硅基MEMS标准体系研究
用于mems封装深硅刻蚀工艺的研究
摘要
随着MEMS技术的发展，MEMS器件上的微结构从之前单一的表面结构向
更为复杂的三维空间立体结构加工方法发展，高深宽比结构的加工则是其中一个
重要的方向。深硅刻蚀技术作为高深宽比结构的加工方法已成为国内外的研究热
点。由Robert Bosch公司持有专利的交替往复式工艺（Bosch工艺）主要用于深
硅刻蚀，是目前应用最广泛也是发展最成熟的深硅刻蚀工艺。交替往复式工艺能
够达到很大的深宽比和选择比。而RIE-ICP刻蚀系统可独立控制等离子体密度和
离子轰击能量、刻蚀速率高、结构简单、成本低、工艺稳定性强，占据着深硅刻
蚀市场主要地位。本论文通过对掩蔽层图形化工艺的实验和掩蔽层材料的选择以
及利用RIE-ICP刻蚀系统进行深硅刻蚀工艺参数的优化研究，实现了硅通孔的加
工。
本论文的主要研究内容如下：
1. 通过实验的方式设计并验证了掩蔽层图形化的相关工艺参数。成功地将图形
由光刻板准确地转移到了掩蔽层上，为后续深硅刻蚀做好准备。
2. 通过对刻蚀原理的分析，研究了深硅刻蚀工艺参数与形貌特性及主要工艺要
求之间的关系，为后续的工艺参数制定奠定了理论基础。
3. 通过大量实验确定掩蔽层的刻蚀速率与深硅刻蚀工艺参数的关系，并确定了
光刻胶作为掩蔽层的材料。
4. 综合考虑了硅通孔的刻蚀深度、刻蚀速率、侧壁倾角、刻蚀选择比、扇形褶
皱等因素，设计并逐步完善了深硅刻蚀工艺参数，最终实现了深度179μm、
刻蚀速率10μm/min、侧壁倾角90.9°、光刻胶刻蚀选择比147:1、扇形褶皱尺
寸126.6nm的硅通孔。
关键词：交替往复式深硅刻蚀；RIE-ICP刻蚀；掩蔽层；图形化。
Abstract
As the development of the Micro Electromechanical System (MEMS), the micro
structures of MEMS devices also developed from simple surface structures to more
MEMS中硅的深度湿法刻蚀研究
第２９卷第３期 ２００７年９月 湖北大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｖｏ１．２９ ＮＯ．３ Ｓｅｐ．，２００７
文章编号：１０００—２３７５（２００７）０３—０２５５—０３
ＭＥＭＳ中硅的深度湿法刻蚀研究
张 凯，顾豪爽，胡 光，叶 芸，吴 雯，刘 婵
（湖北大学物理学与电子技术学院，湖北武汉４３００６２）
摘 要：探讨用于ＭＥＭＳ硅湿法刻蚀的刻蚀液浓度、温度、添加剂种类和浓度对刻蚀速率及表面粗糙度 的影响，优化得到最佳刻蚀条件，刻蚀速率较常用刻蚀条件时提高约３倍；用扫描电镜观察刻蚀后的表面形 貌，结果显示优化刻蚀条件下硅表面粗糙度得到极大的改善．以优化的刻蚀条件进行深度刻蚀，蚀刻出深达 ２３６ ｐ．ｍ的窗口，图形完整，各向异性良好． 关键词：微机电系统；湿法刻蚀；深度刻蚀；刻蚀速率；表面粗糙度
． 中图分类号：ＴＮ４０５ 文献标志码：Ａ
随着电子元器件的小型化发展，微机电系统（ＭＥＭＳ）已成为制作微机械、传感器、控制电路等微器 件及其集成于芯片的关键技术．由于芯片的集成和制造多以硅为基体，作为硅基体加工中关键技术的硅
深度湿法刻蚀被广泛应用于实际生产中，利用它可制作薄膜腔声谐振器（ＦＢＡＲ）的空腔、半导体激光器 的谐振腔等硅微机械结构口 ］．硅的刻蚀质量，包括刻蚀的各向异性、速率和表面平整度，受诸多因素的
影响，如：腐蚀液的浓度、温度和各种添加剂等口“］．本文对硅湿法刻蚀中可能存在的众多影响因素作了
详细的探讨，综合得到了最佳工艺条件，其结果可直接应用于ＭＥＭＳ工艺生产中．
１ 实验
采用Ｐ型（１００）双面抛光硅片，用标准ＲＣＡ工艺对其清洗，然后两面都用ＰＥ－ＣＶＤ沉积ｓｉｓＮ （１００
ｎｍ）／ＳｉＯ （１００ ｎｍ）作为掩膜层．利用光刻工艺制作出一系列的方孔图形，以ＣＨＦ。和Ｏ 的混合气体
