MEMS采用类似集成电路(IC)的生产工艺和加工过程,用硅微加工工艺在一硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的MEMS。使MEMS有极高的自动化程度,批量生产可大幅度降低生产成本;而且地球表层硅的含量为2%。几乎取之不尽,因此MEMS产品在经济性方面更具竞争力。MEMS可以把不同功能、不同敏感方向或制动方向的多个传感器或执行器集成于一体,或形成微传感器阵列和微执行器阵列。甚至把多种功能的器件集成在一起,形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出高可靠性和稳定性的微型机电系统。半导体电镀是指在芯片制造过程中,将电镀液中的金属离子电镀到晶圆表面形成金属互连。北京新型半导体器件加工平台

从硅圆片制成一个一个的半导体器件,按大工序可分为前道工艺和后道工艺。前道工艺的目的是“在硅圆片上制作出IC电路”,其中包括300~400道工序。按其工艺性质可分为下述几大类:形成各种薄膜材料的“成膜工艺”;在薄膜上形成图案并刻蚀,加工成确定形状的“光刻工艺”;在硅中掺杂微量导电性杂质的“杂质掺杂工艺”等。前道工艺与后道工艺的分界线是划片、裂片。后道工艺包括切分硅圆片成芯片,把合格的芯片固定(mount)在引线框架的中心岛上,将芯片上的电极与引线框架上的电极用细金丝键合连接(bonding)。上海半导体器件加工实验室微纳加工技术是先进制造的重要组成部分,是衡量国家高级制造业水平的标志之一。

半导体元器件的制备首先要有较基本的材料——硅晶圆,通过在硅晶圆上制作电路与电子元件(如电晶体、电容体、逻辑闸等),为上述各制程中所需技术较复杂且资金投入较多的过程。由于芯片是高精度的产品,因此对制造环境有很高的要求,其所需制造环境为为一温度、湿度与含尘均需控制的无尘室。此外,一枚芯片所需处理步骤可达数百道,而且使用的加工机台先进且昂贵,动辄数千万一台,虽然详细的处理程序是随著产品种类与所使用的技术有关;不过其基本处理步骤通常是晶圆先经过适当的清洗之後,接着进行氧化及沈积,较後进行微影、蚀刻及离子植入等反覆步骤,以完成晶圆上电路的加工与制作。
晶圆的制作工艺流程:硅提纯:将沙石原料放入一个温度约为2000℃,并且有碳源存在的电弧熔炉中,在高温下,碳和沙石中的二氧化硅进行化学反应(碳与氧结合,剩下硅),得到纯度约为98%的纯硅,又称作冶金级硅,这对微电子器件来说不够纯,因为半导体材料的电学特性对杂质的浓度非常敏感,因此对冶金级硅进行进一步提纯:将粉碎的冶金级硅与气态的氯化氢进行氯化反应,生成液态的硅烷,然后通过蒸馏和化学还原工艺,得到了高纯度的多晶硅,其纯度高达99.99%,成为电子级硅。MEMS侧重于超精密机械加工,涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。

基于光刻工艺的微纳加工技术主要包含以下过程:掩模(mask)制备、图形形成及转移(涂胶、曝光、显影)、薄膜沉积、刻蚀、外延生长、氧化和掺杂等。在基片表面涂覆一层某种光敏介质的薄膜(抗蚀胶),曝光系统把掩模板的图形投射在(抗蚀胶)薄膜上,光(光子)的曝光过程是通过光化学作用使抗蚀胶发生光化学作用,形成微细图形的潜像,再通过显影过程使剩余的抗蚀胶层转变成具有微细图形的窗口,后续基于抗蚀胶图案进行镀膜、刻蚀等可进一步制作所需微纳结构或器件。晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片,其原始材料是硅。上海半导体器件加工实验室
刻蚀是与光刻相联系的图形化处理的一种主要工艺。北京新型半导体器件加工平台
光刻胶经过几十年不断的发展和进步,应用领域不断扩大,衍生出非常多的种类。不同用途的光刻胶曝光光源、反应机理、制造工艺、成膜特性、加工图形线路的精度等性能要求不同,导致对于材料的溶解性、耐蚀刻性、感光性能、耐热性等要求不同。因此每一类光刻胶使用的原料在化学结构、性能上都比较特殊,要求使用不同品质等级的光刻胶适用化学品。1959年光刻胶被发明以来,被普遍运用在加工制作广电信息产业的微细图形路线。作为光刻工艺的关键性材料,其在PCB、TFT-LCD和半导体光刻工序中起到重要作用。北京新型半导体器件加工平台