中国MEMS传感器生产规模分析调研

目录

一、国内外mems 传感器生产厂商介绍 ............................. 2

1 国内生产厂商 ....................................................................................................................... 2

2国外生产厂商 ........................................................................................................................ 8

二、MEMS产业竞争格局 ................................................... 11

1. 产品结构 ............................................................................................................................ 11 2、中国半导体传感器市场整体竞争格局 ........................................................................... 13 3、全球重点厂商分析 .......................................................................................................... 14

三、MEMS传感器的生产工艺介绍 .................................... 18

1 设计..................................................................................................................................... 18 2加工...................................................................................................................................... 19 3 封装..................................................................................................................................... 25 4 测试..................................................................................................................................... 28

四、MEMS传感器的材料与设备 ........................................ 35

一、国内外mems 传感器生产厂商介绍

1 国内生产厂商

公司名录 无锡纳微电子有限公司 硅压力传感器 是2008年1月由中国无锡留学人员创业园、中国爱德基金会，和主要创业人员等共同出资，南京大学教授都有为院士任公司董事长及首席科学家，海外留学归国人员桂建明博士任公司总经理 北京广微积电科技有限公司 压力传感器、非制冷红外探测器 公司主要设计研发人员均来自国外，尤其在集成电路设计及微传感器系统集成方面具有极其雄厚的科研实力，与西安西岳电子合作非制冷红外探测器 西安中星测控有限公司 MEMS惯性传感器，压力 成立于2004年8月，由原西安中星测控有限 传感器 责任公司（成立于1996年4月）与新加坡泛伟投资控股公司（Panweld Holdings Limited）共同出资组建；设有四个研究机构：惯性产品研究室、光电传感研究室、汽车电子研究室和力与压力研究室 苏州敏芯微电子技术有限公司 MEMS微型硅麦克风，硅 公司的管理团队有着深厚的半导体封装和ME压力传感器 MS产业背景，并曾作为创始人实现过一家半导体封装公司及一家MEMS公司的上市；公司的技术核心团队有着在国内外顶尖大学微电子实验室从事 MEMS 与集成电路（IC）技术研究的宝贵经验，拥有数项涉及 MEMS 关键技术的突破性发明和世界级科研成果 歌尔声学股份有限公司 微型麦克风、微型扬声器 与中科院声学所、北京邮电大学等国内外多家 知名高校和科研机构有长期的战略合作伙伴关系 重庆金山科技（集团）有 胶囊内窥镜，硅微型泵 限公司 北京青鸟元芯微系统科技有限责任公司 微型湿度传感器MEMS压 以\北京大学微电子学研究院\和\微米/纳米加力传感器、加速度传感器 工技术国家级重点实验室\为技术依托 其总经理为原宝鸡传感器研究所所长 主要产品类型 技术来源 宝鸡秦明传感器有限公司 上海芯敏微系统技术有限公司 北京七星华创电子股份有限公司 北京创威纳科技有限公司 江苏英特神斯科技有限公司（Intellisense） 压力传感器 以中国第一个传感器专业研究所——宝鸡传感器研究所为其研究 开发中心 设备 设备 以中科院上海微系统所传感技术国家重点实验室 前身是国家骨干电子企业 主要技术人员曾在中国科学院微电子中心、清华大学等单位长期 从事半导体设备及工艺研究工作 软件IntelliSuite 总部在美国 海外归国人员创业 母公司美国美新公司（MEMSIC） 深迪半导体（上海）有限 微型陀螺仪 公司 无锡美新半导体 加速度传感器，地磁传感器

还有其它的，例如上海巨哥电子科技有限公司，深圳市卡默莱电子科技有限公司，烟台睿创微纳技术有限公司Raytron，上海三鑫科技发展有限公司（Laseno微型激光投影仪）

目前，国内MEMS产品门类依然相对较少，主要还是以惯性器件和压力传感器为主，而且多是中低端产品，创新性强的新器件、新系统鲜有出现

高校和研究所：

北京大学、1000m2 MEMS 洁净室

中科院上海微系统与信息技术研究所，1600m2MEMS 洁净室 河北半导体研究所（13所）1000m2MEMS 洁净室 厦门大学萨本栋微纳米技术研究中心 600m2洁净室

中国工程物理研究院微系统中心1000 m2洁净室 中国科学院微电子研究所

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 北京国浩微磁电子智能传感器技术研究所

代工服务：

中芯国际：上海8inch 无锡华润上华科技有限公司 台湾的TSMC和UMC

封装：

南通富士通：

晶方半导体科技有限公司：拓展至微电机(MEMS)，无线射频识别芯片(RFID) 华天科技：开发MEMS封装技术

长电科技：已掌握MEMS封装技术，并以实现量产

通富微电：国内最早研究开发MEMS封装，也是国内最先实现MEMS量产的厂家，客户包括意法半导体、美新等国内外知名的MEMS企业

工业园：苏州，无锡

造苏州工业园区生物纳米科技园，希望使其成为生物科技的创新平台 无锡市积极建设中国微纳国际创新园，并将微纳米产业作为重点发展对象

国内FAB代工厂

1. TSMC 台积电 （台湾） 中文简称：台积电

中文全称：台湾积体电路制造股份有限公司

英文全称：Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited 总部：台湾

网址： http://www.tsmc.com/schinese/default.htm

可获工艺（2007年10月）：0.5um, 0.35um, 0.25um, 0.18um, 0.13um, 0.09um 0.065um, 0.045um

2. CSM 或称 Chartered 新加坡特许 （新加坡）

中文简称：新加坡特许 中文全称：特许半导体制造公司

英文全称：Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd 总部：新加坡

网址： http://www.charteredsemi.com/

可获工艺（2007年10月）：0.35um, 0.25um, 0.18um, 0.13um, 0.09um, 0.065um, 0.045um

3. SMIC 中芯国际 （上海） 中文简称：上海中芯国际

中文全称：中芯国际集成电路制造股份有限公司

英文全称：Semiconductor Manufacturing International Corporation 总部：上海

网址： http://www.smics.com/website/cnVersion/Homepage/index_1024.jsp 可获工艺（2007年10月）：0.35um, 0.25um, 0.18um, 0.13um, 0.09um 4．HJTC或称 HJ 和舰科技 (苏州) 中文简称：苏州和舰

中文全称：和舰科技(苏州)有限公司

英文全称：HeJian Technology (Suzhou) Co., Ltd. 总部：苏州

网址： http://www.hjtc.com.cn/Chinese/index.asp 可获工艺（2007年10月）：0.35um, 0.25um, 0.18um 5．CSMC 华润上华 （无锡） 中文简称：无锡上华

中文全称：华润上华科技有限公司

英文全称：CSMC Technologies Corporation 总部：无锡

网址： http://www.csmc.com.cn/csmc/s_chinese/index.asp 可获工艺（2007年10月）：3.0至0.5微米 6、GSMC 宏力 (上海) 中文简称：上海宏力

中文全称：宏力半导体制造有限公司

英文全称：Grace Semiconductor Manufacturing Corporation

总部：上海

网址： http://www.gsmcthw.com/cnhtml/index.jsp?id=7 可获工艺（2007年10月）：0.25um, 0.18um, 0.15um 7、HHNEC 华虹 (上海) 中文简称：上海华虹