ＲＩＥ（反应离子刻蚀）方孔中的Ｓｉ。Ｎ ／ＳｉＯ ，暴露出Ｓｉ表面，形成待蚀刻窗口． 实验中加热的温度为７０～１００℃，温控误差±１。Ｃ；Ｋ０Ｈ溶液浓度的质量分数为２０ （ｗｔ）～５０
硅基mems制造技术
硅基MEMS制造技术
一、概述
硅基MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）制造技术是一种在硅基底片上制造微小机械系统的技术。它结合了集成电路制造技术和微机械加工技术，能够实现微小机械元件和电子元件的集成，具有广泛的应用前景。
二、硅基MEMS制造工艺流程
硅基MEMS的制造过程通常包括以下几个步骤：
1. 底片准备
首先需要准备高质量的硅晶片底片，通常使用晶向为<100>或<111>的硅晶片。底片的表面需要进行清洗和平整处理，以确保后续工艺的可靠性。
2. 晶圆制备
将准备好的硅晶片切割成圆片，通常采用直径为4英寸或6英寸的晶圆。切割后的晶圆表面需要进行化学和机械抛光，以去除表面缺陷和残留污染物。
3. 电子器件制造
在晶圆上使用光刻工艺制造出电子器件的结构。通过光刻、蒸发、离子注入等工艺步骤，实现电子器件的制造和烘烤。
4. MEMS器件制造
在晶圆上制造MEMS器件的结构。常用的MEMS制造技术包括悬梁结构制作、电极制作、传感器元件制作等。这些工艺步骤通常需要使用光刻、溅射、湿法腐蚀等工艺方法。 5. 封装封装涂覆
将制造好的MEMS器件进行封装和涂覆保护层。封装通常包括芯片粘接、封装介质注入、压力测试等步骤。涂覆保护层可以保护MEMS器件免受环境中的灰尘和湿气的侵蚀。
6. 性能测试与封装
对制造好的MEMS器件进行性能测试，包括静态测试和动态测试。在测试合格后，将其封装到具有保护功能的封装载体中。
三、硅基MEMS制造技术的应用
1. 惯性传感器
硅基MEMS制造技术被广泛应用于惯性传感器领域。通过制造微小的加速度计和陀螺仪等传感器，可以实现对物体姿态、加速度等参数的测量。惯性传感器广泛应用于航空航天、汽车、手机等领域。
2. 压力传感器
利用硅基MEMS制造技术制作的压力传感器具有高灵敏度、良好的线性度和稳定性。压力传感器常用于医疗、汽车、工业等领域的气压测量和控制。
台面结构硅基法珀型光纤MEMS压力传感器的研究
第２０卷第４期 ２００７年４月 传感技术学报
ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＥＮＳＯＲＳ ＡＮＤ ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ Ｖｏ１．２Ｏ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２００７
１ｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｍ Ｐｒｅｓａｎ＇ｅ Ｓｅｎｓｏｒ、ｖｉｔｈ ａ Ｍｅｓａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｉａｐｈｒａｇｍ
ＣＨＥＮＸｕ—ｘｉｎｇ，ＷＡＮＧＭｉｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｎｏｒｍａｌ ．ＲＯＮＧ Ｈｕａ，Ｎ Ｘｉａｏ－ｑｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｏｖｅｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ｗｉｔｈ ａ ｍｅｓａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａ ｍｅｓａ ｓｔｒｕｃ—
ｔｕｒｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｒａｔｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｐｌａｎａｒ ｏｎｅ．Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ＭＥＭＳ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｅｘｐａｔｉ— ａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｆａｂｒｙ—Ｐｅｒｏｔ（Ｆ—Ｐ）ｃａｖｉｔｙ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｌａ—
