MEMS工艺讲述
mems 工艺流程
mems 工艺流程MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微电子机械系统）是集成电路技术与微机械技术相结合的一种新型技术，能够将微小的机电结构、传感器、执行器和电路等集于一体，成为一种具有微小尺寸、高度集成度和多功能性的系统。
MEMS技术的广泛应用使得 MEMS 工艺流程愈发重要，下面我们将详细介绍 MEMS 工艺流程。
MEMS工艺流程主要分为六个阶段：晶圆准备、芯片前端加工、芯片背面加工、封装与封装测试、器件测试和后封测试。
第一阶段是晶圆准备阶段。
晶圆通常用硅（Si）材料，首先要清洗晶圆，去除表面的污垢，然后用化学气相沉积（CVD）方法在晶圆上生长一层二氧化硅（SiO2），形成绝缘层。
随后，还需要完成一系列的光刻步骤，即利用光刻胶和光掩模将图案转移到晶圆上，以形成预期的结构和形状。
第二阶段是芯片前端加工阶段。
这个阶段主要涉及到利用湿法和干法的化学刻蚀方法来去除不需要的材料，并在晶圆上的金属层中创造出微小的结构和连接线。
此外，还可以利用离子注入和扩散工艺来调整电阻、电导率或阈值电压等特性。
第三阶段是芯片背面加工阶段。
这个阶段主要涉及到将晶圆从背面进行背面研磨和化学机械抛光，以使芯片变得更加薄，并且可以通过背面晶圆连接器连接到其他系统。
第四阶段是封装与封装测试阶段。
此阶段的主要任务是将制造好的 MEMS 芯片进行封装，以保护并提供使其正常运行所需的外部连接。
封装的方法包括胶封、承载式封装和芯片柔性封装。
随后，对封装后的芯片进行测试以确认其性能和质量。
第五阶段是器件测试阶段。
在这个阶段，将芯片插入到测试设备中，对其进行各种电学、力学或物理特性的测试。
测试可以包括压力测试、温度测试、震动测试等，以验证 MEMS 芯片的性能和可靠性。
最后一个阶段是后封测试阶段。
在这个阶段，将经过器件测试的芯片进行再次封装，以保护芯片不受外界环境的影响，并进行最后的测试以确保其正常运行。
mems 工艺
mems 工艺
MEMS 工艺，全称为微机电系统工艺，指的是将微型机械结构与电子元器件相结合，从而形成一种高度集成的混合技术。
在MEMS应用中，微机电系统工艺是制造小型器件的一种重要技术。
本文将围绕MEMS工艺讲解相关的步骤。
1. 原材料选择
在MEMS工艺中，需要选择一些适于制造微型器件的原材料。
这些材料通常需要具备以下几个特性：高精度、高硬度、高强度、高化学性能和良好的稳定性。
常用的MEMS材料有硅、氧化硅、玻璃等。
2. 制造微型结构
制造微型结构通常采用半导体加工技术，即利用光刻、蒸镀、刻蚀等方式将微型结构加工成所需形状。
比如，利用光刻技术可以将光刻胶涂覆到硅片上，而利用蒸镀技术可以在硅片上放置一层金属，从而实现金属电极的制造。
3. 封装
在制造完微型器件之后，需要对其进行封装，以保护其免受外界干扰和损坏。
一般采用微型结构封装的形式来封装MEMS器件，通常采用微型焊接、微型粘接等方式来实现。
4. 测试
对于MEMS器件的正常工作，需要对其进行严格的测试。
测试内容包括机械性能测试、电学测试、失效分析等。
通过测试来确定器件的良品率，并对不良的器件进行分析和处理。
总之，MEMS工艺是一种集成了微型机械结构与电子元器件的混合技术。
在制造MEMS器件的过程中，需要考虑多个因素，其中包括原材料选择、微型结构制造、封装和测试等步骤。
这些步骤相互关联，需要不断地优化和实验来找到最优的工艺路线。
mems制造工艺及技术
MEMS制造工艺及技术的深度解析一、引言微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS）是一种将微型机械结构与电子元件集成在同一芯片上的技术。
由于其体积小、功耗低、性能高等特点，MEMS技术已被广泛应用于各种领域，如汽车、医疗、消费电子、通信等。
本文将详细介绍MEMS的制造工艺及技术，以帮助读者更深入地了解这一领域。
二、MEMS制造工艺1. 硅片准备MEMS制造通常开始于一片硅片。
根据所需的设备特性，可以选择不同晶向、电阻率和厚度的硅片。
硅片的质量对最终设备的性能有着至关重要的影响。
2. 沉积沉积是制造MEMS设备的一个关键步骤。
它涉及到在硅片上添加各种材料，如多晶硅、氮化硅、氧化铝等。
这些材料可以用于形成机械结构、电路元件或牺牲层。
沉积方法有多种，包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和电镀等。
3. 光刻光刻是一种利用光敏材料和模板来转移图案到硅片上的技术。
通过光刻，我们可以在硅片上形成复杂的机械结构和电路图案。
光刻的精度和分辨率对最终设备的性能有着重要影响。
4. 刻蚀刻蚀是一种通过化学或物理方法来去除硅片上未被光刻胶保护的部分的技术。
它可以用来形成机械结构、电路元件或通孔。
刻蚀方法有湿法刻蚀和干法刻蚀两种。
湿法刻蚀使用化学溶液来去除材料，而干法刻蚀则使用等离子体或反应离子刻蚀（RIE）来去除材料。
5. 键合与封装键合是将两个或多个硅片通过化学键连接在一起的过程。
它可以用于制造多层MEMS设备或将MEMS设备与电路芯片集成在一起。
封装是将MEMS设备封装在一个保护壳内以防止环境对其造成损害的过程。
封装材料可以是陶瓷、塑料或金属。
三、MEMS制造技术挑战与发展趋势1. 尺寸效应与可靠性问题随着MEMS设备的尺寸不断减小，尺寸效应和可靠性问题日益突出。
例如，微小的机械结构可能因热膨胀系数不匹配或残余应力而导致失效。
