智能微系統(tǒng)的制造技術(shù)課件

第二章MEMS的制造技術(shù)

半導(dǎo)體微加工技術(shù)是MEMS制造技術(shù)的重要組成部分。

普通的半導(dǎo)體微加工技術(shù)主要是一種二維加工技術(shù)，加工深度僅為數(shù)個(gè)微米。

MEMS的組成部分微傳感器、微處理器和微驅(qū)動(dòng)器都是必需具有一定厚度的三維結(jié)構(gòu)，是三維加工技術(shù)。第二章MEMS的制近年來(lái)，在半導(dǎo)體微加工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的表面MEMS加工技術(shù)，以及其它具有高深寬比的MEMS加工技術(shù)得到了迅速發(fā)展。

如：硅材料體MEMS加工技術(shù)；

LIGA技術(shù)；

激光加工技術(shù)；

超精密加工技術(shù)等。近年來(lái)，在半導(dǎo)體微加工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的表面#各種加工技術(shù)都各有其本身的優(yōu)點(diǎn)和適應(yīng)的加工范圍；

#對(duì)于一個(gè)具體的MEMS的制造、加工方法不是唯一的。

應(yīng)根據(jù)微器件特點(diǎn)和現(xiàn)有的技術(shù)條件，選用合適的一種或者幾種加工方法進(jìn)行組合，以得到需要的微器件。

#各種加工技術(shù)都各有其本身的優(yōu)點(diǎn)和適應(yīng)的加工范圍；

#第1節(jié)MEMS的材料

MEMS使用的材料有許多種。

*具有一定的物理和力學(xué)性能完成MEMS某種功能（如作為傳感器、驅(qū)動(dòng)器使用）的功能材料；

*保證運(yùn)動(dòng)器件在加工完成時(shí)可以運(yùn)動(dòng)的犧牲層材料；

*MEMS運(yùn)動(dòng)器件使用的結(jié)構(gòu)材料；

*作為微器件襯底的基板材料等。第1節(jié)MEMS的材用于基板的材料主要有：

（1）硅；

（2）砷化鎵；

（3）金剛石薄膜；

（4）石英以及高分子材料。

對(duì)材料的要求除了應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、軔性、價(jià)格低廉外，還希望它與半導(dǎo)體材料及加工有優(yōu)良的相容性。常用材料基本性能如表B－1所示，機(jī)械性能如表B－2所示。用于基板的材料主要有：

（1）硅；

（2）智能微系統(tǒng)的制造技術(shù)課件智能微系統(tǒng)的制造技術(shù)課件一、硅材料

硅是MEMS中最常用的材料，因?yàn)椋?/p>

1、硅可制成超高純度，易得到接近于無(wú)位錯(cuò)的完整晶體、化學(xué)性能穩(wěn)定和價(jià)格低廉。

是近幾十年來(lái)集成電路制造的主要半導(dǎo)體材料。

已積累了豐富的硅材料微加工經(jīng)驗(yàn)，并用它制成了大規(guī)模集成電路和單片處理機(jī)等。一、硅材料

硅是MEMS中最常用的材料，因?yàn)?、硅材料在不同結(jié)晶方向具有不同的結(jié)合能，因此可采用各向異性刻蝕加工方法進(jìn)行硅材料的體微機(jī)械加工。

用這種方法已制得多種微機(jī)械結(jié)構(gòu)，如微泵閥系統(tǒng)、微陀螺和微馬達(dá)等。2、硅材料在不同結(jié)晶方向具有不同的結(jié)合能，因此可采用各向異性3、硅具有優(yōu)良的機(jī)械性能，較好的剛度（彈性模量與鋼相近）以及足夠的支撐強(qiáng)度。

4、硅作為微系統(tǒng)基板的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可方便地將測(cè)量、控制以及計(jì)算機(jī)的接口等電路全部集成在一塊基板上，縮短微機(jī)械器件和控制電路之間的連線、減少寄生電容，降低干擾，提高測(cè)量精度。3、硅具有優(yōu)良的機(jī)械性能，較好的剛度（彈性模量與鋼相近）以及5、材料的破壞性能取決于材料內(nèi)部缺陷的多少。

