1、1現代傳感器的發展方向是微型化、多功能化和智能化。在硅現代傳感器的發展方向是微型化、多功能化和智能化。在硅集成電路工藝基礎上發展起來的微細加工技術能將尺寸縮小集成電路工藝基礎上發展起來的微細加工技術能將尺寸縮小到光波長數量級，且能批量生產微型低成本傳感器。除氧化、到光波長數量級，且能批量生產微型低成本傳感器。除氧化、摻雜、光刻、腐蝕、沉積等硅集成電路工藝外，還有一些獨摻雜、光刻、腐蝕、沉積等硅集成電路工藝外，還有一些獨特的加工技術和新的加工方法，如各向異性腐蝕技術、特的加工技術和新的加工方法，如各向異性腐蝕技術、LIGA技術、鍵合技術、準分子激光加工技術等，不但可進行高精技術、鍵合技術、準分子

2、激光加工技術等，不但可進行高精度三維加工，還可以將微型傳感器和信號檢測及處理電路集度三維加工，還可以將微型傳感器和信號檢測及處理電路集成一體，以及將微型機械元件等執行器與傳感器集成一體，成一體，以及將微型機械元件等執行器與傳感器集成一體，組成微系統。組成微系統。2硅膜片電容式壓硅膜片電容式壓力傳感器力傳感器（1）在單晶硅基底上，用）在單晶硅基底上，用各向異性腐蝕技術各向異性腐蝕技術（體去除加工）制成一個三（體去除加工）制成一個三維空腔，空腔上形成一個硅膜片，直徑維空腔，空腔上形成一個硅膜片，直徑1000微米，厚微米，厚20微米。微米。（2）在硅基底上）在硅基底上沉積沉積SiO2掩膜作絕緣層（厚

3、度幾個微米）；在絕緣層上掩膜作絕緣層（厚度幾個微米）；在絕緣層上蒸鍍蒸鍍直徑直徑700微米，厚微米，厚20微米的金屬電極。微米的金屬電極。（3）通過）通過光刻、照相、腐蝕、鍍層光刻、照相、腐蝕、鍍層等微電子工藝制作集成電路等微電子工藝制作集成電路IC。（4）在電極與集成電路周圍用）在電極與集成電路周圍用鍵合技術鍵合技術制作支承，分別把鍍層電極和屏制作支承，分別把鍍層電極和屏蔽層（靜電盾）的玻璃襯底與支承用鍵合技術連接。蔽層（靜電盾）的玻璃襯底與支承用鍵合技術連接。（5）通過預留連接孔與外部連接引線，電容電極間隙在）通過預留連接孔與外部連接引線，電容電極間隙在15微米之間。測微米之間。測量時感知

4、電容與校正電容比較，產生信號輸出。量時感知電容與校正電容比較，產生信號輸出。3一、光刻技術一、光刻技術l光刻技術是加工制造半導體集成電路和集成傳感器微圖形結光刻技術是加工制造半導體集成電路和集成傳感器微圖形結構的關鍵技術。光刻技術的運用使大規模生產變得經濟可行。構的關鍵技術。光刻技術的運用使大規模生產變得經濟可行。可以在一塊晶片上并行制造眾多結構，可以將先前設計的眾可以在一塊晶片上并行制造眾多結構，可以將先前設計的眾多結構復制出來，無磨損、無破壞地傳送到晶片上。多結構復制出來，無磨損、無破壞地傳送到晶片上。l所謂光刻是指在一塊平整的硅片上利用照相復制與化學腐蝕所謂光刻是指在一塊平整的硅片上利用

5、照相復制與化學腐蝕相結合的技術將超小型的圖案刻印上去來制作復雜精密的電相結合的技術將超小型的圖案刻印上去來制作復雜精密的電路或微機械結構的技術。路或微機械結構的技術。l光刻技術中涂在光刻硅片上的光刻膠與相片中的相紙原理是光刻技術中涂在光刻硅片上的光刻膠與相片中的相紙原理是一樣的，掩膜與底片的功能也是一樣的。一樣的，掩膜與底片的功能也是一樣的。l對光刻技術的一般要求是：高分辨率、高靈敏度、低缺陷、對光刻技術的一般要求是：高分辨率、高靈敏度、低缺陷、精密套刻對準和大尺寸硅片加工等。精密套刻對準和大尺寸硅片加工等。4 光刻工藝流程光刻工藝流程 底膜處理底膜處理旋轉涂膠旋轉涂膠烘焙烘焙對準與曝光對準與