为了解决这些问题，研究人员正在开发新型材料和制造工艺以提高MEMS设备的可靠性。
mems工艺
mems工艺
MEMS（微机电系统）是指将电子元器件和微机电技术结合起来，集成在一起的微型智能系统。
它是现代科技的重要组成部分，具有广泛的应用范围，如加速度计、压力传感器、惯性导航系统等领域。
其中MEMS工艺是制作微小器件的核心技术之一，下面就来介绍一下MEMS工艺。
1. 典型的MEMS工艺流程包括：制备、图案形成、光刻、腐蚀、衬底退火、封装等步骤。
其中，制备是预处理步骤，主要包括清洗和活化处理。
2. MEMS工艺中的图案形成是关键步骤，它通过制造掩模，将期望形状的板层沉积在硅衬底上，并表现出所需功能。
通常采用的方法有电子束光刻和光刻。
其中光刻是一种投影方法，将掩膜中图案通过紫外线照射投影到硅片上。
3. MEMS工艺中的腐蚀是制造微结构的一种方法。
它通常采用湿法或干法进行，湿法主要是通过氢氟酸溶解，而干法则是利用等离子体腐蚀，使硅片表面产生微细结构。
4. MEMS工艺中衬底退火是为了改善硅片的质量和性能。
它可以消除硅片的残留应力和缺陷，增强硅片的稳定性和可靠性。
5. MEMS工艺中的封装是保护微结构，避免其与环境接触。
它通常包括两种方法：微机械制造的封装和传统的封装。
综上所述，MEMS工艺是一种复杂的工艺流程，需要应用多种技术手段，在制造微小器件时具有重要的应用价值。
而且随着科技的不断进步，MEMS技术在未来将有更广阔的应用前景。
mems的制造工艺
mems的制造工艺【MEMS 的制造工艺】一、MEMS 的历史其实啊，MEMS 这玩意儿可不是突然冒出来的。
早在上世纪 50 年代，就已经有了关于微制造技术的初步探索。
那时候，人们就开始琢磨怎么在小小的芯片上做出复杂的结构。
到了 70 年代，一些研究机构和公司开始认真研究 MEMS 技术，不过当时的工艺还比较粗糙，能做出来的东西也很有限。
真正让 MEMS 大放异彩的是 80 年代以后。
随着半导体制造技术的飞速发展，MEMS 的制造工艺也越来越精细，能实现的功能也越来越强大。
比如说，汽车里的气囊加速度传感器，就是 MEMS 技术的一个重要应用。
说白了就是，MEMS 从一个小小的概念，逐渐成长为改变我们生活的重要技术，这一路走来，充满了挑战和突破。
二、MEMS 的制作过程1. 设计阶段这就好比盖房子之前要先画图纸。
工程师们要根据需要实现的功能，设计出MEMS 器件的结构和布局。
比如说，如果要做一个压力传感器，就得考虑怎么让压力能准确地转化为电信号，这就需要精心设计传感器的敏感结构。
2. 材料准备接下来就是准备材料啦。
MEMS 常用的材料有硅、玻璃、聚合物等等。
就拿硅来说吧，得把它加工成薄薄的晶圆，就像做面饼一样，要擀得又薄又均匀。
3. 光刻这一步就像是在晶圆上“画画”。
通过光刻胶和光刻机，把设计好的图案“印”在晶圆上。
比如说要做一个小小的齿轮，就得先把齿轮的形状光刻出来。
4. 刻蚀有了图案还不行，得把不需要的部分去掉。
刻蚀就好比是用小凿子把多余的部分一点点凿掉，留下我们想要的结构。
5. 沉积有时候还需要在晶圆上沉积一些材料，比如说一层绝缘层或者导电层，就好像给蛋糕上抹一层奶油。
6. 封装最后，把做好的 MEMS 器件封装起来，保护它不受外界的干扰和损伤。
这就像给宝贝穿上一件防护服。
三、MEMS 的特点1. 微型化MEMS 器件都非常小，小到你得用显微镜才能看清楚。
这就使得它们可以集成在各种设备中，不占地方。
微机电系统(mems)工艺基础与应用
微机电系统(mems)工艺基础与应用
微机电系统（MEMS）是指将微型机械元件、微电子元件、微光学元件、微流体元件及其它微加工技术相集成而成的系统。
它既是微电子技术、光学技术、力学技术、材料科学技术的综合，又是精密制造技术、微加工技术与传感器技术的相结合。
本文将对MEMS的工艺基础及其应用进行探讨。
一、MEMS的工艺基础 1.硅微加工技术 MEMS的制造材料主要是硅微电子材料及其它材料，硅微加工技术是MEMS 的核心技术。
硅微加工技术的主要工艺流程包括光刻、蚀刻、金属沉积、制膜、扩散、离子注入等。
2.压力传感器的制造工艺 MEMS的压力传感器主要采用压阻效应制作。
它的基本原理是利用极细硅悬臂梁作为传感器，在外界压力下悬臂梁弯曲，悬臂梁两端的电阻发生变化，进而反映出压力。
二、MEMS的应用 1.生物医学及生物传感技术应用MEMS技术制造的微型传感器，可以在细胞水平上检测微小的信号变化，诊断疾病、研究生物学行为。
2.汽车及工业应用汽车领域是MEMS技术的主要应用领域之一。
MEMS技术应用于汽车系统中，可以制造出精密的安全气囊、一个小孔的喷油嘴、传感器等元件。
3.消费市场在消费市场上，MEMS技术的应用范围同样广泛。
借助MEMS技术，可以生产出更小、更趋近于无形的产品，如MEMS振动器、MEMS加速计、MEMS麦克风。
总之，MEMS技术的应用范围和前景十分广阔，它在不断地为各个领域带来更多革命性的变革和新的想象空间。
同时，要想在MEMS领域取得更为显著的进展，需要更多的前沿科技、人才、资金等方面的支持和加速发展。
mems典型工艺流程
mems典型工艺流程MEMS（微机电系统）是一种的技术，将微机电技术与集成电路技术相结合，制造出微小尺寸的机械系统和传感器。
在MEMS的制造过程中，需要经过一系列的工艺流程。
下面将介绍一般MEMS的典型工艺流程。
首先，MEMS的工艺流程通常从硅片的制备开始。
