MEMS工艺(表面硅加工技术)
硅MEMS器件加工技术及展望
硅MEMS器件加工技术及展望随着科技的飞速发展，微电子技术已经成为了现代社会的基石，其中硅MEMS（微电子机械系统）器件更是成为了研究热点。
这些基于硅材料的微小机械结构，在通信、生物医学、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍硅MEMS器件加工技术的基本原理和主要方法，并对其未来发展进行展望。
硅MEMS器件加工技术的基本原理是将半导体工艺应用于微小机械结构的制造中。
通过光刻、干法或湿法刻蚀、离子注入等半导体工艺，可以在硅片上加工出微小的机械结构。
这些机械结构可以包括悬臂梁、弹簧、谐振器、微泵、微阀等。
表面微加工技术是一种常见的硅MEMS器件加工方法，其主要流程包括光刻、氧化、刻蚀等步骤。
通过光刻，可以将设计好的图案转移到硅片上；再通过氧化，在硅片表面形成一层薄膜；最后通过刻蚀，将硅片表面的薄膜去掉，从而形成微小的机械结构。
体微加工技术是一种直接在硅内部制造微小机械结构的方法。
其主要流程包括掩膜制作、深反应离子刻蚀等步骤。
通过掩膜制作，可以将硅片表面不需要刻蚀的区域保护起来；再通过深反应离子刻蚀，可以直接在硅片内部刻出微小的机械结构。
随着科技的不断发展，硅MEMS器件加工技术也在不断进步。
未来，该技术将面临以下发展趋势：制程集成：通过将多个工艺步骤集成在一起，可以提高硅MEMS器件的制造效率和良品率。
智能化制造：应用人工智能和大数据技术，实现硅MEMS器件的智能化制造，提高生产效率。
环保和可持续性发展：在制造过程中考虑环保和可持续性发展，减少废弃物排放和能源消耗，推动硅MEMS产业的可持续发展。
应用拓展：随着硅MEMS技术的不断发展，其应用领域也将不断拓展。
未来，硅MEMS器件将在医疗、航空航天、环保等领域发挥更大的作用。
硅MEMS器件加工技术是一项具有重大意义的技术，其未来的发展趋势将更加广泛的应用领域、更高的制造效率和更环保的可持续性发展。
随着科技的不断发展，微电子制造技术的进步，微机电系统（MEMS）器件的设计与制造也在逐步提升。
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工艺技术路线
mems工艺技术路线MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种将微电子技术与微机械技术相结合的新型技术，它能够在微米级别上制造出微小尺寸的机械结构。
MEMS技术在传感器、光学、生物医学等领域起着重要作用，因此MEMS技术的研究和发展受到了广泛关注。
MEMS工艺技术路线主要包括六个步骤：定义、制作图形、加工、建立结构、封装和测试。
首先是定义阶段，需要在硅片的表面上制作出所需的图形。
这一步主要依靠光刻技术，通过在硅片表面涂覆光刻胶，然后利用掩膜进行光阻曝光，再进行光刻胶的显影和刻蚀，最终形成所需图形。
这一步骤非常重要，也是MEMS工艺技术的核心。
接下来是制作图形阶段，即利用显影和刻蚀技术将所需图形转化为凹槽或凸起的结构。
这一步骤主要依靠湿法腐蚀和干法腐蚀技术来进行刻蚀，以形成所需的结构。
然后是加工阶段，需要对硅片进行剩余的加工处理。
这一步骤包括掺杂、扩散、沉积等工艺，以获得所需要的电学、磁学和光学特性。
建立结构阶段是通过层叠和结合不同材料形成完整的MEMS器件。
这一步骤需要利用薄膜沉积和刻蚀等工艺，将不同材料的层叠结合成为一体。
封装是将MEMS器件封装到特定的封装中，保护器件并提供良好的电气和机械性能。
这一步骤主要包括背面研磨、切割、粘接等工艺。
最后是测试阶段，对制造好的MEMS器件进行各种测试。
这一步骤主要包括电学测试、机械测试、光学测试等，以确保器件的性能符合设计要求。
