微机电系统（MEMS）制造工艺史
微机电系统（MEMS）利用集成电路（IC）制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、微执行器等制造在一块或多块芯片上的微型集成系统。

具有微型化、集成化、智能化、成本低、性能高、可以大批量生产等优点。

应用领域极为广泛，目前已成功地应用于汽车、电子和军事等行业。

本文主要探讨MEMS的制造工艺史。

MEMS工艺的特点包括：硅为基本（衬底）材料；准平面加工；便于机电集成；便于批量生产；对设备和环境要求高（依靠设备和工具）。

影响MEMS发展的三个关键因素主要是：产品设计和定位，材料制备以及加工工艺和设备。

MEMS的制作材料分为结构材料和功能材料，在结构材料里，使用得最多的有：①基底材料：硅、砷化镓、其他半导体材料。

②薄膜材料：单晶硅、氮化硅、氧化硅。

③金属材料：金、铝、其他金属。

而功能材料，有：①高分子材料：聚酰亚胺、PMMA。

②敏感材料：压阻、压电、热敏、光敏、其他。

③致动材料：压电、形状记忆合金、磁性材料等。

MEMS的制造工艺是基本半导体工艺的，主要包括以下6个步骤：
1.掺杂与退火；
2.氧化, 表面薄膜技术；
3.光刻；
4.金属化：溅射与蒸发；
5.腐蚀；
6.净化与清洗。

接下来将详细介绍各个工艺流程：
1.掺杂：IC掺杂用于改变其物理性质，MEMS掺杂用于改变其化学性质，而掺杂的主要形式包括注入和扩散。

扩散指在一定温度下杂质原子具有一定能量，
能够克服阻力进入半导体并在其中做缓慢的迁移运动。

包括液态源扩散和固态源扩散。

而离子注入是杂质原子经高能粒子轰击离子化后经电场加速轰击硅片表面，形成注入层。

退火的作用主要是将掺杂层纵向推进，结构释放后消除残余应力，包括热退火，激光退火以及电子退火。

2. 表面薄膜技术：氧化是硅与氧化剂反应生成二氧化硅的过程。

化学气相淀积则是使用加热、等离子体和紫外线等各种能源，使气态物质经化学反应（热解或化学合成），形成固态物质淀积在衬底上。

相对的蒸发和溅射为物理气相淀积。

3. 光刻：是用辐照方式形成图形的方法。

是唯一不可缺少的工艺步骤，是一个复杂的工艺流程。

工艺过程：备片⇒清洗⇒烘干⇒甩胶⇒前烘⇒对准⇒曝光⇒显影⇒坚膜⇒腐蚀工艺等⇒去胶。

光刻三要素包括：光刻胶、掩膜版和光刻机。

4.金属化：蒸发和溅射是制备金属结构层和电极的主要方法。

是物理气相淀积的方法。

蒸发工艺利用经过高压加速并聚焦的电子束，在真空中直接打到源表面，将源蒸发并淀积到衬底表面形成薄膜。

溅射主要是惰性气体（Ar）在真空室中高电场作用下电离，产生的正离子被强电场加速形成高能离子流轰击溅射靶，靶（源）原子和分子离开固体表面，以高速溅射到阳极（硅片）上淀积形成薄膜。

5.腐蚀：选用适当的腐蚀剂，将掩膜层或衬底刻穿或减薄，以获得完整、清晰、准确的光刻图形或结构的技术。

分为：干法等离子体腐蚀和湿法腐蚀湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀。

优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低，但缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差。

6.清洗：除去器件制造过程中偶然引入的“表面玷污”杂质（来自加工过程或清洗），如颗粒、杂质膜、物理吸附或化学吸附等。

清洗是一个必需的复杂的工艺过程。

当单独硅片上的工艺完成后，还有一些为最终实现具备设计功能的器件所做的后续工艺。

主要是：键合、装配和封装。

封装步骤一般是：释放⇒划片⇒分离⇒分选⇒粘片⇒检验⇒键合引
线⇒检验⇒多芯片装配⇒检验⇒封装⇒终测。

它的作用在于形成最终结构，实现最终功能；对器件进行保护，防止冲击和腐蚀；便于安装和器件散热等。

经过以上的总结和概括，我大体了解了MEMS工艺的全套制造工艺史，受益匪浅。

参考文献：《微系统设计与制造》，王喆垚，清华大学出版社，2008
《微型机械导论》，中国科学技术大学出版社，王琪民编著，2003年
《微机电系统设计与制造》，刘晓明，朱钟淦，国防工业出版社，2006。