MEMS的主要工艺类型与流程

的主要工艺类型与流程MEMS

（技术简介）LIGA

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

课程心得六、．

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技术特点是：小尺寸、多样化、微电子等。

（1）微型化：MEMS体积小（芯片的特征尺寸为纳米/微米级）、质量轻、功耗低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。例如，一个压力成像器的微系统，含有1024个微型压力传感器，整个膜片尺寸仅为10mm×10mm，每个压力芯片尺寸为50μm×50μm。

（2）多样化：MEMS包含有数字接口、自检、自调整和总线兼容等功能，具备在网络中应用的基本条件，具有标准的输出，便于与系统集成在一起，而且能按照需求，灵活地设计制造

更多化的MEMS。

（3）微电子化：采用MEMS工艺，可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感阵列、微执行器阵列甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的微电子机械系统。

（4）MEMS技术适合批量生产：用硅微加工工艺在同一硅片上同时可制造出成百上千微型机，批量生产可大大降低生产成本。MEMS电装置或完整的．

（5）多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多学科，并集约当今科学发展的许多尖端成果。

2、MEMS研究的历史

MEMS技术被誉为21世纪带有革命性的高新技术，它的诞生和发展是“需求牵引”和

“技术推动”的综合结果。

随着人类社会全面向信息化迈进，信息系统的微型化、多功能化和智能化是人们不断追

求的目标，也是电子整机部门的迫切需求。信息系统的微型化不仅使系统体积大大减小、功能大大提高，同时也使性能、可靠性大幅度上升，功耗和价格却大幅度降低。目前，信息系统的微型化不单是电子系统的微型化，如果相关的非电子系统小不下来，整个系统将难以达到微型化的目标。

电子系统可以采用微电子技术达到系统微型化的目标，而对于非电子系统来说，尽管人

们已做了很大努力，其微型化程度远远落后于电子系统，这已成为整个系统微型化发展的瓶颈。

MEMS技术设计微电子、微机械、微光学、新型材料、信息与控制，以及物理、化学、

生物等多种学科，并集约了当今科学技术的许多高新技术成果。

在一个衬底上将传感器、信号处理电路、执行器集成起来，构成微电子机械系统，是人

们很早以来的愿望。这个技术在1987年被正式提出，并在近10年来取得了迅速发展。推动力可归纳为以下3点：

（1）以集成电路为中心的微电子学的飞跃进步提供了基础技术。在过去的40年中，集成电路的发展遵循摩尔定律，即按每3年特征尺寸减小0.7倍、集成度每3年翻一番的规律发展。据分析，IC特征尺寸的指数减小规律还将继续10~20年。目前，IC工艺已进入超深亚微米阶段，并可望到2012年达到0.05μm，将研制生产巨大规模集成电路（GSI集成度大于109）和单片系统集成（SOC）。IC的发展将为研制生产MEMS提供坚实的技术基础。

（2）MEMS的发展始于20世纪60年代，是微电子和微机械的巧妙结合。MEMS的基础技术主要包括硅各向异性刻蚀技术、硅/硅键合技术、表面微机械技术、LIGA技术等，已成为

研制生产MEMS必不可少的核心技术。尤其是20世纪90年代开发的LIGA技术，成功地解

决了大深宽比光刻的难题，为研制开发三维微机械的加速度传感器、微型陀螺以及各类微执行器、微型构件如微马达、微泵、微推进器、微振子、微电极、微流量计等奠定了工艺技术基础。．

（3）新材料、微机械理论、加工技术的进步，使得单片微电子机械系统正在变为现实。由于MEMS技术的发展迅速，1987年决定把它从IEEE国际微机器人与过程操作年会分开，单独召开年会。目前在美、日、欧三地每年轮回一次。

3、MEMS技术的研究现状

我国MEMS的研究始于二十世纪八十年代末。经过十多年的发展，我国在多种微型传感

器、微型执行器和若干微系统样机等方面已有一定的基础和技术储备，初步形成了几个MEMS 研究力量比较集中的地区。

其中,北京大学所属微米/纳米加工技术重点实验室分部开发出4种MEMS全套加工工艺和

多种先进的单项工艺，已制备出加速度计样品，并已开始为国内研究MEMS单位提供加工服务。上海交通大学所属微米/纳米加工技术重点实验室分部可以提供非硅材料的微加工服务，

如LIGA技术制作高深宽比微结构的基本加工技术、紫外深度光刻(UV-LIGA)、高深宽比微电铸和模铸加工、功能材料薄膜制备等。电子部十三所研究的融硅工艺也取得了较大进展，制备出微型加速度计和微型陀螺样品。

1995年，国家科技部实施了攀登计划“微电子机械系统项目”（1995~1999）。1999年，

“集成微光机电系统研究”项目通过了国家重点基础研究发展规划的立项建议。经过十年发展，我国已开展了包括微型直升飞机，力平衡加速度传感器、力平衡真空传感器、微泵、微喷嘴、微马达、微电泳芯片、微流量计、硅电容式微麦克风、分裂漏磁场传感器、集成压力传感器、微谐振器和微陀螺等许多微机械的研究和开发工作。

美国开发的基于MEMS光开关的路由器已经试用，预示着MEMS发展又一高潮的来临。

目前部分器件已经实现了产业化，如微型加速度计、微型压力传感器、数字微镜器件（DMD）、喷墨打印机的微喷嘴、生物芯片等，并且应用领域十分广泛。