MEMS技術(shù)加工工藝與IC工藝區(qū)別

微機(jī)械加工工藝分為硅基加工和非硅基加工。下面主要介紹體加工工藝、硅表面微機(jī)械加工技術(shù)、結(jié)合加工、逐次加工。

下圖是微機(jī)械加工工藝的流程落圖。

（一）體加工工藝

體加工工藝包括去加工（腐蝕）、附著加工（鍍膜）、改質(zhì)加工（摻雜）和結(jié)合加工（鍵合）。

主要介紹腐蝕技術(shù)。

腐蝕技術(shù)主要包括干法腐蝕和濕法腐蝕，也可分為各向同性腐蝕和各向異性腐蝕。

（1）干法腐蝕是氣體利用反應(yīng)性氣體或離子流進(jìn)行的腐蝕。干法腐蝕可以腐蝕多種金屬，也可以刻蝕許多非金屬材料；既可以各向同性刻蝕，又可以各向異性刻蝕，是集成電路工藝或MEMS工藝常用設(shè)備。按刻蝕原理分，可分為等離子體刻蝕（PE：Plasma Etching）、反應(yīng)離子刻蝕（RIE：Reaction Ion Etching）和電感耦合等離子體刻蝕（ICP：Induction Couple Plasma Etching）。在等離子氣體中，可是實(shí)現(xiàn)各向同性的等離子腐蝕。通過(guò)離子流腐蝕，可以實(shí)現(xiàn)方向性腐蝕。

（2）濕法腐蝕是將與腐蝕的硅片置入具有確定化學(xué)成分和固定溫度的腐蝕液體里進(jìn)行的腐蝕。硅的各向同性腐蝕是在硅的各個(gè)腐蝕方向上的腐蝕速度相等。比如化學(xué)拋光等等。常用的腐蝕液是HF-HNO3腐蝕系統(tǒng)，一般在HF和HNO3中加H2O或者CH3COOH。與H2O相比，CH3COOH可以在更廣泛的范圍內(nèi)稀釋而保持HNO3的氧化能力，因此腐蝕液的氧化能力在使用期內(nèi)相當(dāng)穩(wěn)定。硅的各向異性腐蝕，是指對(duì)硅的不同晶面具有不同的腐蝕速率。比如， {100}/{111}面的腐蝕速率比為100：1。基于這種腐蝕特性，可在硅襯底上加工出各種各樣的微結(jié)構(gòu)。各向異性腐蝕劑一般分為兩類，一類是有機(jī)腐蝕劑，包括EPW（乙二胺，鄰苯二酸和水）和聯(lián)胺等。另一類是無(wú)機(jī)腐蝕劑，包括堿性腐蝕液，如：KOH，NaOH，LiOH，CsOH和NH4OH等。

在硅的微結(jié)構(gòu)的腐蝕中，不僅可以利用各向異性腐蝕技術(shù)控制理想的幾何形狀，而且還可以采用自停止技術(shù)來(lái)控制腐蝕的深度。比如陽(yáng)極自停止腐蝕、PN結(jié)自停止腐蝕、異質(zhì)自停止腐蝕、重?fù)诫s自停止腐蝕、無(wú)電極自停止腐蝕還有利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)自停止腐蝕等等。

（二）硅表面微機(jī)械加工技術(shù)

美國(guó)加州大學(xué)Berkeley分校的Sensor and Actuator小組首先完成了三層多晶硅表面微機(jī)械加工工藝，確立了硅表面微加工工藝的體系。

表面微機(jī)械加工是把MEMS的“機(jī)械”（運(yùn)動(dòng)或傳感）部分制作在沉積于硅晶體的表面膜（如多晶硅、氮化硅等）上，然后使其局部與硅體部分分離，呈現(xiàn)可運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。分離主要依靠犧牲層（Sacrifice Layer）技術(shù)，即在硅襯底上先沉積上一層最后要被腐蝕（犧牲）掉的膜（如SiO2可用HF腐蝕），再在其上淀積制造運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的膜，然后用光刻技術(shù)制造出機(jī)構(gòu)圖形和腐蝕下面膜的通道，待一切完成后就可以進(jìn)行犧牲層腐蝕而使微機(jī)構(gòu)自由釋放出來(lái)。

硅表面微機(jī)械加工技術(shù)包括制膜工藝和薄膜腐蝕工藝。制膜工藝包括濕法制膜和干式制膜。濕法制膜包括電鍍（LIGA工藝）、澆鑄法和旋轉(zhuǎn)涂層法、陽(yáng)極氧化工藝。其中LIGA工藝是利用光制造工藝制作高寬比結(jié)構(gòu)的方法，它利用同步輻射源發(fā)出的X射線照射到一種特殊的PMMA感光膠上獲得高寬比的鑄型，然后通過(guò)電鍍或化學(xué)鍍的方法得到所要的金屬結(jié)構(gòu)。干式制膜主要包括CVD（Chemical Vapor Deposition）和PVD（Physical Vapor Deposition）。薄膜腐蝕工藝主要是采用濕法腐蝕，所以要選擇合適的腐蝕液。

（三）結(jié)合技術(shù)

微加工工藝中有時(shí)需要將兩塊微加工后的基片粘結(jié)起來(lái)，可以獲得復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更多的功能。將基片結(jié)合起來(lái)的辦法有焊接、融接、壓接（固相結(jié)合）、粘接、陽(yáng)極鍵合、硅直接鍵合、擴(kuò)散鍵合等方法。

（四）逐次加工

逐次加工是同時(shí)加工工藝的補(bǔ)充，常用于模具等復(fù)雜形狀的加工，其優(yōu)點(diǎn)是容易制作自由形狀，可對(duì)非平面加工，缺點(diǎn)是加工時(shí)間很長(zhǎng)，屬單件生產(chǎn)，成本高。包括以下幾種：

逐次除去加工：如用于硅片切割的砂輪加工；細(xì)微放電加工、激光束加工、離子束加工、STM（掃描隧道顯微鏡）加工。

逐次附著加工：如利用離子束CVD技術(shù)，可使僅被照射部分的材料堆積，形成某種結(jié)構(gòu)。

逐次改質(zhì)加工：比如可以利用電子束或激光照射的辦法使基板表面局部改質(zhì)的技術(shù)，它的應(yīng)用有電子束掩膜制作、非平面光刻、局部摻雜等。

逐次結(jié)合加工：比如IC引線焊接、局部粘結(jié)等。

MEMS與IC工藝主要差別