中文全称：上海华虹NEC电子有限公司

英文全称：Shanghai Hua Hong NEC Electronics Company, Ltd. 总部：上海

网址： http://www.hhnec.com/web_cn/index.htm 可获工艺（2007年10月）：0.35um, 0.25um, 0.18um 8、SinoMOS 中纬 (宁波) 中文简称：宁波中纬

中文全称：中纬积体电路(宁波)有限公司

英文全称：SinoMOS Semiconductor (Ningbo) Inc. 总部：宁波

网址： http://www.sinomos.com/portal/page?_pageid=34,1&_dad=portal&_schema=PORTAL

可获工艺（2007年10月）：0.8um/1um

其它的芯片制造代工厂有： UMC---联华电子公司

United Microelectronics Coporation

ASMC---上海先进半导体制造有限公司

Advanced Semiconductor Manufacturing Corp.of Shanghai

BCD---BCD半导体制造有限公司

BCD Semiconductor Manufacturing Limited

Belling---上海贝岭股份有限公司 Shanghai Belling Co., Ltd.

IC Spectrum-德芯电子集成电路制造有限公司 IC Spectrum Co., Ltd.

Hynix-ST---海力士-意法半导体有限公司 Hynix-ST Semiconductor Ltd.

CSWC---华润晶芯半导体有限公司

China Resources Semiconductor Wafer & Chips Ltd.

GMIC---南通绿山集成电路有限公司

Nantong Green Mountain Integrated Corp., Ltd

Silan---杭州士兰集成电路有限公司

Hangzhou silan integrated circuits Co., Ltd.

SGNEC---首钢曰电电子有限公司 Shougang NEC Electronic Co.,Ltd

TJSemi---天津中环半导体股份有限公司

Tianjin Zhonghuan Semiconductor Joint-stock Co.,Ltd.

Founder IC---深圳方正微电子有限公司 Founder Microelectronics Inc.

ACSMC---珠海南科集成电子有限公司

Advanced CMOS Semiconductor Manufacturing Corp.

XiYue---西岳电子技术有限公司

XiYue Electronics Technology Co., Ltd.

WXIC---武汉新芯积体电路制造有限公司

2国外生产厂商

据IHS iSuppli公司的研究，意法半导体(STM)在2010年仍然是最大的MEMS传感器生产商，营业收入几乎是排名第二的德州仪器的五倍。

IHS iSuppli把MEMS厂商分为两类，一类是“纯”MEMS生产商，不为自己生产MEMS;另一类是“混合模式”厂商，即整合器件制造商(IDM)，除了为自己的核心业务提供MEMS器件以外，还提供MEMS合同制造服务。

STM连续第四年排名第一，而且是营业收入超过一亿美元的唯一一家MEMS厂商。为惠普生产喷墨晶片(Inkjet wafer)，占STM营业收入的大多数。尽管惠普喷墨营业收入不断萎缩，但STM最近四年通过提高在惠普喷墨生产中的份额而设法扩大了这项业务。STM还开始与柯达等其它喷墨打印机厂商合作，并在生物MEMS领域赢得了一些代工项目，如为瑞士Debiotech生产胰岛素注射器。STM公司2010年MEMS制造服务营业收入为2.286亿美元，而美国德州仪器只有4740万美元。

德州仪器尽管保持第二的排名，但受其大客户Lexmark喷墨打印机业务锐减的影响，其MEMS营业收入自2004年以来持续急剧下降。但德州仪器最近与一家消费MEMS厂商签署了代工协议，预计将从2011年开始为德州仪器带来营业收入。该消费MEMS厂商在业内排名前15。

另外两家比较突出的混合模式厂商是挪威的Sensonor Technologies，排名第三，营业收入是3800万美元;排名第四的索尼，营业收入3190万美元，借助其主要客户Knowles Electronics在MEMS麦克风领域的出色表现，营业收入大增了51.2%。

MEMS生产市场模式

总体来看，混合模式厂商在MEMS市场占有的份额大于纯粹模式。10大混合模式厂商2010年合计营业收入为3.96亿美元，其中最大的两家STM和德州仪器合计的合计份额就高达70%。相比之下，10大纯粹模式厂商的营业收入为2.053亿美元，其中头号厂商Silex Microsystems的营业收入为3600万美元。 但是，纯粹模式厂商的2010年营业收入增长较快，强劲扩张48.4%，而混合模式供应商只有2.4%。

2010年：纯粹模式厂商表现出色

2010年，有四家纯粹模式MEMS厂商的营业收入超过了3000万美元，以前该阵营的厂商没有一家达到过这个关口。该领域排名第一的Silex，其半数MEMS营业收入来自工业与科技应用，医疗应用与光学MEMS占有剩余的相当大部分。

2010年营业收入超过3000万美元的其它三家纯粹模式厂商包括：加拿大Micralyne，营业收入增长50%至3130万美元;台湾亚太优势微系统公司排名第三，营业收入为3120万美元;上一年排名第一的Dalsa Corp.，也是加拿大公司，2010年排名第四，营业收入是3090万美元。

半导体晶圆代工厂跨足微机电系统(MEMS)代工业务的比例已愈来愈高，包括台积电、联电、全球晶圆(GlobalFoundries)，甚至中国大陆中芯半导体，都积极扩大布局。市场研究机构Yole Developpement认为，尽管目前大多数MEMS元件仍由整合元件制造商(IDM)内部自行生产，但随着特殊MEMS元件代工需求的增加，半导体业者未来在MEMS代工市场的重要性将日益显著。

法国Yole Development发布了2008年前20位的MEMS代工排名，主要的变化有：

- 专用的MEMS代工厂相比2007年下降。

- 加拿大的Micralyne成为开放式MEMS代工厂的排名第一。 - 主要的开放式MEMS代工厂开始赢利。 - 三洋及香港华润半导体停止了MEMS代工业务。

- Jazz半导体进入MEMS代工业务并快速增长。 - 大日本印刷的业务受汽车业务萎缩影响严重。

尽管受几个市场下滑周期的影响，主要的开放式MEMS代工厂相对2007年仍有7%的增长，大多数都实现赢利。欧洲的Tronics2008年底宣布第十个季度持续赢利，2008年增长34%。美国的IMT2008年重返赢利。Micralyne依靠22%的增幅成为排名第一的开放式MEMS代工厂，主要依靠在光学开关、微流体、植入性药物释放方面的创新。

但是，意法半导体是所有MEMS代工厂中销售额第一。专用式代工厂的利润下滑15-20%，主要是受喷墨打印头销售下滑影响。成熟的MEMS器件的销售所受影响很大，专用式代工厂受到直接影响。

Jazz半导体因为Wispry的可调谐RF-MEMS在手机中的出货而进入前20名，预期2009年将增长20%。而香港华润半导体则因为主要客户Teravicta宣布破产而停业。在全球范围，MEMS代工市场非常细分化。尽管金融风暴，很多项目仍在进行，例如Silex的8英寸生产线计划2009年底完成。