通常采用的是单晶硅片，其表面经过化学洗涤和高温氧化处理，以去除杂质和形成氧化硅层作为基底。
接下来是光刻工艺。
这一步骤通过将光刻胶涂覆在硅片上，然后使用特定的光掩膜进行照射，从而在光刻胶上形成需要的图案。
通过光刻工艺，可以制造出细小的结构和器件形状。
然后是刻蚀工艺。
刻蚀工艺使用化学或物理方法，将不需要的硅片或氧化层材料进行去除。
根据需要，可以采用湿法刻蚀或干法刻蚀。
刻蚀后，可以得到所需的MEMS结构和通道。
接下来是薄膜沉积工艺。
薄膜沉积工艺是将需要的材料沉积到硅片表面，以形成薄膜层。
这种工艺可以用于制造电极、传感器和阻尼材料等。
根据需要，可以采用热氧化、电镀或化学气相沉积等方法进行薄膜沉积。
然后是光刻和刻蚀重复多次的步骤。
这是因为MEMS设备通常需要复杂的结构，需要多次重复进行光刻和刻蚀，以形成所需的形状和结构。
这一步骤可能需要多次光刻胶涂覆、暴露和刻蚀，以实现所需的器件形状和功能。
最后是封装工艺。
封装工艺将制造好的MEMS器件封装到适当的壳体中，保护器件免受外界环境的干扰。
封装工艺可根据具体情况选择不同的方法，例如焊接、粘接或压接等。
总的来说，MEMS的典型工艺流程包括硅片制备、光刻、刻蚀、薄膜沉积、光刻和刻蚀重复多次以及封装。
通过这些工艺步骤，可以制造出各种微小尺寸的MEMS结构和传感器。
MEMS的制造工艺流程非常复杂，需要对微纳米材料和工艺参数进行精确控制和处理。
这些MEMS器件在航天、汽车、医疗和消费电子等领域具有广泛的应用前景。
MEMS器件原理与制造工艺
MEMS器件原理与制造工艺MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）是微电子机械系统的缩写，指的是一类结合了微纳米技术、电子技术和机械技术的微型器件。
MEMS器件包括传感器、执行器以及微型系统等。
本文将介绍MEMS器件的基本原理和制造工艺。
一、MEMS器件的原理MEMS器件的原理基于微纳米加工技术，通过集成微型传感器、执行器和电子元件，实现对微小物理量、力、压力、加速度等的感知、测量和控制。
MEMS器件具有体积小、功耗低、响应速度快等特点，广泛应用于传感器、机械器件和微型系统等领域。
下面将以压力传感器为例，介绍MEMS器件的工作原理。
压力传感器是一种常见的MEMS器件，用于测量流体或气体的压力。
它由微机械薄膜、电桥电路和信号处理电路组成。
当被测介质施加压力时，微机械薄膜会发生微小的形变，形变量与压力成正比。
通过电桥电路测量薄膜的形变，进而获得被测介质的压力信号。
信号处理电路对测得的信号进行放大、滤波和数字化处理，得到最终的压力数值。
二、MEMS器件的制造工艺MEMS器件的制造工艺主要包括悬浮结构制备、薄膜沉积、刻蚀工艺以及封装等环节。
下面将依次介绍这些工艺的基本流程和具体步骤。
1. 悬浮结构制备悬浮结构是MEMS器件的核心部分，它由薄膜材料构成，常用的材料有硅、氮化硅和聚合物等。
悬浮结构的制备通常采用微纳米加工技术，包括光刻、薄膜沉积和刻蚀等步骤。
首先，通过光刻技术在硅片上制作出所需的器件形状和结构图案。
然后，使用薄膜沉积技术在硅片表面沉积薄膜材料。
最后，利用刻蚀技术去除多余的薄膜材料，形成悬浮结构。
2. 薄膜沉积薄膜沉积是MEMS器件制造中的关键步骤，它用于制备悬浮结构和电子元件等。
常用的薄膜沉积技术有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和溅射沉积等。
这些技术能够在硅片表面沉积金属、氧化物和聚合物等不同种类的薄膜材料，以满足不同器件的要求。
3. 刻蚀工艺刻蚀是MEMS器件制造中的重要步骤，用于去除多余的薄膜材料，形成所需的结构和孔洞。
MEMS工艺(表面硅加工技术)
D、横向腐蚀形成空腔
腐蚀掉SiO2形成空腔，即得到多晶硅桥式可活动 的硅梁
五、影响牺牲层腐蚀 的因素
牺牲层厚度 腐蚀孔阵列
多晶
LT
塌陷和粘连及防止方法
酒精、液态 置换水； 酒精、液态CO2置换水； 依靠支撑结构防止塌陷。 依靠支撑结构防止塌陷。
六、表面微加工特点及关键 技术
表面微加工过程特点：
ASSEMBLY INTO PACKAGE
PACKAGE SEAL
FINAL TEST
采用特殊的检测和划 片工艺保护释放出来的机 械结构封装时暴 Nhomakorabea部分零件
机、电系统 全面测试
三、表面微加工原理 表面微加工技术主要靠在基底上逐 层添加材料而构造微结构 表面微加工器件是由三种典型的部 件组成：⑴牺牲层；⑵微结构层； ⑶绝缘层部分
MEMS的典型生产流程
膜越厚， 膜越厚，腐蚀 次数越少。 次数越少。
多次循环 成膜
DEPOSITION OF MATERIAL
去除下层材料， 去除下层材料， 释放机械结构
光刻
PATTERN TRANSFER
腐蚀
REMOVAL OF MATERIAL
PROBE TESTING
SECTIONING
INDIVIDUAL DIE
添加——图形——去除 添加：薄膜沉积技术 图形：光刻 去除：腐蚀技术 表面微加工和IC工艺的区别：形成机械结构！ 形成机械结构！ 形成机械结构
参考文献
[1]任小中 现代制作技术 任小中.现代制作技术 武汉： 任小中 现代制作技术[M].武汉：华中科技大学，2009,9. 武汉 华中科技大学， [2]微电机系统（MEMS）原理、设计和分析 微电机系统（ 西安： 微电机系统 ）原理、设计和分析[M].西安：西安 西安 电子科技大学出版社， 电子科技大学出版社，2009,5.
