傳感器的加工工藝

1、姓名：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(jìn)步也促進(jìn)了傳感器制造業(yè)的進(jìn)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(jī)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(dòng)焊、多芯片組件工藝等。 應(yīng)用不同的加工方法所能得到的加工精度 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(CAI

2、BE)和離子研磨等。 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(jìn)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(kuò)散效應(yīng)來通過一層厚度相當(dāng)薄的邊界層，以達(dá)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(kuò)散效應(yīng)而通過邊界層到溶液里，而后隨著溶液被排出。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

3、腐蝕劑，如EDP，產(chǎn)生圈套程序的根切效果；（d）對(duì)（c）進(jìn)一步腐蝕形成懸掛在坑上的懸臂梁；（e）圖示為在充分長(zhǎng)時(shí)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(jì)的形狀干法腐蝕是利用粒子轟擊對(duì)材料的某些部位進(jìn)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(shí)現(xiàn)的刻蝕技術(shù)。當(dāng)與被腐蝕物接觸時(shí)，就發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成揮發(fā)性物質(zhì)，達(dá)到腐蝕目的。等離子刻蝕機(jī) 表面犧牲層技術(shù)就是在形成微機(jī)械結(jié)構(gòu)的空腔或可活動(dòng)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

4、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（sacrificial layer，厚度約1-2m）。表面犧牲層技術(shù) 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 ?；瘜W(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，簡(jiǎn)稱CVD)技術(shù)是利用氣態(tài)物質(zhì)在固體表面進(jìn)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(gè)步驟: 產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)； 將揮發(fā)性物質(zhì)輸

5、運(yùn) 到沉積區(qū)； 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?cè)O(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?cè)硎疽鈭D濺射法是利用帶有電荷的離子在電場(chǎng)中加速后具有一定動(dòng)能的特點(diǎn)，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(dòng)能，并且會(huì)沿著一定的方向射向襯底，實(shí)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。 射頻磁控濺射原理示意圖 集成電路制造中利用光

6、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(qiáng)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(huì)發(fā)生變質(zhì)，而構(gòu)筑柵區(qū)的地方不會(huì)被照射到，所以光刻膠會(huì)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(hù)下不會(huì)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(shí)現(xiàn)向特征尺寸為0.1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(EB

7、L)、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)。 深紫外光刻工藝 電子束投影光刻系統(tǒng)三種點(diǎn)射線源 壓印工藝原理 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(qiáng)電場(chǎng)中加速，獲得 較高的動(dòng)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)離子注入系統(tǒng)示意圖LIGA是德文Lithographie，Galvanoformung和Abformung三個(gè)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

8、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(gè)工藝步驟。LIGA工藝流程粘接：雙組分環(huán)氧樹脂粘接劑（-65 150 ）共晶鍵合：共晶點(diǎn)溫度下相互接觸一定時(shí)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(rùn)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(shí)自然連接微裝配對(duì)于微電子來說，封裝的功能是對(duì)芯片和引線等內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供支持和保護(hù)，使之不受外部環(huán)境的干擾和腐蝕破壞；而對(duì)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(gè)接觸界面而獲取非電信號(hào)。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。 給出了機(jī)器或系統(tǒng)的封裝層次結(jié)構(gòu) 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、