MEMS工艺-表面微机械加工技术

mems 工艺流程MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微电子机械系统）是集成电路技术与微机械技术相结合的一种新型技术，能够将微小的机电结构、传感器、执行器和电路等集于一体，成为一种具有微小尺寸、高度集成度和多功能性的系统。

MEMS技术的广泛应用使得 MEMS 工艺流程愈发重要，下面我们将详细介绍 MEMS 工艺流程。

MEMS工艺流程主要分为六个阶段：晶圆准备、芯片前端加工、芯片背面加工、封装与封装测试、器件测试和后封测试。

第一阶段是晶圆准备阶段。

晶圆通常用硅（Si）材料，首先要清洗晶圆，去除表面的污垢，然后用化学气相沉积（CVD）方法在晶圆上生长一层二氧化硅（SiO2），形成绝缘层。

随后，还需要完成一系列的光刻步骤，即利用光刻胶和光掩模将图案转移到晶圆上，以形成预期的结构和形状。

第二阶段是芯片前端加工阶段。

这个阶段主要涉及到利用湿法和干法的化学刻蚀方法来去除不需要的材料，并在晶圆上的金属层中创造出微小的结构和连接线。

此外，还可以利用离子注入和扩散工艺来调整电阻、电导率或阈值电压等特性。

第三阶段是芯片背面加工阶段。

这个阶段主要涉及到将晶圆从背面进行背面研磨和化学机械抛光，以使芯片变得更加薄，并且可以通过背面晶圆连接器连接到其他系统。

第四阶段是封装与封装测试阶段。

此阶段的主要任务是将制造好的 MEMS 芯片进行封装，以保护并提供使其正常运行所需的外部连接。

封装的方法包括胶封、承载式封装和芯片柔性封装。

随后，对封装后的芯片进行测试以确认其性能和质量。

第五阶段是器件测试阶段。

在这个阶段，将芯片插入到测试设备中，对其进行各种电学、力学或物理特性的测试。

测试可以包括压力测试、温度测试、震动测试等，以验证 MEMS 芯片的性能和可靠性。

最后一个阶段是后封测试阶段。

在这个阶段，将经过器件测试的芯片进行再次封装，以保护芯片不受外界环境的影响，并进行最后的测试以确保其正常运行。

mems 工艺
MEMS 工艺，全称为微机电系统工艺，指的是将微型机械结构与电子元器件相结合，从而形成一种高度集成的混合技术。

在MEMS应用中，微机电系统工艺是制造小型器件的一种重要技术。

本文将围绕MEMS工艺讲解相关的步骤。

1. 原材料选择
在MEMS工艺中，需要选择一些适于制造微型器件的原材料。

这些材料通常需要具备以下几个特性：高精度、高硬度、高强度、高化学性能和良好的稳定性。

常用的MEMS材料有硅、氧化硅、玻璃等。

2. 制造微型结构
制造微型结构通常采用半导体加工技术，即利用光刻、蒸镀、刻蚀等方式将微型结构加工成所需形状。

比如，利用光刻技术可以将光刻胶涂覆到硅片上，而利用蒸镀技术可以在硅片上放置一层金属，从而实现金属电极的制造。

3. 封装
在制造完微型器件之后，需要对其进行封装，以保护其免受外界干扰和损坏。

一般采用微型结构封装的形式来封装MEMS器件，通常采用微型焊接、微型粘接等方式来实现。

4. 测试
对于MEMS器件的正常工作，需要对其进行严格的测试。

测试内容包括机械性能测试、电学测试、失效分析等。

通过测试来确定器件的良品率，并对不良的器件进行分析和处理。

总之，MEMS工艺是一种集成了微型机械结构与电子元器件的混合技术。

在制造MEMS器件的过程中，需要考虑多个因素，其中包括原材料选择、微型结构制造、封装和测试等步骤。

这些步骤相互关联，需要不断地优化和实验来找到最优的工艺路线。

mems工艺技术路线MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种将微电子技术与微机械技术相结合的新型技术，它能够在微米级别上制造出微小尺寸的机械结构。