ｔｉｏｎ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｉｓ ｄｅｄｕｃｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｆ＿‘Ｐ ｉｎ。－ ｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｓａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｉｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ＡＮＳＹＳ ｓｉｍｕ—
ｌａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｄｅｃｌａｒｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｓａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｉｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎａｒ ｏｎｅ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｐａｒ— ａｌｌｅｌｉｓｍ．Ｉｔ ｉｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｈｏｗ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｏｒ
基于MEMS技术研制RF硅基微电感线圈
第１卷第１期
２０１０年１１月 黑龙江大
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 学工程学报
ｏｆ Ｈｅｉｌｏｎｇｊ ｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｉ．１，Ｎｏ．１
Ｎｏｖ．，２０１０
基于ＭＥＭＳ技术研制ＲＦ硅基微电感线圈
温殿 息 ，潘择群 。，杨子江 ，张海燕 ，冯昌浩
（１．黑龙江省电子工程重点实验室黑龙江大学，哈尔滨１５００８０；２．黑龙江大学集成电路重点实验室，哈尔滨１５００８０）
摘 要：在分析了硅基上金属线圈的串联电阻、金属层厚度等在低频和高频的情况下对Ｑ的影响及原因的基础
上，提出了一种在硅杯表面采用浓硼扩散区与镀金属膜形成的欧姆接触电极作为内引线的硅基电感的新制造方
法。设计了硅基电感的版图尺寸和相关的工艺流程，用ＩｎｔｅｌｌｉＳｕｉｔｅ软件模拟验证了工艺流程的可能性，再利用 Ａｎｓｙｓ有限元软件中的电磁分析模块模拟了电流与磁感应强度的关系、衬底涡流分布等，为平面电感的理论与 实验的进一步比较分析提供了参考依据。在研制过程中发现影响电感性能好坏的主要因素是衬底涡流效应，为 此提出了在矩形硅杯膜上制作电感的方法，为了进一步减薄金属电感线圈衬底的厚度，在硅杯膜背面采用激光
打孑Ｌ得到了膜厚约为５ ｍ的衬底，从而可以使衬底中的涡流大幅度减少、电感的Ｑ值得到很大提高。此外，提 出的新制造方法采用了绝缘性能比Ｓｉ０２好的Ａｌｚ（）。薄膜作为电感线圈与衬底之间的绝缘层。结果表明，设计的 平面螺旋电感具有制造工艺简单、与Ｉｃ工艺相兼容的优点，有广泛的应Ｈｊ前景。
关键词：ＭＥＭＳ；浓硼扩散区；内引线；激光打孔；硅基微电感
中图分类号：ＴＮ３０１ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５ ００８Ｘ（２０１０）０１—００７８—０６
