2013-9-13 第二讲 MEMS主要技术 4
2.1 MEMS常用材料
在众多材料中，由于硅具有良好的 机械性能和其他材料不可比拟的优秀品 质，使其应用极为广泛，已经形成了 MEMS中的一个重要的分支，即硅基 MEMS。
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2.2 硅微系统加工技术
1、体硅微机械加工技术 2、表面微机械加工技术 3、LIGA技术
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第二讲 MEMS主要技术
Deposit Mechanical Film 2013-9-13 第二讲 MEMS主要技术 41
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Micromotor

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微机械典型工艺 (体、面工艺)
Bulk Micromachining Surface Micromachining
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2.2 硅微系统加工技术
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2.2 硅微系统加工技术
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LIGA Process
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Outline of the micromolding process using LIGA technology. (a) Photoresist patterning (b) electroplating of metal (c) resist removal (d) molded plastic components.
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Plasma Etchers
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离子刻蚀包括：等离子体刻蚀、 反应离子刻蚀 基本步骤： 1 刻蚀用气体在足够强的电场下被电离， 产生离子、电子及游离原子（又称游离 基）等刻蚀类物质。 2 刻蚀类物质穿过气体层，扩散在被蚀刻 晶片（薄膜）的表面，并被表面吸收。 3 随后，产生化学反应蚀刻，如同离子轰 击。反应生成的挥发性化合物由真空泵 抽出腔外。
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Lithography and LIGA
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体硅微机械腐蚀形成悬台结构
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2.2 硅微系统加工技术
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2.2 硅微系统加工技术
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Wet etch
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各向同性与各向异性腐蚀方法结合
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腐蚀速率 各向异性腐蚀速率不仅与硅晶体晶向有 关，还受腐蚀剂种类和其成分配比、掺 杂原子浓度及温度等因素影响
在湿法蚀刻中，腐蚀液浓度梯度由溶剂 的标定浓度C0、硅表面的溶剂浓度CS 和 溶液深度d (从硅表面到均匀溶液的距离) 决定 . 对溶液进行搅拌和减小d,可以提 高腐蚀速率。
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表面微机械加工
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The Fabrication of MEMS Devices
Deposit Mechanical Film
Bare Silicon Wafer
Pattern Mechanical Film
Surface Micromachining Fabrication Cycle
Release Structure Deposit Sacrificial Film
Pattern Sacrificial Film
Pattern Mechanical Film
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各向异性腐蚀 和 各向同性腐蚀示意图
mask
An-isotropic
Isotropic
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2.2 硅微系统加工技术
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湿法蚀刻
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各向异性腐蚀 和 各向同性腐蚀
各向异性腐蚀— 当对晶体进行腐蚀时，某些晶面的腐蚀速率 比其他晶面快的多。 如在各项异性腐蚀剂中，（111）晶面的腐 蚀速率就要比（100）晶面和（110）晶面慢得 多。一般而言，腐蚀速率（100）/（111）面 大约400：1，而（110）面的腐蚀速率则介于 二者之间。腐蚀速率较快的晶面，其腐蚀速度 能达到每小时几十微米。 各向同性腐蚀— 腐蚀速率在晶体的各个方向上都是相同的。
2.1 MEMS常用材料
MEMS所用材料可分为：结构 材料、导电材料、压电材料、绝缘材 料(二氧化硅)和记忆材料(氮化钛)。 其中结构材料又包括单晶硅、多晶硅、 碳化硅、氮化硅、硅锗合金、镍、金、 铝；导电材料包括金、铝、铜；压电 材料有铅锆钛合金和石英晶体等。
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2.2 硅微系统加工技术
1.体硅微机械加工 （Silicon Bulk Micromachining）
定义：以硅材料为加工对象，通过各种刻蚀 （Etching）方法有选择的去除其部分材料， 得到所需微细结构. 这种技术在微机械制造中应用最早，主要通过 光刻和化学蚀刻等方法在硅基体上得到一些沟 槽、凸台、悬台、悬臂梁等，是制作各类微传 感器、微制动器的基础技术。
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LIGA 加工工艺
-- 3D 微结构制作技术
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3d photonic crystal fabricated by LIGA
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THE KEY TECHNOLOGY FOR MEMS
Prof. HU Ming
Email: huming@
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2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
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MEMS常用材料 硅微系统加工技术 LIGA加工工艺 其它微加工技术 MEMS封装和互联
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LIGA Characteristics:
High Accuracy
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High Aspect Ratio
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Any Lateral Shape
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Wafer Surface Cantilevers
Cavity
Nozzle
Bridge
Trench
Membrane
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第二讲 MEMS主要技术
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2.2 硅微系统加工技术
体硅微机械加工
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2.2 硅微系统加工技术
体硅微机械加工
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2.2 硅微系统加工技术
体硅微机械加工
200mm
100mm
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DRIE
DRIE: deep reactive ion etch