6、曝光顯影顯影堅膜烘堅膜烘焙焙51.光學光刻技術光學光刻技術光刻法是通過將掩膜在感光抗蝕劑內成像而生成圖形的。光刻法是通過將掩膜在感光抗蝕劑內成像而生成圖形的。常用光源為水銀蒸汽燈，波長為常用光源為水銀蒸汽燈，波長為435nm、405nm、365nm。光刻方法主要有三種：接觸式、接近式、投影式。光刻方法主要有三種：接觸式、接近式、投影式。掩膜與抗蝕劑直接接觸，稱為接觸式光刻；若是與抗蝕劑之掩膜與抗蝕劑直接接觸，稱為接觸式光刻；若是與抗蝕劑之間有一個小間隙（間有一個小間隙（2050m），以防止掩膜由于粉塵粒子被），以防止掩膜由于粉塵粒子被擦傷，則稱為接近式光刻；高分辨率系統利用透鏡在抗蝕劑擦傷，則

7、稱為接近式光刻；高分辨率系統利用透鏡在抗蝕劑上生成掩膜原圖的縮小影像，稱為投影式光刻。上生成掩膜原圖的縮小影像，稱為投影式光刻。6接近式光刻裝置示意圖接近式光刻裝置示意圖7接觸式光刻示意圖接觸式光刻示意圖接近式光刻示意圖接近式光刻示意圖8投影式光刻系統示意圖投影式光刻系統示意圖92.X射線光刻技術射線光刻技術極高分辨率（衍射效應可忽略），成像圖形清晰極高分辨率（衍射效應可忽略），成像圖形清晰10 刻蝕刻蝕是體硅微加工技術常用方法。刻蝕的基本目標是在涂是體硅微加工技術常用方法。刻蝕的基本目標是在涂膠的硅片上正確復制掩膜圖形。有圖形的光刻膠層在刻蝕膠的硅片上正確復制掩膜圖形。有圖形的光刻膠層在刻蝕

8、中不會受到腐蝕液顯著的侵蝕，未被光刻膠保護的區域則中不會受到腐蝕液顯著的侵蝕，未被光刻膠保護的區域則會被有選擇地刻蝕掉。會被有選擇地刻蝕掉。 刻蝕包括：（刻蝕包括：（1）濕法各向同性刻蝕；（）濕法各向同性刻蝕；（2）濕法各向異性）濕法各向異性刻蝕；（刻蝕；（3）等離子各向同性刻蝕；（）等離子各向同性刻蝕；（4）反應離子腐蝕）反應離子腐蝕（RIE）；（）；（5）自停止刻蝕技術。）自停止刻蝕技術。 濕法刻蝕是用化學反應方式去除硅片表面的材料。它刻蝕濕法刻蝕是用化學反應方式去除硅片表面的材料。它刻蝕線條比較粗，一般應用在尺寸相對比較大的情況下。線條比較粗，一般應用在尺寸相對比較大的情況下。KOH是一

9、種被廣泛使用的腐蝕液。是一種被廣泛使用的腐蝕液。硅微加工技術之刻蝕技術二、刻蝕技術二、刻蝕技術11 對硅的刻蝕包括各向同性刻蝕和各向異性刻蝕。各向異性對硅的刻蝕包括各向同性刻蝕和各向異性刻蝕。各向異性刻蝕主要用于在硅襯底上形成不同的微結構，因此用途更刻蝕主要用于在硅襯底上形成不同的微結構，因此用途更廣。廣。硅微加工技術之刻蝕技術12（1）各向同性刻蝕）各向同性刻蝕對硅的各向同性刻蝕主要完成以下工藝過程：對硅的各向同性刻蝕主要完成以下工藝過程：l清除硅表面的污染或修復被刻劃傷了的硅表面；清除硅表面的污染或修復被刻劃傷了的硅表面；l形成單晶硅平膜片；形成單晶硅平膜片；l形成單晶硅或多晶硅薄膜上的圖