MEMS技术在传感器、光学、生物医学等领域起着重要作用，因此MEMS技术的研究和发展受到了广泛关注。

MEMS工艺技术路线主要包括六个步骤：定义、制作图形、加工、建立结构、封装和测试。

首先是定义阶段，需要在硅片的表面上制作出所需的图形。

这一步主要依靠光刻技术，通过在硅片表面涂覆光刻胶，然后利用掩膜进行光阻曝光，再进行光刻胶的显影和刻蚀，最终形成所需图形。

这一步骤非常重要，也是MEMS工艺技术的核心。

接下来是制作图形阶段，即利用显影和刻蚀技术将所需图形转化为凹槽或凸起的结构。

这一步骤主要依靠湿法腐蚀和干法腐蚀技术来进行刻蚀，以形成所需的结构。

然后是加工阶段，需要对硅片进行剩余的加工处理。

这一步骤包括掺杂、扩散、沉积等工艺，以获得所需要的电学、磁学和光学特性。

建立结构阶段是通过层叠和结合不同材料形成完整的MEMS器件。

这一步骤需要利用薄膜沉积和刻蚀等工艺，将不同材料的层叠结合成为一体。

封装是将MEMS器件封装到特定的封装中，保护器件并提供良好的电气和机械性能。

这一步骤主要包括背面研磨、切割、粘接等工艺。

最后是测试阶段，对制造好的MEMS器件进行各种测试。

这一步骤主要包括电学测试、机械测试、光学测试等，以确保器件的性能符合设计要求。

总的来说，MEMS工艺技术路线是一个复杂而精细的过程，需要运用各种微加工和微细结构制造技术。

这一技术路线的研究与发展为MEMS技术的进一步应用和推广提供了重要的支持。

同时，MEMS工艺技术路线也需要不断地进行改进和创新，以适应不断发展的科技需求。

典型MEMS工艺流程
MEMS表面微机械加工工艺是指所有工艺都是在圆片表面进行的MEMS制造工艺。

表面微加工中，采用低压化学气相淀积(LPCVD)这一类方法来获得作为结构单元的薄膜。

表面微加工工艺采用若干淀积层来制作结构，然后释放部件，允许它们做横向和纵向的运动，从而形成MEMS执行器。

最常见的表面微机械结构材料是LPVCD淀积的多晶硅，多晶硅性能稳定且各向同性，通过仔细控制淀积工艺可以很好的控制薄膜应力。

此外，表面微加工工艺与集成电路生产工艺兼容，且集成度较高。

下面结合北京大学微系统所的MEMS标准工艺，以一个MEMS中最主要的结构梁为例介绍一下MEMS表面加工工艺的具体流程。

1.硅片准备
2.热氧生长二氧化硅(SiO2)作为绝缘层
3.LPCVD淀积氮化硅(Si3N4)作为绝缘及抗蚀层。

mems主要工艺MEMS（微机电系统）主要工艺是一种将微型机械结构与电子元件集成在一起的技术。

它通过制造微米级的机械结构和集成电路，实现了传感器、执行器和微型系统的功能。

MEMS主要工艺包括以下几个方面。

首先是材料选择和加工。

MEMS主要使用的材料有硅、玻璃、陶瓷、金属等。

这些材料具有良好的机械性能和化学稳定性，适合微型加工。

MEMS的加工技术主要包括光刻、薄膜沉积、湿法腐蚀、离子注入等。

这些技术能够实现微米级的结构制造。

其次是微加工技术。

MEMS的制造过程主要是通过微加工技术来实现的。

微加工技术包括光刻、薄膜沉积、湿法腐蚀、离子注入等。