拉制的硅單晶棒材可以達(dá)到無(wú)位錯(cuò)的水平。因此，硅具有優(yōu)良的性能。

硅作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)，為了不增加材料內(nèi)部的缺陷，所以在對(duì)硅單晶加工時(shí)必須注意采用不產(chǎn)生缺陷的化學(xué)刻蝕加工技術(shù)。

由于硅的優(yōu)良半導(dǎo)體性能，還可制成壓力、磁敏、加速度等傳感器件，從而可采用全硅材料組成完整的MEMS。5、材料的破壞性能取決于材料內(nèi)部缺陷的多少。

6、運(yùn)用化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)可在硅基板表面制備多晶硅材料。

多晶硅材料具有單晶硅類(lèi)似的機(jī)械性能，多晶硅是表面微機(jī)械加工中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)和犧牲層材料。6、運(yùn)用化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)可在硅基板表面制備多晶硅材二、GaAs化合物半導(dǎo)體材料

GaAs的電子遷移率遠(yuǎn)大于硅，因此可以制成高速器件，而且與硅相比，還可在更高的溫度下運(yùn)行（573K）（高溫器件）。

GaAs還具有優(yōu)良的抗輻射性能。但它的彈性模量較小，晶格缺陷比硅單晶多，故破壞強(qiáng)度比硅低，價(jià)格昂貴。

其發(fā)光性能和絕緣性能優(yōu)于硅材料，故GaAs仍是重要的材料，如果能在硅基板上形成GaAs，則其用途將更廣泛。二、GaAs化合物半導(dǎo)體材料

GaAs的電子三、SiC材料。

SiC具有高熔點(diǎn)、高硬度，優(yōu)良的化學(xué)、熱穩(wěn)定性能，是制作在高壓、高溫下運(yùn)行的電子器件的好材料。

SiC還具有優(yōu)良的抗輻射性能。以前這種材料用于制造腐蝕性較強(qiáng)的反應(yīng)器或像Si3N4薄膜一樣，作為刻蝕的保護(hù)膜。

SiC材料也可作為金剛石薄膜的基板材料或者其它結(jié)構(gòu)材料。用CVD方法制備SiC薄膜時(shí)，常常較難控制Si與C的比例。三、SiC材料。

SiC具有高熔點(diǎn)、高硬度，四、金剛石材料。

近年來(lái)隨著薄膜技術(shù)的發(fā)展，用多種CVD方法成功地制備出金剛石薄膜。金剛石薄膜可作為微系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)材料。

金剛石是硬度最高的材料，具有較高的彈性模量，而且有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。

金剛石能帶中的禁帶寬度較大，因此它有希望用作為高溫電子器件。四、金剛石材料。

近年來(lái)隨著薄膜技術(shù)的發(fā)展，金剛石材料的熱導(dǎo)率極高，即散熱效果較好，可作為功率器件使用。

金剛石材料有可能制造紫外波段藍(lán)光發(fā)光器件。

金剛石材料的另一個(gè)特性是其摩擦系數(shù)極小，與聚四氟乙烯具有相同數(shù)量級(jí)，可以制造MEMS的運(yùn)動(dòng)部件。

金剛石對(duì)X光的吸收率極低，且具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，因此可利用它制備LIGA技術(shù)使用的X光掩膜版。金剛石材料的熱導(dǎo)率極高，即散熱效果較好，可作為五、石英材料。

石英是具有壓電性能的材料，而且具有優(yōu)良的彈性和機(jī)械穩(wěn)定性，因此廣泛用于制作壓電探頭。

石英在MEMS和集成電路中可作為基板材料。

在濕法刻蝕加工中石英也具有明顯的各向異性。目前已用該材料制作微加速度計(jì)、微反射鏡等。五、石英材料。

石英是具有壓電性能的材料，而且

第二節(jié)半導(dǎo)體微加工技術(shù)