10、案，以及圓形或橢圓形截面形成單晶硅或多晶硅薄膜上的圖案，以及圓形或橢圓形截面的腔和槽等。的腔和槽等。硅的各向同性刻蝕通常采用氧化劑硝酸、去除劑氫氟酸、以硅的各向同性刻蝕通常采用氧化劑硝酸、去除劑氫氟酸、以及醋酸混合成的刻蝕劑，一般稱為及醋酸混合成的刻蝕劑，一般稱為HF-HNO2刻蝕系統。刻蝕系統。其刻蝕速率最大接近其刻蝕速率最大接近1mm/min。通過改變刻蝕劑的成分配。通過改變刻蝕劑的成分配比、濃度、溫度可以獲得不同的刻蝕速率。比、濃度、溫度可以獲得不同的刻蝕速率。13（2）各向異性刻蝕）各向異性刻蝕 對硅的各向異性刻蝕是制造微機械結構的關鍵技術之一，對硅的各向異性刻蝕是制造微機械結構的關鍵

11、技術之一，利用這種技術能夠制造出微傳感器和執行器的精密三維結構。利用這種技術能夠制造出微傳感器和執行器的精密三維結構。由于單晶硅為各向異性體，表現在化學刻蝕性方面也為各向異由于單晶硅為各向異性體，表現在化學刻蝕性方面也為各向異性，即在各向的刻蝕速率不同。刻蝕速率與晶向、摻雜濃度及性，即在各向的刻蝕速率不同。刻蝕速率與晶向、摻雜濃度及外加電壓有關。沿主晶面（外加電壓有關。沿主晶面（100）的刻蝕速率最快，沿（）的刻蝕速率最快，沿（111）面最慢，刻蝕速率比約為面最慢，刻蝕速率比約為4001。（。（110）面的刻蝕速率介于）面的刻蝕速率介于兩者之間。兩者之間。各向異性刻蝕主要用于在硅襯底上形成不同

12、的微結構，因此用各向異性刻蝕主要用于在硅襯底上形成不同的微結構，因此用途更廣。途更廣。14l硅在不同晶面上的晶胞密度不同是造成各向異性刻蝕的主要硅在不同晶面上的晶胞密度不同是造成各向異性刻蝕的主要原因。（原因。（111）面上的晶胞堆積密度大于（）面上的晶胞堆積密度大于（100）面，所以其）面，所以其刻蝕速率慢。此外還與硅表面上未成對的每個原子懸掛鍵的刻蝕速率慢。此外還與硅表面上未成對的每個原子懸掛鍵的密度有關。（密度有關。（100）面上每個硅原子有兩個懸掛鍵，可以結合）面上每個硅原子有兩個懸掛鍵，可以結合兩個兩個OH;（111）面上每個硅原子僅有一個懸掛鍵，所以刻蝕）面上每個硅原子僅有一個懸掛

13、鍵，所以刻蝕速率慢。背鍵數（與次表面硅原子結合的速率慢。背鍵數（與次表面硅原子結合的Si-Si鍵稱為背鍵）鍵稱為背鍵）（111）面上有三個，（）面上有三個，（100）面上有兩個，因此（）面上有兩個，因此（111）面上）面上使硅原子氧化要打斷使硅原子氧化要打斷3個背鍵，所以其刻蝕速率比預期的更慢。個背鍵，所以其刻蝕速率比預期的更慢。l與各向同性刻蝕一樣，各向異性刻蝕的機理就是對硅進行氧與各向同性刻蝕一樣，各向異性刻蝕的機理就是對硅進行氧化。常用的刻蝕劑是化。常用的刻蝕劑是KOH（氫氧化鉀）（氫氧化鉀）+水水+異丙醇的混合液。異丙醇的混合液。15 干法刻蝕是用等離子的方法與硅片產生化學或者物理反應

