微机械及其加工工艺论文

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1、2012级研究生《微机电系统设计与制造》作业姓名：张九俏学号：S专业：机械工学学院：机械工程学院任课教师：邱丽芳2013年03月27日微机械及其加工工艺摘要：主要介绍了MEMS的基本概念和其特点，以及现阶段主要的微机械加工工艺，重点介绍了IC加工工艺和LIGA加工工艺。关键词：MEMS；微机械；加工工艺；IC加工；LIGA加工1引言微机电系统（MEMS，即MicroElectroMechanicalSystem）是一门新兴的交叉学科，与微电子学、信息系、材料科学和纳米技术的发展等密切相关。微机电系统是微电子技术的拓宽和延伸，通

2、过传感器、制动器、信号处理、控制等多项功能，与外部世界有机地联系在起来。微机电不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界信号，并将这些信号转换成微电子系统可以认识的电信号，而且还可以通过微电子系统控制这些信号，进而发出命令，控制执行部件完成所需要的操作。微机电系统将信息获取、处理和执行融为一体，集中了微米尺度的机械、电子、光学元器件和各种传感器，派生出多种新原理、新器件和新系统，将进一步促进产品的微型化和智能化，在空间、信息、汽车、工业控制、通信、大容量数据存储、光信息处理、仪表仪器和国防等领域有广泛用途。传统的机械加工方法多种

3、多样，如：铸、锻、焊、注塑、粉末烧结等成形工艺；车、铣、刨、磨等切削加工工艺；各种热处理、表面处理等改质工艺以及电火花加工、点解加工、激光加工等特种工艺。人们按设计出的机械图纸，根据其形状、尺寸、精度和技术要求，选择适当的加工方法，制定最佳工艺流程，以便以最低成本、最快速度生产出质量最好的零件来。不过，微型机械不能简单的套用上述这套成熟技术，而需采用一套新的加工方法。常用的微细加工的方法很多，大致分为三类：传统的超精加工方法加工微型机件，利用成熟的IC加工工艺，一些有应用前景的技术如LIGA技术。2微机械的加工下图是微机械加工

4、工艺的流程落图。2.1体加工工艺体加工工艺包括去加工（腐蚀）、附着加工（镀膜）、改质加工（掺杂）和结合加工（键合）。腐蚀技术主要包括干法腐蚀和湿法腐蚀，也可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀。（1）干法腐蚀是气体利用反应性气体或离子流进行的腐蚀。干法腐蚀可以腐蚀多种金属，也可以刻蚀许多非金属材料；既可以各向同性刻蚀，又可以各向异性刻蚀，是集成电路工艺或MEMS工艺常用设备。按刻蚀原理分，可分为等离子体刻蚀（PE：PlasmaEtching）、反应离子刻蚀（RIE：ReactionIonEtching）和电感耦合等离子体刻蚀（ICP

5、：InductionCouplePlasmaEtching）。在等离子气体中，可是实现各向同性的等离子腐蚀。通过离子流腐蚀，可以实现方向性腐蚀。（2）湿法腐蚀是将与腐蚀的硅片置入具有确定化学成分和固定温度的腐蚀液体里进行的腐蚀。硅的各向同性腐蚀是在硅的各个腐蚀方向上的腐蚀速度相等。比如化学抛光等等。常用的腐蚀液是HF-HNO3腐蚀系统，一般在HF和HNO3中加H2O或者CH3COOH。与H2O相比，CH3COOH可以在更广泛的范围内稀释而保持HNO3的氧化能力，因此腐蚀液的氧化能力在使用期内相当稳定。硅的各向异性腐蚀，是指对硅

6、的不同晶面具有不同的腐蚀速率。比如，{100}/{111}面的腐蚀速率比为100：1。基于这种腐蚀特性，可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。各向异性腐蚀剂一般分为两类，一类是有机腐蚀剂，包括EPW（乙二胺，邻苯二酸和水）和联胺等。另一类是无机腐蚀剂，包括碱性腐蚀液，如：KOH，NaOH，LiOH，CsOH和NH4OH等。在硅的微结构的腐蚀中，不仅可以利用各向异性腐蚀技术控制理想的几何形状，而且还可以采用自停止技术来控制腐蚀的深度。比如阳极自停止腐蚀、PN结自停止腐蚀、异质自停止腐蚀、重掺杂自停止腐蚀、无电极自停止腐蚀还有利用光

7、电效应实现自停止腐蚀等等。2.2硅表面微机械加工技术美国加州大学Berkeley分校的SensorandActuator小组首先完成了三层多晶硅表面微机械加工工艺，确立了硅表面微加工工艺的体系。表面微机械加工是把MEMS的“机械”（运动或传感）部分制作在沉积于硅晶体的表面膜（如多晶硅、氮化硅等）上，然后使其局部与硅体部分分离，呈现可运动的机构。分离主要依靠牺牲层（SacrificeLayer）技术，即在硅衬底上先沉积上一层最后要被腐蚀（牺牲）掉的膜（如SiO2可用HF腐蚀），再在其上淀积制造运动机构的膜，然后用光刻技术制造出机

8、构图形和腐蚀下面膜的通道，待一切完成后就可以进行牺牲层腐蚀而使微机构自由释放出来。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