【MEMS三維晶片集成科技】

編輯推薦

★後摩爾時代的MEMS晶片先進技術路線圖★原著主編是國際MEMS權威江刺正喜教授★全面梳理業內前沿的MEMS晶片科技工藝★提供MEMS三維晶片集成科技的發展思路★聚焦行業重大需求的集成電路先進科技★為解决卡脖子技術提供重點的研究方向

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晶片制造技術，詳細介紹了與集成電路成熟工藝相容的MEMS科技，重點介紹了已被廣泛使用的矽基MEMS以及圍繞系統集成的科技。 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三維晶片的集成工藝以及現時最先進的科技，非常適合MEMS器件、集成電路、電晶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攷。

作者簡介

江刺正喜（Masayoshi Esashi）教授

★微機電系統（MEMS）領域國際學術權威專家

★日本東北大學微系統集成中心資深研究員、名譽教授

★發表論文超過500篇，2016年獲得IEEE西澤潤一獎

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科技19

2.2.3玻璃上矽工藝：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空腔上矽（SON）28

參考文獻32

第3章基於MIS工藝的增强體微加工技術36

3.1多層3D結構或多感測器集成的重複MIS迴圈36

3.1.1PS3型結構的壓力感測器36

3.1.2P G集成感測器39

3.2壓力感測器製備：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章外延多晶矽表面微加工46

4.1外延多晶矽的工藝條件46

4.2採用外延多晶矽的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晶片和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資料性能對比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線上量測薄膜厚度和鍺含量58

5.3.5工藝空間映射59

5.4CMEMS加工60

5.4.1CMOS介面問題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數位微鏡器件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的重佈線層92

7.2.4選擇單個諧振器和濾波器頻率回應93

7.2.5氮化鋁MEMS與CMOS的倒裝晶片鍵合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晶片的量測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平臺（0.35 μ m）115

8.3.1加速度計115

8.3.2壓力感測器116

8.3.3諧振器117

8.3.4其他120

8.41P6M CMOS平臺（0.18 μ m）120

8.4.1觸覺感測器120

8.4.2紅外感測器122

8.4.3諧振器124

8.4.4其他127

8.5帶有附加資料的CMOS MEMS129

8.5.1氣體和濕度感測器129

8.5.2生化感測器135

8.5.3壓力和聲學感測器137

8.6電路和感測器的單片集成141

8.6.1多感測器集成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、資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雜訊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晶片級轉移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薄膜的電極資料和壽命199

10.3PZT-MEMS制造技術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各種資料、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資料體系241

14.4技術前沿242

14.5反應資料體系的沉積概念242

14.5.1物理氣相沉積242

14.5.2反應資料體系的電化學沉積244

14.5.3具有一維週期性的垂直反應資料體系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聚合物晶圓鍵合資料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效能257

15.2.3用於晶圓鍵合的聚合物259

15.3聚合物晶圓鍵合科技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雷射釺焊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章單片矽埋溝320

19.1LSI和MEMS中的埋溝/埋腔科技320

19.2單片SON科技及相關科技322

19.3SON的應用330

參考文獻333

第20章基底通孔（TSV）336

20.1TSV的配寘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多晶矽TSV349

20.5.1實心多晶矽TSV349

20.5.2氣隙多晶矽TSV352

20.6矽TSV353

20.6.1實心矽TSV353

20.6.2氣隙矽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

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【電晶體先進光刻理論與科技】

內容簡介

本書是電晶體先進光刻領域的綜合性著作，介紹了當前主流的光學光刻、先進的極紫外光刻以及下一代光刻技術。 主要內容涵蓋了光刻理論、工藝、資料、設備、關鍵部件、分辯率增强、建模與模擬、典型物理與化學效應等，包括光刻技術的前沿進展，還總結了極紫外光刻的特點、存在問題與發展方向。 書中融入了作者對光刻技術的寶貴理解與認識，是作者多年科研與教學經驗的結晶。

本書適合從事光刻技術研究與應用的科研與工程技術人員閱讀，可作為高等院校、科研院所相關領域的科研人員、教師、研究生的參考書，也可作為微電子、光學工程、微納加工、材料工程等專業大學生的參攷教材，還可為晶片製造領域的科技工作者與管理人員提供參攷。

作者簡介

安德裏亞斯·愛德曼，國際光學工程學會（SPIE）會士，德國弗勞恩霍夫（Fraunhofer）協會系統集成與元件研究所計算光刻和光學組學術帶頭人，德國埃爾朗根一紐倫堡大學客座教授。 擁有25年以上光學光刻與極紫外光刻研發經驗。 多次擔任國際光學工程學會光學光刻與光學設計國際會議主席，是Fraunhofer國際光刻模擬技術研討會組織者。 為Dr.LITHO等多款先進光刻模擬軟件的研發與發展做出了重要貢獻。