14、。干法刻蝕是用等離子的方法與硅片產生化學或者物理反應。其主要技術有反應離子刻蝕技術（其主要技術有反應離子刻蝕技術（RIE）和感應耦合等離）和感應耦合等離子體刻蝕技術（子體刻蝕技術（ICP）。干法刻蝕的優點是控制精度高、）。干法刻蝕的優點是控制精度高、大面積刻蝕均勻性好、污染少。大面積刻蝕均勻性好、污染少。 干法刻蝕步驟大致如下：干法刻蝕步驟大致如下：l 刻蝕用氣體在足夠強的電場作用下被電離，產生離子、電刻蝕用氣體在足夠強的電場作用下被電離，產生離子、電子及游離子等刻蝕物質；子及游離子等刻蝕物質；l 刻蝕物質穿過停滯氣體層（氣體屏蔽層），擴散在被刻蝕刻蝕物質穿過停滯氣體層（氣體屏蔽層），擴散在被

15、刻蝕晶片（或薄膜）的表面上，并被表面吸收；晶片（或薄膜）的表面上，并被表面吸收；l 產生化學反應刻蝕。反應生成的揮發性化合物由真空泵抽產生化學反應刻蝕。反應生成的揮發性化合物由真空泵抽出腔外。出腔外。16l 離子刻蝕離子刻蝕離子刻蝕可以實現比化學刻蝕更高的刻蝕精確度。它是利用離子刻蝕可以實現比化學刻蝕更高的刻蝕精確度。它是利用氣體的等離子體生成物或者濺射進行刻蝕的。刻蝕步驟大致氣體的等離子體生成物或者濺射進行刻蝕的。刻蝕步驟大致如下：如下：刻蝕用氣體在足夠強的電場作用下被電離，產生離子、電刻蝕用氣體在足夠強的電場作用下被電離，產生離子、電子及游離子等刻蝕物質；子及游離子等刻蝕物質；刻蝕物質穿過

16、停滯氣體層（氣體屏蔽層），擴散在被刻蝕刻蝕物質穿過停滯氣體層（氣體屏蔽層），擴散在被刻蝕晶片（或薄膜）的表面上，并被表面吸收；晶片（或薄膜）的表面上，并被表面吸收；產生化學反應刻蝕。反應生成的揮發性化合物由真空泵抽產生化學反應刻蝕。反應生成的揮發性化合物由真空泵抽出腔外。出腔外。17離子刻蝕的種類包括采用物理方法的離子刻蝕和離子束刻蝕、離子刻蝕的種類包括采用物理方法的離子刻蝕和離子束刻蝕、采用化學方法的等離子體刻蝕、采用物理和化學相結合的反采用化學方法的等離子體刻蝕、采用物理和化學相結合的反應離子刻蝕和反應離子束刻蝕。應離子刻蝕和反應離子束刻蝕。l自停止刻蝕自停止刻蝕為了能夠精確控制刻蝕程度，

17、可以采用一些措施來將刻蝕為了能夠精確控制刻蝕程度，可以采用一些措施來將刻蝕在控制良好的厚度上停止，這種技術稱為自停止刻蝕。在控制良好的厚度上停止，這種技術稱為自停止刻蝕。輕摻雜自停止刻蝕輕摻雜自停止刻蝕重摻雜自停止刻蝕重摻雜自停止刻蝕陽極自停止刻蝕等等陽極自停止刻蝕等等18三、表面膜的加工工藝三、表面膜的加工工藝表面膜的加工工藝是微傳感器技術中最基礎的工藝，可分為厚表面膜的加工工藝是微傳感器技術中最基礎的工藝，可分為厚膜工藝和薄膜工藝兩類。厚膜工藝出現較早，應用技術成熟；膜工藝和薄膜工藝兩類。厚膜工藝出現較早，應用技術成熟；而薄膜工藝與而薄膜工藝與MEMS技術有良好的兼容性，是微傳感器研發應技