MEMS工艺技术
MEMS工艺技术MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种将微型机械、电子元件和传感器集成在一起的技术，它具有体积小、功耗低、性能优良等优势。
MEMS工艺技术是制造MEMS器件所需的工艺流程，下面将介绍一下MEMS工艺技术的主要内容。
首先是薄膜沉积技术。
由于MEMS器件的尺寸很小，因此需要采用薄膜沉积技术来制造薄膜结构。
常见的薄膜沉积技术有化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）等。
CVD采用气体在一定条件下发生化学反应，产生固态薄膜，常用于制备多晶硅和二氧化硅等材料。
PVD则是利用高能量粒子轰击靶材，使靶材的原子或分子从靶表面剥离，随后沉积在基片上形成薄膜。
其次是光刻技术。
光刻是MEMS工艺中的重要步骤，用于制作图案。
它利用紫外光照射感光胶，在感光胶上形成图案，然后通过后续的腐蚀或沉积等工艺步骤将图案转移至基片上。
光刻技术需要借助于掩膜，即光刻胶膜上的透光性与所需图案的形状相对应，通过控制光刻胶膜的曝光和显影，就能制作出所需的图案。
另外一个重要的工艺是湿法腐蚀。
湿法腐蚀是对特定区域的材料表面进行腐蚀，形成所需的结构。
常用的湿法腐蚀液有氢氟酸、氢氧化钠等，通过控制腐蚀时间和温度，可以得到所需的结构形状。
此外，还有离子注入、金属沉积、表面湿化等工艺，这些工艺技术在MEMS器件的制造中都起到了重要的作用。
离子注入用于改变材料的性质，比如使其导电性变化；金属沉积常用于制作电极和连接器；表面湿化用于改变材料表面的能量特性。
综上所述，MEMS工艺技术是制造MEMS器件所必需的技术，涵盖了薄膜沉积、光刻、湿法腐蚀等多个工艺步骤。
这些工艺技术的运用，使得MEMS器件具备了体积小、功耗低、性能优良等优势，广泛应用于生物医学、环境监测、智能手机等领域。
随着微纳技术的不断发展，相信MEMS工艺技术也将不断完善，为制造更加先进的MEMS器件提供更多可能。
MEMS的制造工艺是基本半导体工艺的
MEMS的制造工艺是基本半导体工艺的，主要包括以下6个步骤： 1.掺杂与退火； 2.氧化, 表面薄膜技术； 3.光刻；4.金属化：溅射与蒸发；5.腐蚀；6.净化与清洗。
接下来将详细介绍各个工艺流程：1.掺杂：IC掺杂用于改变其物理性质，MEMS掺杂用于改变其化学性质，而掺杂的主要形式包括注入和扩散。
扩散指在一定温度下杂质原子具有一定能量，能够克服阻力进入半导体并在其中做缓慢的迁移运动。
包括液态源扩散和固态源扩散。
而离子注入是杂质原子经高能粒子轰击离子化后经电场加速轰击硅片表面，形成注入层。
退火的作用主要是将掺杂层纵向推进，结构释放后消除残余应力，包括热退火，激光退火以及电子退火。
2. 表面薄膜技术：氧化是硅与氧化剂反应生成二氧化硅的过程。
化学气相淀积则是使用加热、等离子体和紫外线等各种能源，使气态物质经化学反应（热解或化学合成），形成固态物质淀积在衬底上。
相对的蒸发和溅射为物理气相淀积。
3. 光刻：是用辐照方式形成图形的方法。
是唯一不可缺少的工艺步骤，是一个复杂的工艺流程。
工艺过程：备片 清洗 烘干 甩胶 前烘 对准 曝光 显影 坚膜 腐蚀工艺等 去胶。
光刻三要素包括：光刻胶、掩膜版和光刻机。
4.金属化：蒸发和溅射是制备金属结构层和电极的主要方法。
是物理气相淀积的方法。
蒸发工艺利用经过高压加速并聚焦的电子束，在真空中直接打到源表面，将源蒸发并淀积到衬底表面形成薄膜。
溅射主要是惰性气体（Ar）在真空室中高电场作用下电离，产生的正离子被强电场加速形成高能离子流轰击溅射靶，靶（源）原子和分子离开固体表面，以高速溅射到阳极（硅片）上淀积形成薄膜。
5.腐蚀：选用适当的腐蚀剂，将掩膜层或衬底刻穿或减薄，以获得完整、清晰、准确的光刻图形或结构的技术。
分为：干法等离子体腐蚀和湿法腐蚀湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀。
优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低，但缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差。
mems主要工艺
mems主要工艺MEMS（微机电系统）主要工艺是一种将微型机械结构与电子元件集成在一起的技术。
它通过制造微米级的机械结构和集成电路，实现了传感器、执行器和微型系统的功能。
MEMS主要工艺包括以下几个方面。
首先是材料选择和加工。
MEMS主要使用的材料有硅、玻璃、陶瓷、金属等。
这些材料具有良好的机械性能和化学稳定性，适合微型加工。
MEMS的加工技术主要包括光刻、薄膜沉积、湿法腐蚀、离子注入等。
这些技术能够实现微米级的结构制造。
其次是微加工技术。
MEMS的制造过程主要是通过微加工技术来实现的。
微加工技术包括光刻、薄膜沉积、湿法腐蚀、离子注入等。
光刻是将光敏材料暴露在紫外线下，通过光影效应形成图案，然后进行腐蚀或沉积等处理。
薄膜沉积是将薄膜材料沉积在基底上，形成所需的结构。
湿法腐蚀是通过溶液对材料进行腐蚀，形成微结构。
离子注入是将离子注入材料中，改变材料的性能。
其次是封装技术。
MEMS器件制造完成后，需要进行封装，以保护器件并提供连接接口。
封装技术主要包括封装材料的选择和封装工艺的设计。
常用的封装材料有环氧树脂、硅胶等。
封装工艺包括封装结构设计、封装材料的选择、封装工艺的优化等。
最后是测试和可靠性验证。
制造完成的MEMS器件需要进行测试和可靠性验证，以确保其正常工作和长期稳定性。
测试主要包括功能测试、性能测试和可靠性测试。
功能测试是检测器件是否能够实现设计的功能。
性能测试是评估器件的性能指标。
可靠性测试是评估器件在长期使用过程中的稳定性和可靠性。
MEMS主要工艺包括材料选择和加工、微加工技术、封装技术以及测试和可靠性验证。