总的来说，MEMS工艺技术路线是一个复杂而精细的过程，需要运用各种微加工和微细结构制造技术。
这一技术路线的研究与发展为MEMS技术的进一步应用和推广提供了重要的支持。
同时，MEMS工艺技术路线也需要不断地进行改进和创新，以适应不断发展的科技需求。
mems硅微加工技术
mems硅微加工技术
MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种将微型机
械元件、微型传感器、微型执行器和微型电子元件集成在一起的技术。
MEMS硅微加工技术是制造MEMS器件的关键技术之一，它主要
包括光刻、腐蚀、沉积、离子注入、热处理等步骤。
首先，光刻是MEMS硅微加工技术中的重要步骤之一。
通过光刻
技术，可以在硅片上制作出微细的图案和结构，为后续的加工步骤
奠定基础。
其次，腐蚀技术是利用化学溶液对硅片进行局部腐蚀，
形成所需的微结构和微孔洞。
而沉积技术则是在硅片表面沉积金属、氧化物或多晶硅等材料，用于制作电极、传感器和执行器等部件。
离子注入是通过控制离子注入的能量和剂量，改变硅片的导电
性能和机械性能，实现器件的性能调控。
热处理则是通过高温处理，使得材料的晶格结构发生改变，从而改善器件的性能和稳定性。
除了上述技术，MEMS硅微加工还涉及到表面微纳米加工、微结
构的制备和封装技术等。
通过这些技术的综合应用，可以实现微型
机械元件和微型传感器的高精度制造和集成，从而推动MEMS技术在
加速计、压力传感器、微型惯性器件等领域的应用。
总的来说，MEMS硅微加工技术是一项复杂而又精密的技术，它为微型机械系统的制造提供了重要的技术支持，也为微型传感器和执行器的集成提供了关键的工艺手段。
随着技术的不断进步，相信MEMS硅微加工技术将会在更多领域展现出其巨大的潜力和价值。
MEMS的制造技术
具有的高选择性和物理腐蚀所具有的各向异性，目前 主要是将这两种方法组合起来使用。 4.2.2 （111）面自停止腐蚀技术 图4.16为（111）面自停止腐蚀工艺。其工艺流程为： 4.2.3 p-n结腐蚀自停止技术 p-n结腐蚀自停止是一种使用硅的各向异性腐蚀剂如氢 氧化钾的电化学腐蚀自停止技术，它利用了N型硅和P 型硅在各向异怀腐蚀液中的钝化电位不同这一现象。 图4.17给出了在氢氧化钾腐蚀液 （65℃，40%） 中 （100）晶向P型硅和N型硅样品的电流一电压特性。
图 4.23 X光过渡掩模板制造工艺流程图
（2） X光光刻胶
（3）同步辐射X光曝光 （4）光刻胶显影 4.3.3微电铸工艺 目前镍的微电铸工艺比较成熟，镍较稳定，且具有一定的硬度，可用于微复制模 具的制作。由于金是LIGA掩模板的阻挡层，所以，在LIGA技术中，金的微电铸技 术非常重要。有些传感器和执行器需要有磁性作为驱动力，所以，具有磁性的铁镍 合金的微电铸对LIGA技术也很重要。其他如银、铜等也是LIGA技术常用的金属材 料。
4.2.4电化学自停止腐蚀技术
图4.20是一种典型的电化学腐蚀自停止方法
图4.16 （111）面自停止腐蚀工艺
图4.17 P型和N型硅在KOH腐蚀液中的特性
图4.20 电化学腐蚀系统
图4.21 硅在5%HF中的电化学腐蚀I V
4.3 LIGA体微加工技术
四个工艺组成部分：LIGA掩模板制造工艺；X光 深层光刻工艺；微电铸工艺；微复制工艺。 4.3.1 LIGA掩膜板制造工艺
4.1.4.1 物理腐蚀技术 （1）离子腐蚀（Ion Etching ，IE）
图4.12平行板反应器的结构原理
（2）离子束腐蚀（Ion Beam Etching，IBE） 离子束腐蚀是一种利用惰性离子进行腐蚀的物理腐 蚀。在离子束腐蚀中，被腐蚀的衬底和产生离子的 等离子区在空间是分离的，如图4.13所示。
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。