18、術有良好的兼容性，是微傳感器研發應用的主流工藝。用的主流工藝。1.厚膜工藝厚膜工藝厚膜工藝采用的是具有彌散在有機溶劑中的普通金屬或貴金屬厚膜工藝采用的是具有彌散在有機溶劑中的普通金屬或貴金屬微粒（平均直徑為微粒（平均直徑為5m）的膏劑或）的膏劑或“涂料涂料”，以及使這些膏劑，以及使這些膏劑固化的玻璃料。依據彌散微粒的不同，膏劑可以分為導電型、固化的玻璃料。依據彌散微粒的不同，膏劑可以分為導電型、電阻型、介質型三種。這些膏劑按照預定的圖案，通過絲網印電阻型、介質型三種。這些膏劑按照預定的圖案，通過絲網印刷技術制作到基片上。然后將帶有沉積膜的基片烘干、焙燒，刷技術制作到基片上。然后將帶有沉積膜的基

19、片烘干、焙燒，使金屬粉結塊，使沉積膜與基片結合。使金屬粉結塊，使沉積膜與基片結合。192.薄膜工藝薄膜工藝薄膜由在拋光的高純度（薄膜由在拋光的高純度（99.6%）氧化鋁或若堿性玻璃基片上進）氧化鋁或若堿性玻璃基片上進行沉積形成。行沉積形成。薄膜工藝采用的沉積方法與集成電路制造中采用的方法相同，即薄膜工藝采用的沉積方法與集成電路制造中采用的方法相同，即旋轉涂敷、蒸鍍、濺射（物理氣相淀積（旋轉涂敷、蒸鍍、濺射（物理氣相淀積（PVD） 、反應性生、反應性生長、化學氣相沉積和等離子體沉積等長、化學氣相沉積和等離子體沉積等 。（1）旋轉涂敷）旋轉涂敷薄膜材料在揮發性溶劑中溶解并灌注到快速旋轉的基片上。旋

20、轉薄膜材料在揮發性溶劑中溶解并灌注到快速旋轉的基片上。旋轉時，液體蔓延，揮發性溶劑蒸發，從而留下時，液體蔓延，揮發性溶劑蒸發，從而留下0.150m的均勻固的均勻固體層。該法簡單而廉價，但當基片存在超出膜厚體層。該法簡單而廉價，但當基片存在超出膜厚23倍的臺階時，倍的臺階時，這種方法難以得到連續的膜。這種方法難以得到連續的膜。旋轉涂敷方法最常見于平面光刻工藝中，用于在基片表面制備光旋轉涂敷方法最常見于平面光刻工藝中，用于在基片表面制備光刻膠薄膜。在微傳感器中，常用于制備化學微傳感器敏感膜。刻膠薄膜。在微傳感器中，常用于制備化學微傳感器敏感膜。20（2）物理氣相淀積（）物理氣相淀積（PVD）。）。

21、 物理氣相淀積是利用真空蒸鍍法和濺射法，使被淀積的原物理氣相淀積是利用真空蒸鍍法和濺射法，使被淀積的原子（或原子團、分子）經過一段空間飛行后落到襯底上面而子（或原子團、分子）經過一段空間飛行后落到襯底上面而淀積成薄膜的方法。其中真空蒸鍍法可以用蒸發鋁合金來制淀積成薄膜的方法。其中真空蒸鍍法可以用蒸發鋁合金來制作電極或直接在敏感元件上制作薄膜，其優點是設備簡單、作電極或直接在敏感元件上制作薄膜，其優點是設備簡單、成膜速度快，但形成的薄膜強度低，難以制造化合物膜。濺成膜速度快，但形成的薄膜強度低，難以制造化合物膜。濺射法目前應用更廣泛，它包括直流濺射和射頻濺射。直流濺射法目前應用更廣泛，它包括直流

22、濺射和射頻濺射。直流濺射只能濺射合金薄膜，在應用上具有局限性；而射頻濺射可射只能濺射合金薄膜，在應用上具有局限性；而射頻濺射可用于制造金屬膜、介質膜、壓阻膜、壓電膜及半導體膜等。用于制造金屬膜、介質膜、壓阻膜、壓電膜及半導體膜等。21l 蒸鍍蒸鍍在安放著基片的真空室內，通過真空蒸鍍的方法也可形成薄膜。在安放著基片的真空室內，通過真空蒸鍍的方法也可形成薄膜。如圖。如圖。22l 濺射濺射23（3）反應性生長）反應性生長一些能與基片起反應的材料可以通過它們的反應來沉積，一些能與基片起反應的材料可以通過它們的反應來沉積，稱為反應性生長，這種方法廣泛用于硅表面生長二氧化硅。稱為反應性生長，這種方法廣泛用