这些工艺的应用使得MEMS能够实现微型化、集成化和高性能化的特点，广泛应用于传感器、执行器和微型系统等领域。
通过不断改进工艺技术，可以进一步提高MEMS器件的性能和可靠性，推动MEMS技术的发展。
MEMS工艺讲述 共61页
MEMS工艺
1. 当今重要的机械和电子系统进一步向微小型化和多功能化 方向发展，进而对相当于感觉器官的传感器和运动器官的 执行器提出了微小型化和多功能化的要求
2. 半导体硅微细加工技术的日益成熟和完善为这一发展提供 了技术基础
3. 在这种情况下诞生了微电子机械系统(MEMS)这一新型学 科
4. MEMS是微电子技术与机械、光学领域结合而产生的，是 20世纪9IC工艺的兼容性好; 器件可以做得很小
• 缺点：这种技术本身属于二维平面工艺，它限制了设 计的灵活性。
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关键技术
牺牲层技术 薄膜应力控制技术 防粘连技术
牺牲层技术
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表面牺牲层技术是表面微机械技术的主要工艺
基本思路为：在衬底上淀积牺牲层材料→利用光刻、
刻蚀形成一定的图形→淀积作为机械结构的材料并光刻 出所需要的图形→将支撑结构层的牺牲层材料腐蚀掉→ 形成了悬浮的可动的微机械结构部件。 要求在腐蚀牺牲层的同时几乎不腐蚀上面的结构层和下 面的衬底。牺牲层技术的关键在于选择牺牲层的材料和 腐蚀液
表面微机械加工技术
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硅园片 淀积结构层 刻蚀结构层 淀积牺牲层
刻蚀牺牲层 淀积结构层
刻蚀结构层 释放结构
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• 微加工过程都是在硅片表面的一些薄膜上进行的，形 成的是各种表面微结构，又称牺牲层腐蚀技术。
• 特点：在薄膜淀积的基础上，利用光刻，刻蚀等IC常 用工艺制备多层膜微结构，最终利用不同材料在同一腐 蚀液中腐蚀速率的巨大差异，选择性的腐蚀去掉结构层 之间的牺牲层材料，从而形成由结构层材料组成的空腔 或悬空及可动结构。
大机械制造小机械，小机械制造微机械
日本为代表，与集成电路技术几乎无法兼容
MEMS工艺讲义
MEMS工艺讲义MEMS技术是一种利用微纳米加工技术制造微型机械系统的技术。
这种技术在生产过程中，将先进的微电子技术、微加工工艺和制造技术相结合，以实现对微型机械系统的制造。
它广泛应用于人类生活的各个领域，例如医疗检测、计算机、通信、生物医疗、环境检测等领域。
本文将介绍MEMS的工艺过程。
MEMS制造技术主要分为三个步骤，分别是芯片制造、表面加工和封装。
具体而言，在芯片制造部分，主要是利用微电子加工技术来制造硅晶片等材料的基片。
在这个过程中，反复进行投影光刻、氧化和刻蚀等步骤，将微细的结构形状逐渐雕刻出来。
这个过程中，需要使用到物理和化学的反应过程，对芯片表面进行微细加工。
其中，最重要的是投影光刻技术，这个技术是利用光去逐渐剥离出细小的结构。
在表面加工环节，MEMS的制造遵循一样的制造工艺，通常涉及到湿法腐蚀、干法腐蚀、染色、表面处理等技术。
这些加工可以进行到其中一个芯片的特定区域，并且有助于减小MEMS芯片的波纹度、便于微小结构的制造。
在封装过程中，最关键的是将制作好的微型器件较好地保护，以避免受到因未知环境产生的磨损或噪音等影响。
通常，MEMS器件剩余的背景片需被凿短至可被封装，然后门径将封装、存储、供能电池以及不同模块重新组合在一起，以完成整体器件。
总之，MEMS工艺流程是一个技术密集型、高度精细的过程，在整个制造过程中，无论是在芯片制造还是表面加工和封装过程中，都需要严格按照规定的加工流程和标准去完成各个环节。
只有这样才能保证制作出的微型器件的质量和性能完全符合设计要求，一方面，增强了远距离控制机器、电子设备和各种通信设备的功能性能，同时又可显着地减少采集数据时的时间和成本。
MEMS标准工艺介绍
处理材料：硅/硅键合要求：直径为100mm 的硅片，平整度小于2um；
硅/玻璃键合要求： 直
玻璃片，型号 Pyrex 7740。
键合条件：
电极 电压 0～ 2000 电极 电流 0～ 10mA 极板最 高温度 500℃ 温度均 匀性 +/-1% 温度控制 精度 +/-5% 卡盘压 力 0～ 2000mB 真空腔压力
处理材料： 符合进炉净化标准以及承受处理的温度，衬底材料直径 100mm ，厚度
400-1500um。 （1）高电阻率硼扩散工艺 条件 温度 950－ 硼源 GS－ 126 1150ºC 结深 0.1－0.5um 方块电阻 100欧姆/ 方块 设备 扩散炉
处理面数：双面 片数/批 : 最多48片 检 验：方块电阻偏差+/-5%，结深偏差+/-5％ 状 态：可用
AIT 喷镀系统
AIT 挂镀系统
低成本的焊料凸点工艺 1．铝表面活化：用丙酮去除铝表面油污，在体积比为1：1的磷酸溶 液（8%）和氟硼酸铵（2%）中去除铝表面的氧化层。 2．二次浸锌：在锌酸盐中一次浸锌后，用50%的硝酸溶液去除锌层， 去离子水洗后，再进行二次浸锌。 3．化学镀镍：用水浴将化学镀镍溶液加热至90℃，将二次浸锌的晶 片浸入化学镀镍溶液中，20分钟后，取出，去离子水洗。 4．浸金：用水浴将浸金溶液加热至70℃，将化学镀镍的晶片浸入浸 金溶液溶液中，10分钟后，取出，去离子水洗，烘干。 5．焊料凸点的形成：用印刷的方法，在镍/金表面上印刷焊料，回流 形成焊料凸点。 6．焊料凸点尺寸：Φ250um。
mems 工艺follow
mems 工艺follow一、MEMS技术简介微机电系统（MEMS，Micro Electro Mechanical System）是一种集微电子和微机械于一体的先进技术。
它利用微纳米制造技术，将电子、机械、光学等元件集成在微型结构中，实现各种功能。
MEMS技术在信息技术、生物医学、航空航天等领域具有广泛应用前景。
