第四章MEMS制造技术.ppt

第四章 MEMS的制造技术 MEMS的制造技术主要包括两类技术：体微加工和表面微加工。这两类加工技术的基本材料都用硅，而加工工艺的基础都是集成电路制造技术。 1.表面微加工技术，来自金属膜的概念。在硅腐蚀的基础上，采用不同薄膜淀积腐蚀方法，在硅片表面形成不同形状的层状微结构。 2. LIGA技术 3.键合工艺，按界面材料的性质，可分为两大类：（1）硅/硅基片的直接键合工艺；（2）硅/硅基片的间接键合 4.1. 体微加工 KOH、H2O和（CH3）2CHOH（异丙醇，即IPA） 首先将硅氧化成含水的硅化合物 KOH+ H2O=K++2OH-+H+ Si+2OH-+4 H2O Si(OH)2- 然后与异丙醇反应，形成可溶解的硅 络合物不断离开硅的表面 如果在单晶硅各个方向上的腐蚀速率是均匀的称为各向同性刻蚀，而腐蚀速率取决于晶体取向的则称为各向异性腐蚀。在一定的条件下腐蚀具有一定的方向跃居第一，是硅单晶片腐蚀过程中的重要特征之一。 4.1.2 硅体的各向同性刻蚀 4.1.3??? 硅体的各向异性刻蚀 4.1.4 硅刻蚀的干法技术 4.3 LIGA体微加工技术 四个工艺组成部分：LIGA掩模板制造工艺；X光深层光刻工艺；微电铸工艺；微复制工艺。 4.3.1 LIGA掩膜板制造工艺 LIGA掩模板必须能有选择地透过和阻挡X光，一般的紫外光掩模板不适合做LIGA掩模板 表4.4 LIGA掩模板的X光透光薄膜材料的性能及其优缺点 图4.22 LIGA技术的工艺流程 需平行的X光光源。由于需要曝光的光刻胶的厚度要达到几百微米，用一般的X光光源需要很长的曝光时间。同步辐射X光光源不仅能提供平行的X光，并且强度是普通X光的几十万倍，这样可以大大缩短曝光时间。 图 4.23 X光过渡掩模板制造工艺流程图 4.3.2 X光深层光刻工艺 （2） X光光刻胶 （3）同步辐射X光曝光 （4）光刻胶显影 4.3.3微电铸工艺 目前镍的微电铸工艺比较成熟，镍较稳定，且具有一定的硬度，可用于微复制模具的制作。由于金是LIGA掩模板的阻挡层，所以，在LIGA技术中，金的微电铸技术非常重要。有些传感器和执行器需要有磁性作为驱动力，所以，具有磁性的铁镍合金的微电铸对LIGA技术也很重要。其他如银、铜等也是LIGA技术常用的金属材料。 LIGA的微电铸工艺技术难点之一，是对高深宽比的深孔、深槽进行微电铸。 4.3.4微复制工艺 由于同步辐射X光深层光刻代价较高,无法进行大批量生产，所以LIGA技术的产业化只有通过微复制技术来实现。目前微复制方法主要有两种，注塑成型和模压成型，图4.29给出了注塑成型和模压成型两种微复制方法的工作原理。其中注塑成型适用于塑料产品的批量生产，模压成型适用于金属产品的批量 图4.29两种微复制方法的工作原理 4.3.5.1准LIGA技术 用紫外线或激光代替同步辐射X光深层，该技术需高光敏性的光刻胶厚胶，目前利用该技术能刻出100m厚的微结构，但侧壁垂直度只有850左右，只能部分代替LIGA技术，适用于对垂直度和深度要求不高的微结构加工。图4.30给出了用紫外线光刻获得的厚60m的光刻胶及电铸出的铁镍合金微结构电镜照片。 4.3.5.2 牺牲层LIGA技术 在微机械制造领域，很多情况下需要制造可活动的零部件，例如微阀、微马达和微加速度计等。利用牺牲层LIGA技术可制造活动的微器件，图4.31给出了牺牲层LIGA技术工艺原理图。 4.3.5.3 LIGA套刻技术 4.3.5 LIGA技术的扩展 图4.31 牺牲层LIGA技术工艺原理图 LIGA技术中，利用套刻技术获得含有台阶的微结构， 该技术在第一次光刻、微电铸的基础上进行第二次套 刻技术获得的微变速齿轮电镜照片。 4.3.5.4倾斜曝光技术 在LIGA技术中，可以通过倾斜曝光获得一些特殊的 图形，如图4.34所示倾斜曝光原理图，图4.35给出通 过倾斜曝光获得的复杂微结构电镜照片。 4.3.6 DEM技术 DEM技术充分利用了硅体微加工技术和LIGA技术的优点，解决了硅体微加工技术中只能加工硅材料的局限。该技术不像LIGA技术那样需昂贵的同步辐射光源和特制的X光掩模板。利用该技术可对非硅材料，如金属、塑料或陶瓷进行高深宽比三维加工。该技术的开发成功，将开拓微加工新领域，对我国微机电系统的研究起到很好的推动作用。 4.4.1表微加工机理 图4.41给出了表面微加工的基本过程。 与体微加工