半導(dǎo)體微加工技術(shù)是MEMS加工技術(shù)中不可缺少的組成部分。因?yàn)檫@種方法可以精確控制微小圖形的尺寸、重復(fù)性好、可靠性高、成品率高并且可以進(jìn)行批量生產(chǎn)，所以產(chǎn)品的成本較低。第二節(jié)半導(dǎo)體微加工技術(shù)

半導(dǎo)體微加工技術(shù)

（1）圖形技術(shù)：形成集成電路的微細(xì)圖形。

（2）刻蝕技術(shù)：應(yīng)用刻蝕方法去除薄膜多余部分。（3）薄膜技術(shù)：應(yīng)用晶體在基板上生長(zhǎng)形成薄膜、表面改性。

由于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，當(dāng)前微加工的線條寬度已達(dá)到納米級(jí)，但MEMS應(yīng)用的微加工技術(shù)仍在微米量級(jí)。半導(dǎo)體微加工技術(shù)

一、圖形技術(shù)：圖形技術(shù)是在基板表面生成一定形狀的二維圖形的方法，在微加工中圖形技術(shù)一般由光刻（Lithography）過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖形技術(shù)是從石版印刷技術(shù)演變而成的。微加工技術(shù)的首要任務(wù)是設(shè)法減小圖形的尺寸和提高精度。該技術(shù)包括：曝光和顯影，圖形轉(zhuǎn)移的方式等方面。一、圖形技術(shù)：圖形技術(shù)是在基板表面生成一定形1、曝光和顯影：一般來(lái)說(shuō)，圖形是由抗蝕劑的曝光和顯影即光刻過(guò)程形成的，曝光光源可以是：（1）可見(jiàn)和不可見(jiàn)光，采用光子作為能量的載體。（2）X射線，采用X射線作為能量的載體。（3）電子束和離子束，采用電子和離子作為能量的載體。1、曝光和顯影：一般來(lái)說(shuō)，圖形是由抗蝕劑的曝光按曝光方式可以將光刻分為：光學(xué)光刻、X射線光刻、電子束光刻和離子束光刻。曝光和顯影的機(jī)理：在光子、X射線、電子和離子等能束作用下，被曝光的抗蝕劑發(fā)生化學(xué)變性和去除。所以抗蝕劑的敏感性能應(yīng)與曝光光源的波長(zhǎng)相匹配。按曝光方式可以將光刻分為：光學(xué)光刻、X射線光2、光刻中圖形轉(zhuǎn)移的方式：圖形轉(zhuǎn)移有掩膜版式、直接刻寫(xiě)式進(jìn)行曝光以獲得所要求的圖形。

（一）掩膜版式：

（1）接觸式（掩膜板與涂有抗蝕劑的基板接觸），如下圖所示。

該方式的圖形的分辨率和精度高，但由于掩膜版與抗蝕劑接觸，掩膜版易損傷。2、光刻中圖形轉(zhuǎn)移的方式：圖形轉(zhuǎn)移有掩膜版式、（3）投影式。（2）接近式（為了避免接觸式光刻對(duì)掩膜版的損傷，掩膜版與涂有抗蝕劑的基板有550mm的距離，但這犧牲了圖形的分辨率）。（3）投影式。（2）接近式（為了避免接觸式光刻對(duì)掩膜版的損傷直接刻寫(xiě)（無(wú)掩膜光刻）通常采用電子束、離子束或激光束進(jìn)行刻寫(xiě)，它用記錄有圖形信息的計(jì)算機(jī)直接控制上述能束在涂有抗蝕劑的基板上進(jìn)行掃描，使特定位置的抗蝕劑曝光。（二）直接刻寫(xiě)式：采用掩膜版式、可方便地獲得多個(gè)相同圖形的轉(zhuǎn)印，但必須制作掩膜版。直接刻寫(xiě)式可省去該工序。目前尚難以對(duì)X射線進(jìn)行聚焦和偏轉(zhuǎn)，所以X射線不能適應(yīng)直接刻寫(xiě)方法。直接刻寫(xiě)（無(wú)掩膜光刻）通常采用電子束、離子束或一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)掩膜進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)印會(huì)帶來(lái)附加的誤差，所以理想的方法是采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接刻寫(xiě)。這是微加工技術(shù)發(fā)展的方向。