二、MEMS产业竞争格局

1. 产品结构

在半导体传感器产品市场结构中，压力传感器在应用主力汽车电子以及医疗电子产量快速上升的作用下，其市场规模进一步扩大。2009年实现销售额34.9亿元，市场份额为29.5%，居于首位。2009年，加速度传感器在手机、笔记本等电子产品中的渗透2009－2010年中国半导体传感器市场竞争分析率进一步大幅度提高，该产品当年实现销售额26.6亿元，位列第二。

此外，在中国投影机、打印机等产品巨大产量的支撑下，2009年，DMD微镜阵列以及喷墨打印头也取得较大市场份额。

2009年中国半导体传感器市场产品结构

2006－2009年中国半导体传感器细分产品市场规模

单位：亿元

2006－2009年中国半导体传感器细分产品所占比例

2、中国半导体传感器市场整体竞争格局

半导体传感器市场中，产品供应商根据业务形态不同可以分为以HP、Bosch、佳能等为代表的相关整机厂商；以TI、Freescale、ST、ADI为代表的半导体厂商以及以美新、Sensata Technologies等为代表的专业传感器厂商等。在这三大阵营厂商中，整机类半导体传感器厂商大多进行传感器及模块的供应，并且其产品主要为公司内部相关整机配套。由于产品销售具有保障，且半导体传感器模块价格普遍较高，这类厂商销售额一般较大。但由于产品应用领域相对局限，面对不断出现的市场机会，近几年，这一阵营中越来越多厂商出现分拆其半导体传感器业务的趋势。半导体阵营传感器厂商经过多年的发展，已经积累起大量的整机客户资源，这也成为这类厂商的主要优势，但由于这类厂商产品大多应用于3C产品领域，因而其半导体传感器产品受到价格下滑压力较大。为应对这一问题，近年来，不少半导体阵营的半导体传感器厂商开始将其半导体传感器产品与其控制器产品进行组合或捆绑销售以提高产品附加值。专业半导体传感器企业一般规模较小，且产品大多单一，在市场发展方面面临客户资源缺乏的难题。但这类企业经营较为灵活，更容易适应市场需求。看好半导体传感器市场的良好发展前景，目前市场中涌现出一大批专业半导体传感器厂商，这也为半导体传感器整体市场的发展注入新鲜血液。

此外，与集成电路产品的标准化设计流程和工艺不同，半导体产品结构以及制造工 艺大多较为独特，这也成为相关半导体传感器供应商的核心竞争力所在，因而DMD、FBAR、射频开关等产品领域，TI、安华高、TeraVicta Technologies等企业占据绝对市场优势，且市场竞争态势较为缓和。

中国半导体传感器市场重点厂商竞争力评价

3、全球重点厂商分析

3.1、TI (德州仪器)

表5 中国半导体传感器市场重点厂商评价——TI

美国德州仪器公司(TI)是一家全球性的半导体公司，是世界领先的数字信号处理和模拟

技术的设计商和供应商，总部设在德克萨斯州的达拉斯，在全球超过25个国家设有制造或销售机构。

在半导体传感器产品领域，1977年，TI首次提出采用MEMS技术的DMD产品概念。1996年，TI发明出DLP投影机原型。随后，TI DMD产品市场得以迅速发展。近些年来，为进一步加快DMD产品推广步伐，TI多次主动降低产品价格。目前，全球超过50%的投影机已经使用TI DMD/DLP技术。而在这一市场中，凭借其掌握的核心产品技术和制造工艺，以及良好的下游整机渠道，TI在这一市场占据绝对统治地位。2009年，在中国投影机产量下降的不利影响下，TI DMD产品在中国市场销售额为9.3亿元，较2008年有所下降。

表6 TI SWOT分析

3.2、HP(惠普)

中国半导体传感器市场重点厂商评价——HP

HP公司成立于1939年，是全球知名的喷墨打印机、笔记本电脑、服务器等计算机 产品供应商。

在MEMS产品领域，在其巨大的喷墨打印机以及打印头产量的配套下，HP喷墨打印头产品占据全球60%以上市场份额。与此同时，与ST等MEMS喷墨打印头代工合作伙伴的长期合作也使得HP 喷墨打印头产品质量以及性能得到有效保障。此外，在HP良好的商业运作经验的辅助下，在喷墨打印头市场领域，HP大幅领先于其竞争对手Lexmark、Seiko Epson等厂商。2009年，中国市场中，HP喷墨打印头实现销售7.2亿元，市场份额为6.1%。

HP SWOT分析

3.3、ST (意法半导体)

表9 中国半导体传感器市场重点厂商评价——ST

意法半导体(ST)是由意大利SGS和法国Thomson半导体于1987年合并组建。1984 年，意法半导体进入中国，目前，其在中国拥有员工超过4千人，并相继在北京、成都、 厦门、深圳等地设立了销售部门，在上海、北京设立研发机构，以及在深圳设立后端封 装测试工厂。

在半导体传感器产品领域，ST主要进行压力传感器、加速度传感器以及陀螺仪、硅麦克风等产品的研发和生产。产品最初主要应用于汽车、工业控制领域。近两年，看好消费电子以及通讯电子领域MEMS市场的巨大潜力，ST传感器产品凭借与Iphone手机以及任天堂游戏机的完美结合，从而成功开拓这两个领域，并成为消费电子以及通讯产品领域半导体传感器市场领导者。此外，ST还为多家半导体传感器厂商进行产品代工，这也是其半导体传感器业务的重要收入来源。2009年，ST推出多款加速度计新产以进一步捍卫其在3C领域的优势地位。2009年，ST半导体加速度产品中国地区实现销售额7.0亿元，位列第三。

ST SWOT分析

3.4、Bosch(博世)

中国半导体传感器市场重点厂商评价——Bosch

作为全球顶级汽车整机制造厂商，为配套其汽车电子应用，博世自主进行MEMS 压力计、加速度计以及陀螺仪等产品以及模块的生产与开发。目前，博世是汽车电子领 域半导体传感器市场主导者，主要供应汽车电子用压力计模块以及加速度计模块等产 品。此外，博世也是全球最大半导体传感器制造商，拥有DRIE等独特MEMS制备工艺。 2005年，为进一步拓展消费电子以及其他产品领域半导体传感器市场，博世公司 成立子公司Bosch Sensortec进行汽车电子领域之外的半导体传感器产品研发和市场 推广。此外，为进一步开发MEMS谐振器等新兴产品，博世对初创专业型半导体传感器 公司SiTime公司进行投资并授予其授权其协助开发博世谐振器业务。2009年，博世收 购硅麦克风厂商Akusitca以进一步加大其对3C领域的扩展力度。2009年，博世半导体 传感器产品中国地区实现销售6.9亿元，位列第四。 Bosch SWOT分析

3.5、Knowles (楼氏)

中国半导体传感器市场重点厂商评价——Knowles

楼氏集团创立于1946年，总部位于美国伊利诺州芝加哥市，是全球领先的麦克风 产品以及声学系统解决方案供应商。在中国市场，1996年，楼氏电子在苏州工业园区 投资建厂，该厂目前已成为楼氏全球最大生产基地。随后为进一步扩充产能，楼氏在山 东潍坊建立声学器件生产线。