光刻是将光敏材料暴露在紫外线下，通过光影效应形成图案，然后进行腐蚀或沉积等处理。

薄膜沉积是将薄膜材料沉积在基底上，形成所需的结构。

湿法腐蚀是通过溶液对材料进行腐蚀，形成微结构。

离子注入是将离子注入材料中，改变材料的性能。

其次是封装技术。

MEMS器件制造完成后，需要进行封装，以保护器件并提供连接接口。

封装技术主要包括封装材料的选择和封装工艺的设计。

常用的封装材料有环氧树脂、硅胶等。

封装工艺包括封装结构设计、封装材料的选择、封装工艺的优化等。

最后是测试和可靠性验证。

制造完成的MEMS器件需要进行测试和可靠性验证，以确保其正常工作和长期稳定性。

测试主要包括功能测试、性能测试和可靠性测试。

功能测试是检测器件是否能够实现设计的功能。

性能测试是评估器件的性能指标。

可靠性测试是评估器件在长期使用过程中的稳定性和可靠性。

MEMS主要工艺包括材料选择和加工、微加工技术、封装技术以及测试和可靠性验证。

这些工艺的应用使得MEMS能够实现微型化、集成化和高性能化的特点，广泛应用于传感器、执行器和微型系统等领域。

通过不断改进工艺技术，可以进一步提高MEMS器件的性能和可靠性，推动MEMS技术的发展。

MEMS的主要工艺类型与流程（LIGA技术简介）目录〇、引言一、什么是MEMS技术1、MEMS的定义2、MEMS研究的历史3、MEMS技术的研究现状二、MEMS技术的主要工艺与流程1、体加工工艺2、硅表面微机械加工技术3、结合技术4、逐次加工三、LIGA技术、准LIGA技术、SLIGA技术1、LIGA技术是微细加工的一种新方法，它的典型工艺流程如上图所示。

2、与传统微细加工方法比，用LIGA技术进行超微细加工有如下特点：3、LIGA技术的应用与发展4、准LIGA技术5、多层光刻胶工艺在准LIGA工艺中的应用6、SLIGA技术四、MEMS技术的最新应用介绍五、参考文献六、课程心得〇、引言一、什么是MEMS技术1、MEMS的概念MEMS即Micro-Electro-MechanicalSytem，它是以微电子、微机械及材料科学为基础，研究、设计、制造、具有特定功能的微型装置，包括微结构器件、微传感器、微执行器和微系统等。

一般认为，微电子机械系统通常指的是特征尺度大于1μm小于1nm，结合了电子和机械部件并用IC集成工艺加工的装置。

微机电系统是多种学科交叉融合具有战略意义的前沿高技术，是未来的主导产业之一。

MEMS技术自八十年代末开始受到世界各国的广泛重视，主要技术途径有三种，一是以美国为代表的以集成电路加工技术为基础的硅基微加工技术；二是以德国为代表发展起来的利用某射线深度光刻、微电铸、微铸塑的LIGA(Lithographgalvanfomungundabformug)技术，；三是以日本为代表发展的精密加工技术，如微细电火花EDM、超声波加工。

MEMS技术特点是：小尺寸、多样化、微电子等。

（1）微型化：MEMS体积小（芯片的特征尺寸为纳米/微米级）、质量轻、功耗低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。