下面繼續(xù)介紹抗蝕劑。直接刻寫(xiě)是發(fā)展方向：一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)掩膜進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)印會(huì)帶來(lái)附加的誤差（2）正性抗蝕劑（正膠）：感光的部分在顯影時(shí)被適當(dāng)?shù)娜軇┤芙?，在基板上形成的圖形與掩模板上的圖形相同。3、正負(fù)抗蝕劑：

微細(xì)加工中采用了兩種抗蝕劑：負(fù)性抗蝕劑（負(fù)膠），正性抗蝕劑（正膠）（1）負(fù)性抗蝕劑（負(fù)膠）：曝光后，由于掩膜版的遮檔基板上未感光的部分在顯影時(shí)被適當(dāng)?shù)娜軇┤芙猓诨迳闲纬傻膱D形與掩模板上的圖形相反。（2）正性抗蝕劑（正膠）：感光的部分在顯影時(shí)被適當(dāng)?shù)娜軇┤芙鈭DB－1是采用正性抗蝕劑光學(xué)光刻過(guò)程的示意圖，由圖可見(jiàn)光刻過(guò)程可分為抗蝕劑的涂布、曝光和顯影三個(gè)工序，從而得到需要的圖形。圖B-1光學(xué)光刻過(guò)程示意圖（正性抗蝕劑）圖B－1是采用正性抗蝕劑光學(xué)光刻過(guò)程的示意圖，評(píng)估各種光刻技術(shù)性能參數(shù)主要有：

（1）分辨率；

（2）線寬；

（3）準(zhǔn)確度；

（4）失真度；

（5）套刻精度；

（6）成品率、產(chǎn)出率。

以下分別加以討論。4、光刻技術(shù)性能參數(shù)：評(píng)估各種光刻技術(shù)性能參數(shù)主要有：

（1）圖形技術(shù)中線條的最小寬度即線寬常被用來(lái)作為光刻技術(shù)的分辨率。（1）分辨率：在工業(yè)生產(chǎn)中成品率和產(chǎn)出率是不可忽視的。分辨率在不同領(lǐng)域有不同含義：物理上對(duì)分辨率的定義是能清楚地區(qū)分圖形中兩點(diǎn)之間的距離。工程上分辨率通常用單位長(zhǎng)度上可分辨的高反差線對(duì)的數(shù)量來(lái)表示。圖形技術(shù)中線條的最小寬度即線寬常被用來(lái)作為光（2）準(zhǔn)確度：

準(zhǔn)確度表示實(shí)際尺寸對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值的偏差。（3）失真度：

失真度表示圖形各部分尺寸的相對(duì)變化。

（2）準(zhǔn)確度：

準(zhǔn)確度表示實(shí)際尺寸對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值的偏（5）成品率、產(chǎn)出率：

成品率表示合格產(chǎn)品相對(duì)投入總數(shù)的百分比。產(chǎn)出率表示單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)量。（4）套刻精度：