23、于硅表面生長二氧化硅。干法氧化：干法氧化：濕法氧化：濕法氧化：22222SiOSiOSiH OSiO+2H（硅片）+ （氣體）（薄膜）（硅片）+2（氣體）（薄膜）該法簡單，在含有反應氣體的爐中就可完成，薄膜的質量該法簡單，在含有反應氣體的爐中就可完成，薄膜的質量好。但受反應物向基片表面下進行擴散的速度限制，僅能好。但受反應物向基片表面下進行擴散的速度限制，僅能制備厚度不超過制備厚度不超過1m的的很薄的薄膜。很薄的薄膜。24（4）化學氣相淀積（）化學氣相淀積（CVD）。）。l化學氣相淀積是把含有構成薄膜元素的一種或多種化合物、化學氣相淀積是把含有構成薄膜元素的一種或多種化合物、單質氣體供給基片，

24、借助于氣相作用或在基片上的化學反應單質氣體供給基片，借助于氣相作用或在基片上的化學反應生成所需要的薄膜。主要生成反應過程為：使含有待淀積材生成所需要的薄膜。主要生成反應過程為：使含有待淀積材料的化合物升華為氣體，與另一種氣體或化合物在一個高溫料的化合物升華為氣體，與另一種氣體或化合物在一個高溫反應室中進行反應，生成固態的淀積物質，使之淀積在加熱反應室中進行反應，生成固態的淀積物質，使之淀積在加熱至高溫的襯底上，生成薄膜。這種方法可以制造出多種用途至高溫的襯底上，生成薄膜。這種方法可以制造出多種用途的微機電器件薄膜，如介質膜、半導體膜等。化學氣相淀積的微機電器件薄膜，如介質膜、半導體膜等。化學氣

25、相淀積又分為常壓化學氣相淀積、低壓化學氣相淀積、等離子強化又分為常壓化學氣相淀積、低壓化學氣相淀積、等離子強化化學氣相淀積化學氣相淀積3種方法。種方法。25l 化學氣相沉積（化學氣相沉積（CDV）如圖，高溫使含有待沉積物質的化合物升華成氣體，與另一如圖，高溫使含有待沉積物質的化合物升華成氣體，與另一種氣體化合物在一個反應室中進行反應，生成固態的沉積物種氣體化合物在一個反應室中進行反應，生成固態的沉積物質，使之沉積在襯底上而生成薄膜。質，使之沉積在襯底上而生成薄膜。26 目前主要用到的化學氣相沉積法有：目前主要用到的化學氣相沉積法有：l 常壓化學氣相淀積（常壓化學氣相淀積（APCVD）：經常用來

26、淀積二氧）：經常用來淀積二氧化硅膜。化硅膜。 APCVD淀積的薄膜臺階覆蓋能力較差。淀積的薄膜臺階覆蓋能力較差。l 低壓化學氣相淀積（低壓化學氣相淀積（LPCVD）：具有良好的臺階覆）：具有良好的臺階覆蓋能力。蓋能力。l 等離子增強化學氣相淀積（等離子增強化學氣相淀積（PECVD）：采用等離子）：采用等離子體把電能耦合到氣體中，促進化學反應的進行，從體把電能耦合到氣體中，促進化學反應的進行，從而來淀積薄膜的方式。而來淀積薄膜的方式。27例：薄膜工藝在壓力微傳感器制作中的應用例：薄膜工藝在壓力微傳感器制作中的應用壓力微傳感器的電阻柵分布壓力微傳感器的電阻柵分布在彈性襯底（如石英等絕緣材在彈性襯底