（完整版）MEMS的主要工艺类型与流程
（完整版）MEMS的主要⼯艺类型与流程MEMS的主要⼯艺类型与流程（LIGA技术简介）⽬录〇、引⾔⼀、什么是MEMS技术1、MEMS的定义2、MEMS研究的历史3、MEMS技术的研究现状⼆、MEMS技术的主要⼯艺与流程1、体加⼯⼯艺2、硅表⾯微机械加⼯技术3、结合技术4、逐次加⼯三、LIGA技术、准LIGA技术、SLIGA技术1、LIGA技术是微细加⼯的⼀种新⽅法，它的典型⼯艺流程如上图所⽰。
2、与传统微细加⼯⽅法⽐，⽤LIGA技术进⾏超微细加⼯有如下特点：3、LIGA技术的应⽤与发展4、准LIGA技术5、多层光刻胶⼯艺在准LIGA⼯艺中的应⽤6、SLIGA技术四、MEMS技术的最新应⽤介绍五、参考⽂献六、课程⼼得〇、引⾔《微机电原理及制造⼯艺I》是⼀门⾃学课程，我们在王跃宗⽼师的指导下，以李德胜⽼师的书为主要参考，结合互联⽹和图书馆的资料，实践了⾃主学习⼀门课的过程。
本⽂是对⼀学期来所学内容的总结和报告。
由于我在课程中主讲LIGA技术⼀节，所以在报告中该部分内容将单列⼀章，以作详述。
⼀、什么是MEMS技术1、MEMS的概念MEMS即Micro-Electro-Mechanical System，它是以微电⼦、微机械及材料科学为基础，研究、设计、制造、具有特定功能的微型装置，包括微结构器件、微传感器、微执⾏器和微系统等。
⼀般认为，微电⼦机械系统通常指的是特征尺度⼤于1µm⼩于1nm，结合了电⼦和机械部件并⽤IC集成⼯艺加⼯的装置。
微机电系统是多种学科交叉融合具有战略意义的前沿⾼技术，是未来的主导产业之⼀。
MEMS技术⾃⼋⼗年代末开始受到世界各国的⼴泛重视，主要技术途径有三种，⼀是以美国为代表的以集成电路加⼯技术为基础的硅基微加⼯技术；⼆是以德国为代表发展起来的利⽤X射线深度光刻、微电铸、微铸塑的LIGA( Lithograph galvanfomung und abformug)技术，；三是以⽇本为代表发展的精密加⼯技术，如微细电⽕花EDM、超声波加⼯。
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工艺体硅微加工工艺
MEMS工艺体硅微加工工艺1. 简介MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems），即微电子机械系统，是一种集成了电子、机械和光学等技术的微型设备。
MEMS工艺体硅微加工工艺是MEMS制造中最常用的一种工艺。
本文将介绍MEMS工艺体硅微加工的基本原理、工序以及常见的应用领域。
2. 工艺原理MEMS工艺体硅微加工工艺以单晶硅片作为主要材料，通过一系列的加工工序，制造出具有复杂结构和微尺寸的器件。
其工艺原理主要包括以下几个方面：2.1 单晶硅片制备单晶硅片是MEMS工艺体硅微加工的基础材料。
通过化学气相沉积（CVD）或磁控溅射等方法，在硅熔体中生长出单晶硅片。
然后，通过切割和抛光等工艺，将单晶硅片制备成规定尺寸和厚度的硅衬底。
2.2 光刻工艺光刻工艺是MEMS工艺体硅微加工中的重要步骤。
首先，将光刻胶覆盖在硅片表面。
然后，使用掩膜板，通过紫外光照射，使光刻胶发生化学反应，形成图案。
接着，将硅片浸泡在显影液中，去除未曝光的光刻胶。
最后，通过加热或暴露于紫外光下，固化已经显影的光刻胶。
2.3 甜蜜刻蚀甜蜜刻蚀是MEMS工艺体硅微加工中的关键步骤。
将制备好的硅片放置在刻蚀室中，通过控制刻蚀气体的流量、温度和压力等参数，使硅片表面发生化学刻蚀。
根据刻蚀深度和刻蚀特性的要求，可以选择不同的刻蚀方法，如湿法刻蚀、干法刻蚀等。
2.4 互连与封装互连与封装是MEMS工艺体硅微加工的最后环节。