套刻精度表示相同過(guò)程產(chǎn)生的圖形之間相吻合的程度。

（5）成品率、產(chǎn)出率：

成品率表示合格產(chǎn)品智能微系統(tǒng)的制造技術(shù)課件3)甩掉多余的膠4)溶劑揮發(fā)1)滴膠2)加速旋轉(zhuǎn)涂膠：采用旋涂法。涂膠的關(guān)鍵是控制膠膜的厚度與膜厚的均勻性。膠膜的厚度決定于光刻膠的粘度和旋轉(zhuǎn)速度。3)甩掉多余的膠4)溶劑揮發(fā)1)滴膠2)加速光學(xué)光刻是當(dāng)前用得最廣泛的光刻技術(shù)，采用紫外光作為曝光光源時(shí)，可得到1m左右的分辨率，0.5m的套刻精度和每小時(shí)曝光100片的產(chǎn)出率。5、光學(xué)光刻：進(jìn)一步提高光學(xué)光刻分辨率受到光的衍射的限制。光學(xué)光刻是當(dāng)前用得最廣泛的光刻技術(shù)，采用紫外光的波長(zhǎng)（）越短分辨率越高。光學(xué)系統(tǒng)分辨率X取決于曝光采用光源的波長(zhǎng)：

X=K/NA （B－1）K是與抗蝕劑材料和曝光工藝有關(guān)的常數(shù)，一般為0.6-0.8之間。NA為光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，通常在0.4-0.5之間。光的波長(zhǎng)（）越短分辨率越高。6、光刻方法：

為了提高光刻圖形的分辨率需要采用更短波長(zhǎng)光源進(jìn)行曝光，包括遠(yuǎn)紫外光、X射線、電子束或離子束等。

曝光用的X射線的波長(zhǎng)范圍在0.45nm，可以避免常規(guī)光刻中遇到的衍射問(wèn)題。

下圖為不同光刻技術(shù)的比較。6、光刻方法：

為了提高光刻圖形的分辨率需要采圖B－2不同光刻技術(shù)的比較圖B－2不同光刻技術(shù)的比較7、半影畸變和幾何畸變：

光源的直徑和光線的發(fā)散將造成半影畸變和幾何畸變。

半影畸變是由于光源具有一定直徑所引起的。

幾何畸變是由射線束的發(fā)散產(chǎn)生的。7、半影畸變和幾何畸變：

光源的直徑和光線的發(fā)X射線接近式曝光裝置圖由X射線束的發(fā)散產(chǎn)生的幾何畸變?yōu)椋?/p>

s為掩膜和樣品間距；D為光源到掩膜的距離；W為樣品的半徑。

幾何畸變X射線接近式由X射線束的發(fā)散產(chǎn)生的幾何畸變X射線接近式曝光裝置圖由于光源具有一定直徑d引起的半影畸變?chǔ)臑椋?/p>

s為掩膜和樣品的間距；D為光源到掩膜的距離。

DW半影畸變X射線接近式由于光源具有一定直徑d引起的半影為保護(hù)掩膜以及避免掩膜和基板的接觸造成缺陷，希望間隔s足夠大，通常間隔取10m左右。

對(duì)于高分辨率系統(tǒng)，半影畸變須控制在10m以下，因此要求D/d>100。

在高分辨率系統(tǒng)中，要求幾何畸變小于0.1m以下，由于目前集成電路用的硅片尺寸在6英寸以上，這就對(duì)s的變化提出了很高的要求?？梢圆捎梅植贾貜?fù)的方法進(jìn)行曝光，保證樣品尺寸W在很小的范圍。為保護(hù)掩膜以及避免掩膜和基板的接觸造成缺陷，希8、電子束：

電子束與X射線相比，不僅波長(zhǎng)更短，而且能用電場(chǎng)和磁場(chǎng)使其偏轉(zhuǎn)以及對(duì)電子速度進(jìn)行調(diào)制，所以電子能量可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。電子束可以在計(jì)算機(jī)控制下直接進(jìn)行圖形的刻蝕，也可以通過(guò)特殊掩膜進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)印。電子束斑可以聚集到10nm。當(dāng)束流足夠大時(shí)，可以在10－7秒時(shí)間內(nèi)使抗蝕劑曝光。8、電子束：