27、（如石英等絕緣材料）上進行濺射或沉積一層導料）上進行濺射或沉積一層導電薄膜，再采用光刻方法形成電薄膜，再采用光刻方法形成應變電阻，然后在應變電阻上應變電阻，然后在應變電阻上濺射一層濺射一層SiO2或或Al2O3來保護來保護應變電阻使其不暴露于大氣，應變電阻使其不暴露于大氣，以免電阻條被氧化。以免電阻條被氧化。如果是金屬彈性襯底，一般首如果是金屬彈性襯底，一般首先在金屬彈性襯底上濺射一層先在金屬彈性襯底上濺射一層或多層絕緣膜（如或多層絕緣膜（如SiO2或或Al2O3等）。等）。濺射電阻薄膜后，再按下圖工濺射電阻薄膜后，再按下圖工藝制作電阻柵。藝制作電阻柵。28在彈性襯底上濺射電阻薄膜在彈性襯底上

28、濺射電阻薄膜在電阻膜上均勻甩涂一層正性光刻膠在電阻膜上均勻甩涂一層正性光刻膠在光刻膠上放置應變圖形掩模板，并進行曝光在光刻膠上放置應變圖形掩模板，并進行曝光進行顯影、定影，去除不需要的光刻膠進行顯影、定影，去除不需要的光刻膠利用離子束濺射刻蝕，刻蝕掉沒有光刻膠保護的電利用離子束濺射刻蝕，刻蝕掉沒有光刻膠保護的電阻薄膜阻薄膜去除電阻柵上的光刻膠，即可得到應變電阻圖形去除電阻柵上的光刻膠，即可得到應變電阻圖形29四、硅的表面微加工工藝四、硅的表面微加工工藝l表面微加工技術是以硅片作基片，通過淀積與光刻形成薄表面微加工技術是以硅片作基片，通過淀積與光刻形成薄膜圖形。膜圖形。l薄膜主要是多晶硅膜、氮化

29、膜、二氧化硅膜等，它們為微薄膜主要是多晶硅膜、氮化膜、二氧化硅膜等，它們為微器件提供敏感元件、絕緣層、結構層、耐腐蝕、耐磨層和犧器件提供敏感元件、絕緣層、結構層、耐腐蝕、耐磨層和犧牲層。牲層。l薄膜生成常采用物理氣相淀積和化學氣相淀積工藝。薄膜生成常采用物理氣相淀積和化學氣相淀積工藝。30典型平面微加工技術：薄膜制備、光刻和刻蝕。典型平面微加工技術：薄膜制備、光刻和刻蝕。圖（圖（a）用光刻膠薄膜掩蓋要刻蝕的薄膜，然后通過掩膜使之曝光；）用光刻膠薄膜掩蓋要刻蝕的薄膜，然后通過掩膜使之曝光；圖（圖（b）顯影后去除要刻蝕區域的光刻膠；）顯影后去除要刻蝕區域的光刻膠；圖（圖（c）刻蝕后，由于光刻膠的抗

30、蝕作用，僅暴露的薄膜被刻掉；）刻蝕后，由于光刻膠的抗蝕作用，僅暴露的薄膜被刻掉；圖（圖（d）洗掉光刻膠后，得到所需圖案。）洗掉光刻膠后，得到所需圖案。31 表面犧牲層技術表面犧牲層技術l為了形成多層薄膜圖形，需要采用表面犧牲層技術為了形成多層薄膜圖形，需要采用表面犧牲層技術l所謂犧牲層實際上是一層作為中間層的薄膜，在后續工序中所謂犧牲層實際上是一層作為中間層的薄膜，在后續工序中這層薄膜將被去除，從而得到懸浮的可動的微機械結構部件。這層薄膜將被去除，從而得到懸浮的可動的微機械結構部件。表面犧牲層制作的一般過程如下：先在襯底上淀積一層犧牲表面犧牲層制作的一般過程如下：先在襯底上淀積一層犧牲層材料，