目錄

常用符號中英文對照表

第1章光刻工藝概述

1.1從微電子器件的微型化到奈米科技

1.2發展歷程

1.3步進掃描投影光刻機的空間像

1.4光刻膠工藝

1.5工藝特性參數

1.6總結

參考文獻

第2章投影光刻成像理論

2.1投影光刻機

2.2成像理論

2.2.1傅立葉光學描述方法

2.2.2傾斜照明與部分相干成像

2.2.3其他成像模擬方法

2.3阿貝-瑞利準則

2.3.1分辯率極限與焦深

2.3.2結論

2.4總結

參考文獻

第3章光刻膠

3.1光刻膠概述、常見反應機制與唯象描述

3.1.1光刻膠的分類

3.1.2重氮萘醌類光刻膠

3.1.3最先進的正性化學放大光刻膠

3.1.4唯象模型

3.2光刻工藝與建模方法

3.2.1光刻工藝簡介

3.2.2曝光

3.2.3後烘

3.2.3.1重氮萘醌光刻膠

3.2.3.2化學放大光刻膠

3.2.4化學顯影

3.3建模方法與緊湊光刻膠模型

3.4負性與正性光刻膠資料與工藝

3.5總結

參考文獻

第4章光學分辯率增强科技

4.1離軸照明

4.1.1線空圖形的最佳離軸照明

4.1.2適用於接觸孔陣列的離軸照明

4.1.3由傳統和參數化光源形狀到自由照明

4.2光學鄰近效應修正

4.2.1孤立-密集圖形偏差的補償

4.2.2線端縮短的補償

4.2.3從基於規則的OPC到基於模型的OPC，再到反向光刻

4.2.4 OPC模型與工藝流程

4.3相移掩模

4.3.1强相移掩模：交替型相移掩模

4.3.2衰减型相移掩模

4.4光瞳濾波

4.5光源掩模優化

4.6多重曝光科技

4.7總結

參考文獻

第5章資料驅動的分辯率增强科技

5.1分辯率極限回顧

5.2非線性雙重曝光

5.2.1雙光子吸收資料

5.2.2光閾值資料

5.2.3可逆對比度增强資料

5.3雙重與多重圖形科技

5.3.1光刻-刻蝕-光刻-刻蝕

5.3.2光刻-凍結-光刻-刻蝕

5.3.3自對準雙重圖形科技

5.3.4雙重顯影科技

5.3.5雙重或多重圖形科技的選擇

5.4導向自組裝

5.5薄膜成像科技

5.6總結

參考文獻

第6章極紫外光刻

6.1光源

6.2 EUV和多層膜薄膜中的光學資料特性

6.3掩模

6.4光刻機與成像

6.5光刻膠

6.6掩模缺陷

6.7 EUV光刻的光學分辯率極限

6.7.1 6.xnm波長EUV光刻（BEUV光刻）

6.7.2高數值孔徑光刻

6.7.3减小工藝因數k1:EUV光刻分辯率增强科技

6.8小結

參考文獻

第7章無需投影成像的光學光刻.

7.1無投影物鏡的光學光刻：接觸式與接近式光刻技術

7.1.1成像及分辯率極限

7.1.2科技實現

7.1.3先進的掩模對準光刻

7.2無掩模光學光刻

7.2.1干涉光刻

7.2.2雷射直寫光刻

7.3無繞射極限的光學光刻

7.3.1近場光刻

7.3.2光學非線性光刻

7.4三維光學光刻

7.4.1灰度光刻

7.4.2三維干涉光刻

7.4.3立體光刻與3D微列印科技

7.5關於無光光刻的幾點建議

7.6總結

參考文獻

第8章光刻投影系統：進階主題

8.1實際投影系統中的波像差

8.1.1澤尼克多項式描述方法

8.1.2波前傾斜

8.1.3離焦像差

8.1.4像散

8.1.5彗差

8.1.6球差

8.1.7三葉像差

8.1.8澤尼克波像差總結

8.2雜散光

8.2.1常數雜散光模型

8.2.2基於功率譜密度的雜散光模型

8.3高NA投影光刻中的偏振效應

8.3.1掩模偏振效應

8.3.2成像中的偏振效應.

8.3.3光刻膠與矽片膜層資料介面引起的偏振效應

8.3.4投影物鏡偏振效應與向量光刻成像模型.

8.3.5偏振照明.

8.4步進掃描投影光刻機中的其他成像效應

8.5總結

參考文獻

第9章光刻中的掩模形貌效應與矽片形貌效應

9.1嚴格電磁場模擬方法

9.1.1時域有限差分法

9.1.2波導法

9.2掩模形貌效應

9.2.1掩模繞射分析

9.2.2斜入射效應

9.2.3掩模引起的成像效應

9.2.4 EUV光刻中的掩模形貌效應與緩解策略

9.2.5三維掩模模型

9.3矽片形貌效應

9.3.1底部抗反射塗層的沉積策略

9.3.2多晶矽線附近的光刻膠殘留

9.3.3雙重圖形科技中的線寬變化

9.4總結

參考文獻

第10章先進光刻中的隨機效應

10.1隨機變數與過程

10.2現象

10.3建模方法

10.4內在聯系與影響

10.5總結

參考文獻

附錄

附錄1名詞中英文對照

附錄2縮略語中英文對照