二、MEMS工艺流程概述MEMS工艺流程主要包括以下几个阶段：1.薄膜制备：通过溅射、化学气相沉积（CVD）等方法在硅基底上生长薄膜。
2.光刻：利用光刻技术在薄膜上形成微米级结构。
3.刻蚀：采用湿法或干法刻蚀技术，将不需要的薄膜部分去除，形成三维微结构。
4.填充：在微结构中填充导电、绝缘或磁性材料，以实现特定功能。
5.封装：对MEMS器件进行封装，以保护微结构并提高可靠性。
6.测试与分析：对成品进行性能测试和结构分析。
三、各阶段工艺详解1.薄膜制备：常用的方法有溅射、化学气相沉积（CVD）等。
薄膜材料包括硅、氮化硅、氧化硅等。
2.光刻：采用光刻胶覆盖薄膜，然后通过紫外光曝光、显影和洗涤等步骤，在薄膜上形成微米级结构。
3.刻蚀：根据光刻胶的性质，采用湿法或干法刻蚀技术，将不需要的薄膜部分去除，形成三维微结构。
4.填充：根据器件需求，在微结构中填充导电、绝缘或磁性材料。
如金属导线、电介质层、磁性材料等。
5.封装：采用塑料、陶瓷等材料对MEMS器件进行封装，保护微结构并提高可靠性。
6.测试与分析：通过各种测试方法和仪器，对成品进行性能测试和结构分析，如电学、力学、光学性能等。
四、应用领域及前景MEMS技术在众多领域具有广泛应用，如通信、消费电子、生物医学、汽车电子、航空航天等。
随着技术的不断发展，MEMS器件在智能手机、物联网、智能家居等市场的需求将持续增长，预计未来市场规模将达到百亿美元。
五、我国MEMS产业现状与挑战我国MEMS产业发展迅速，但仍存在以下挑战：1.产业链不完整：相较于国际先进水平，我国在MEMS设计、制造、封装、测试等环节存在一定差距。
MEMS的主要工艺类型与流程
MEMS的主要工艺类型与流程MEMS（微机电系统）是一种将微型机械结构与微电子技术相结合的技术，具有广泛的应用前景，在传感器、加速度计、微流体器件等领域有重要的作用。
MEMS的制备过程包括几个主要的工艺类型和相应的流程，本文将详细介绍这些工艺类型和流程。
1.半导体工艺半导体工艺是MEMS制备中最常用的工艺类型之一、它借鉴了集成电路制造的技术，将MEMS结构与电路结构集成在一起。
半导体工艺的制备流程主要包括以下几个步骤：（1）硅片准备：选择高纯度的单晶硅片作为基底材料，通常使用化学机械抛光（CMP）等方式使其表面光滑。
（2）掩膜和光刻：使用光刻胶将掩膜图形转移到硅片表面，形成所需的结构图案。
（3）蚀刻：使用干法或湿法蚀刻技术去除光刻胶外部的硅片，仅保留需要的结构。
（4）沉积：在蚀刻后的硅片表面沉积不同材料，如金属、氧化物等，形成MEMS结构的各个层次。
（5）光刻：重复进行掩膜和光刻步骤，形成更多的结构图案。
（6）终结：最后，进行退火、切割等步骤，完成MEMS器件的制备。
2.软件工艺软件工艺是MEMS制备中的另一种主要工艺类型。
与半导体工艺不同，软件工艺使用聚合物材料作为主要基底材料，并采用热压、激光加工等方式形成MEMS结构。
软件工艺的制备流程主要包括以下几个步骤：（1）选择聚合物材料：根据应用需求选择合适的聚合物材料作为基底材料。
（2）模具制备：根据设计要求制作好所需的模具。
（3）热压：将聚合物材料放置在模具中，通过加热和压力使其形成所需的结构。
（4）取模：待聚合物冷却后，从模具中取出完成的MEMS结构。
3.LIGA工艺LIGA（德语为"Lithographie, Galvanoformung, Abformung"的首字母缩写）工艺是一种利用光刻、电沉积和模具制备的工艺方法，主要适用于高纵深结构的制备。
LIGA工艺的制备流程主要包括以下几个步骤：（1）光刻：使用光刻胶将掩膜图形转移到聚合物或金属表面，形成结构图案。
mems 加工工艺
mems 加工工艺
MEMS（微机电系统）加工工艺是一种高精度、高效率的制造技术，用于生产微型机械和电子设备。
这种技术结合了微电子和微机械加工技术，使得在微米级别上制造复杂的三维结构和器件成为可能。
MEMS加工工艺主要包括表面微机械加工、体微机械加工和特殊微机械加工等几种类型。
表面微机械加工是一种“添加”工艺，通过在单晶片表层的一边沉析出若干由不同材料构成的薄层，然后有选择地蚀刻这些薄层，形成“隆起”结构，最终转变为附着在晶片衬底之上的、可动的微机械结构。
体微机械加工则是一种“去除”加工过程，通过从晶体基底去除某种物质，形成诸如空洞、凹槽、薄膜和一些复杂三维结构。
在MEMS加工工艺中，光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光等微电子工艺技术也被广泛应用。
光刻技术用于在硅片上制作精细的图形，薄膜沉积技术则用于在硅片上沉积各种材料的薄膜，掺杂技术用于改变硅片的电学性质，刻蚀技术用于将硅片上不需要的部分去除，而化学机械抛光技术则用于使硅片表面更加光滑。
此外，MEMS加工工艺还涉及许多特殊的微加工方法，如键合、LIGA、电镀、软光刻、微模铸、微立体光刻与微电火花加工等。
这些方法各具特色，可根据具体需求选择合适的工艺组合。
总的来说，MEMS加工工艺是一种高度复杂且精密的制造技术，它结合了微电子和微机械加工技术的优势，为微型机械和电子设备的制造提供了强大的支持。
MEMS工艺——光刻技术和成型技术
避光情况下加入了增感剂也不发生暗反应，
在烘干燥时，不发生热交联
•(6)针孔密度：单位面积上的针孔数 •(7)留膜率：指曝光显影后的非溶性胶膜厚
度于曝光前胶膜厚度之比
➢几种常见的光刻方法
➢接触式光刻：分辨率较高，容易造成 掩膜版和光刻胶膜的损伤。
➢接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有 一个很小的间隙(10～25m)，可以大 大减小掩膜版的损伤，分辨率较低
