MEMS三維芯片集成技術

來自 孔夫子網 的圖片

《MEMS三維芯片集成技術》，[日] 江刺正喜（Masayoshi Esashi） 編，出版社： 化學工業出版社。

化學工業出版社（簡稱化工社）組建於1953年1月，是新中國出版界歷史較為悠久的中央級出版社，出版科技圖書、教材、大眾圖書、電子出版物及科技期刊等五大類。

目錄

內容簡介

《MEMS三維芯片集成技術》一書由微機電系統（MEMS）領域的國際著名專家江刺正喜教授主編，對MEMS器件的三維集成與封裝進行了全面而系統的探索，梳理了業界前沿的MEMS芯片製造工藝，詳細介紹了與集成電路成熟工藝兼容的MEMS技術，重點介紹了已被廣泛使用的硅基MEMS以及圍繞系統集成的技術。主要內容包括：體微加工、表面微加工、CMOSMEMS、晶圓互連、晶圓鍵合和密封、系統級封裝等。

本書全面總結了各類MEMS三維芯片的集成工藝以及目前最先進的技術，非常適合MEMS器件、集成電路、半導體等領域的從業人員閱讀，為後摩爾時代半導體行業提供了發展思路以及研究方向，並且為電路集成和微系統的實際應用提供了一站式參考。

