MEMS作业知识讲解

MEMS作业
1.叙述湿法腐蚀技术的主要工艺流程。

湿法刻蚀：利用合适的化学试剂先将未被光刻胶覆盖的晶体部分氧化分解，然后通过化学反应使一种或多种氧化物或络合物溶解来达到去除目的，包括化学腐蚀和电化学腐蚀。

2.叙述干法腐蚀技术的主要工艺流程。

干法刻蚀：利用辉光的方法产生带电离子以及具有高度化学活性的中性原子与自由基，用这些粒子和晶片进行反应达到光刻图形转移到晶片上的技术。

包括离子溅射刻蚀，等离子反应刻蚀等。

3.叙述体硅和表面硅加工技术的机理与特点，各适用于什么场合？
体硅加工工艺是指对硅衬底片进行加工，获得由衬底材料构成的有用部件的技术。

体硅加工方法：湿法刻蚀、干法刻蚀、干湿混合刻蚀、LIGA技术及DEM技术。

湿法刻蚀：将被腐蚀材料先氧化，然后由化学反应使其生成一种或多种氧化物再溶解。

干法刻蚀：物理作用为主的离子溅射和化学反应为主的反应离子腐蚀兼有的反应溅射。

过程：（1）腐蚀性气体粒子的产生；（2）粒子向衬底的传输；（3）衬底表面的腐蚀；（4）腐蚀反应物的排除。

干湿混合刻蚀：制造波导等新的微结构装置。

LIGA技术：X光深度同步辐射光刻——电铸制模——注塑 DEM技术：由深层刻蚀工艺、微电铸工艺、微复制工艺三部分组成。

可对金属、塑料、陶瓷等非硅材料进行高深宽比三维加工。

体硅加工工艺：定义键合区——扩散掺杂——形成金属电极——硅/玻璃阳极键合——硅片减薄——ICP刻蚀面硅加工方法：薄膜制备的外延生长热氧化、化学沉积、物理沉积、光刻、溅射、电镀等。

该技术能够用二氧化硅、多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃等加工三维较小尺寸的微器件。

面硅加工工艺：下层电极——牺牲层——刻蚀支撑点——沉积多晶硅——刻蚀多晶硅——释放结构表面硅加工技术的关键是硅片表面结构层和牺牲层的制备和腐蚀，以硅薄膜作为机械结构。

这种工艺可以利用与集成电路工艺兼容或相似的平面加工手段，但它的纵向加工尺寸往往受到限制（2-5um）。

体硅未加工工艺是用湿法或干法腐蚀对硅片进行纵向加工的三维加工技术，但他与集成电路平面工艺兼容性不太好。

4.何为加法工艺？何为减法工艺？如何实现？
加法工艺：薄膜生成技术
在微机电器件的制作中，常采用蒸镀和淀积等方法，在硅衬底的表面上制作
各种薄膜，并和硅衬底构成一个复合的整体。

这些薄膜有多晶硅膜、氮化硅膜、二氧化硅膜、合金膜及金刚石膜等。

可作为敏感膜；作为介质膜起绝缘作用；作为衬垫层起尺寸控制作用；也
可
以用作起耐腐蚀、耐磨损的作用。

减法工艺：牺牲层技术
在体型结构的表面上，为了获得有空腔和可活动的微结构，常采用“牺牲
层”
技术。

即在形成空腔结构过程中，将2层薄膜中的下层薄膜设法腐蚀掉，
便可得
到上层薄膜，并形成一个空腔。

被腐蚀掉的下层薄膜在形成空腔过程中，
只起分离层作用，故称为牺牲层。

5.LIGA工艺和准LIGA工艺各有什么特点？其主要工艺过程有哪些？
LIGA 技术特点
（1）可制作高度达数百至1000μm，高宽比大于200，侧壁平行线偏离在亚微米范围内的三维立体微结构；
（2）对微结构的横向形状没有限制，横向尺寸可小到0.5μm，加工精度可达0.1μm；
（3）用材广泛，金属、合金、陶瓷、聚合物、玻璃都可作为LIGA加工的对象；（4）与微电铸、注塑巧妙结合可实现大批量复制生产，成本低。

LIGA工艺过程。

UV-LIGA技术特点
UV-LIGA技术采用基于SU8光刻胶的厚胶紫外光刻工艺取代同步辐射X 光光刻工艺，大大降低了LIGA技术的加工成本，缩短了加工周期，并且可
以制备台阶微结构，适用于加工深度小于500μm，线宽大于5μm，深宽比小于20的微结构。