ＲＦ Ｍｉｃｒｏ—ｉｎｄｕｃｔｏｒ ｏｆ Ｓｉ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＥＭＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＷＥＮ Ｄｉａｎ—ｚｈｏｎｇ ，ＰＡＮ Ｚｅ～ｑｕｎ ，ＹＡＮＧ Ｚｉ－ｊ ｉａｎｇ ，
硅基mems制造技术 2
硅基mems制造技术
一、概述
硅基MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种微型机电系统，它是由微电子技术和微机械制造技术相结合而成的。硅基MEMS具有体积小、重量轻、功耗低等优点，被广泛应用于生物医学、航空航天、通信等领域。本文将介绍硅基MEMS制造技术。
二、工艺流程
硅基MEMS的制造工艺流程主要包括：晶圆清洗、光刻、蚀刻、沉积和封装等步骤。
1. 晶圆清洗
晶圆清洗是硅基MEMS制造的第一步，目的是去除晶圆表面的杂质和污染物，保证后续工艺步骤的顺利进行。常用的清洗方法包括：化学浸泡法和超声波清洗法。
2. 光刻
光刻是将芯片上所需图形转移到光阻层上的过程。在此过程中，先将光阻涂覆在晶圆表面，然后使用掩模对光阻进行曝光，最后通过显影去除未曝光区域的光阻。光刻技术的精度决定了芯片所能实现的功能。
3. 蚀刻
蚀刻是将光刻所形成的图形转移到硅基材料上的过程。常用的蚀刻方法包括：湿法蚀刻和干法蚀刻。湿法蚀刻是将芯片浸泡在化学液中，利用化学反应来去除硅基材料，而干法蚀刻则是通过离子轰击或物理气相反应来去除硅基材料。
4. 沉积
沉积是将金属或非金属材料沉积在芯片表面的过程。常用的沉积方法包括：物理气相沉积、化学气相沉积和电化学沉积等。
5. 封装
封装是将芯片封装在外壳中，以保护芯片不受外界环境影响。常用的封装方法包括：塑封封装、金属封装和玻璃封装等。
三、关键技术
硅基MEMS制造技术中存在一些关键技术，如下：
1. 光刻技术
光刻技术是制造MEMS的关键技术之一，它决定了芯片的分辨率和精度。目前，常用的光刻技术包括：紫外线光刻、电子束光刻和X射线光刻。
2. 蚀刻技术
蚀刻技术是将光刻所形成的图形转移到硅基材料上的关键步骤。湿法蚀刻和干法蚀刻各有优缺点，需要根据制造需求选择合适的方法。
3. 沉积技术
沉积技术是将金属或非金属材料沉积在芯片表面的关键步骤。不同材料对MEMS器件性能有着不同影响，需要根据制造需求选择合适的材料和沉积方法。
CVD制备3C-SiC及其应用于MEMS的研究进展
ＣＶＤ制备３Ｃ－ＳｉＣ及其应用于ＭＥＭＳ的研究进展／严春雷等・１３・
ＣＶＤ制备３Ｃ—ＳｉＣ及其应用于ＭＥＭＳ的研究进展’
严春雷，刘荣军，曹英斌，张长瑞，张德坷
（国防科学技术大学航天与材料工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室，长沙４１００７３）
摘要高温、强振、强腐蚀、高湿等恶劣环境中的监测和控制系统对ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ）提出了新的挑战。ＳｉＣ具有化学惰性，高热导率及优良的力学、电学、高温性能，在ＭＥＭＳ技术中备受青睐，成为Ｓｉ—
ＭＥＭＳ体系极具竞争力的替代材料。综述了关于立方相碳化硅（３Ｃ－ＳｉＣ）薄膜的化学气相沉积（ＣＶＤ）制备方法，介绍了其力学、电学性能的最新研究进展，最后举例说明了３Ｃ－ＳｉＣ薄膜在ＭＥＭＳ器件中应用的研究现状。
关键词立方相碳化硅薄膜化学气相沉积力学性能电学性能ＭＥＭＳ器件
中图分类号：ＴＭ２３文献标识码：Ａ
ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆ３Ｃ－ＳｉＣ：ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙＣＶＤａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＭＥＭＳ
