各種生成物。這些位于薄膜表面的生成物，也將利用擴散效應(yīng)而通過邊界層到溶液里，而后隨著溶液被排出。2021/6/275濕法腐蝕工藝硅片各向異性腐蝕（a）典型的錐形坑被（1111）晶面限制，通過氧化硅掩模上開的方洞，從硅的（100）晶面向內(nèi)各向異性腐蝕；（b）懸臂梁開掩模，慢凸角根切速率的各向異性腐蝕圖；（c）掩模同（b）采用快速凸角根切速率性能的腐蝕劑，如EDP，產(chǎn)生圈套程序的根切效果；（d）對（c）進一步腐蝕形成懸掛在坑上的懸臂梁；（e）圖示為在充分長時間的腐蝕后，各向異性腐蝕的根切使腐蝕的形狀收斂于預(yù)計的形狀2021/6/276干法腐蝕是利用粒子轟擊對材料的某些部位進行選擇性地剔除的一種工藝方法。主要采用純化學(xué)作用的等離子腐蝕及純物理作用的離子腐蝕或具有物理、化學(xué)作用的腐蝕方法，是利用氣相刻蝕劑與被刻蝕的樣品表面接觸而實現(xiàn)的刻蝕技術(shù)。當(dāng)與被腐蝕物接觸時，就發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成揮發(fā)性物質(zhì)，達到腐蝕目的。干法腐蝕工藝等離子刻蝕機2021/6/277表面犧牲層技術(shù)表面犧牲層技術(shù)就是在形成微機械結(jié)構(gòu)的空腔或可活動的微結(jié)構(gòu)過程中，先在下層薄膜上用結(jié)構(gòu)材料淀積所需的各種特殊結(jié)構(gòu)件，再用化學(xué)刻蝕劑將此層薄膜腐蝕掉，但不損傷微結(jié)構(gòu)件，然后得到上層薄膜結(jié)構(gòu)（空腔或微結(jié)構(gòu)件）。被去掉的下層薄膜只起分離層作用，故稱其為犧牲層（sacrificiallayer，厚度約1-2μm）。2021/6/278表面犧牲層技術(shù)表面犧牲層技術(shù)2021/6/279薄膜工藝薄膜：一般將厚度在0.25mm以下的片狀塑料稱為薄膜。在傳感器中，利用真空蒸鍍、濺射成膜、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積（CVD）、等離子化學(xué)氣相沉積等工藝，形成各種薄膜，如多晶硅膜、氮化硅膜、二氧化硅膜、金屬（合金）膜。2021/6/2710化學(xué)氣相沉積

化學(xué)氣相沉積(ChemicalVaporDeposition，簡稱CVD)技術(shù)是利用氣態(tài)物質(zhì)在固體表面進行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)沉積物的工藝過程。它一般包括三個步驟:①產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)；②將揮發(fā)性物質(zhì)輸運到沉積區(qū)；③于基體上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而固態(tài)產(chǎn)物。立式CVD裝置圖2021/6/2711真空蒸鍍真空蒸鍍是在高真空環(huán)境中，將蒸發(fā)材料加熱至蒸發(fā)溫度蒸發(fā)后而冷凝在要鍍膜的基體上的過程。大型蒸鍍設(shè)備主要由鍍膜室、工作架、真空系統(tǒng)、電器控制四部分組成。真空蒸鍍原理示意圖2021/6/2712濺射成膜工藝濺射法是利用帶有電荷的離子在電場中加速后具有一定動能的特點，將離子引向欲被濺射的物質(zhì)做成的靶電極。在離子能量合適的情況下，入射離子在靶表面原子碰撞過程中將后者濺射出來。這些被濺射出來的原子帶有一定的動能，并且會沿著一定的方向射向襯底，實現(xiàn)薄膜的沉積。濺射方式有射頻濺射、直流濺射和反應(yīng)濺射等多種，其中射頻濺射應(yīng)用廣泛。2021/6/2713濺射成膜工藝射頻磁控濺射原理示意圖2021/6/2714光刻技術(shù)

