1、微机电制造工艺有哪些，及其主要技术特征是哪些？
目前，常用的制作微机电系统器件的技术主要有三种。

第一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机器制造小机器，再利用小机器制造微机器的方法。

第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基微机电系统器件。

第三种是以德国为代表的LIGA(即光刻、电铸和塑铸)技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑铸形成深层微结构的方法。

上述第二种方法与传统IC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且适合于批量生产，已经成为目前微机电系统的主流技术。

LIGA技术可用来加工各种金属、塑料和陶瓷等材料，并可用来制做深宽比大的精细结构(加工深度可以达到几百微米)，因此也是一种比较重要的微机电系统加工技术。

LIGA技术自八十年代中期由德国开发出来以后得到了迅速发展，人们已利用该技术开发和制造出了微齿轮、微马达、微加速度计、微射流计等。

第一种加工方法可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置，如微型机器人、微型手术台等。

2、在微机电系统制造过程中，常用的材料有哪几种，每一种材料的优缺点。

陶瓷、金属、硅材料。

常用的是硅。

硅的优点？回答出主要特征。

答：压电材料、记忆合金、巨磁材料、
半导体材料：硅及其化合物等
电致伸缩材料：压电陶瓷、氧化锌、石英等
磁致伸缩材料：镍钛合金
压电材料的优点1、充当容性负载, 在静态操作时需要非常小的功率,简化电源需求。

2、充当容性负载,需要非常小的功率在静态操作,简化电源需求。

3、可达到大约1/1000的张力
记忆合金的优点1、产生很大的力2、比着其他材料有很大的变形3、没有污染和噪声
缺点 1 延迟效应2、根据专门的应用必须分类
硅是用来制造集成电路的主要原材料。

由于在电子工业中已经有许多实用硅制造极小的结构的经验，硅也是微机电系统非常常用的原材料。

硅的物质特性也有一定的优点。

单晶体的硅遵守胡克定律，几乎没有弹性滞后的现象，因此几乎不耗能，其运动特性非常可靠。

此外硅不易折断，因此非常可靠，其使用周期可以达到上兆次。

一般微机电系统的生产方式是在基质上堆积物质层，然后使用平板印刷和蚀刻的方法来让它形成各种需要的结构。

硬度非常强，相对较轻
3、在制造微机电系统时，其中最主要的环节是框架，主要由哪几种工艺，每一种工艺的条件制作薄膜有几种工艺，每一种工艺的优缺点。

硅表面微机械加工技术包括制膜工艺和薄膜腐蚀工艺。

制膜工艺包括湿法制膜和干式制膜。

湿法制膜包括电镀（LIGA工艺）、浇铸法和旋转涂层法、阳极氧化工艺。

其中LIGA工艺是利用光制造工艺制作高宽比结构的方法，它利用同步辐射源发出的X射线照射到一种特殊的PMMA感光胶上获得高宽比的铸型，然后通过电镀或化学镀的方法得到所要的金属结构。