➢ 反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，简称为 RIE)：通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应 双重作用刻蚀。具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的 优点，同时兼有各向异性和选择性好的优点。目前， RIE已成为VLSI工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术
光刻工艺过程
（8）去胶
➢溶剂去胶：含氯的烃化物做去胶剂。 ➢氧化去胶：强氧化剂，如浓硫酸，双
X射线光刻
➢ x射线光刻由于具有很高分辨率的图形复印能力， 焦深大和工艺宽容度大等优点。有很多种x射线 光源可作为光刻光源，但最有效的是同步辐射加 速器所产生的同步辐射x光。同步辐射x光源有极 高的平行性和辐射强度并具有连续的光谱，使光 刻的几何偏差极小、曝光效率较高并可在选定的 波谱范围内进行加工。使得同步辐射x光刻能制 作具有复杂构造的三维立体结构和器件。
•The beam is deflected so as to draw out the features in that area of the chip •The chip is completed either by a step-andrepeat method, or by continually moving the substrate •The alignment of features in adjacent scanning area is important.
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电阻
抛光削薄第二片硅，形成压力传感器芯片
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其他
电子束光刻
提供了小至纳米尺寸分辩力的聚合物抗蚀剂图形转印的一 种灵活的曝光设备，远远地超过了目前光学系统的分辨力 范围
聚焦离子束光刻
利用聚焦离子束设备修复光掩模和集成电路芯片
扫描探针加工技术（SPL）
一种无掩模的加工手段，可以作刻蚀或者淀积加工，甚至 可以用来操纵单个原子和分子
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键合机理：预键合时硅与硅表面之间产生的键合力是由于亲水表 面的OH-之间吸引力的作用形成了氢键。进一步的高温处理可以 产生脱水效应，而在硅片之间形成氧键，键合强度增大。
接触前硅片表面有OH基
预键合形成氢键
高温处理脱水形成氢键
压力传感器芯片
P型(100)硅片 外延n型硅膜 n型(100)硅片
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•
•
改进释放方法
做表面处理
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键合(bonding)技术
在微型机械的制作工艺中，键合技术十分重要。
键合技术是指不利用任何粘合剂，只是通过化学键和物理作用将硅片
与硅片、硅片与玻璃或其他材料紧密地结合起来的方法。 键合技术虽然不是微机械结构加工的直接手段，却在微机械加工中有
着重要的地位。它往往与其他手段结合使用，既可以对微结构进行支
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非硅基微机械加工技术
• LIGA加工技术
• 激光微机械加工技术 • 深等离子体刻蚀技术 • 紫外线厚胶刻蚀技术
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LIGA工艺
1. LIthograpie（制版术），Gavanoformung(电铸)， Abformung(塑铸)
2. LIGA工艺于20世纪80年代初创于德国的卡尔斯鲁厄 原子核研究所，是为制造微喷嘴而开发出来的 3. LIGA技术开创者Wolfgang Ehrfeld领导的研究小 组曾提出，可以用LIGA制作厚度超高其长宽尺寸的 各种微型构件。
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关键技术
牺牲层技术 薄膜应力控制技术 防粘连技术
牺牲层技术
表面牺牲层技术是表面微机械技术的主要工艺
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基本思路为：在衬底上淀积牺牲层材料→利用光刻、
刻蚀形成一定的图形→淀积作为机械结构的材料并光刻 出所需要的图形→将支撑结构层的牺牲层材料腐蚀掉→ 形成了悬浮的可动的微机械结构部件。 要求在腐蚀牺牲层的同时几乎不腐蚀上面的结构层和下 面的衬底。牺牲层技术的关键在于选择牺牲层的材料和 腐蚀液
硅基微机械加工技术
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体硅微机械加工技术
硅各向异性化学湿法腐蚀技术 熔接硅片技术 反应离子深刻蚀技术
利用集成电路的平面加工技术加工微机械装置 整个工艺都基于集成电路制造技术 与IC工艺完全兼容，制造的机械结构基本上都是二维的 体硅微机械加工技术和表面微机械加工技术的结合，具有两 者的优点，同时也克服了二者的不足
4. 与集成电路工艺兼容性差
5. 硅片两个表面上的图形通常要求有严格的几何对 应关系，形成一个完整的立体结构
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分类
• 体硅腐蚀技术是体硅微机械加工技术的核心 • 可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀两大类 • 按腐蚀剂是液体或气体又可分为湿法和干法腐蚀。
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硅的湿法腐蚀
1) 硅的各向同性腐蚀 腐蚀液对硅的腐蚀作用基本上不具有晶向依赖性 .