集成電路制造中利用光學(xué)-化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)、物理刻蝕方法，將電路圖形傳遞到單晶表面或介質(zhì)層上，形成有效圖形窗口或功能圖形的工藝技術(shù)。首先要在硅片上涂上一層耐腐蝕的光刻膠，隨后讓強光通過一塊刻有電路圖案的鏤空掩模板（MASK）照射在硅片上。被照射到的部分(如源區(qū)和漏區(qū))光刻膠會發(fā)生變質(zhì)，而構(gòu)筑柵區(qū)的地方不會被照射到，所以光刻膠會仍舊粘連在上面。接下來就是用腐蝕性液體清洗硅片，變質(zhì)的光刻膠被除去，露出下面的硅片，而柵區(qū)在光刻膠的保護下不會受到影響。隨后就是粒子沉積、掩膜、刻線等操作，直到最后形成成品晶片（WAFER）。為了實現(xiàn)向特征尺寸為0.1μｍ的跨越，出現(xiàn)了下一代光刻技術(shù)，如深紫外光刻(DUV)、電子束投影光刻(EBL)、X射線光刻(XRL)、離子束投影光刻(IBL)、極紫外光刻(EUV)和壓印光刻技術(shù)(NIL)。2021/6/2715深紫外光刻

深紫外光刻工藝2021/6/2716電子束光刻

電子束投影光刻系統(tǒng)2021/6/2717X射線光刻三種點Ｘ射線源2021/6/2718壓印光刻壓印工藝原理2021/6/2719離子注入技術(shù)離子注入就是把摻雜劑的原子引入固體中的一種材料改性方法。離子注入的基本過程（1）將某種元素的原子或攜

帶該元素的分子經(jīng)離化變成

帶電的離子（2）在強電場中加速，獲得

較高的動能（3）注入材料表層（靶）以

改變這種材料表層的物理或

化學(xué)性質(zhì)2021/6/2720離子注入技術(shù)離子注入系統(tǒng)示意圖2021/6/2721LIGA技術(shù)

LIGA是德文Lithographie，Galvanoformung和Abformung三個詞，即光刻、電鑄和注塑的縮寫。LIGA工藝是一種基于X射線光刻技術(shù)的MEMS加工技術(shù)（工藝流程如圖所示），主要包括X光深度同步輻射光刻，電鑄制模和注模復(fù)制三個工藝步驟。LIGA工藝流程2021/6/2722輔助工藝粘接：雙組分環(huán)氧樹脂粘接劑（-65℃~150℃）共晶鍵合：共晶點溫度下相互接觸一定時間后冷卻冷焊：兩種金屬層在高壓、低溫下不熔融而相互連接起來釬焊：參與金屬化連接的兩金屬被焊劑浸潤再連接起來硅-硅直接鍵合：硅片放入1050℃的管式爐中加熱1小時自然連接微裝配2021/6/2723封裝技術(shù)對于微電子來說，封裝的功能是對芯片和引線等內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供支持和保護，使之不受外部環(huán)境的干擾和腐蝕破壞；而對于微傳感器封裝來說，除了要具備以上功能以外，更重要的是微傳感器要和外部環(huán)境之間形成一個接觸界面而獲取非電信號。一般說來，微傳感器封裝比集成電路封裝昂貴得多，僅封裝成本就占總成本的70%以上。2021/6/2724封裝層次結(jié)構(gòu)給出了機器或系統(tǒng)的封裝層次結(jié)構(gòu)

2021/6/2725質(zhì)量控制微傳感器的失效分析技術(shù)主要包括：光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、掃描激光顯微鏡、原子力顯微鏡、聚焦離子束、紅外顯微鏡等。微傳感器是電子和機械的有機結(jié)合，其可靠性主要包括機械、電子、材料以及機械與電子部分相互作用時的可靠性等，其失效分析手段