微系统技术加工服务平台
  

    微系统技术加工服务平台隶属于传感技术联合国家重点实验室,由微系统加工平台和微系统封装平台两部分组成,分别位于上海微系统所漕河泾园区内主楼的一层和二层净化间内。整个平台拥有114台套先进的大中型设备,总价值达1.1亿元,可以完成从微芯片制造、芯片封装、器件测试、微系统集成等成套工艺,为微系统研究提供有力的技术保障。

微系统加工平台的设备安排在800平方米的超净净化间,其中700平方米为1000级净化间,光刻间100平方米为100级净化,全天24小时保持恒温恒湿,有管道直接供应符合半导体工艺使用的18兆欧的去离子水、有包括压缩空气、氮气、氧气、氢气、氩气等管道气体供应,净化间配备冷却循环水,还有具备传感器自动监控的特种气体供应;净化室实行24小时图像和报警监控。

 微系统加工工艺平台按照功能模块来划分,包括氧化扩散工艺、光刻工艺、键合工艺、化学淀积薄膜工艺、金属镀膜工艺、干法刻蚀工艺、湿法腐蚀工艺等。

 氧化扩散工艺关键设备主要包括标准清洗机、高温氧化炉、离子注入机等设备,该工艺可以精确完成氧化硅薄膜的制备,薄膜均匀性优于±%,能够完成从50纳米薄到厚度达2微米的氧化硅膜的精确成膜控制,可以实现剂量精确控制的BP离子注入,解决了多类压阻式敏感器件的关键工艺;

 光刻工艺关键设备包括涂胶系统、喷胶系统、双面对准光刻机等关键设备,可满足微传感器芯片双面对准光刻制备芯片的要求,对准精度优于1微米,针对MEMS的特点,对于已有三维微结构的表面采用喷胶涂覆工艺,能实现百微米台阶的光刻;已开发出能实现最高达50微米的厚胶光刻工艺,已在凸点封装方面得到成功的应用;

 键合工艺关键设备包括键合机、兆声清洗机,可以进行硅-玻璃阳极键合,硅-硅预键合,金属键合,浆料键合等多种形式的键合工艺,硅-硅键合的对准精度优于2微米,其中阳极键合可实现硅-玻璃-硅键合和玻璃--玻璃键合;硅-硅键合工艺能实现多至三到四层对准键合,已在MEMS振动传感器中得到应用,获得较好的效果。

 化学淀积薄膜工艺的关键设备包括低压化学气相淀积系统、等离子增强化学气相淀积系统。用低压化学气相淀积工艺,可以淀积致密的高质量的氮化硅薄膜、低应力的氮化硅薄膜(应力小于200MPa)、多晶硅(包括低应力多晶硅,应力控制在50MPa以内)、低温氧化硅,具有优良的台阶覆盖能力,薄膜均匀性优于±5%,并根据项目需求,实现小批量化制造;利用等离子增强气相化学淀积工艺,可以实现金属上低温沉积氮化硅、氧化硅、非晶硅薄膜,均匀性优于±3%,应力可以控制在50MPa以内,可以根据传感器芯片设计的需要进行调节和优化;

 金属镀膜工艺关键设备包括溅射仪、电子束纳米精确成膜制备系统等,可以满足各种传感器芯片所需的金属薄膜AlCrAu以及介质薄膜Al2O3SiN等材料的磁控溅射,薄膜均匀性优于±5%,同时还可实现多层键合片微结构芯片的镀膜工艺;电子束纳米精确成膜制备系统能够实现TiAuCrNi金属薄膜的精确速率控制沉积,并能对多层薄膜厚度的进行实时监测,另外还可以实现低至0.5A/s的超低速沉积工艺,为高灵敏度分子自组装表面敏感器件提供有效的工艺手段;

 干法刻蚀工艺包括深反应离子刻蚀硅系统、等离子刻蚀系统、XeF2气相腐蚀系统等关键设备,能够对硅进行高深宽比的刻蚀(深宽比优于125),刻蚀速率最高达5µm/min,侧壁陡直度优于90±0.5度),与氧化硅选择比优于1:150XeF2气相腐蚀系统可实现各向同性的气相腐蚀硅,成为解决纳米器件微结构的释放关键工艺。

 微系统加工平台还形成较为齐全、稳定的湿法腐蚀工艺、包括KOH腐蚀工艺槽、Al腐蚀、Au腐蚀、Cr腐蚀、氧化硅腐蚀工艺槽,与以上各工艺整合在一起,形成较为完整体硅微机械加工和表面微机械加工工艺流程。

 微系统封装平台安排在500平方米的万级净化间内,净化室内保持24小时恒温恒湿,有管道供应去离子水、压缩空气、氮气、冷却循环水以及管道真空系统,为设备提供完善的外围设施。

 微系统封装平台已经形成了一条较为完整的微组装封装工艺线,能够完成从晶圆的减薄、切割直至模块的板级组装全套工艺。

 晶圆减薄切割工艺中的关键设备是自动划片机,其切割精度在2µm,可以加工4英寸至8英寸的晶圆,3寸的主轴保障了可切割材质的多样性和复杂性。

 芯片贴装工艺中的关键设备有共晶贴片机和倒装焊机,其中共晶贴片机可以进行InSn焊料、AuSn焊料、AuGe焊料等多种焊料的焊接,而倒装焊机则可以实现封装中的凸点互联。

 芯片焊线工艺是芯片封装中的关键工艺,其关键设备凸点球焊机的特点是灵活性和多样性,适用于深腔等各种异型的壳体封装,尤其适合MEMS器件的需求。

 封装平台的另一个特色是金属薄膜工艺,用于封装基板的薄膜金属化制作。金属薄膜工艺中的关键设备有磁控溅射仪和电镀仪。其中磁控溅射仪的特点是多靶位、高精度控制,可以提供TaTiCrTiWNiCuPtAu等多种膜层加工。溅射腔体内有4个靶位,可同时安装4种靶材,满足了封装基板多种膜层溅射的需求,膜层均匀性可以控制在±2.5%左右。另一台关键设备电镀仪,内有多个镀槽,可以提供CuNiAu等多种金属电镀。其中镀Au槽采用喷镀的方式,提高了镀层的均匀性,特别适用于凸点的制作。

 经过多年建设,实验室紧密围绕研究方向,不断完善和充实实验室基础工艺设备,建成了集微系统总体设计、MEMS芯片加工、封装组装、系统集成与测试等能力于一体的高水平微系统技术平台;在设备使用、维护和管理方面,实验室建立专业的工艺工程师和设备工程师队伍,设备采用专人使用、管理和维护保养,建立培训机制,贯彻质量体系,确保设备的使用规范,维护落实,工艺稳定,实现设备完好率在90%以上,从而为实验室重点研究基于新原理、新材料、新方法、新技术的核心传感技术和高性能传感器,发展集成化、智能化、网络化传感器系统,突破加工、封装与系统集成等关键技术,以满足国防、航天、工业、医疗等领域对传感技术的迫切需求方面提供了有力保障。