通过金属薄膜沉积、光刻和腐蚀等工艺，将金属导线、引线等结构制作在硅片上，并与芯片上的电极进行连接。
同时，为了保护MEMS器件免受机械损伤和环境腐蚀，常常需要对其进行封装，通常采用薄膜封装或微结构封装等方法。
3. 工序流程MEMS工艺体硅微加工的工序流程会因具体的器件设计和制造要求而有所差异。
下面是一个典型的MEMS工艺体硅微加工的工序流程：1.单晶硅制备：通过CVD或磁控溅射等方法，制备出单晶硅片。
MEMS工艺表面微机械加工技术
综上，可以看出，刻蚀选择性应当尽可能地大。
•构造层和牺牲层材料的制备方法
实际中广泛应用到的构造层和牺牲层材料的淀积方法是化学气相沉积〔CVD〕， 根据提供能量不同有如下分类：
LPCVD沉积腔（多 个温度区用于提高材 料生长的均匀性）
在MEMS中应用的LPCVD材料主要有三种：多晶硅、氮化硅和二氧化硅：
2.它制造的机械结构基本上都是二 维，因为机械 结构的厚度完全受限 于沉积薄膜的厚度。
2.由于体微机械加工 工艺无法做到零部件 的平面化布局，因此 它不能够和微电子线 路直接兼容。
二、根本工艺流程
•举例：方案一 —— 微型马达根本制造工艺流程
a) 在硅片上淀积一层牺牲层。 b) 淀积多晶硅作为构造层材料，制造转子。 c) 光刻胶作掩膜，反响离子刻蚀使图形转移到多晶硅构造层上。 d) 硅片外表沉积另一层氧化物牺牲层〔材料可能与前一层不同，常选择
表面微机械加工
体微机械加工
充分利用了现有的IC生产工艺，对 可以相对容易地 制造
优点 机械零部件尺度的控制与IC一样好, 出大质量的零部 件。 因此这种技术和IC完全兼容。
1.机械加工层越 多微 型元件的布局 1.很难制造精细灵敏 问题、平面化问题 和减小残余应力 的悬挂系统。 问题也更难解决。
缺点
LPCVD 二氧化硅〕 e) 加工出与衬底相连的锚区窗口〔为了制造定子，限制转子的侧向平移〕 f) 沉积第二层构造层，该构造层通过锚区窗口与衬底相连〔制造定子〕 g) 再次涂敷光刻胶用于光刻第二层构造形状。 h) 浸入氢氟酸刻蚀液以除去两层牺牲层。
•方案一带来的问题：
定子 转子 衬底
1. 转子在重力作用下很容易落在衬底上，产生大面积接触。 2. 转子在高速转动过程中会与定子产生接触，产生额外的摩
MEMS加工工艺
MEMS技术的加工工艺微机械加工工艺分为硅基加工和非硅基加工。
下面主要介绍体加工工艺、硅表面微机械加工技术、结合加工、逐次加工、另外单独一章介绍LIGA技术。
下图是微机械加工工艺的流程落图。
（一）体加工工艺体加工工艺包括去加工（腐蚀）、附着加工（镀膜）、改质加工（掺杂）和结合加工（键合）。
主要介绍腐蚀技术。
腐蚀技术主要包括干法腐蚀和湿法腐蚀，也可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀。
（1）干法腐蚀是气体利用反应性气体或离子流进行的腐蚀。
干法腐蚀可以腐蚀多种金属，也可以刻蚀许多非金属材料；既可以各向同性刻蚀，又可以各向异性刻蚀，是集成电路工艺或MEMS工艺常用设备。
按刻蚀原理分，可分为等离子体刻蚀（PE：Plasma Etching）、反应离子刻蚀（RIE：Reaction Ion Etching）和电感耦合等离子体刻蚀（ICP：Induction Couple Plasma Etching）。
在等离子气体中，可是实现各向同性的等离子腐蚀。
通过离子流腐蚀，可以实现方向性腐蚀。
（2）湿法腐蚀是将与腐蚀的硅片置入具有确定化学成分和固定温度的腐蚀液体里进行的腐蚀。
硅的各向同性腐蚀是在硅的各个腐蚀方向上的腐蚀速度相等。
比如化学抛光等等。
常用的腐蚀液是HF-HNO3腐蚀系统，一般在HF和HNO3中加H2O或者CH3COOH。
与H2O相比，CH3COOH可以在更广泛的范围内稀释而保持HNO3的氧化能力，因此腐蚀液的氧化能力在使用期内相当稳定。