目錄

第1部分 導論 1

第1章概述2

參考文獻8

第2部分 片上系統（SoC） 9

第2章體微加工10

2.1體微加工技術的工藝基礎11

2.2基於晶圓鍵合的體微加工技術14

2.2.1SOI MEMS14

2.2.2空腔SOI技術19

2.2.3玻璃上硅工藝：溶片工藝（DWP）20

2.3單晶圓單面加工工藝24

2.3.1單晶反應刻蝕及金屬化工藝（SCREAM）24

2.3.2犧牲體微加工（SBM）27

2.3.3空腔上硅（SON）28

參考文獻32

第3章基於MIS工藝的增強體微加工技術36

3.1多層3D結構或多傳感器集成的重複MIS循環36

3.1.1PS3型結構的壓力傳感器36

3.1.2P+G集成傳感器39

3.2壓力傳感器製備：從MIS更新到TUB41

3.3用於各種先進MEMS器件的MIS擴展工藝43

參考文獻44

第4章外延多晶硅表面微加工46

4.1外延多晶硅的工藝條件46

4.2採用外延多晶硅的MEMS器件46

參考文獻51

第5章多晶SiGe表面微加工53

5.1介紹53

5.1.1SiGe在IC芯片和MEMS上的應用53

5.1.2MEMS所需的SiGe特性54

5.2SiGe沉積54

5.2.1沉積方法54

5.2.2材料性能對比54

5.2.3成本分析55

5.3LPCVD多晶SiGe56

5.3.1立式爐56

5.3.2顆粒控制57

5.3.3過程監測和維護57

5.3.4在線測量薄膜厚度和鍺含量58

5.3.5工藝空間映射59

5.4CMEMS加工60

5.4.1CMOS接口問題61

5.4.2CMEMS工藝流程62

5.4.3釋放67

5.4.4微蓋的Al-Ge鍵合68

5.5多晶SiGe應用69

5.5.1電子定時諧振器/振盪器69

5.5.2納米機電開關71

參考文獻74

第6章金屬表面微加工78

6.1表面微加工的背景78

6.2靜態器件79

6.3單次運動後固定的靜態結構80

6.4動態器件81

6.4.1MEMS開關81

6.4.2數字微鏡器件83

6.5總結86

參考文獻87

第7章異構集成氮化鋁MEMS諧振器和濾波器88

7.1集成氮化鋁MEMS概述88

7.2氮化鋁MEMS諧振器與CMOS電路的異構集成89

7.2.1氮化鋁MEMS工藝流程90

7.2.2氮化鋁MEMS諧振器和濾波器的封裝91

7.2.3封裝氮化鋁MEMS的重布線層92

7.2.4選擇單個諧振器和濾波器頻率響應93

7.2.5氮化鋁MEMS與CMOS的倒裝芯片鍵合94

7.3異構集成自愈濾波器96

7.3.1統計元素選擇（SES）在CMOS電路AlN MEMS濾波器中的應用96

7.3.2三維混合集成芯片的測量98

參考文獻99

第8章使用CMOS晶圓的MEMS102

8.1CMOS MEMS的架構及優勢簡介102

8.2CMOS MEMS工藝模塊107

8.2.1薄膜工藝模塊109

8.2.2基底工藝模塊113

8.32P4M CMOS平台（0.35μm）115

8.3.1加速度計115

8.3.2壓力傳感器116

8.3.3諧振器117

8.3.4其他120

8.41P6M CMOS平台（0.18μm）120

8.4.1觸覺傳感器120

8.4.2紅外傳感器122

8.4.3諧振器124

8.4.4其他127

8.5帶有附加材料的CMOS MEMS129

8.5.1氣體和濕度傳感器129

8.5.2生化傳感器135

8.5.3壓力和聲學傳感器137

8.6電路和傳感器的單片集成141

8.6.1多傳感器集成141

8.6.2讀出電路集成143

8.7問題與思考150

8.7.1殘餘應力、CTE失配和薄膜蠕變150

8.7.2品質因數、材料損失和溫度穩定性156

8.7.3電介質充電158

8.7.4振盪器中的非線性和相位噪聲159

8.8總結160

參考文獻162

第9章晶圓轉移175

9.1介紹175

9.2薄膜轉移177

9.3器件轉移（後通孔）180

9.4器件轉移（先通孔）183

9.5芯片級轉移188

參考文獻190

第10章壓電微機電系統192

10.1導言192

10.1.1基本原則192

10.1.2作為執行器的PZT薄膜特性192

10.1.3PZT薄膜成分和取向193

10.2PZT薄膜沉積194

10.2.1濺射194

10.2.2溶膠-凝膠196

10.2.3PZT薄膜的電極材料和壽命199

10.3PZT-MEMS製造工藝199

10.3.1懸臂和微掃描儀199

10.3.2極化201

參考文獻201

第3部分 鍵合、密封和互連 203

第11章陽極鍵合204

11.1原理204

11.2變形206

11.3陽極鍵合對電路的影響208

11.4各種材料、結構和條件的陽極鍵合210

11.4.1各種組合210

11.4.2中間薄膜的陽極鍵合213

11.4.3陽極鍵合的變化213

11.4.4玻璃回流工藝215

參考文獻216

第12章直接鍵合218

12.1晶圓直接鍵合218

12.2親水晶圓鍵合219

12.3室溫下的表面活化鍵合221

參考文獻223

第13章金屬鍵合226

13.1固液互擴散鍵合（SLID）227

13.1.1Au/In和Cu/In228

13.1.2Au/Ga和Cu/Ga229

13.1.3Au/Sn和Cu/Sn230

13.1.4孔洞的形成230

13.2金屬熱壓鍵合231

13.3共晶鍵合233

13.3.1Au/Si233

13.3.2Al/Ge234

13.3.3Au/Sn235

參考文獻235

第14章反應鍵合239

14.1動力239

14.2反應鍵合的基本原理239

14.3材料體系241

14.4技術前沿242

14.5反應材料體系的沉積概念242

14.5.1物理氣相沉積242

14.5.2反應材料體系的電化學沉積244

14.5.3具有一維周期性的垂直反應材料體系247

14.6與RMS鍵合250

14.7結論252

參考文獻252

第15章聚合物鍵合255

15.1引言255

15.2聚合物晶圓鍵合材料256

15.2.1聚合物的黏附機理256

15.2.2用於晶圓鍵合的聚合物性能257

15.2.3用於晶圓鍵合的聚合物259

15.3聚合物晶圓鍵合技術262

15.3.1聚合物晶圓鍵合中的工藝參數262

15.3.2局部聚合物晶圓鍵合266

15.4聚合物晶圓鍵合中晶圓對晶圓的精確對準267

15.5聚合物晶圓鍵合工藝實例268

15.6總結與結論270

參考文獻270

第16章局部加熱釺焊275

16.1MEMS封裝釺焊275

16.2激光釺焊275

16.3電阻加熱和釺焊278

16.4感應加熱和釺焊280

16.5其他局部釺焊工藝282

16.5.1自蔓延反應加熱282

16.5.2超聲波摩擦加熱283

參考文獻285

第17章封裝、密封和互連287

17.1晶圓級封裝287

17.2密封288

17.2.1反應密封288

17.2.2沉積密封(殼體封裝)291

17.2.3金屬壓縮密封293

17.3互連296

17.3.1垂直饋通互連296

17.3.2橫向饋通互連301

17.3.3電鍍互連304

參考文獻306

第18章真空封裝310

18.1真空封裝的問題310

18.2陽極鍵合真空封裝310

18.3控制腔壓的陽極鍵合封裝314

18.4金屬鍵合真空封裝315

18.5沉積真空封裝315

18.6氣密性測試317

參考文獻318

第19章單片硅埋溝320

19.1LSI和MEMS中的埋溝/埋腔技術320

19.2單片SON技術及相關技術322

19.3SON的應用330

參考文獻333

第20章基底通孔（TSV）336

20.1TSV的配置336

20.1.1實心TSV337

20.1.2空心TSV337

20.1.3氣隙TSV338

20.2TSV在MEMS中的應用338

20.2.1信號傳導至晶圓背面338

20.2.2CMOS-MEMS 3D集成338

20.2.3MEMS和CMOS 2.5D集成339

20.2.4晶圓級真空封裝340

20.2.5其他應用341

20.3對MEMS中TSV的探討341

20.4基本TSV製備技術342

20.4.1深孔刻蝕342

20.4.2絕緣體形成344

20.4.3導體形成345

20.5多晶硅TSV349

20.5.1實心多晶硅TSV349

20.5.2氣隙多晶硅TSV352

20.6硅TSV353

20.6.1實心硅TSV353

20.6.2氣隙硅TSV355

20.7金屬TSV356

20.7.1實心金屬TSV357

20.7.2空心金屬TSV360

20.7.3氣隙金屬TSV365

參考文獻366

附錄376

附錄1術語對照376

附錄2單位換算384