在半导体传感器产品领域，楼氏是全球硅麦克风产品技术领导者和市场主导者。

2005年，楼氏公司率先实现硅麦克风产品的规模化生产，并将产品成功应用于手机、 通讯设备、计算机、消费电子等产品领域中。目前，全球60%以上硅麦克风产品市场由 楼氏占据。中国市场上，在强大的电子整机产量的支撑下，2009年，楼氏硅麦克风产 品中国市场实销售额6.2亿元。 表14 Knowles SWOT分析

三、MEMS传感器的生产工艺介绍

1 设计

例：微加速度计设计

性能指标

1.量程:0～A g、0～B g、0～C g和0～D g 2.抗过载能力大于M g 3.频响范围：>N Hz

第一阶段 知识的积累

一、压阻式微加速度计的工作原理

压阻效应：以单晶硅为例，当压力作用在单晶硅上时，硅晶体的电阻率发生显著变化的效应称为压阻效应。 二、硅材料的选择 三、典型结构分析 四、设计约束 五、关键工艺介绍

六、所用软件

1. Ansys——用于结构设计与仿真，可计算各阶频率和各阶振型、应力值、结构挠度、结构灵敏度及位移量等。

2. Intellisuite——用于工艺步骤的设计与仿真，同时实现上述结构参数的仿真计算。 3. L-Edit——用于版图的设计，同时可以模拟工艺过程。 4. Matlab或Maple——用于理论计算。

第二阶段 结构设计与分析 一、结构尺寸的确定 二、惠斯通电桥的设计 三、结构的仿真与性能分析

第三阶段 工艺设计与仿真

加工复合量程微加速度计的整套工艺流程包括硅工艺流程、玻璃工艺流程和键合划片工艺流程三部分。 一、硅工艺

1、备片：N型(100)硅片 2、形成P-电阻区

3、形成P+欧姆接触区

4、第一次KOH背腔腐蚀，形成背腔 5、第二次KOH背腔腐蚀，减薄质量块 6、正面光刻引线孔 7、正面溅射金属铝

8、以铝为掩模，正面ICP，释放结构 9、正面光刻将铝层图形化做出导线 二、玻璃工艺与静电键合 三、版图设计

2加工

MEMS技术的加工工艺

微机械加工工艺分为硅基加工和非硅基加工。下面主要介绍体加工工艺、硅表面微机械加工技术、结合加工、逐次加工、另外单独一章介绍LIGA技术。 下图是微机械加工工艺的流程落图。

（一）体加工工艺

体加工工艺包括去加工（腐蚀）、附着加工（镀膜）、改质加工（掺杂）和结合加工（键合）。 主要介绍腐蚀技术。

腐蚀技术主要包括干法腐蚀和湿法腐蚀，也可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀。

（1）干法腐蚀是气体利用反应性气体或离子流进行的腐蚀。干法腐蚀可以腐蚀多种金属，也可以刻蚀许多非金属材料；既可以各向同性刻蚀，又可以各向异性刻蚀，是集成电路工艺或MEMS工艺常用设备。按刻蚀原理分，可分为等离子体刻蚀（PE：Plasma Etching）、反应离子刻蚀（RIE：Reaction Ion Etching）和电感耦合等离子体刻蚀（ICP：Induction Couple Plasma Etching）。在等离子气体中，可是实现各向同性的等离子腐蚀。通过离子流腐蚀，可以实现方向性腐蚀。

（2）湿法腐蚀是将与腐蚀的硅片置入具有确定化学成分和固定温度的腐蚀液体里进行的腐蚀。硅的各向同性腐蚀是在硅的各个腐蚀方向上的腐蚀速度相等。比如化学抛光等等。常用的腐蚀液是HF-HNO3腐蚀系统，一般在HF和HNO3中加H2O或者CH3COOH。与H2O相比，CH3COOH可以在更广泛的范围内稀释而保持HNO3的氧化能力，因此腐蚀液的氧化能力在使用期内相当稳定。硅的各向异性腐蚀，是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率。比如， {100}/{111}面的腐

蚀速率比为100：1。基于这种腐蚀特性，可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。各向异性腐蚀剂一般分为两类，一类是有机腐蚀剂，包括EPW（乙二胺，邻苯二酸和水）和联胺等。另一类是无机腐蚀剂，包括碱性腐蚀液，如：KOH，NaOH，LiOH，CsOH和NH4OH等。

在硅的微结构的腐蚀中，不仅可以利用各向异性腐蚀技术控制理想的几何形状，而且还可以采用自停止技术来控制腐蚀的深度。比如阳极自停止腐蚀、PN结自停止腐蚀、异质自停止腐蚀、重掺杂自停止腐蚀、无电极自停止腐蚀还有利用光电效应实现自停止腐蚀等等。 （二）硅表面微机械加工技术

美国加州大学Berkeley分校的Sensor and Actuator小组首先完成了三层多晶硅表面微机械加工工艺，确立了硅表面微加工工艺的体系。

表面微机械加工是把MEMS的“机械”（运动或传感）部分制作在沉积于硅晶体的表面膜（如多晶硅、氮化硅等）上，然后使其局部与硅体部分分离，呈现可运动的机构。分离主要依靠牺牲层（Sacrifice Layer）技术，即在硅衬底上先沉积上一层最后要被腐蚀（牺牲）掉的膜（如SiO2可用HF腐蚀），再在其上淀积制造运动机构的膜，然后用光刻技术制造出机构图形和腐蚀下面膜的通道，待一切完成后就可以进行牺牲层腐蚀而使微机构自由释放出来。

硅表面微机械加工技术包括制膜工艺和薄膜腐蚀工艺。制膜工艺包括湿法制膜和干式制膜。湿法制膜包括电镀（LIGA工艺）、浇铸法和旋转涂层法、阳极氧化工艺。其中LIGA工艺是利用光制造工艺制作高宽比结构的方法，它利用同步辐射源发出的X射线照射到一种特殊的PMMA感光胶上获得高宽比的铸型，然后通过电镀或化学镀的方法得到所要的金属结构。干式制膜主要包括CVD

（Chemical Vapor Deposition）和PVD（Physical Vapor Deposition）。薄膜腐蚀工艺主要是采用湿法腐蚀，所以要选择合适的腐蚀液。

（三）结合技术

微加工工艺中有时需要将两块微加工后的基片粘结起来，可以获得复杂的结构，实现更多的功能。将基片结合起来的办法有焊接、融接、压接（固相结合）、粘接、阳极键合、硅直接键合、扩散键合等方法。