硅的各向异性腐蚀，是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率。
比如， {100}/{111}面的腐蚀速率比为100：1。
基于这种腐蚀特性，可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。
各向异性腐蚀剂一般分为两类，一类是有机腐蚀剂，包括EPW（乙二胺，邻苯二酸和水）和联胺等。
另一类是无机腐蚀剂，包括碱性腐蚀液，如：KOH，NaOH，LiOH，CsOH和NH4OH等。
在硅的微结构的腐蚀中，不仅可以利用各向异性腐蚀技术控制理想的几何形状，而且还可以采用自停止技术来控制腐蚀的深度。
MEMS工艺
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MEMS工艺
Ø 表面微加工过程特点：
Ø添加——图形——去除 Ø添加：薄膜沉积技术 Ø图形：光刻 Ø去除：腐蚀技术
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MEMS工艺
2.残余应力
在微机械加工中是固有的
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MEMS工艺
3.存在于薄膜结构中本身的应力
Ø由微加工过程中原子结构局部变化产 生的
Ø例如，过量掺杂会导致结构在表面微 加工后产生很大的残余应力
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MEMS工艺
粘连
Ø两个分离薄片粘附在一起的现象称为 粘连；
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MEMS工艺
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MEMS工艺
表面微机械加工的特点
Ø 1、在表面微机械加工中，硅片本身不被刻 蚀，没有穿过硅片，硅片背面也无凹坑。
Ø 2、表面微机械加工适用于微小构件的加工， 结构尺寸的主要限制因素是加工多晶硅的 反应离子刻蚀工艺。
Ø 3、形成层状结构的特点为微器件设计提供 较大的灵活性。
Ø酒精、液态CO2置换水； Ø依靠支撑结构防止塌陷。
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MEMS工艺
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典型牺牲层腐蚀工艺
Ø 氧化，做体硅腐蚀掩膜层； Ø 光刻氧化层，开体硅腐蚀窗口； Ø 体硅腐蚀出所需底层结构； Ø 去除SiO2； Ø 生长或淀积牺牲层材料； Ø 光刻牺牲层材料成所需结构； Ø 生长结构材料； Ø 光刻结构材料； Ø 牺牲层腐蚀，释放结构层； Ø 防粘结处理。
MEMS工艺
MEMS制造技术之硅表面微机械加工技术
MEMS制造技术之硅表面微机械加工技术——摘录整理自《微纳米技术及其应用》，有删节 美国加州大大学Berkeley分校的Sensor and Actuator小组首先完成了三层多晶硅表面微机械加工工艺，确定了硅表面微加工工艺体系。
表面微机械加工是把MEMS的“机械”（运动或传感）部分制作沉积于硅晶体的表面膜（如多晶硅、氮化硅等）上，然后使其局部与硅体部分分离，呈现可运动的机构。
分离主要靠牺牲层（sacrifice layer）技术，即在硅衬底上先沉积上一层最后要被腐蚀（牺牲）掉的膜（如SiO2可用HF腐蚀），再在其上淀积制造运动机构的膜，然后用光刻技术制造出机构图形和腐蚀下层膜，待一切完成后就可进行牺牲层腐蚀而使为机构自由释放出来。