ＹＡＮＣｈｕｎｌｅｉ，ＬＩＵＲｏｎｇｊｕｎ，ＣＡＯＹｉｎｇｂｉｎ，ＺＨＡＮＧＣｈａｎｇｒｕｉ，ＺＨＡＮＧＤｅｋｅ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＣｅｒａｍｉｃＦｉｂｅｒｓ＆Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅ＆ＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３）
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓａｐｐｌｉｅｄｉｎｓｅｖｅｒｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，ｅ．ｇ．ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｉｎｔｅｎｓｅｓｈｏｃｋ／ｖｉｂｒａｔｉｏｎ。ｅｒｏｓｉｖｅｆｌｏｗ，ｃｏｒｒｏｓｉｖｅｍｅｄｉａ，ａｎｄｈｉｇｈｍｏｉｓｔｕｒｅ，ｈａｖｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｍａｎｙｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｆｏｒＭＥＭＳ
MEMS三维光刻技术的研究
科技信息 ０科教前沿０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２００８年第７期
ＭＥＭＳ三维光刻技术的研究 王美玲’ 吕之圣’ 郭俊美 （１．青州卷烟厂 山东 青州 ２６２５００；２．山东轻工业学院 山东 济南２５００００） 【摘 要】微细加工技术是ＭＥＭＳ技术的核心技术，本文详细介绍了常用的ＭＥＭＳ三维加工工艺、应用现状和发展趋势，并提出了目前这 些方法中存在的缺陷。 【关键词】ＭＥＭＳ；三维光刻；硅基ＭＥＭＳ技术；ＩＨ工艺；电子柬 １．引言 微机电系统的出现立即引起了世界各国科学界、产业界和政府部 门的高度重视，已经成为当今国际高技术竞争的一个热点，尤其是美、 日、德 等国家相继投入了大量的人力、物力和财力进行微机电系统 的开发和研究。微细加工技术是ＭＥＭＳ技术的核心技术，是ＭＥＭＳ技 术的关键和基础，也是ＭＥＭＳ技术研究中最活跃的领域。微细加工技 术是将图形高精度转移到芯片上的技术。最近二十年来，Ｉｃ制造技术 已经从微米级发展到深亚微米级。在ＭＥＭＳ制作中．不仅要加工出二 维平面微结构，而且还要加工出带有曲面、斜面及微尖形阵列等形状 的三维微结构。当前主要用于微加工的ＬＩＧＡ技术、硅刻蚀工艺以及 ＩＨ工艺等均不能很好地满足要求 。因此。需要寻求更高精度的加工 手段。本文详细地介绍了常用的三维加工工及其目前存在的缺陷。 ２．三维加工工艺 ２．１硅基ＭＥＭＳ技术硅基ＭＥＭＳ技术是微结构制作中一种常 用的技术，它来源于Ｉｃ加工技术．将传统的Ｉｃ加工技术由二维的平 面加工技术发展为三维的立体加工技术，主要包括体硅微加工技术、 表面硅微加工技术和键合技术。体硅微加工技术通常利用硅腐蚀的各 向异性来制造各种几何结构，再通过键合技术将两部分硅的微结构结 合在一起形成机电装置；表面硅微加工技术则是在硅基片表面加工出 可动微机电结构［６３。 体硅微加工技术可以制作较大深宽比的三维微结构．但不能直接 制作可活动构件，需要通过静电键合或热键合工艺来获得含活动件的 微结构。体硅微加工技术和表面硅微加工技术均由微电子加工技术发 展起来的，其工艺已相当成熟，与微电子工艺的兼容性较好，适合于批 量制作含有集成电路的微结构。 ２．２ＬＩＧＡ工艺ＬＩＧＡ技术是深度Ｘ射线曝光、微电铸和微复制 工艺的完美结合。它能够制造平面尺寸在微米级、结构高度达几百微 米的微结构。其主要工艺包括深度Ｘ射线曝光、显影、微电铸、模铸。 与传统的其它微细加工工艺相比。ＬＩＧＡ技术的优点［７－１０］是：精度为亚 微米级．深宽比可达几百以上．且沿深度方向的直线性和垂直度非常 好；可用材料的种类较多，如金属、塑料、陶瓷等。