（四）逐次加工

逐次加工是同时加工工艺的补充，常用于模具等复杂形状的加工，其优点是容易制作自由形状，可对非平面加工，缺点是加工时间很长，属单件生产，成本

高。包括以下几种：

逐次除去加工：如用于硅片切割的砂轮加工；细微放电加工、激光束加工、离子束加工、STM（扫描隧道显微镜）加工。

逐次附着加工：如利用离子束CVD技术，可使仅被照射部分的材料堆积，形成某种结构。

逐次改质加工：比如可以利用电子束或激光照射的办法使基板表面局部改质的技术，它的应用有电子束掩膜制作、非平面光刻、局部掺杂等。

逐次结合加工：比如IC引线焊接、局部粘结等。

MEMS与IC工艺主要差别 光刻技术 MEMS工艺 需双面光刻技术 IC工艺 单面光刻技术 一般薄膜腐蚀 各向同性腐蚀、阳极腐蚀、电钝化腐蚀， 限于表面加工 干法（腐蚀技术） 深层、高深宽比腐蚀 湿法（腐蚀技术） 各向异性腐蚀、自停止技术、 深层体硅腐蚀 牺牲层技术 表面硅微加工工艺，与IC工艺兼容， 不常用 用于制造表面活动结构 键合 LIGA 硅硅直接键合、硅玻璃阳极键合 制作高深宽比结构，成本高 高温键合制作SOI材料 不用

2.1 薄膜（thin-film）

薄膜区间是尘积介电质或金属层的地方，介电质是用于隔离开各层金属的多为玻璃层，而金属层是集成电路中的导线，多采用铝或铜或铝铜合金，因此介电质和金属沉积也是集成电路的制程中的重要制程。薄膜技术有物理气象沉积（包括蒸镀既借着对被蒸镀物体加热,利用被蒸镀物在高温时所具备的饱和蒸气压,来进行薄膜的沉积.和溅镀既利用电浆所产生的离子,借着离子对被溅镀物体电极的轰击,使电浆的气相内具有被镀物的粒子,来产生沈积薄膜的.）和化学气象沈积既利用化学反应的方式,在反应器内将反应物(通常为气体)生成固态的生成物,并沉积在芯片表面的一种薄膜沉积技术。

2.2 黄光（Photo）

微影技术是制造集成电路的重要之一，通过暴光和显影的程序它可以将光罩上设计的图案转移到晶圆表面的光阻上，其主要过程包括光阻涂抹，烘拷，对准，暴光及显影等程序，由于

光学上的需要，此段制程之照明采用偏黄的可见光，因此习惯上将此区称为黄光区。在黄光区内，利用整合型的晶圆轨道机——步进机系统来完成这个过程，其利用紫外光线或深紫外光线来照射光阻，以引起化学反应，将设计的光罩上的图形印到晶圆或光阻上，这也是集成电路厂中最昂贵的工具，每台的价格都可达到数百万美元，因此也常成为生产中的瓶颈。

2.3 蚀刻（Etch）

Etch作为IC制程中的主要环节之一，其目的是化学物质的反应来去除wafer表面多余的物质，根据各stedp的目的不同有多种具体方式，但从其基本的原来可将其分为两种，既WetEtching(湿蚀刻)和DryEtching(干蚀刻)，WetEtching是用将wafer放入化学溶液中，通过化学反应将要蚀刻掉的物质腐蚀掉，而干蚀刻是将化学气体吹到weafer表面上，与其发生反应，以实现蚀刻的目的。两者相比，后者的过程中的关键参数容易控制，用物理或化学的方法均可实现，且对图形的控制能力较强，而前者只能通过化学的方法实现，且对关键参数的控制能力较差，尤其是当线宽越来越细时，湿蚀刻将无法使用，但对于不同的蚀刻对象和环境，两者各有各自适合的范围，两种方法要根据工艺的要求不同来选择。

在湿蚀刻的过程中还有一个重要的技术过程是waferdrying,因为湿的wafer是无法进入到下一道工序的，必须通过一些方法使其干燥，常用的方法有：Down-FlowSpinDryer既是利用高速旋转的方法，靠离心力的作用干燥；和IPAVaporDryer，MarangoniDryer等，其中Down-FlowSpinDryer因为力的作用，易形成watermark,且增加wafer的应力，转动过程中还会形成摩擦，而IPAVaporDryer和MarangoniDryer可防止watermark但时间较长，且化学用量多。

2.4 扩散（Diffusion）

扩散区间是进行加热制程的区域，这些制程可能是用来添加制程或者是用来加热制程，如在晶圆表面生成氧化层，扩散掺杂等是添加制程，而离子植入后用于恢复晶体结构的热处理是加热制程。高温炉是这区域的批量制程工具，它能够同时处理150片的wafer，可以将这些预置在硅芯片表面上的掺质,藉高温扩散的原理,把他们趋进芯片表面的材质内。

LIGA是德文Lithographie，Galanoformung和Abformung三个词，即光刻、电铸和注塑的缩写。

LIGA技术

LIGA工艺是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术（工艺流程如图所示），主要包括X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复制三个工艺步骤。由于X射线有非常高的平行度、极强的辐射强度、连续的光谱，使LIGA技术能够制造出高宽比达到500、厚度大于1500 μm、结构侧壁光滑且平行度偏差在亚微米范围内的三维立体结构。这是其它微制造技术所无法实现的。LIGA技术被视为微纳米制造技术中最有生命力、最有前途的加工技术。利用LIGA技术，不仅可制造微纳尺度结构，而且还能加工尺度为毫米级的Meso结构。

与其它微细加工方法相比，LIGA技术具有如下特点： (1)可制造较大高宽比的结构； (2)取材广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃等； (3)可制作任意截面形状图形结构，加工精度高； (4)可重复复制，符合工业上大批量生产要求，制造成本相对较低等。

LIGA技术从首次报导至今，短短十多年飞速发展，引起人们极大的关注，发达国家纷纷投入人力、物力、财力开展研究，目前己研制成功或正在研制的LIGA产品有微传感器、微电机、微执行器、微机械零件和微光学元件、微型医疗器械和装置、微流体元件、纳米尺度元件及系统等。为了制造含有叠状、斜面、曲面等结构特征的三维微小元器件，通常采用

多掩模套刻、光刻时在线规律性移动掩模板、倾斜/移动承片台，背面倾斜光刻等措施来实现。

目前,国内新兴发展起来的使用SU-8负型胶代替PMMA正胶作光敏材料，以减少曝光时间和提高加工效率，是LIGA技术新的发展动向。这是,由于LIGA技术需要极其昂贵的X射线光源和制作复杂的掩模板，使其工艺成本非常高，限制该技术在工业上推广应用。于是出现了一类应用低成本光刻光源和(或)掩模制造工艺而制造性能与LIGA技术相当的新的加工技术，通称为准LIGA技术或LIGA-like技术。如，用紫外光源曝光的UV-LIGA技术，准分子激光光源的Laser-LIGA技术和用微细电火花加工技术制作掩模的MicroEDM－LIGA技术.用DRIE工艺制作掩模的DEM技术等等。其中，以SU-8光刻胶为光敏材料，紫外光为曝光源的UV-LIGA技术因有诸多优点而被广泛采用。

3 封装

3.1 3D封装

由于工程中MEMS具有复杂的3D结构，且在现今高密度组装、小型化、轻型化和薄型化的趋势下，对于有限的面积，封装工艺必然在2D基础上向Z方向发展，这就是3D封装。3D封装形式主要有三个：

