【正文】 各種鍵合方法的比較 。 0C0C共熔鍵合的 4 種接合方式 冷壓焊鍵合 ? 冷壓焊鍵合工藝，是指在室溫、真空條件下，施加適當(dāng)?shù)膲毫?，完成件與件之間的接合。共熔鍵合常用的共熔材料是，金－硅和鋁－硅等。封接溫度為 415～ 650 ，同時施加壓力 7～ 700kPa。若在他們中添加有機粘合劑，便形成糊狀體，且易用絲網(wǎng)印刷法形成需要的封接圖案，稱為封接玻璃或釬料玻璃。它們由多種不同特征的金屬氧化物組合而成。推動推桿以1MPa壓力將樣件壓并在一起，即完成直接鍵合 。 硅－硅直接鍵合及表面處理過程 硅－硅直接鍵合的關(guān)鍵是硅表面的活化處理、表面光潔度、平整度以及在工藝過程中的清潔度。它比采用陽極鍵合優(yōu)越，因為它可以獲得 Si－ Si鍵合界面，實現(xiàn)材料的熱膨脹系數(shù)、彈性系數(shù)等的最佳配比，得到硅一體化結(jié)構(gòu)。 Si－ Si 直接鍵合 ? 2塊硅片通過高溫處理可直接鍵合在一起，中間無需任何粘結(jié)劑和夾層，也無需外加輔助電場。 ﹟ 硅電容式差壓微傳感器 采用陽極鍵合成整體的 3層結(jié)構(gòu)。 0C硅電容式絕壓微傳感器 采用硅－硅陽極鍵合技術(shù)，濺射在硅膜片襯底上 7740 玻璃膜的厚度，相當(dāng)于電容器的空間縫隙。電壓的最大值達50V時，即可實現(xiàn)良好的封接。常用的中間夾層材料為硼硅酸玻璃（ ） 鍵合過程： 先緩慢升高加在 3層結(jié)構(gòu)上的直流電壓，并控制電流密的在 10A／ ㎡ ， 鍵合溫度穩(wěn)定在 450～ 550 。所以，可通過觀察外電路中電流的變化，判斷鍵合是否已經(jīng)完成。鍵合溫度為 180～ 500 ，接近于玻璃的退火點，但是在玻璃的熔點以下。 ? 陽極鍵合技術(shù)已被廣泛使用。 ? 陽極鍵合技術(shù)可將硅與玻璃、金屬及合金在靜電場作用下鍵合在一起，中間無需任何粘結(jié)劑。由圖可知，其中派雷克司（ pyrex）硼硅酸玻璃7740號和 1729號的膨脹系數(shù)與硅最接近，故最適宜與硅鍵合。 連接中應(yīng)滿足的技術(shù)要求 ? 殘余熱應(yīng)力盡可能??； ? 實現(xiàn)機械解耦，以防止外界應(yīng)力 干擾； ? 足夠的機械強度和密封性； ? 良好的電絕緣性。 ? 常用的接合方法有：陽極鍵合、熱熔鍵合、共熔鍵合、低溫玻璃鍵合及冷壓焊接等。 ? 通常激光精細加工系統(tǒng)包括有紫外或可見光激光器、精確的光路系統(tǒng)、運動調(diào)節(jié)平臺等。其最大優(yōu)點是可以通過移動光束實現(xiàn)直接加工，而無需采用光刻工藝。該工藝是將加工電極由滑動的金屬細線代替，使整條細線上的各個部位均勻消耗，從而大大減小電極尺寸變化。 ? 另外也可以通過加工電極或工件的三維運動．加工出空間曲面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這時需要采用微型加工電極。 電火花加工工藝 ? 電火花加工 (EIectrical Discharge Machining， EDM)是加工金屬、合金和其他導(dǎo)電材料的有效工藝手段，其工作原理是通過電火花融化和蒸發(fā)被加工的金屬材料。因此，世界各國都在發(fā)展各種新的微加工工藝，其中也包括將傳統(tǒng)的加工工藝進行改進后用于微機械加工。