MEMS工艺表面硅加工技术
硅基mems制造技术
硅基MEMS制造技术一、概述硅基MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）制造技术是一种在硅基底片上制造微小机械系统的技术。
它结合了集成电路制造技术和微机械加工技术，能够实现微小机械元件和电子元件的集成，具有广泛的应用前景。
二、硅基MEMS制造工艺流程硅基MEMS的制造过程通常包括以下几个步骤：1. 底片准备首先需要准备高质量的硅晶片底片，通常使用晶向为<100>或<111>的硅晶片。
底片的表面需要进行清洗和平整处理，以确保后续工艺的可靠性。
2. 晶圆制备将准备好的硅晶片切割成圆片，通常采用直径为4英寸或6英寸的晶圆。
切割后的晶圆表面需要进行化学和机械抛光，以去除表面缺陷和残留污染物。
3. 电子器件制造在晶圆上使用光刻工艺制造出电子器件的结构。
通过光刻、蒸发、离子注入等工艺步骤，实现电子器件的制造和烘烤。
4. MEMS器件制造在晶圆上制造MEMS器件的结构。
常用的MEMS制造技术包括悬梁结构制作、电极制作、传感器元件制作等。
这些工艺步骤通常需要使用光刻、溅射、湿法腐蚀等工艺方法。
5. 封装封装涂覆将制造好的MEMS器件进行封装和涂覆保护层。
封装通常包括芯片粘接、封装介质注入、压力测试等步骤。
涂覆保护层可以保护MEMS器件免受环境中的灰尘和湿气的侵蚀。
6. 性能测试与封装对制造好的MEMS器件进行性能测试，包括静态测试和动态测试。
在测试合格后，将其封装到具有保护功能的封装载体中。
三、硅基MEMS制造技术的应用1. 惯性传感器硅基MEMS制造技术被广泛应用于惯性传感器领域。
通过制造微小的加速度计和陀螺仪等传感器，可以实现对物体姿态、加速度等参数的测量。
惯性传感器广泛应用于航空航天、汽车、手机等领域。
2. 压力传感器利用硅基MEMS制造技术制作的压力传感器具有高灵敏度、良好的线性度和稳定性。
压力传感器常用于医疗、汽车、工业等领域的气压测量和控制。
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。
硅微MEMS加工工艺_图文
EPW腐蚀条件
• 腐蚀温度：115℃左右 • 反应容器在甘油池内加热，加热均匀； • 防止乙二胺挥发，冷凝回流； • 磁装置搅拌，保证腐蚀液均匀； • 在反应时通氮气加以保护。 • 掩膜层：用SiO2，厚度4000埃以上。
腐蚀设备
影响腐蚀质量因素
• 腐蚀液成分
– 新旧腐蚀液 – 试剂重复性
• 温度 • 保护 • 搅拌
– 腐蚀窗口短边存在最小尺寸：
各向异性腐蚀液
• 腐蚀液：
– 无机腐蚀液：KOH, NaOH, LiOH, NH4OH等 ；
– 有机腐蚀液：EPW、TMAH和联胺等。
• 常用体硅腐蚀液：
– 氢氧化钾(KOH)系列溶液； – EPW(E：乙二胺，P：邻苯二酚，W：水)系
列溶液。
• 乙二胺(NH2(CH2) 2NH2) • 邻苯二酚(C6H4(OH) 2)
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。 • 采用此种方法可无组装一次制成具有活
动部件的微机械结构。 • 牺牲层材料
影响牺牲层腐蚀的因素
• 牺牲层厚度 • 腐蚀孔阵列 • 塌陷和粘连及防止方法
– 酒精、液态CO2置换水； – 依靠支撑结构防止塌陷。
典型牺牲层腐蚀工艺
• 流程2（不出现针孔）：
• 热氧化SiO2，LPCVD Si3N4； • 背面光刻，腐蚀Si3N4，不去胶； • 正面光刻，腐蚀Si3N4和SiO2，去胶； • 体硅腐蚀。
凸角腐蚀补偿
• 凸角腐蚀是指在硅岛或硅梁的腐蚀成型 过程中，凸角部分被腐蚀掉的现象，体 硅各向异性腐蚀时经常出现，这是因为 对(100)晶面的硅片体硅腐蚀时，凸角的 边缘与[110]方向平行，而腐蚀液对此方 向的腐蚀速度较快。若要腐蚀出带凸角 的整齐的台面结构，必须采取凸角补偿 。
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。
(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。
MEMS工艺(4体硅微加工技术).讲义
1.KOH system
溶剂：水，也有用异丙醇(IPA) 溶液：20% - 50% KOH 温度： 60 – 80º C 速率：~1um/分钟 特点：镜面，易于控制，兼容性差
Si H 2O 2KOH K 2 SiOቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2H
2
2.EDP system
EPW [NH2(CH2)2NH2乙二胺，C6H4(OH2)2 (邻苯二酚)，H2O] 特点：蒸 气有毒，时效较差， P+选择性好
MEMS工艺—— 硅微加工工艺（腐蚀）
梁 庭
3920330(o) Liangting@
内容
腐蚀工艺简介 湿法腐蚀 干法刻蚀 其他类似加工工艺
腐蚀工艺简介
腐蚀是指一种材料在它所处的环境中由于另一种材料的作 用而造成的缓慢的损害的现象。然而在不同的科学领域对 腐蚀这一概念则有完全不同的理解方式。 在微加工工艺中，腐蚀工艺是用来“可控性”的“去除” 材料的工艺。