干式制膜主要包括CVD（Chemical Vapor Deposition）和PVD（Physical Vapor Deposition）。

薄膜腐蚀工艺主要是采用湿法腐蚀，所以要选择合适的腐蚀液。

3、在制造微机电系统时，其中最主要的环节是frame，主要由哪几种工艺，每一种工艺的条件制作薄膜有几种工艺，每一种工艺的优缺点。

答：标准工艺有体硅工艺和表面工艺。

体硅工艺：
1、定义键合区；光刻，刻蚀键槽。

2、扩散参杂；离子注入形成接触区，用于轻掺杂沉底。

3、形成金属电极；光刻，腐蚀玻璃形成浅槽，溅射Ti/Pt/Au，剥离形成金属电极。

4、硅/玻璃阳极键合；双面对准，误差5um。

5、硅片减薄；减薄（80-100um）KOH腐蚀，机械减薄，玻璃面划片。

6、ICP刻蚀；溅射AI，光刻，刻蚀AI，IPC刻蚀Si，释放结构。

表面工艺：
1、上层电极；淀积氧化硅，淀积氮化硅，淀积多晶硅，光刻，掩模，刻蚀多晶硅。

2、下层电极：淀积氧化硅，淀积氮化硅，淀积多晶硅，光刻，掩模，刻蚀多晶硅。

3、牺牲层：淀积PSG，光刻，刻蚀PSG。

4、刻蚀支撑点：光刻，刻蚀PSG。

5、淀积多晶硅：点击多晶硅，应力调整。

6、刻蚀多晶硅：光刻，刻蚀多晶硅。

7、释放结构：牺牲层腐蚀，防粘附处理。

制作薄膜方法:
1、化学沉积：源材料通过化学反应生成所材料沉积到沉底表面。

（气相和液相）
2、物理沉积：源材料直接转移到沉底表面形成薄膜。

（通常为气相淀积）
制作薄膜工艺：PVD工艺，CVD工艺；
PVD工艺：物理气相沉积（PVD）；
基本原理：在真空状态下，加热源材料，是原子或分子从源材料表面逸出从而在衬底上生长薄膜的方法。

优点：
设备简单、操作容易、薄膜纯度高、成膜速率快。

缺点：
薄膜与衬底附着力小、台阶覆盖差。

CVD工艺：
特点：反应物和副产物为气体，成膜速度快，薄膜的成分精确可控，淀积膜结构完整、致密，与衬底粘附性好，极佳的台阶覆盖能力，可以获得平滑的沉积表面，CVD某些成膜温度远低于体材料的熔点，可得到高纯度、结晶完全的膜层。

第四题：简单的回答题10分
如何来制作一个悬臂梁？工艺有哪些？主要考牺牲层工艺。

答：
第1 步,在清洗后的硅约束基底上长215 μm厚的PSG膜。

第2 步,利用光刻得到制作覆盖在PSG表面的用于刻蚀PSG膜的掩模1 ,采用等离子干法刻蚀方
法(RIE ,Reactive Ion Etch) 刻蚀PSG膜。

第3 步,利用光刻得到制作覆盖在PSG表面的用于沉积氮化硅(SiNx) 和铝(Al) 膜的掩模2 。

第4 步,利用掩模2 ,在硅约束基底和PSG膜上长0. 5μm 厚的氮化硅(SiNx) 膜。

第5 步,在氮化硅( SiNx) 膜上溅射0. 3 μm 厚铝膜,形成双材料梁。

第6 步,最后把余留的光刻胶和其上的Au 一起去除,最后,牺牲层的释放。

工艺：备片，淀积，退火。

光刻，刻蚀，去胶，光刻，淀积，退火，溅射，去胶，释放。

MEMS 可变电容的制作工艺中的牺牲层释放
牺牲层技术：是制造表面微机械结构的关键与核心技术,所谓牺牲层技术就是利用不同材料在1 种腐蚀液(或腐蚀气体) 中腐蚀速率的巨大差异,选择性的腐蚀去掉结构层薄膜下面的1 层材料(即牺牲层材料) ,从结构层下面将牺牲层选择性的腐蚀掉,留下的结构层与衬底表面分开(这一步腐蚀牺牲层工艺一般称之为释放) ,形成了表面距离等于牺牲层厚度的悬空梁结构。

牺牲层技术的关键在于牺牲层材料及腐蚀液,要使该腐蚀液对牺牲层腐蚀得很快而对牺牲层上、下方的结构膜材料腐蚀得很慢,二者的腐蚀速率之比越大,机构膜层受影响就越小,实现
的机构就越精确与理想。

4、所谓“表面牺牲层”技术，即在形成微机械结构的空腔或可活动的微结构过程中，先在下层薄膜上用结构材料淀积所需的各种特殊结构件，再用化学刻蚀剂将此层薄膜腐蚀掉，但不损伤微结构件，然后得到上层薄膜结构（空腔或微结构件）。

由于被去掉的下层薄膜只起分离层作用，故称其为牺牲层
尺寸效应：所谓的尺寸效应是指在经典宏观规律适用的条件下，结构和器件的性能随特征尺度减小发生的变化。

尺寸效应对MEMS的影响：在当前MEMS所能达到的尺度下，宏观世界基本的物理规律仍然起作用，但由于尺寸缩小带来的影响，许多物理现象与宏观世界有很大区别，相应物理量的作用可能发生急剧变化，而且与尺寸不一定成线性关系。

原先在宏观结构中占主导作用的物理量在微结构和器件中的作用可能下降，而另一些次要作用力却上升到主导地。

凝胶：柔软而具有一定强度，在溶剂中不溶解，加热不熔化的轻度化学交联的聚合物。

压电材料：压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。

硅片键合技术：硅片键合技术是指通过化学和物理作用将硅片与硅片、硅片与玻璃或其它材料紧密地结合起来的方法。