缺点是：由于使用昂 贵的同步Ｘ射线和Ｘ射线掩膜，所以成本很高；得到的微结构是直柱 状的．难于加工含有曲面、斜面和高密度微尖阵列的微器件等。 ２－３ＩＨ工艺 ＩＨ立体光刻工艺是从宏观的立体光刻技术发展而 来的，光刻的对象是液态紫外抗蚀剂，该抗蚀剂能够在紫外光的照射 下产生固化现象。为了得到紫外光聚合物的三维结构．首先需要加工 出二维片状结构，称之为片状单元。这些片状单元可以很容易地通过 ＣＡＤ系统得到。 在上述的加工工艺中．体硅微加工技术难于加工高深宽比的微结 构；ＬＩＧＡ技术虽然能够制作高精度、高深宽比、侧面陡直的微细结构。 却难于加工含有各种微曲面、斜面和高密度微尖阵列的微器件。另外， ＬＩＧＡ技术在加工过程中都需要掩模，因而其精确度和灵活性受到了 限制。它们不能够根据图形的变化随时进行相应变动．而必需更换不 同的掩模板，加工工艺不够灵活，而且所用的掩模板主要是由电子束 光刻生成的掩模板或由此转换而成的掩模板．由于转换过程中存在误 差．不能很好地反映电子束掩模板的精度．因而其光刻精度低于电子 束光刻技术。ＩＨ工艺可以加工出硅加工工艺和ＬＩＧＡ技术难于加工的 具有任意曲面、斜面等结构的微立体构件．实现了真正意义下的微结 构的三维加工。但是．由于该工艺中使用的光源为紫外光源，光斑尺寸 和光刻分辨率受到光学性质的限制。再加上Ｘ、Ｙ向的扫描是靠机械 移动来完成的，其加工精度受到限制，分辨率目前仅为亚微米级。因此 这些微三维加工技术不能很好的适应将来ＭＥＭＳ的高速发展，需要 寻求更好的加工工艺。以便生产出精度更高、更复杂的三维微结构。 ２．４电子束三维光刻工艺 聚焦电子束在实验室条件下已能聚焦 成尺寸小于２ｎｍ的束斑，可实现纳米级曝光，而且电子束易于控制，可 以使各种光学感光剂感光．其在超大规模集成电路掩模制造中所起的 重要作用到目前仍无法用其它方法代替。目前，电子束主要用于二维 精密掩模制作，而难于生产高深宽比的三维结构。电子束制作三维结 构的研究主要集中在低能变能量曝光、多层抗蚀剂工艺以及变剂量加 工等方法Ｉｌ 。 ２．４．１低能变能量曝光 电子的穿透深度与电子能量有大关系． 可以用格林公式ｆ 来表示： Ｒｃ＝（４６／ｐ）Ｅｏ ｆｌ１ 其中， 为人射电子能量，Ｐ为抗蚀剂密度。 低原子序数的衬底上的胶受电子束曝光时，深度ｚ处的吸收能量 密度可以用经验公式表示为： ｓ：器Ａ（／） （２） 其中， 为人射电子能量，Ｑ是单位面积上的入射电荷剂量，ｅ： １．６ｘ１０－ ９Ｃ，Ａ（ 是用格林射程归一化的深度剂量函数： Ａ（／）＝０．７４＋４． 一８． ２＋３． （３） ｆ＝Ｚ／Ｒｃ （４） 其中．Ｚ为抗蚀剂厚度。 由式（３）可知，最大曝光发生在深度为０．３３Ｒ。处，然后就慢慢降 低，因此，可以选择电子穿透深度等于期望的轮廓深度，那么就能够使 上层充分曝光．而下层不曝光。 由式（１）可知，不同的能量对应不同的电子穿透深度，因而，在一 次曝光中，选择不同的能量．就可以得到深度不一的刻蚀轮廓，从而实 现三维加工。 由于选择低能电子束，电子的能量较低．穿透深度较小，因而从衬 底返回抗蚀剂中的电子较少，邻近效应大大降低．但低能也限制了这 种加工工艺的加工深度。虽然变能量方法解决了穿透深度不足的问 题，但实现起来很麻烦，不易用于实际的三维结构的加工和器件的制 造 ２．４．２多层抗蚀剂工艺 电子在抗蚀剂中的散射影响了有效的加 工深度。为了增加光刻的深度，可以使用双层或者更多层抗蚀剂。这种 工艺是利用不同类型的抗蚀剂对电子束曝光有不同的灵敏度的性质， 在同一电子束的同样曝光剂量照射下．双层或者多层抗蚀剂层产生不 同的曝光效果。通过不同的显影液分别显影后，在双层或多层抗蚀剂 上分别出现不同的曝光尺寸和截面。因此，这种工艺要求选择恰当的 抗蚀剂和其厚度，底层使用灵敏度低的抗蚀剂，顶层使用灵敏度高的 抗蚀剂，通过选择合适的曝光剂量使顶层正好可以完全显影，而底层 不曝光。 实验证明．多层抗蚀剂技术是获得高分辨率和高深宽比抗蚀剂图 形的有效手段。因而，随着微器件、集成电路及微纳加工技术的发展， 双层及多层抗蚀剂工艺将会越来越受到人们的重视。但该技术对抗蚀 剂的灵敏度有严格的要求．需要多次甩胶、显影，甚至需要多种曝光方 式．