3、N2H4 （联氨、无水肼）
为有机、无色的水溶液，具有很强的毒性及挥发 性，在50oC以上就会挥发，故操作时需在良好装 置下及密闭容器中进行。 其优点包括相容于IC制程，对于氧化硅(SiO)及氮 化硅(SiN)等介电材料蚀刻率 低，Ti、Al、Cr、Au 及Pt等金属也无明显蚀刻反应，Ti和Al是目前最 常用的金属材料，蚀刻时不需有其它的保护层， 降低了制程的复杂性。
腐蚀工艺简介——腐蚀工艺重要性
大部分的微加工工艺基于“Top-Down”的加 工思想。 “Top-Down”加工思想：通过去掉多余材料 的方法，实现结构的加工。（雕刻——泥 人） 作为实现“去除”步骤的 腐蚀工艺是形成特定平面 及三维结构过程中，最为 关键的一步。
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。
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
44
体与表面微机械技术的比较
表面微机械加工技术
45
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
46
• 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。
47
48
关键技术
牺牲层技术 薄膜应力控制技术 防粘连技术
MEMS工艺体硅微加工工艺课件
2 、重掺杂自停止腐蚀技术
➢KOH对硅的腐蚀在掺杂浓度超过阈值浓 N0(约为5×1019CM-3)时，腐蚀速率很小，轻 掺杂与重掺杂硅的腐蚀速率之比高达数百 倍，可以认为KOH溶液对重掺杂硅基本上 不腐蚀。
➢特点：蒸 气有毒，时效较差， P+选择性好
EDP腐蚀条件
➢腐蚀温度：115℃左右 ➢反应容器在甘油池内加热，加热均匀； ➢防止乙二胺挥发，冷凝回流； ➢磁装置搅拌，保证腐蚀液均匀； ➢在反应时通氮气加以保护。 ➢掩膜层：用SiO2，厚度4000埃以上。
3、N2H4 （联氨、无水肼）
➢ 为有机、无色的水溶液，具有很强的毒性及挥发 性，在50oC以上就会挥发，故操作时需在良好装 置下及密闭容器中进行。
红光LED 蓝光LED 蓝宝石衬底
➢硅腐蚀方法：干法和湿法 ➢腐蚀方向选择性：各向同性和各向异性 ➢腐蚀材料选择性： 选择性刻蚀或非选择性
刻蚀
➢选择方法：晶向和掩模
➢多种腐蚀技术的应用：体硅工艺（三维技 术），表面硅工艺（准三维技术）
湿法腐蚀
➢湿法腐蚀——“湿”式腐蚀方法，基于溶液状 态的腐蚀剂。
KOH的刻蚀机理
2.EDP system
➢ Ethylenedamine 为有机淡黄色溶液，加入 pyrocatechol后颜色会变成暗褐色，随着反应的进 行，颜色会加深，故不易观察蚀刻表面的反应过程， 蚀刻速率也会改变，这是因为蚀刻液接触到空气中 的氧氧化所引起，此一氧化过程会使得化合物 pyrazine (C4H4N2)增加而改变其蚀刻速率；
➢具有分辨率高、各向异性腐蚀能力强、腐蚀的 选择比大、能进行自动化操作等
典型MEMS工艺流程
典型MEMS工艺流程下面结合北京大学微系统所的MEMS标准工艺，以一个MEMS中最主要的结构——梁为例介绍一下MEMS表面加工工艺的具体流程。
1.硅片准备2.热氧生长二氧化硅(SiO2)作为绝缘层3.LPCVD淀积氮化硅(Si3N4)作为绝缘及抗蚀层4.LPCVD淀积多晶硅1(POL Y1)作为底电极5.多晶硅掺杂及退火6.光刻及腐蚀POLY1，图形转移得到POLY1图形7.LPCVD磷硅玻璃(PSG)作为牺牲层8.光刻及腐蚀PSG，图形转移得到BUMP图形9.光刻及腐蚀PSG形成锚区10.LPCVD淀积多晶硅2(POL Y2)作为结构层11.多晶硅掺杂及退火12.光刻及腐蚀POLY2，图形转移得到POLY2结构层图形13.溅射铝金属(Al)层14.光刻及腐蚀铝层，图形转移得到金属层图形15.释放得到活动的结构至此，我们利用MEMS表面加工工艺完成了一个梁的制作。
这个工艺流程中共有五块掩膜版，分别是：1.POL Y1，用的是阳版，形成的多晶1图形用来提供机械层的电学连接，地极板或屏蔽电极;2.BUMP，用的是阴版，在牺牲层上形成凹槽，使得以后形成的多晶硅机械层上出现小突起，减小在释放过程或工作过程中机械层与衬底的接触面积，起一定的抗粘附作用;3.ANCHOR，用的是阴版，在牺牲层上刻孔，形成机械层在衬底上的支柱，并提供电学连接;4.POL Y2，用的是阳版，用来形成多晶硅机械结构;5.METAL，用的是阳版，用来形成电连接或测试接触。
MEMS加工技术如前所述，加工技术主要分为三种，分别以美国为代表集成电路技术、日本以精密加工为特征的MEMS 技术和德国的LIGA技术.第一种是以美国为代表的硅基技术，它是利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基器件。
这种方法可与传统的工艺兼容，并适合廉价批技术量生产，已成为目前的硅基主流.各向异性腐蚀技术就是利用单晶硅的不同晶向的腐蚀速率存在各向异性的特点而进行腐蚀技术，其主要特点是硅的腐蚀速率和硅的晶向、搀杂浓度及外加电位有关。
