《MEMS加工工艺》PPT课件

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1、MEMS加工工艺机械部分传感执行控制部分电子学MEMS微电子学MEMS结构的特点可动三维微尺度形状复杂材料的多样性MEMS加工工艺分类部件及子系统制造工艺半导体工艺、集成光学工艺、厚薄膜工艺、微机械加工工艺等封装工艺硅加工技术、激光加工技术、粘接、共熔接合、玻璃封装、静电键合、压焊、倒装焊、带式自动焊、多芯片组件工艺Bulkmicromachining~1960FSFx+Deepreactive-ionetching~1995Surfacemicromachining~1986LIGA~1978MEMS加工技术的种类大机械制造小机械，小机械制

2、造微机械日本为代表，与集成电路技术几乎无法兼容LIGA工艺Lithograpie(光刻)、Galvanoformung(电铸)Abformung(塑铸)德国为代表，利用同步辐射X射线光刻技术，通过电铸成型和塑铸形成高深宽比微结构的方法。设备昂贵，需特制的X射线掩模版，加工周期长，与集成电路兼容性差硅微机械加工工艺：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MEMS加工技术的种类硅基微机械加工技术体硅微机

3、械加工技术硅各向异性化学湿法腐蚀技术熔接硅片技术反应离子深刻蚀技术表面微机械加工技术利用集成电路的平面加工技术加工微机械装置整个工艺都基于集成电路制造技术与IC工艺完全兼容，制造的机械结构基本上都是二维的复合微机械加工(如键合技术)体硅微机械加工技术和表面微机械加工技术的结合，具有两者的优点，同时也克服了二者的不足硅是最基本的微机械材料，微细加工技术一般都要涉及硅材料。针对微机械的微细加工也常被称为硅微细加工(SiliconMicromachining)，它是微传感器、微致动器乃至MEMS迅速发展的基础技术。作为硅集成电路制造技术的延伸，硅微

4、细加工主要是指以硅材料为基础制作各种微机械零部件。它总体上可分为体加工和表面加工两大类IC工艺与MEMS硅工艺的联系IC工艺路线光刻工艺过程图硅园片去掉光刻胶腐蚀硅片刻蚀光刻胶淀积光刻胶体硅微机械加工技术硅的体加工技术包括：去除加工（腐蚀）附着加工（镀膜）改质加工（掺杂）结合加工（键合）体硅加工涉及的加工方法特点：通过腐蚀的方法对衬底硅进行加工，形成三维立体微结构的方法加工对象通常就是单晶硅本身加工深度通常为几十微米、几百微米，甚至穿透整个硅片。与集成电路工艺兼容性差硅片两个表面上的图形通常要求有严格的几何对应关系，形成一个完整的立体结构在以

5、硅为基础的MEMS加工技术中，最关键的加工工艺主要包括深宽比大的各向异性腐蚀技术、键合技术和表面牺牲层技术等。体硅腐蚀技术是体硅微机械加工技术的核心，可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀两大类，按腐蚀剂是液体或气体又可分为湿法和干法腐蚀。干法腐蚀干法腐蚀技术包括以物理作用为主的反应离子溅射腐蚀，以化学反应为主的等离子体腐蚀，以及兼有物理、化学作用的反应溅射腐蚀湿法腐蚀硅的湿法腐蚀是先将材料氧化，然后化学反应使一种或多种氧化物或络合物溶解，包括湿法化学腐蚀和湿法电化学腐蚀腐蚀技术硅的湿法腐蚀1)硅的各向同性腐蚀腐蚀液对硅的腐蚀作用基本上不具有晶向依

6、赖性.腐蚀设备及原理图湿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。一般需要对溶液进行超声或搅拌。各向同性腐蚀所用的化学试剂很多，多采用HF－HNO3腐蚀系统对于HF和HNO3加H2O（或CH3COOH）腐蚀剂，硅表面的阳极反应为Si＋2e＋——>Si2+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＋HF－HNO3腐蚀系统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——

7、>SiO2＋H2由于腐蚀液中存在HF，所以SiO2立即与HF反应，反应式为：SiO2＋6HF——>H2SiF6＋2H2O通过搅拌可使络合物H2SiF6远离硅片，因此称这一反应为络合化反应显然，HF的作用在于促进阳极反应，使阳极反应产物SiO2溶解掉，不然，所生成的SiO2就会阻碍硅与H2O的电极反应。HF的作用HF、HNO3可用H2O或CH3COOH稀释。在HNO3溶液中HNO3几乎全部电离，因此H＋浓度很高，而CH3COOH是弱酸，电离度较小，HNO3＋CH3COOH的溶液中，H＋与CH3COO－发生作用，生成CH3COOH分子，而且CH3

8、COOH的介电场数（6.15）低于水的介电场数（81），因此在HNO3＋CH3COOH混合液中H＋离子浓度低。与水相比，CH3COOH可在更广泛的范围内稀释而保持H