加工工艺比较复杂，因而限制了其应用的范围。 ２．４．３变剂量加工显影时，抗蚀剂的溶解速率在一定限度内依 赖于曝光剂量，不同曝光剂量的抗蚀剂溶解速率不同。辐射剂量大的 区域，溶解速率快，刻蚀深度就深；辐射剂量小的区域，溶解速率慢，刻 蚀深度就浅。图ｌ为实验得到的显影后ＰＭＭＡ的遗留厚度与曝光剂 量的关系。可以看出，同一电子束曝光能量下，不同曝光剂量的ＰＭＭＡ 遗留厚度不同．刻蚀深度也就不同。传统的三维变剂量加工方法就是 利用了正性抗蚀剂的这个特性，不同深度的位置用不同的电子剂量曝 光．得到了不同深度轮廓的三维结构。
能够精确测量电场强度的新型MEMS电场传感器
能够精确测量电场强度的新型MEMS电场传感器
电场的精确测量，对于很多应用都非常重要，例如天气预报、工业设备的
过程控制或者是高压电缆工作人员的安全问题等。然而从技术角度来说，精
确的电场测量并非易事。
据麦姆斯咨询报道，一支来自维也纳技术大学（TU Wien）的研究团队突
破当前其它测量设备所采用的设计原理，开发了一款硅基MEMS电场测量传
感器。通过和克雷姆斯多瑙河大学（Danube University Krems）集成传感器系
统研究院的合作，这款传感器的主要设计优势是它不会干扰正在测量的电
场。该研究成果发表于近期出版的Nature Electronics杂志。
MEMS电场传感器的测量原理
目前用于测量电场强度的设备具有一些显着的缺陷， TU Wien传感器和
执行器系统研究院的Andreas Kainz解释称，这些设备均包含带电部件。在测
量时，这些导电金属组件会显着影响被测电场；如果设备需要接地以提供测
量参考值，那幺这种影响会被进一步放大。因此这种电场测量设备往往相对
不太实用，并且运输也较困难。
TU Wien开发的这款MEMS传感器采用硅材料制造，并且基于非常简单
MEMS微流体传感器
MEMS技术和基于MEMS的微流体装置
李宗安309010173
（南京210094）
摘要：本文简要阐述了MEMS技术概念及其加工方式、特点，重点结合了MEMS和微流控芯片
技术，介绍了MEMS技术在微流体领域的应用状况，选取了一种具有代表性的微隔膜泵，详细
表述了此种微泵的加工工艺和过程。
关键字：MEMS微流体器件硅加工
1引言
微电子机械系统即MEMS，是MicroElectroMechanicalSystems的缩写，也可简称为
微机电系统。MEMS技术的起源可追溯到20世纪60年代，1989年后MEMS一词就渐渐成为一
个世界性的学术用语，MEMS技术的研究与开发也日益成为国际研究的热点。与MEMS一词同
时流行的还有MicroMachine(微机械，日本)和MicroSystem(微系统，欧洲)。当前，常常
不加区分的与MEMS通用。
微电子机械系统(Micro-Electro-MechanicalSystem)，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、微机械光学器件以及微系统等。MEMS发展的目标在于通过微型化、集成化来探索新原理、
新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域和产业。
MEMS器件具有较低的能耗与较高的效率、精度、可靠性以及灵敏性，非常适于制造微型
化系统。MEMS技术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，
将对21世纪人类的科学技术、生产方式和生活方式产生深远的影响。
2MEMS加工技术
MEMS加工工艺是在传统的微电子加工工艺(也称集成电路IC工艺)基础上发展起来的，
后又发展了一些适合制作微机械的独特技术，这些独特技术和常规集成电路工艺相结合实现
了MEMS。这些技术统称为微机械加工技术。按照技术发展的来源分，MEMS加工技术分为三种:
一、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、以德国为代表发展起来的利用X射线深度光刻、微电铸、微铸塑的LIGA(Lithograph