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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”。
MEMS 器件的加工
➢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。
➢一般来讲，微机械结构常用薄膜材料层 来制作，常用的薄膜层材料有：多晶硅、 氮化硅、氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)、 硼硅酸玻璃(BSG)和金属。
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
➢1、最简单的方法式在漂洗和吹干期间，尽 量防止微器件与基体的接触，从液体中抽 出器件时尽量减少器件上的作用力，在最 后一道工序中采用低表面张力的液体。
➢2、超临界干燥 ➢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。
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。
➢采用此种方法可无组装一次制成具有活
动部件的微机械结构。
70
➢牺牲层材料 60
热氧化 SiO2 低氧扩磷SiO2 低氧淀积SiO2
➢3、形成层状结构的特点为微器件设计提供 较大的灵活性。
➢4、可实现微小可动部件的加工。 ➢5、与IC工艺兼容性好。
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。
2.残余应力
在微机械加工中是固有的
3.存在于薄膜结构中本身的应力
➢由微加工过程中原子结构局部变化产 生的
➢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
粘连
➢两个分离薄片粘附在一起的现象称为 粘连；
➢粘连是表面微加工中最严重的问题； ➢在牺牲层从被分离的材料层中去除时
发生
解决方法
硅 二氧 多 化 晶 硅 硅
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
MEMS工艺—— 面硅加工技术
梁庭
3920330(o) Liangting@
典型微加工工艺
➢微加工工艺分类 ➢硅工艺
➢平面工艺 ➢体工艺
➢特种加工工艺
➢LIGA工艺 ➢准分子激光加工工艺 ➢其它工艺
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。
多晶硅材料的主要特点
➢（5）由于生长的膜厚可以较好的控制， 与其他薄膜有良好的相容性，有利于制 造多层膜结构，给器件设计带来较大的 灵活性。
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
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
多层表面工艺
1）、多晶硅材料的主要特点
➢程，不仅省能，而且在集 成电路或集成传感器的制作中不会对 前期工艺制作的有源区边界及杂质分 布产生影响。
50
横向腐蚀深度
40
20
30
40
50
60
腐蚀时间(min)
牺牲层材料对比
材料 用 途
特点
腐蚀剂 腐蚀速率
(m/min)
二氧 释放多晶硅结 回火中收缩率低、薄膜稳定 HF
1.4
化硅 构
度高、腐蚀速率低
5:1BHF 0.12
磷硅 释放多晶硅结 腐蚀速率高、内应力小； HF
3.6
玻璃 构
体积稳定度低
5:1BHF 4.4
铝 释放有机结构 与 CMOS 工艺兼容
HF 或 H3PO4 >40
钛 用于 LIGA 中
HF
很快
释放电铸结构
影响牺牲层腐蚀的因素
➢牺牲层厚度
多晶
硅
➢腐蚀孔阵列
LT
O
➢塌陷和粘连及防止方法
➢酒精、液态CO2置换水； ➢依靠支撑结构防止塌陷。
典型牺牲层腐蚀工艺
➢ 氧化，做体硅腐蚀掩膜层； ➢ 光刻氧化层，开体硅腐蚀窗口； ➢ 体硅腐蚀出所需底层结构； ➢ 去除SiO2； ➢ 生长或淀积牺牲层材料； ➢ 光刻牺牲层材料成所需结构； ➢ 生长结构材料； ➢ 光刻结构材料； ➢ 牺牲层腐蚀，释放结构层； ➢ 防粘结处理。
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。
淀积薄膜
裸片 释放结构
利用光刻图形化
表面微机械加工流程
淀积牺牲层膜
图形化
淀积机结构械薄膜
图形化牺牲层
体硅与表面微机械技术的比较
特点
体硅加工
表面微机械
核心材料 硅
多晶硅
牺牲层 尺寸
工艺要素
大（典型的空腔尺寸为几 百um）
单或双面工艺 材料选择性刻蚀 刻蚀：各向异性 刻蚀停止 图形加工
PSG、(SiO2)
➢ 硅片本身不被加工，器件的结构部分由淀 积的薄膜层加工而成，结构与基体之间的 空隙应用牺牲层技术，其作用是支撑结构 层，并形成所需要形状的最基本过程，在 微器件制备的最后工艺中解牺牲层。
➢表面微加工过程特点：
➢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！