·埋置型。将MEMS元器件埋置在基板多层布线内或埋置、制作在基板内部。

·有源基板型。指用硅圆片IC做基板，先将圆片用一般半导体IC制作方法作一次元器件集成，做成有源基板，然后再实施多层布线，顶层仍安装各种其他芯片和元器件，从而实现3D封装。这种封装方式用于较复杂及附加电路较多的MEMS传感器的3D封装中。 ·叠层式。把两个或多个裸片或封装芯片在垂直于芯片的方向上互连成3D结构。推广开来，可将已经过单面或双面组装的MCM叠装在一起，然后进行上、下多层互连，或者将多个圆片叠在一起形成3D结构，然后再进行互连以完成3D封装。

3.2倒装焊技术

倒装焊（FCB）是将芯片的正面朝下，并与封装基板键合的一种封装方式。焊接时在芯片有源面的铝压焊块上做出凸起的焊点，然后将芯片倒扣，直接与基板连接。由于芯片与基板直接相连，倒装焊实现了封装的小型化、轻便化，缩小了封装后器件的体积和重量。由于凸点可以布满整个管芯，所以有效增加了I/O互连密度。因连线缩短，引线电感减小，串扰变弱，信号传输时间缩短，所以电性能大为改善。鉴于其本身的一系列优点，它已经成为MEMS封装中颇有吸引力的一种选择。

从几何层面上看，倒装芯片面向下组装，为光信号提供了直线通路，故非常适合光MEMS器件的设计和封装。同时由物理层面上看，倒装芯片给 MEMS器件提供了热力载体。此外，因为倒装焊对芯片与基板具有很强的适应性，所以非常适用于 MEMS器件的热设计中。

3.3多芯片组件技术

多芯片组件（MCM）是电子封装技术的一大突破，属于系统级封装。MCM是指一个封装体中包含两个或两个以上的芯片，它们通过基板互连起来，共同构成整个系统的封装形式。MCM为组件中的各个芯片（构件）提供信号互连、I/O管理、热控制、机械支撑和环境保护等。MCM提供了一种诱人的集成和封装MEMS器件的途径，它具有在同一衬底上支持多种芯片的能力，而不需要改变MEMS和电路的制造工艺，其性能可以优化而无需做出妥协。事实上，基于MCM技术的MEMS封装不但完全能够替代传统的单芯片封装结构，而且明显提高了MEMS器件的性能和可靠性。

3.4 单芯片封装技术

单芯片封装（SCP）属于器件级封装的范畴。所谓单芯片封装，指在一块芯片上制作保护层，将易损坏的元器件和电路屏蔽起来，避免环境对其造成不利的影响，并制作有源传感器／制动器的通路，实现与外部的电接触，以满足器件对电、机械、热和化学等方面的技术要求。

3.5 圆片级封装技术

圆片级封装的主要目的是保护芯片或其他核心元器件，避免塑性变形或破裂，保护系统信号转换电路，对部分元器件提供必要的电和机械隔离等。许多MEMS器件需要进行晶片键合，制作出电极及紧凑的腔体。另外，晶片键合还完成了一级封装。

在硅-玻璃阳极键合法中，通常将硅片放置在薄玻璃衬底的顶部，在高温和外加电场的影响下，玻璃中的钠离子迁移硅-玻璃边界处产生静电场，静电场的吸引力在分界面生成非常坚固的连接。在极间施加电压200～1000V（视玻璃厚度而定），键合温度180～500℃，玻璃键合强度可达到玻璃或者硅本身强度量级甚至更高。硅-硅互连可以利用阳极键合来实现，但需要中间夹层，在其中一个抛光硅片上沉积2～4μm 7740#玻璃膜，电流密度保持为10 A/m2，温度稳定在450～550℃，即可实现良好的连接，键合强度同样可以达到硅或者绝缘体自身的强度量级，而且气密性能良好。

3.6 金属基复合材料封装

在电子封装包括MEMS封装领域，得到最广泛应用的金属基复合材料当属Al/Si Cp。

与其他的封装材料相比，金属基复合材料有下列优点：

·通过改变增强体的种类、排列方式或改变基体的合金成分，或改变热处理工艺等，来实现材料的物理性能设计。改变或调整基体成分将在两方面影响材料的性能：一是对基体本身热物理的影响，二是对基体与增强体界面结合状况的影响。

通过改变热处理工艺，同样通过改变基体与增强体的界面结合状况，进而影响材料的热性能。

·该类材料热膨胀系数较低，既能做到与电子元器件材料的热膨胀系数相匹配，又具有高导热性和低密度。

·材料制备灵活，生产费用不高，价格正在不断地降低

3.7 塑料封装材料

MEMS对封装材料的要求

不同的MEMS器件对封装材料的要求也不同。概括地说，MEMS对封装材料有如下要求：

·封装材料的电导率要低，以降低电信号的传送干扰；

·传热性要好，对某些应用需要散热，而另一些应用（如热传感器）则要求与外界温度保持一致；

·密封性要好，对一些微机械结构来说，空气中的某些气体成分对其有腐蚀作用，且杂质也会影响MEMS的正常工作，因而此时要求封装材料有良好的密封性能，以保证器件的高可靠性。

目前用于MEMS封装的主要材料有陶瓷、塑料和金属等。

在同样的封装效果下，塑料封装的低成本优势非常明显。但是，塑料封装不能实现气密性封装。塑料封装采用的两种封装方法是预成型和后成型。预成型是指塑料壳体在MEMS芯片安装到引线框架前制成；而在后成型塑料封装中，塑料壳体在MEMS芯片安装到引线框架后形成，这会造成MEMS芯片和键合引线遭受恶劣制模环境的影响。

塑料封装中90%以上使用环氧树脂或经过硫化处理的环氧树脂。环氧树脂除成本低的优势外，还具有成型工艺简单、适合于大规模生产、可靠性与金属或陶瓷材料相当等优点。另外，经过硫化处理的环氧树脂还具有较快的固化速度、较低的固化温度和吸湿性、较高的抗湿性和耐热性等特点。

3.8 陶瓷封装材料

陶瓷是硬脆性材料，具有很高的杨氏模量。作为一种封装材料，陶瓷有良好的可靠性、

可塑性且易密封。此外，陶瓷具有较高的绝缘性能和优异的高频特性，其线性膨胀系数与电子元器件的非常相近，化学性能稳定且热导率高，被广泛用于多芯片组件（MCM）、焊球阵列（BGA）等封装中。但唯一不足的是陶瓷封装的成本较高。

一般情况下，陶瓷封装用粘接剂或焊料将一个或多个芯片安装在陶瓷底板或管座上。采用倒装焊方式与陶瓷金属图形层进行键合，可以实现良好的封装。当芯片与陶瓷键合后再作最后一道工序，对封装体进行封盖密封，同时提供合适的电气连接，封盖形状和特性由实际使用要求来决定。

4 测试

晶圆级MEMS测试

MEMS产业正处于一个飞速发展的阶段，但MEMS的早期测试仍是一个很大程度上被忽略的领域。MEMS的制造与经典的IC制造类似，但MEMS器件通常含有机械部分，因此封装占整个MEMS器件成本的大部分。由很多因素决定了器件要在封装之前进行测试，原因之一就是封装工艺的成本太高。在最终封装之后测出器件失效不但费钱，还浪费了 R&D、工艺过程和代工时间。在早期对产品进行功能测试、可靠性分析及失效分析可以降低产品成本和加速上市时间，对于微系统的产业化来说非常关键。