因为在释放前可以制作有关电子器件部分们这样最后的器件就是“电”和“机”相集成。
1.制膜工艺表面微机械加工主要是以不同方法在衬底表面加工不同的金属非金属薄膜，并根据需要实现在薄膜下面已确定区域中生长牺牲层。
这些都需要制膜工艺来完成1.1 湿法制模1）、电镀（LIGA工艺）利用光制造工艺制作高深宽比（aspect）｝构造的方法称为LIGA工艺，它利用同步辐射源的X射线照射到一种特殊的PMMA感光胶上获得高深宽比的铸型，然后通过电镀或化学镀的方法得到所要的金属结构。
2）、浇铸法、旋涂涂层等前者是将液态高分子材料或精细陶瓷的原料灌注到模型里获得构造的一种方法，如CD的制造。
后者是将液态材料如，聚酰亚胺（polyimide）涂到基板上然后旋转得到厚度均匀的膜，经过一定处理可得到良好的薄膜，这种工艺是比较简单的。
3）、阳极氧化电解液中，硅基板作为正极，高浓度HF溶液接负极。
通小电流时，可得到多孔质的Si•SiO2或多空质Al2O31.2 干式制模1)、CVD（化学气相堆积）CVD（chemical vapor deposition）法是气相情况下让气体在基板上反应或分解。
其生成物堆积到基板上的一种技术。
MEMS工艺(5表面硅加工技术)
表面微加工
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
基本概念
在微机械加工中，通常将两层薄膜中的下 面一层腐蚀掉，只保留上面的一层，这种 技术称为牺牲层腐蚀，又称为分离层腐蚀。 利用牺牲层腐蚀技术直接在衬底表面制作 微机械元件结构的技术被称为“硅表面微 机械加工技术”。
不同淀积方法生成的二氧化硅性质表
。）
PECVD 200℃ SiO1。9（H） 可变(Adams 说 不一致) 失氢 2．3 1．47 300（压）到300 （拉） 3到6
淀积类型 典型温度 成分 台阶覆盖率 热稳定性 密度(g/cm3) 折射率 应力（Mpa） 电介质强度 (106V/cm或 102V/μm) 腐蚀速率 (nm/min)(H2O: HF=100:1)
多晶硅材料的主要特点 （2）多晶硅薄膜对生长衬底的选择不 苛刻。衬底只要有一定的硬度、平整度 及能耐受住生长工艺温度即可。 （3）可以通过对生长条件及后工艺的 控制来调整多晶硅薄膜的电阻率，使它 成为绝缘体、导体或半导体，从而适应 不同器件或器件不同部分的需要。
多晶硅材料的主要特点
（4）多晶硅薄膜作为半导体材料 可以像单晶硅那样通过生长、扩散 或离子注入进行掺杂，形成N型或 P型半导体，制成p-n结；可以采用 硅平面工艺进行氧化、光刻、腐蚀 等加工。
二氧化硅当然是硅加工实验室中最常用的 介质。它可以自身生长，也可以淀积，有 无掺杂剂都行，既使掺杂后仍然绝缘。
热生长型SiO2常用作MOS门绝缘层。如 果淀积的SiO2 中掺入磷，那就叫做磷硅 玻璃、“P玻璃”或PSG，它常用作最终 钝化层；
如果掺入硼，那就叫做硼硅玻璃或BSG；如 果在玻璃中掺入磷和硼的混合物，则常称为 BPSG或低温氧化物（LTO），它具有良好 的低温回流特性，可使高深宽比表面结构 “光洁化”或平面化。 在IC工艺中，SiO2是一种多用途的基本材料， 它通过热氧化生长和为满足不同要求采用不 同工艺淀积获得。
第5章_MEMS工艺
多晶硅材料的主要特点
（2）多晶硅薄膜对生长衬底的选择不 苛刻。衬底只要有一定的硬度、平整度 及能耐受住生长工艺温度即可。
（3）可以通过对生长条件及后工艺的 控制来调整多晶硅薄膜的电阻率，使它 成为绝缘体、导体或半导体，从而适应 不同器件或器件不同部分的需要。
多晶硅材料的主要特点
（4）多晶硅薄膜作为半导体材料可 以像单晶硅那样通过生长、扩散或 离子注入进行掺杂，形成N型或P型 半导体，制成p-n结；可以采用硅平 面工艺进行氧化、光刻、腐蚀等加 工。