例如，一个压力成像器的微系统，含有1024个微型压力传感器，整个膜片尺寸仅为10mm某10mm，每个压力芯片尺寸为50μm某50μm。

MEMS加工-MEMS制造技术微机械加工是MEMS 以及微光机电系统的关键技术。

微机械加工可分为体微机械加工和表面微机械加工两种类型。

体微加工技术是指利用蚀刻工艺对块状硅进行准三维机构的微加工，分为蚀刻和停止蚀刻两项关键技术。

表面加工技术不蚀刻掉大部分的硅材料，而是在硅片上采用不同的蚀刻和薄膜淀积方法，在硅表面上形成较薄的结构。

蚀刻技术的主要代表为牺牲层技术（表面微机械加工以硅片微基体，通过多层膜淀积和图形加工制备三维微机械结构。

硅片本身不被加工，器件的结构部分由淀积的薄膜层加工而成，结构与基体之间的空隙应用牺牲层技术）。

主要薄膜淀积技术有蒸镀、溅射、化学气相淀积等，主要蚀刻方法是选择性湿法蚀刻和干法等离子蚀刻。

全球共有250 家MEMS 器件生产企业，产品主要用于满足自身终端消费电子产品的需要。

MEMS 应用领域非常广泛，单个细分市场规模很窄，一家公司以几亿美元规模就能占据1 至2 个产品龙头地位。

例如，德州仪器占据DLP 市场，惠普占据打印机喷墨头市场，安华高科技占据滤波器市场，ADI、ST、飞思卡尔和美新占据加速度计市场，楼氏占据麦克风市场。

为了降低成本、垄断市场，国际大公司都加大了8 英寸MEMS 生产线的建设。

意法半导体2006 年将MEMS 生产线升级到8 英寸，欧姆龙、飞思卡尔也开始筹建8 英寸生产线。

国内MEMS 加工产业还处于导入期，北京青鸟元芯及无锡美新半导体占据领先地位。

青鸟元芯依托北京大学微电子研究院，成为国内第一家批量生产MEMS 微型传感器的高新技术企业，月产MEMS 传感器达10 万只。

无锡美新半导体是全球第一家使用标准CMOS 工艺、单芯片上集成混合信号处理的热对流MEMS 惯性传感器公司；设计生产能力为1500 万片/月，加速计产品500 万片/月，在无锡第二家CMOS-MEMS 工厂已经投产，每月可生产1000 万个加速。

MEMS的主要工艺类型与流程MEMS（微机电系统）是一种将微型机械结构与微电子技术相结合的技术，具有广泛的应用前景，在传感器、加速度计、微流体器件等领域有重要的作用。

MEMS的制备过程包括几个主要的工艺类型和相应的流程，本文将详细介绍这些工艺类型和流程。

1.半导体工艺半导体工艺是MEMS制备中最常用的工艺类型之一、它借鉴了集成电路制造的技术，将MEMS结构与电路结构集成在一起。

半导体工艺的制备流程主要包括以下几个步骤：（1）硅片准备：选择高纯度的单晶硅片作为基底材料，通常使用化学机械抛光（CMP）等方式使其表面光滑。

（2）掩膜和光刻：使用光刻胶将掩膜图形转移到硅片表面，形成所需的结构图案。

（3）蚀刻：使用干法或湿法蚀刻技术去除光刻胶外部的硅片，仅保留需要的结构。

（4）沉积：在蚀刻后的硅片表面沉积不同材料，如金属、氧化物等，形成MEMS结构的各个层次。

（5）光刻：重复进行掩膜和光刻步骤，形成更多的结构图案。

（6）终结：最后，进行退火、切割等步骤，完成MEMS器件的制备。

2.软件工艺软件工艺是MEMS制备中的另一种主要工艺类型。

与半导体工艺不同，软件工艺使用聚合物材料作为主要基底材料，并采用热压、激光加工等方式形成MEMS结构。

软件工艺的制备流程主要包括以下几个步骤：（1）选择聚合物材料：根据应用需求选择合适的聚合物材料作为基底材料。

（2）模具制备：根据设计要求制作好所需的模具。

（3）热压：将聚合物材料放置在模具中，通过加热和压力使其形成所需的结构。

（4）取模：待聚合物冷却后，从模具中取出完成的MEMS结构。

3.LIGA工艺LIGA（德语为"Lithographie, Galvanoformung, Abformung"的首字母缩写）工艺是一种利用光刻、电沉积和模具制备的工艺方法，主要适用于高纵深结构的制备。