MEMS产品开发生命周期的三个阶段都有其独特的测试目标和对测试结果的不同要求。

◆ 产品R&D阶段：验证器件可以工作和可以生产。在这一阶段，采用晶圆级测试可以获得早期器件特征，开发时间和成本的降低达15%。此外，可靠性问题对于MEMS器件的成功产业化来说非常重要。因此，在R&D阶段的晶圆级测试很关键。

◆ 产品试量产阶段：验证器件以较高成品率量产的能力，开发出可量产的设备方案以及用于量产的测试方案。通过采用晶圆上测试可以降低开发时间和成本。

◆ 量产阶段：最大化吞吐量和降低成本。由于一般MEMS产品的

成品率比IC产品要低很多，成本分析发现60%到80%的制造成本来自于封装阶段，早期测试可以极大地降低MEMS量产产品的成本。实际的成本降低取决于真实的生产环境和MEMS元件的类型。

尽管早期测试有很多好处，但对大部分制造商来说很难找到标准化、独立运行的测试设备。除了电激励和电测试之外，器件可能还需要进行声学、发光、振动、流体、压力、温度、化学或动力激励输入。除探测和测量机械、光学或电信号的激励之外，测试工程师还需要测量那些其他激励的输出。器件可能需要在受控的环境中测试才能保护器件不受环境的损伤或正确地在封装的环境内激励器件。

在半导体产业，晶圆级测试是通过晶圆探针完成的。晶圆上的器件需要通过探针卡或单独的探针可靠地接触，与测试机进行电连接。这些系统在MEMS测试方面功能有限，但通过添加适当的模块进行非电激励和/或探测非电信号输出，晶圆探针可以被扩展成一个开放的、通用的测试平台，根据测试需要可以方便地调整。整个开放平台可以用于测试不同的压力传感器、微麦克风和微镜。

MEMS器件的晶圆级测试可以在测试所需的真空中或在特殊的气体环境中操作。此外，在开放系统中不能进行可靠性增长研究；这类研究需要精确可控的测试环境。为实现晶圆级测试，需要将晶圆探针放到测试腔中。在测试阶段测试腔可以抽真空或者填充其他气体，气压在高真空和少量正压范围内可调。与此同时，测试腔中晶圆的温度在+300℃到-65℃范围内可控，或者采用低温版本，温度可低至77K或4.2K。同开放式平台类似，可以向这个封闭平台加装非电激励的模块和/或探测非电输出值。需要这个通用的封闭平台可以测试RF MEMS、MEMS谐振器、微辐射测热计和像加速度计和陀螺仪之类的惯性传感器。

MEMS工业的未来任务包括封装后测试和晶圆级测试的测试标准化、用于简化MEMS器件测试的设计规则定义，以及可涵盖未来MEMS器件的设备和技术平台的扩展。 3D互连键合套准和缺陷计量的红外显微技术

3D互连结构的显微技术受到硅不透明性的挑战。红外（IR）显微技术提供了“看”透硅的途径，基于可见光波长的显微镜做不到这一点。在3D制造过程中，用IR显微技术为键合晶圆界面处的表面下特征（对准标记、缺陷和孔洞）成像。这一实际解决途径能实现各种穿透硅的计量技术，包括重叠的对准、检查键合截面上每一晶圆原先存在的缺陷，以及检测键合过程中产生的新缺陷。

IR显微技术是非破坏性技术，因此它是检测与监控3D硅通孔（TSV）互连工艺要求的在线计量用的理想候选技术。本文概述IR显微技术的重叠与缺陷计量能力。说明了依据2009国际半导体技术路线图测量被键合晶圆重合对准的能力。根据电气设计预计各种铜互连测试

结构的重叠允差，并将重叠结果与电气测试结果进行比较。通过“倒装”反转晶圆的缺陷坐标系完成键合晶圆的缺陷检查。讨论了新缺陷数据加入键合晶圆缺陷文档的衍生结果。清晰地阐明了使用IR显微技术测量晶圆对的重叠情况和研究键合晶圆对的界面缺陷。

3D互连键合套准和缺陷计量的红外显微技术

用于3D集成的键合晶圆对的质量是很重要的。键合质量受很多参数的影响，如上晶圆与下晶圆的重叠情况、键合工艺引起的孔洞、键合前晶圆上已有的缺陷、键合工艺过程中产生的缺陷。

可是，这种键合晶圆对给依靠电磁光谱可见部分的光学显微设备提出了挑战。硅是不透明的，且无法检查键合晶圆对界面处的缺陷。采用红外（IR）显微技术，硅晶圆对电磁光谱的近红外（NIR）波长是透明的，能实现键合晶圆对的界面处计量。

套准计量

键合晶圆对中的电气结构需要正确地对准，实现晶圆各层和用来连接它们的互连结构之间的电路连续性。例如，金属1加通孔加金属2各层需要完成像通孔链之类的电测试结构。键合晶圆对中，在上晶圆（785级：金属2层）和下晶圆（750级：金属1+通孔层）上使用对准标记；键合前将它们互相关联地定位，使得上下结构能正确套准。

晶圆键合工艺后，可用联合对准标记测量套准情况。用IR显微技术测量标记的的偏移量，然后与理想的对准比较就可以计算出X，Y和旋转的偏置值。例如，上下晶圆对准完美时在X和Y方向上的方块和十字结构之间测得的值为5微米（图2a，图2b），比较多个标记位置时没有发现旋转分量。

缺陷计量

键合晶圆对在键合前各晶圆上会有缺陷存在，或者由于键合工艺会在键合晶圆对的界面处产生缺陷。能用IR显微技术确定界面处这些缺陷的位置（图3）。

检查缺陷过程中用IR显微技术时，另一个要考虑的问题是，缺陷被对IR不透明的（如铜）有图形层遮住而看不见。缺陷仍在那里，但由于其上有不透明层而看不到。

晶圆键合对缺陷图提出了另一挑战。用来识别缺陷位置的坐标系需要处理现已键合在一起的上下晶圆缺陷二者的和。晶圆面对面键合增加了额外的复杂性，因为必须修改缺陷图坐标以反映上晶圆的倒装、旋转指向。然后，对准一个晶圆芯片图形将可以引导至在二片晶圆上的缺陷。

方法

对于键合晶圆对的下晶圆，用双大马士革CMOS加工制备金属1+通孔（M1V1）层晶圆样品。对于上晶圆，用单大马士革CMOS加工制备金属2（M2）层晶圆样品。在可见检测设备中将晶圆分别扫描检查缺陷，键合前对上下晶圆建立缺陷图。晶圆预先对准并键合，然后在带有集成LEXT-IR显微镜的Olympus FR3220-IR缺陷检查设备中检测套准及缺陷情况。