模板制備如圖，如在模板中注入塑性材料，便可以得到塑性微結(jié)構(gòu)件。它可以是最終產(chǎn)品，或作為注塑模。 LIGA 光刻機 LIGA 工藝中的主要制作步驟 LIGA 制備工藝應(yīng)用實例 X 光深度同步輻射光刻的形成 深度同步輻射光刻是 LIGA技術(shù)的核心工藝，只有刻蝕出比較理想的抗蝕劑圖形，才能保證后續(xù)工藝步驟的質(zhì)量。 ? SLIGA技術(shù)： LIGA技術(shù)的局限性是，只能制作沒有活動件的 3維微結(jié)構(gòu)。 多晶硅懸臂梁的工藝成型 硅梁制造過程 H型諧振梁式壓力傳感器芯片 LIGA 技術(shù)和 SLIGA 技術(shù) ? LIGA技術(shù)（ 德國喀爾斯魯厄核研究中心最先發(fā)明 ） 是德國斯圖加特微機械研究所開發(fā)的一種很有特色的微機械加工技術(shù)，它由 X光深度同步輻射光刻、電鑄 (鍍 )制模和注 (壓 )模復(fù)制三個主要工藝步驟組成。即在形成空腔結(jié)構(gòu)過程中，將 2層薄膜中的下層薄膜設(shè)法腐蝕掉，便可得到上層薄膜，并形成一個空腔。 ? 淀積過程在外延反應(yīng)爐中進行。 外延工藝 ? 外延工藝 是獲得硅單晶膜的一種化學(xué)氣相淀積工藝。反應(yīng)過程中，反應(yīng)氣體為硅烷（ SiH4）和聯(lián)氨（ N2H4）。如： 0C2 4 2 2O + SnCl SnO + 2 Cl? ? ? 等離子強化 CVD環(huán)形裝置 及原理 該裝置不需要高壓電極和靶，設(shè)備較簡單，介質(zhì)膜Si3N4常用這種裝置制造。借助于氣體電離、熱效應(yīng)及光化學(xué)反應(yīng)等過程，促進淀積反應(yīng)和薄膜生成。壓強的降低意味著減少載流氣體，而生成薄膜所必需的反應(yīng)氣體量和壓強與大氣壓時相同，從而使反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)氣體相對增加，有利于形成更加均勻的薄膜。經(jīng)混合、加熱后，兩種氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生單質(zhì)或化合物，淀積到襯底上，形成薄膜。反應(yīng)生成的副產(chǎn)品氣體，由表面脫離，擴散逸出。 化學(xué)氣相淀積技術(shù) ? 化學(xué)氣相淀積法就是利用高溫條件下的化學(xué)反應(yīng)生成薄膜。電子的快速運動，使靶面上形成負電荷積累， 形成一個自建磁場， 磁場使正離子運動速度加劇，并以較大能量轟擊靶面，形成靶材原子的濺射淀積而成膜 不僅能濺射合金薄膜，也能濺射介質(zhì)膜。 直流濺射能制出金屬膜和 化合物膜，但不能濺射介 質(zhì)膜。低壓惰性氣體（氬氣）電離形成等離子體，等離子體中的正離子以高能量轟擊靶面。由于真空室內(nèi)殘留的氣體分子很少，故金屬原子不經(jīng)碰撞即可到達襯底表面，凝聚成膜。 ? 化學(xué)氣相淀積： 是使氣體與襯底材料本身在加熱的表面上進行化學(xué)反應(yīng)，使另一種物質(zhì)在表面上成膜。 ? 物理氣相淀積和化學(xué)氣相淀積是在襯底材料上制作薄膜的 2種常用的工藝技術(shù)。這些薄膜有多晶硅膜、氮化硅膜、二氧化硅膜、合金膜及金剛石膜等。 b)化學(xué)氣相淀積技術(shù)（ CVD） 常壓化學(xué)氣相淀積法、低壓化學(xué)氣相淀積法、等離子強化化學(xué)氣相淀積法。