表面微加工中的力学问题
表面微加工技术存在着三个主要的 力学问题： ⑴层间黏附； ⑵界面应力； ⑶静态阻力
界面应力
在双层结构中有三种典型的应力 1.材料的热膨胀系数不匹配引起的 热应力
双层结构达到非常高的操作温度时，剧烈 的热应力会使SiO2薄层从Si基底脱离
2.残余应力
在微机械加工中是固有的
2、超临界干燥，在通过压力和温度的控制， 使液体在干燥过程中达到其本身的临界点， 完成液相至气相的超临界转变。
3、低于三相点
表面微机械加工的特点
1、在表面微机械加工中，硅片本身不被刻 蚀，没有穿过硅片，硅片背面也无凹坑。
2、表面微机械加工适用于微小构件的加工， 结构尺寸的主要限制因素是加工多晶硅的 反应离子刻蚀工艺。
PSG、(SiO2)
小（精确控制膜厚，典 型尺寸为几个um）
单面工艺（正面） 材料选择性刻蚀 刻蚀：各向同性 残余应力（取决于淀积、 掺杂、退火）
牺牲层技术
属硅表面加工技术。 是加工悬空和活动结构的有效途径。
采用此种方法可制成具有活动部件的微
机械结构。
牺牲层材料
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热氧化 SiO2
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MEMS加工工艺及表面加工
这里e＋表示空穴，即Si得到空穴后从原子升 到氧化态
腐蚀液中的水解离发生下述反应 H2O＝（OH）－＋H＋
17
Si2+与（OH）－结合，成为：
Si2+＋2（OH）－——>Si（OH）2
接着Si（OH）2放出H2并形成SiO2，即：
Si（OH）2——> SiO2＋H2
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体与表面微机械技术的比较
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。
SFx+ F
Deep reactiveion etching ~1995
Surface micromachining
~1986
LIGA ~1978
4
MEMS加工技术的种类
硅微机械加工工艺：体硅工艺和表面牺牲层工艺
美国为代表，伴随硅固态传感器的研究、开发而在集成电路平面 加工工艺基础上发展起来的三维加工技术。具有批量生产，成本 低、加工技术可从IC成熟工艺转化且易于与电路集成
• 优点：与常规IC工艺兼容性好; 器件可做得很小
• 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
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。
精选硅微MEMS加工工艺
自停止腐蚀技术
机理：EPW和KOH对硅的腐蚀在掺杂浓度小于11019cm-3时基本为常数，超过该浓度时，腐蚀速率与掺杂硼浓度的4次方成反比，达到一定的浓度时，腐蚀速率很小，甚至可以认为腐蚀“停止”。腐蚀速率经验公式：Ri为低速区的腐蚀速率，N0为阈值浓度，NB为掺杂浓度，a与腐蚀液的种类有关，用EPW腐蚀可取4。
体硅各向异性腐蚀
是利用腐蚀液对单晶硅不同晶向腐蚀速率不同的特性，使用抗蚀材料作掩膜，用光刻、干法腐蚀和湿法腐蚀等手段制作掩膜图形后进行的较大深度的腐蚀。机理：腐蚀液发射空穴给硅，形成氧化态Si+，而羟基OH-与Si+形成可溶解的硅氢氧化物的过程。
各向异性腐蚀计算
设计公式：a是腐蚀后坑底的边长，b是掩膜版上窗口的边长，d是腐蚀深度，=54.74，是(100)面和(111)面的夹角。是各向异性比，R(100)和R(100)分别是腐蚀液对(100)面和(111)面的腐蚀速率，和腐蚀液的种类及腐蚀条件有关。腐蚀窗口短边存在最小尺寸：