这种Olympus计量系统采用1310nm共焦激光扫描显微镜技术，非常适合键合晶圆对的计量。它不仅能测量套准标记，而且可以在用作缺陷检查工具时输入和处理多个缺陷坐标文档。 金属1、通孔1和金属2各层用SEMATECH 403AZ测试工具掩膜套件作图，它含有电气测试结构（包括通孔链中直径为0.5微米到15微米的通孔）。这些通孔需要置于形成电测试结构的金属1和金属2键合焊盘上一个设定距离（套准容差）之中。良好的套准使通孔相对键合焊盘放置而得到通孔链中良好的欧姆接触。采用键合晶圆对的组合对准标记时，测得的X和Y偏离值能用来精确决定键合晶圆对的套准精度是否足以产生电连接通孔链。 产生通孔链的套准计量

SEMATECH 430AZ测试工具上的M2:M1V1链之一是有置于2.25微米宽的M1和M2键合焊盘上的直径1.5微米通孔。计算出这一特定通孔链的X和Y套准容差近似为0.5微米。键合晶圆对上的组合对准标记套准测量结果可用作通孔链电连接良率的早期指标，并确定通孔相对于M1和M2键合焊盘是否定位良好。图4显示出键合晶圆对近于完美的套准（X和Y容差小于0.5微米），以及晶圆对相应的1.5微米通孔链的IR图像，展示了M1、V1和M2各层的良好定位。

电气测试得到的IV图显示此1.5微米M2:M1V1通孔链有良好的欧姆接触（图5）。M2层对M1V1层的良好套准可用来预测产生的通孔链。

没有产生通孔链的套准计量

若1.5微米通孔链的套准容差被超过，通孔就不能相对于M1和M2键合焊盘（2.25微米宽）正确置位。后果是键合晶圆对儿将不产生电气连接且没有欧姆接触。套准误差导致电路断开（图6）。根据组合对准标记测量的M2:M1V1套准容差为X方向-2.2微米，Y方向-3.2微米，超过了此通孔链的套准容差0.5微米。M2层对M1V1层的不良套准可用来预测没有产生的通孔链。

键合前存在的缺陷的计量

缺陷检测设备通过对键合前单晶圆表面的观察识别缺陷。用工作在可见光谱的光学显微技术时，缺陷将以缺陷图的形式输出，一般是以列出缺陷及其笛卡尔坐标的KLARF文档格式输出。这些缺陷图可输入到缺陷检查设备中，但对于键合晶圆对，不能使用可见光谱光学技术。硅是不透明的，检查不到键合晶圆对界面处的缺陷。

独特的缺陷标识码（包括它们在各个晶圆上的位置）使得在键合后缺陷能被跟踪。图7是用可视光学技术检测的典型缺陷，以及将金属2层键合到M1V1层后界面处的同一缺陷。

键合晶圆对时，上晶圆图形会挡住界面处的缺陷，致使缺陷只能局部可见。若上晶圆图形足够大，就能把缺陷全部遮住，并在检查缺陷过程中将其隐藏。图8显示铜M2图形局部阻挡了最初在M1V1缺陷图上指出的缺陷。铜在电磁光谱的NIR部分是不透明的。尽管缺陷在IR检查中可能没看到，它仍然会损害电气良率或长期可靠性。 因键合而改变的缺陷的计量

键合晶圆对的各个晶圆上的缺陷在键合过程中会移动或偏离，或会改变其原始尺寸、位置或影响。键合工艺可能采用相当大的力以达到必要的键合强度，这会压碎缺陷移动它们的物理位置，从而改变其影响。一个起初影响可靠性的缺陷随后可能影响良率（图9）。

铜键合过程中产生的缺陷的计量

M2:M1V1键合晶圆对键合后检测显示了铜熔化和侵蚀，说明必须调整铜键合工艺以防止缺陷形成(图10）。

粘接键合过程中产生的缺陷的计量

用粘接剂键合晶圆（不是前面讨论的铜-铜键合）时，粘接剂覆盖不完全或键合中粘接剂固化不适当都会产生种种键合后的缺陷与孔洞。在检测这些缺陷类型时，指明粘接剂涂敷和键合系统的分隔可用来识别产生缺陷的根源（图11、图12）。

键合晶圆对晶圆坐标的倒置

面对面键合的晶圆对给识别它们界面处的单晶圆缺陷提出了另一种挑战。当面对面键合中槽口对准时，上晶圆缺陷坐标系必须在Y轴上倒置，必须为键合的晶圆对创制组合缺陷图。这样就为键合的晶圆对形成新的缺陷坐标图，缺陷检查过程中识别的任何晶圆新缺陷都能加入组合KLARF文档（图13）。

结论

红外显微技术是检查键合晶圆对界面的有效方法。硅在电磁光谱的NIR部分是透明的，这就使IR显微技术能用于键合前、后的晶圆对的计量，包括对套准和缺陷的计量。

四、MEMS传感器的材料与设备

★ MEMS 加工设备

薄膜成形（汽相淀积、溅射、CVD、覆镀；曝光系统、蚀刻技术；防腐处理；刻蚀；晶圆键合；切割；芯片/导线焊接；封装；微成形 (注射, 热压)；其他生产设备

★ 纳米压印技术

微纳米模型；纳米压印生产设备。 ★ 纳米机械/ 微制程技术

超精度纳米机械工艺；超精密加工, 微制造；表面微加工；精细钻孔；微观切割；雷射、离子脉冲加工；聚焦离子束系统；微放电加工；超声波设备等。 ★ 分析与检测仪器

光罩缺陷检测、 封装检测、 表面分析仪器、 粗糙度仪、扫描电子显微镜、薄膜厚度测量系统；显微镜：光学显微镜、电子显微镜、探针显微镜、电子能谱仪；检漏仪器、静电负离子空气净化机；气体分析及检测、分析和测量★软件建模、设计工具、仿真软件、CAD & CAE分析软件。 ★ MEMS 代工服务

仿真设计、原型测试、产品开发、量产；其他代工服务：图案形成、薄膜形成、雷射、离子脉冲加工、喷镀。 ★ 材料

压电薄膜材料(ZnO, AIN, PZT)、 抗压材料、 附着材料、保护材料；碳纳米管、蓝宝石、聚合物、陶瓷；LTCC 基板Glass substrate、SiC；磁性材料、铁电性材料。

★ 传感器与MEMS器件

光学MEMS (反射, 光量开关, 扫描等)；射频MEMS (开关，振荡器，过

滤)；MEMS物理传感器 (加速传感器，速率传感器，压力传感器，气体传感器，温度传感器)；微型压力传感器、微喷墨打印头、数字微镜显示器、微机械压力传感器；微射流（微流引导，微感应器等）；MEMS执行器（灯，泵）；MEMS电能（燃料电池，微发电机等）；生物/化学MEMS（DNA/RNA技术，化学检测等）；高复合型MEMS (CMOS/MEMS, LSI/MEMS 一体化)。

通过计算机控制显微镜检查掩膜

在黄色的房间里检查掩膜

在洁净室的化学站

干式电容器

电子束沉积系统

卡尔苏斯光刻系统

低压化学气相淀积系统

衬底基板检测显微镜

Parylene labcoator

光电导测试

等离子蚀刻系统

等离子溅射系统

热蒸发系统

热氧化炉

以苏州纳米所为例的相关设备.

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