31、利用光刻，刻蝕成一定的圖形，然后淀積作為機械層材料，利用光刻，刻蝕成一定的圖形，然后淀積作為機械結構的材料并光刻出所需的圖形，再將支撐結構層的犧牲層結構的材料并光刻出所需的圖形，再將支撐結構層的犧牲層材料腐蝕掉，以形成一個空腔或使其上面的結構材料材料腐蝕掉，以形成一個空腔或使其上面的結構材料“懸浮懸浮”起來，以形成懸臂梁、懸臂塊、微型橋等各種運動機構。起來，以形成懸臂梁、懸臂塊、微型橋等各種運動機構。l常用的結構材料有多晶硅、單晶硅、氮化硅、氧化硅和金屬常用的結構材料有多晶硅、單晶硅、氮化硅、氧化硅和金屬等。常用的犧牲層材料有氧化硅、多晶硅、光刻膠。等。常用的犧牲層材料有氧化硅、多晶硅、光刻膠

32、。32犧牲層技術首先在厚首先在厚525m的硅片的硅片上沉積一層上沉積一層1m 厚的厚的PSG（磷硅酸鹽玻璃）（磷硅酸鹽玻璃）犧牲層（圖（犧牲層（圖（a）；）；然后在然后在PSG上刻蝕出窗上刻蝕出窗口（圖（口（圖（b），再在），再在犧牲層上沉積犧牲層上沉積1m 厚厚多晶硅（圖（多晶硅（圖（c），），然后對多晶硅進行刻蝕，然后對多晶硅進行刻蝕，得到所需要的多晶硅懸得到所需要的多晶硅懸臂梁（圖（臂梁（圖（d）。最）。最后去掉犧牲層后去掉犧牲層PSG，由，由于前面已經在于前面已經在PSG上刻上刻蝕出窗口，多晶硅懸臂蝕出窗口，多晶硅懸臂梁與硅片在裸露的窗口梁與硅片在裸露的窗口處連接，從而可得到懸處連接，

33、從而可得到懸在硅片上面的懸臂梁結在硅片上面的懸臂梁結構（構（e）33五、三維結構（體）微加工工藝五、三維結構（體）微加工工藝l體硅微加工技術常用方法有化學刻蝕和離子刻蝕。體硅微加工技術常用方法有化學刻蝕和離子刻蝕。l三維結構的微加工可以通過平面工藝結合犧牲層技術實現三維結構的微加工可以通過平面工藝結合犧牲層技術實現l可利用鍵合技術實現可利用鍵合技術實現l可利用可利用LIGA技術實現技術實現34 鍵合技術是指不用膠和黏合劑而將硅片與硅片、硅片與玻鍵合技術是指不用膠和黏合劑而將硅片與硅片、硅片與玻璃或其它材料融合到一起，形成很強的鍵的一種加工方法。璃或其它材料融合到一起，形成很強的鍵的一種加工方法

34、。 硅片鍵合往往與表面硅加工、體硅加工相結合，用在硅片鍵合往往與表面硅加工、體硅加工相結合，用在MEMS的加工工藝中。通常先進行硅片加工，裝配好各個的加工工藝中。通常先進行硅片加工，裝配好各個微結構后實施鍵合工藝，以制造出復雜的三維結構，它適微結構后實施鍵合工藝，以制造出復雜的三維結構，它適合批量生產。合批量生產。 鍵合技術主要通過加電、加熱或加壓的方法，使材料層很鍵合技術主要通過加電、加熱或加壓的方法，使材料層很好地連接在一起。主要方法有靜電鍵合（即陽極鍵合）、好地連接在一起。主要方法有靜電鍵合（即陽極鍵合）、熱鍵合、金屬共熔鍵合、低溫玻璃鍵合、冷壓焊鍵合等。熱鍵合、金屬共熔鍵合、低溫玻璃鍵合、冷壓焊鍵合等。 常見的硅片鍵合技術包括金常見的硅片鍵合技術包括金-硅共熔鍵合、硅硅共熔鍵合、硅-玻璃靜電鍵玻璃靜電鍵合、硅合、硅-硅直接鍵合等。硅直接鍵合等。鍵合技術35LIGA技術是德文光刻（技術是德文光刻（Lithographie）、電鑄）、電鑄（Galvanoformung）和注塑（）和注塑（Abformung）三個德文單詞的縮寫。）三個德文單詞的縮寫。LIGA工藝是一種基于工藝是一種基于X光線光刻技術的三