LIGA工艺的制备流程主要包括以下几个步骤：（1）光刻：使用光刻胶将掩膜图形转移到聚合物或金属表面，形成结构图案。

典型MEMS工艺流程下面结合北京大学微系统所的MEMS标准工艺，以一个MEMS中最主要的结构——梁为例介绍一下MEMS表面加工工艺的具体流程。

1.硅片准备2.热氧生长二氧化硅(SiO2)作为绝缘层3.LPCVD淀积氮化硅(Si3N4)作为绝缘及抗蚀层4.LPCVD淀积多晶硅1(POL Y1)作为底电极5.多晶硅掺杂及退火6.光刻及腐蚀POLY1，图形转移得到POLY1图形7.LPCVD磷硅玻璃(PSG)作为牺牲层8.光刻及腐蚀PSG，图形转移得到BUMP图形9.光刻及腐蚀PSG形成锚区10.LPCVD淀积多晶硅2(POL Y2)作为结构层11.多晶硅掺杂及退火12.光刻及腐蚀POLY2，图形转移得到POLY2结构层图形13.溅射铝金属(Al)层14.光刻及腐蚀铝层，图形转移得到金属层图形15.释放得到活动的结构至此，我们利用MEMS表面加工工艺完成了一个梁的制作。

这个工艺流程中共有五块掩膜版，分别是：1.POL Y1，用的是阳版，形成的多晶1图形用来提供机械层的电学连接，地极板或屏蔽电极;2.BUMP，用的是阴版，在牺牲层上形成凹槽，使得以后形成的多晶硅机械层上出现小突起，减小在释放过程或工作过程中机械层与衬底的接触面积，起一定的抗粘附作用;3.ANCHOR，用的是阴版，在牺牲层上刻孔，形成机械层在衬底上的支柱，并提供电学连接;4.POL Y2，用的是阳版，用来形成多晶硅机械结构;5.METAL，用的是阳版，用来形成电连接或测试接触。

MEMS加工技术如前所述，加工技术主要分为三种，分别以美国为代表集成电路技术、日本以精密加工为特征的MEMS 技术和德国的LIGA技术.第一种是以美国为代表的硅基技术，它是利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基器件。

这种方法可与传统的工艺兼容，并适合廉价批技术量生产，已成为目前的硅基主流.各向异性腐蚀技术就是利用单晶硅的不同晶向的腐蚀速率存在各向异性的特点而进行腐蚀技术，其主要特点是硅的腐蚀速率和硅的晶向、搀杂浓度及外加电位有关。

mems 加工工艺
MEMS（微机电系统）加工工艺是一种高精度、高效率的制造技术，用于生产微型机械和电子设备。

这种技术结合了微电子和微机械加工技术，使得在微米级别上制造复杂的三维结构和器件成为可能。

MEMS加工工艺主要包括表面微机械加工、体微机械加工和特殊微机械加工等几种类型。

表面微机械加工是一种“添加”工艺，通过在单晶片表层的一边沉析出若干由不同材料构成的薄层，然后有选择地蚀刻这些薄层，形成“隆起”结构，最终转变为附着在晶片衬底之上的、可动的微机械结构。

体微机械加工则是一种“去除”加工过程，通过从晶体基底去除某种物质，形成诸如空洞、凹槽、薄膜和一些复杂三维结构。

在MEMS加工工艺中，光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光等微电子工艺技术也被广泛应用。

光刻技术用于在硅片上制作精细的图形，薄膜沉积技术则用于在硅片上沉积各种材料的薄膜，掺杂技术用于改变硅片的电学性质，刻蚀技术用于将硅片上不需要的部分去除，而化学机械抛光技术则用于使硅片表面更加光滑。

此外，MEMS加工工艺还涉及许多特殊的微加工方法，如键合、LIGA、电镀、软光刻、微模铸、微立体光刻与微电火花加工等。

这些方法各具特色，可根据具体需求选择合适的工艺组合。

总的来说，MEMS加工工艺是一种高度复杂且精密的制造技术，它结合了微电子和微机械加工技术的优势，为微型机械和电子设备的制造提供了强大的支持。