UV-LIGA工艺原理。

6.DEM工艺特点？该工艺的关键是要解决什么技术难关？
DEM特点
在性能接近的前提下, 技术有着明显的产业优势：
1.价格低廉；
2.加工周期短；
3.可操作性强，无光刻胶与基板的粘结问题；
4.与微电子技术兼容性更好。

利用该技术可以对非硅材料进行三维
微加工。

7. 键合技术的分类与特点？
1、阳极键合
特点：设备简单；键合温度低；与其他工艺相容性好；键合强度及稳定性较高。

2、Si－Si 直接键合
2块硅片通过高温处理可直接键合在一起，中间无需任何粘结剂和夹层，也
无需外加辅助电场。

这种技术是将硅晶片加热至1000度以上，使其处于熔融状态，分子力导致两硅片键合在一起。

它比采用阳极键合优越，因为它可以获得Si－Si键合界面，实现材料的热膨胀系数、弹性系数等的最佳配比，得
到硅一体化结构。

其键合强度可达到硅或绝缘体自身的强度量值，且气密性能好。

3、玻璃封接键合
用于封接的玻璃多为粉状，通常称为玻璃料。

它们由多种不同特征的金属氧
化物组合而成。

不同比例的组成成分，热膨胀系数不同。

若在他们中添加有机粘合剂，便形成糊状体，且易用丝网印刷法形成需要的封接图案，称为封接玻璃或钎料玻璃。

4、金属共熔键合
金属共熔键合是指在被键合的一对表面间夹上一层金属材料膜，形成3层结
构，然后在适当的温度和压力下利用硅与金属形成的共晶实现熔接。

共熔键合常用的共熔材料是，金－硅和铝－硅等。

金－硅共熔的温度为360～400℃，而铝－硅共熔的温度接近600℃。

8.简要说明MEMS设计需注意的事项？
MEMS 软件的设计原则
多能量域耦合计算
结构仿真
完整的材料特性数据库
工艺模拟
系统分析
采用快速有效的算法
9. MEMS设计的主要内容有哪些？
MEMS设计的主要内容主要包括四个方面：
1）系统级设计：研究MEMS系统的功能及其实现的问题，主要的研究方法是将
需要设计的系统按功能划分成具体的模块，再针对各个模块进行功能设计和结构设计。

2）器件级设计：研究具体器件的结构参数和主要性能指标。

目前主要是采用
有限元(FEA)和边界元(BEA)分析方法，建立主要结构的模型，分析结构的性能和参数之间的关系。

3）工艺设计：要得到最终的MEMS系统或器件，必须设计相应的工艺流程。

工
艺流程设计，主要考虑工艺之间的相关性、工艺设备的条件和限制，以及相应的特殊工艺的仿真库。

4）版图设计：指工艺设计和结构设计的具体化、参数化，即掩膜版的图形设计。

10. MEMS设计的主要方法有哪些？
1）TOP-DOWN设计方法
从系统性能设计入手，确定系统的技术条件和主要性能，将整个系统划分成一些功能模块，并确定这些功能模块的技术性能和应实现的功能。

在此基础上设计更具体的元件。

遵循从系统级设计到器件级设计，再到工艺级设计这一流程。

2）BOTTOM-UP 设计方法
由传统的实验设计方法结合计算机辅助设计而形成的。

它是从基本单元的设计入手，将各基本单元组合成独立的功能模块，由功能模块组合成可以实现某种特殊功能的系统，确定系统的技术条件和主要性能。

3）自行设计制造工艺的设计方法
MEMS工艺的复杂化和器件的多样性，决定了很多研究者必须自行设计制造工艺，这在MEMS研究的最初阶段以及到现在都还被很多人采用。

自行开发工艺需要研究这具有较好的工艺经验积累，也需要有适当的实验条件，开发工艺需要的时间周期也比较长，存在一定的风险。

4）采用标准工艺的设计方法
经过多年的工艺开发和经验积累后，一些加工单位和对外服务的
MEMS Foundry逐渐形成了可以大批量对外服务的标准工艺流程，用户可以
采用这些标准工艺流程来设计自己的器件和系统，以节省时间和提高成功率。

对于大多数不具备较好实验条件的研究者来说，采用标准工艺是明智的选择，不但可以缩短研发时间而且可以把精力集中在器件结构和性能提高上。