其刻蝕原理為 ：反應(yīng)濺射＋等離子體化學(xué)反應(yīng)，即既有離子的轟擊效應(yīng)，又有活性游離基與被刻蝕試件的化學(xué)反應(yīng)，應(yīng)此可以達到較高的刻蝕速率，并能得到較垂直的側(cè)面輪廓。其中被激活的 F（氟）有極強的化學(xué)活性，可以和處在等離子體中的物質(zhì)如 Si,SiO2及 Si3N4等發(fā)生如下反應(yīng)進行刻蝕： 42 4 23 4 4 2 S i + 4F S i F S i O + 4F S i F + OS i N + 12F 3S i F + 2N??? ? ???反應(yīng)離子刻蝕裝置原理圖 被刻蝕的試件放在陰極板上，高頻電源（ RF）作為陰極電源，使充入的惰性氣體離子化。 等離子體刻蝕裝置原理圖 2片弧狀電極結(jié)高頻電源（ RF），被刻蝕的試件放在托架上，容器內(nèi)部產(chǎn)生的等離子體如箭頭所指方向擴入被刻蝕試件周圍進行刻蝕，反應(yīng)生成的揮發(fā)物由真空系統(tǒng)抽出。活性氣體在等離子體中被離子化后會產(chǎn)生活性中介子。 等離子刻蝕的機理 ? 等離子體是一種攜帶大量自由電子和正離子的中性離子化氣體。 刻蝕結(jié)果的影響參數(shù) ? 影響刻蝕結(jié)果的參數(shù)很多，其中氣體成分是最主要的因素。 ? 隨后便產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)刻蝕，如同離子轟擊?？涛g步驟如下： ? 刻蝕用氣體在足夠強的電場作用下被電離，產(chǎn)生離子、電子及游離原子等刻蝕類物質(zhì)。采用離子刻蝕，包括等離子體刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕等干刻蝕法，便可實現(xiàn)較高的刻蝕精度。 P 型硅的電化學(xué)腐蝕 陽極電流記錄特性 PN 結(jié)腐蝕停止 4電極系統(tǒng) ? 由于材料存在漏電，漏電流使 P型硅在溶液中極化，當(dāng)達到鈍化電勢時，腐蝕將提前停止在 P型硅上，為避免此現(xiàn)象，采用 4電極結(jié)構(gòu)。 鈍化電勢： 電流最大點處的電勢。 ? 腐蝕條件為： 電解液為 5％ HF水溶液；溶解液溫度為室溫；全暗室環(huán)境；正極接硅片，負極接鉑 (Pt)片；正、負電極的間距為 5cm；電壓為 10 V。如圖所示，在重摻雜的 N－ Si襯底上，外延一層輕摻雜的 N－ Si，稱其為 N－ N結(jié)構(gòu)。 N 型硅的電化學(xué)腐蝕 ? 利用電化學(xué)腐蝕方法制備硅膜片 對于 HF各向同性腐蝕液，由于重摻雜的硅襯底比生長在其上的輕摻雜硅層的電導(dǎo)率高，故重摻雜層能更快地被腐蝕掉。 相對腐蝕速率與摻雜原子濃度關(guān)系 ? 電化學(xué)（陽極）腐蝕停止技術(shù) 用電化學(xué)腐蝕時，接硅的電極稱為工作電極，加正電壓；另一電極是負極，稱為輔助電極。 ? 結(jié)論： 只要在單晶硅表面進行硼重摻雜，就可以使重摻雜區(qū)的腐蝕速率遠小于其他非重摻雜區(qū)域，從而使腐蝕自動停止在兩者的交界面上。 而在各向異性腐蝕中，摻雜濃度對腐蝕速率的影響恰恰相反。 34Si N2SiO腐蝕事項 ? 腐蝕速率不僅取決于晶向，還受腐蝕劑種類和其成分配比、摻雜原子濃度及溫度等