凸角腐蚀补偿
重掺杂自停止腐蚀法当目标结构的厚度相对较薄时在加工结构前先在硅片上扩散自停止层，深度达到所需结构厚度，光刻后用干法腐蚀出结构图形，然后体硅腐蚀，准确得到设计的结构。
MEMS基本结构加工工艺
9、静夜四无邻，荒居旧业贫。。10、雨中黄叶树，灯下白头人。。11、以我独沈久，愧君相见频。。12、故人江海别，几度隔山川。。13、乍见翻疑梦，相悲各问年。。14、他乡生白发，旧国见青山。。15、比不了得就不比，得不到的就不要。。。16、行动出成果，工作出财富。。17、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。。9、没有失败，只有暂时停止成功！。10、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。。11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。。12、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。。13、不知香积寺，数里入云峰。。14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。15、楚塞三湘接，荆门九派通。。。16、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。。17、空山新雨后，天气晚来秋。。9、杨柳散和风，青山澹吾虑。。10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。11、越是没有本领的就越加自命不凡。12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。。16、业余生活要有意义，不要越轨。17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。
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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—— 面硅加工技术
一、典型微加工工艺
硅工艺
体硅工艺 表面工艺 两者结合
非硅工艺
LIGA工艺 DEM工艺 其他工艺：超精密加工 、非切削加工、特种加 工技术
二、表面微加工技术
表面微机械加工以硅片为基体，通 过多层膜淀积和图形加工制备三维 微机械结构。 硅表面微机械加工是微机械器件完 全制作在晶片表面而不穿透晶片表 面的一种加工技术。
淀积薄膜
裸片
利用光刻图形化
表面微机械加工原理示意图
释放结构 淀积牺牲层膜
图形化牺牲层 图形化 淀积机结构械薄膜
结构层和牺牲层
牺牲层
结构层
四、典型牺牲层腐蚀工艺
氧化，做体硅腐蚀掩膜层； 氧化，做体硅腐蚀掩膜层； 光刻氧化层， 开体硅腐蚀窗口； 光刻氧化层 ， 开体硅腐蚀窗口 ； 体硅腐蚀出所需底层结构； 体硅腐蚀出所需底层结构； 去除SiO2； 去除 生长或淀积牺牲层材料； 生长或淀积牺牲层材料； 光刻牺牲层材料成所需结构； 光刻牺牲层材料成所需结构； 生长结构材料； 生长结构材料； 光刻结构材料； 光刻结构材料； 牺牲层腐蚀，释放结构层； 牺牲层腐蚀，释放结构层； 防粘结处理。 防粘结处理。
硅 二氧化硅 多晶硅
利用牺牲层制造硅梁的过程
A、淀积Si3N4并刻窗口 在硅衬底上淀积一层Si3N4膜，作为多晶硅梁 的绝缘支撑，并有选择地腐蚀出窗口
B、局部氧化生成SiO2
利用局部氧化技术，在窗口处生成一层SiO2膜， 作为牺牲层。
C、淀积多晶硅并刻微梁
在SiO2层及剩下的Si3N4层上淀积一层多晶硅膜， 厚约2um