撑和保护，又可以实现机械结构之间或机械结构与集成电路之间的电 学连接。 在MEMS工艺中，最常用的是硅/硅直接键合和硅/玻璃静电键合技术， 最近又发展了多种新的键合技术，如硅化物键合、有机物键合等。 固相键合是将两块固态材料键合在一起，其间不用液态的粘结剂，键 合过程中材料始终处于固态，键合界面有很好的气密性和长期稳定性。
LIGA 工艺基本流程图
工艺流程图
同步辐射X光(波长<1nm) Au掩膜版 Байду номын сангаасMMA光刻胶(厚达1000um)
光刻
电铸
生产周期较长
生产成本高
塑铸
深宽比可超过100 亚微米精度的微结构
准LIGA 工艺基本流程图
常规紫外光(波长几百nm)
标准Cr掩膜版
聚酰亚胺光刻胶(厚300um)
光刻
电铸
生产周期较短
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MEMS工艺
1. 当今重要的机械和电子系统进一步向微小型化和多功能化 方向发展，进而对相当于感觉器官的传感器和运动器官的 执行器提出了微小型化和多功能化的要求 2. 半导体硅微细加工技术的日益成熟和完善为这一发展提供 了技术基础 3. 在这种情况下诞生了微电子机械系统(MEMS)这一新型学 科 4. MEMS是微电子技术与机械、光学领域结合而产生的，是 20世纪90年代初兴起的新技术，是微电子技术应用的又 一次革命。
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• •
LIGA技术所胜任的几何结构不受材料特性和结晶方向的限 制，较硅材料加工技术有一个很大的飞跃 LIGA技术可以制造具有很大纵横比的平面图形复杂的三维 结构，尺寸精度达亚微米级，有很高的垂直度、平行度和 重复精度，设备投资大 能实现高深宽比的三维结构，其关键是深层光刻技术。为 实现高深宽比，纵向尺寸达到数百微米的深度刻蚀，并且 侧壁光滑，垂直，要求：
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硅—玻璃静电键合技术
静电键合（阳极键合、场助键合）主要是利用玻璃在电场作 用下在表面形成的电荷积累原理而实现的一种键合方式。
V Si 加热板
玻璃
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设高阻层厚度为d，电压为V，则高阻层内电场强度：
E V / d
硅片与玻璃之间单位面积的静电吸引力为
F 1 0V / 2d
2
2
当高阻层厚度d小于1um时，硅与玻璃间的吸引力 达几百公斤/平方厘米
4. 5.
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3.注塑
1. 利用微塑铸制备微结构 2. 将电铸制成的金属微结构作为二级模板
3. 将塑性材料注入二级模板的膜腔，形成微结构塑性件， 从金属模中提出
4. 也可用形成的塑性件作为模板再进行电铸，利用LIGA 技术进行三维微结构件的批量生产
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优势
1. 深宽比大，准确度高。所加工的图形准确度小于0.5μ ｍ，表面粗 糙度仅10nm，侧壁垂直度>89.9°，纵向高度可达500μ ｍ以上 2.用材广泛。从塑料（PMMA、聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯等） 到金属（Au、Ag、Ni、Cu）到陶瓷（ZnO2）等，都可以用 LIGA技术实现三维结构 3.由于采用微复制技术，可降低成本，进行批量生产
凸起点
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薄膜应力控制技术
薄膜的内应力和应力梯度是表面微机械中的重要参数， 对机械结构的性能和形变影响很大，往往是表面微结构 制作失败的原因
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防粘连技术
粘连是指牺牲层腐蚀后，在硅片干燥过程中，应该悬空的梁、 膜或者可动部件等表面微结构，受液体流动产生的表面张力、 静电力、范得华力等作用而与衬底发生牢固得直接接触，从 而导致器件失效 防止方法： • 设计特殊结构
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2)硅的各向异性腐蚀
腐蚀液对硅的不同晶面有明显的晶向依赖性，不同晶面 具有不同的腐蚀速率
EPW腐蚀液，晶向依赖性(100):(111)=35:1
TMAH腐蚀液，(100):(111)=10~35:1
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3)硅的各向异性停蚀技术
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各向异性腐蚀特点：有完整的表平面和定义明确的锐角
• 影响各向异性腐蚀的主要因素
表面微机械加工技术
复合微机械加工(如键合技术)
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体硅微机械加工技术
硅园片
腐蚀硅片
淀积光刻胶
去掉光刻胶 刻蚀光刻胶
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特点：
1. 通过腐蚀的方法对衬底硅进行加工，形成三维立 体微结构的方法 2. 加工对象通常就是单晶硅本身 3. 加工深度通常为几十微米、几百微米，甚至穿透 整个硅片。
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淀积牺牲层
释放结构
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• 微加工过程都是在硅片表面的一些薄膜上进行的，形 成的是各种表面微结构，又称牺牲层腐蚀技术。 • 特点：在薄膜淀积的基础上，利用光刻，刻蚀等IC常 用工艺制备多层膜微结构，最终利用不同材料在同一腐 蚀液中腐蚀速率的巨大差异，选择性的腐蚀去掉结构层 之间的牺牲层材料，从而形成由结构层材料组成的空腔 或悬空及可动结构。 • 优点：与常规IC工艺的兼容性好; 器件可以做得很小 • 缺点：这种技术本身属于二维平面工艺，它限制了设 计的灵活性。
一方面需要高强度，平行性很好的光源，这样的光源只有用同步辐射 Ｘ光才能满足； 另一方面要求用于ＬＩＧＡ技术的抗蚀剂必须有很好的分辩力，机械 强度，低应力，同时还要求基片粘附性好
•
1. 2.
三步关键工艺:
1. 深层同步辐射X射线光刻
利用同步辐射Ｘ射线透过掩膜对固定于金属基底上的厚度可 高达几百微米的X射线抗蚀层进行曝光。
2
MEMS加工工艺
部件及子系统制造工艺
半导体工艺、集成光学工艺、厚薄膜工艺、微机械加 工工艺等
封装工艺
硅加工技术、激光加工技术、粘接、共熔接合、玻璃 封装、静电键合、压焊、倒装焊、带式自动焊、多芯 片组件工艺
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MEMS加工技术的种类
SFx+ F Bulk micromachining ~1960 Deep reactiveion etching ~1995
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体硅的干法刻蚀
• 干法刻蚀体硅的专用设备:电感 耦合等离子刻蚀机(ICP)
• 主要工作气体：SF6, C4F8 • 刻蚀速率：2~3.5µ m/min • 深宽比：>10:1
• 刻蚀角度：90o±1o
• 掩膜：SiO2、Al、光刻胶
表面微机械加工技术
硅园片 刻蚀牺牲层 淀积结构层 淀积结构层 刻蚀结构层 刻蚀结构层
Surface micromachining ~1986