哈工大MEMS复习资料

1、体硅工艺：（腐蚀工艺）从硅圆片上去除材料的过程。

4个特点：

a. Typically wet etched 典型湿法腐蚀

b. Traditional MEMS industry 传统MEMS工业

c. Artistic design, inexpensive equipment 设计美观，设备廉价

d. Issues with IC compatibility 与IC兼容自停止腐蚀

PPT26页的补充：a. 采用各向异性腐蚀可以进行硅的高精度加工

b. 硅也具有较强的压阻效应

c. 压力传感器和加速度计是首先被发展起来的。

（碱性腐蚀液：~）

2、表面微机械加工（iMEMS,POST-CMOS工艺）：硅片本身不被腐蚀，在硅片上用连续生长功能层、结构层、牺牲层的工艺来制作微机械结构，借助多次光刻-套刻实现图形复制和层间对准，依靠牺牲层技术控制结构的分离与衔接。

a.Typically plasma etched（典型等离子刻蚀）

b.IC-like design philosophy, relatively expensive equipment（IC设计理念，相当昂贵）

c.Different issues with IC compatibility （不兼容）

牺牲层技术：所谓“表面牺牲层”技术，即在形成微机械结构的空腔或可活动的微结构过程中，先在下层薄膜上用结构材料淀积所需的各种特殊结构件，再用化学刻蚀剂将此层薄膜腐蚀掉，但不损伤微结构件，然后得到上层薄膜结构（空腔或微结构件）。由于被去掉的下层薄膜只起分离层作用，故称其为牺牲层。

3、DRIE(ICP):（深槽反应离子刻蚀技术）去除衬底层，但看起来与表面微机械加工相似。

工艺过程：钝化----刻蚀---钝化----刻蚀

LIGA：（深刻电铸模造技术）LIGA技术是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术，主要包括X光深度同步辐射光刻、电铸制模和注模复制三个工艺步骤。工艺过程：（电铸→塑型）先在平面基板上布设一层牺牲层材料，如聚酰亚胺、

淀积的氧化硅、多晶硅或者某种合适的金属等，与电镀的材料相比，这些材料比较容易被有选择地去除。然后在基片和牺牲层上溅射一层电镀基底，其后的工艺与常规机电工程学院牲层上溅射一层电镀基底，其后的工艺与常规SLIGA 工艺相同。在完成LIGA技术的微电铸工艺之后将牺牲层去除，就可获得可活动的微结构。

BONDING：将两片表面清洁、原子级平整的同质或异质半导体材料经表面清洗和活化处理，在一定条件下直接结合，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶片键合成为一体的技术。

1、Si-Si SDB：硅片直接键合技术(Silicon Direct Bonding)(简称SDB)就是把一片抛光硅片经表面清洁处理，在室温下预键合，再经高温键合而成为一个整体的技术。低温键合对环境要求较高，要求键合片的表面非常平整光滑，在键合前要对键合片表面进行活化处

理。

2、Si-glass：

机理：阳极键合技术，又称静电键合Wallis或场助键合，是一种将硅芯片或圆片与玻璃衬底相封接的封装方法，键合时，将对准好的样品放在加热板上，硅芯片或圆片与阳极相接，玻璃与阴极相接。当温度升高后，玻璃中Na离子的迁移率提高，在电场作用下，Na向阴极迁移，并在阴极被中性化，然而，在玻璃中固定的束缚负离子O 2 -保持不动，并在硅的表面感应形成一层空间正电荷层，使得硅片和玻璃之间产生静电力完成键合。

基本原理：抛光的硅片表面与抛光的玻璃表面相接触，这个结构被放在一块加热板上，两端接有静电电压，负极接玻璃，正极接硅片。负极采用点电极以便透过玻璃表面观察键合过程。玻璃是绝缘体,在常温下不导电,然而在给玻璃加热(键合时温度在370 ～420 ℃) ,加高直流电压(键合时直流电压控制在

1000～1500 V)时玻璃中的正离子(如钠、钾、钙离子)就会在强电场的作用下向负极运动, 同时玻璃中的偶极子在强电场作用下,产生极化取向(如图).在界面形成电子的积聚过程中,玻璃也显现导电性。

过程：（1）Surface treatment (2) Contacting the wafers（形成氢键）

(3) Pro Bonding（去除水形成硅氧键）

(4) Annealing低温退火

(5) Testing Procedure- IR

RF MEMS开关：RF MEMS开关是MEMS技术的具体应用，是来控制电路通断状况的。射频MEMS开关主要有串联和并联两种，按结构分为悬臂梁、膜桥和扭转摆三种。接触式串联开关将微波传输线中间断开，通过悬空的微带线的运动实现传输线的通断。并联开关使用共面波导（CPW），通过可动结构控制在信号线与地线形成的电路，使电容

在数十fF（关态）和几PF（开态）之间跳变，实现微波信号的通断，常使用于高频段。

工艺步骤（悬臂梁接触串联式）：a硅片的清洗。b在高阻硅衬底上采用热氧化的方法即干-湿-干方法生长出1μm厚的SiO2作为钝化层。c选用HF 对键合区域的SiO2进行湿法腐蚀。d 溅射Cr/Au并进行光刻、腐蚀。e旋涂聚酰亚胺牺牲层，再分高温和低温两步进行烘焙。f光刻并湿法腐蚀牺牲层。g采用正性光刻胶光刻出SiN 层的图形，利用PECVD生长SiN作为开关悬臂梁部分的绝缘介质层，最后将光刻胶剥离。h光刻、溅射Cr/Au，形成金属悬臂梁、上驱动电极、接触金属片的图形。最后将光刻胶剥离。i采用等离子体释放牺牲层j将玻璃盖板与硅片上的键合区域对准，然后进行阳极键合。k衬底减薄。

微加速度计（microaccelerometer）是惯

性传感器件，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。

（微加速度计~）

工艺流程：

隧道式微加速度计（Tunneling Accelerometers）

采用悬臂梁或者双端固支梁支撑惯性质量块，质量块在惯性力的作用下，位置发生偏移，这个偏移量直接影响到隧道电流的变化，通过检测隧道电流变化量来间接检测加速度值。

压阻式微加速度计: 压阻式微加速度计是由悬臂梁和质量块以及布置在梁上的压阻组成，横梁和质量块常为硅材料。当悬臂梁发生变形时，其固定端一侧变形量最大，故压阻薄膜材料就被布置在