電子束與X射線相比，不僅波長(zhǎng)更短圖B－4電子束曝光裝置原理圖電子束曝光裝置如圖B-4所示，電子束圖形發(fā)生裝置的電子光學(xué)系統(tǒng)與掃描電子顯微鏡非常相似。從陰極電子槍發(fā)射出來(lái)的電子束由靜電場(chǎng)加速、磁場(chǎng)聚集、最后由電場(chǎng)和磁場(chǎng)控制使電子束以一定的軌跡偏轉(zhuǎn)，從而得到需要的圖形。圖B－4電子束曝光裝置原理圖電子束曝光裝置智能微系統(tǒng)的制造技術(shù)課件智能微系統(tǒng)的制造技術(shù)課件智能微系統(tǒng)的制造技術(shù)課件智能微系統(tǒng)的制造技術(shù)課件9、離子束：

離子束具有比電子束更短的波長(zhǎng)，因此用離子束可以得到更高的分辨率，但離子束加工的設(shè)備更加復(fù)雜，這種加工方法近期尚未在微系統(tǒng)中有應(yīng)用的可能，為此本節(jié)不進(jìn)行討論。9、離子束：

離子束具有比電子束更短的波長(zhǎng)，二、薄膜技術(shù)：

薄膜材料是制造微結(jié)構(gòu)器件的基礎(chǔ)，因此薄膜生長(zhǎng)在微加工中占有重要地位。

不同的器件對(duì)膜厚的要求差別很大，可以從零點(diǎn)幾納米的單分子直到數(shù)微米或更大厚度。

薄膜的表面和界面狀況、晶體結(jié)構(gòu)和晶體的取向排列、化學(xué)成分和膜層結(jié)構(gòu)以及各種物理性能等都對(duì)器件的功能有直接影響。二、薄膜技術(shù)：

薄膜材料是制造微結(jié)構(gòu)器件的基礎(chǔ)按制備薄膜的方法有真空蒸鍍、濺射淀積、電離團(tuán)束淀積、電鍍和涂覆五種。1、薄膜分類(lèi)：按薄膜形成的過(guò)程，主要有三類(lèi)：淀積膜外延膜表面改性。按制備薄膜的方法有真空蒸鍍、濺射淀積、電離團(tuán)束（1）淀積膜：

淀積膜與基板之間有明顯的界面。例如在半導(dǎo)體基板上沉積金屬膜或介質(zhì)膜，膜層與基板的材料組成不同，可以是晶體也可以是非晶體。（1）淀積膜：

淀積膜與基板之間有明顯的界面。（2）外延膜：

外延膜與基板之間有相同或非常接近的晶體結(jié)構(gòu)，膜層的晶格通常是基板晶格的延伸，或與基板晶體共格。

膜層與基板的材料的組成可以相同，例如硅片上外延硅；也可以不相同，如在GaAs基板上生長(zhǎng)GaAlAs的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

外延技術(shù)有如下幾種：（2）外延膜：

外延膜與基板之間有相同或非常金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)等。外延技術(shù)有：

氣相外延(VPE)，也稱化學(xué)氣相淀積(CVD)；液相外延(LPE)；

分子束外延(MBE)；

金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)等。外延技術(shù)有：

（3）表面改性：

表面改性是通過(guò)基板的表面化學(xué)反應(yīng)，如硅片氧化生成SiO2，或其它過(guò)程，如擴(kuò)散，離子注入和離子交換等在基板表面形成化學(xué)組成、材料結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)與基板體內(nèi)部有明顯差別的膜層。其特點(diǎn)是整體性好，但不易獲得突變的界面，往往存在一定厚度的過(guò)渡區(qū)。下表是微加工技術(shù)中薄膜生長(zhǎng)方法及其特點(diǎn)的比較。詳細(xì)介紹如下：（3）表面改性：

表面改性是通過(guò)基板的表面化學(xué)智能微系統(tǒng)的制造技術(shù)課件硅材料的氧化后，可得氧化硅薄膜。硅氧化有多種方法，其中以熱氧化應(yīng)用最為普遍。

熱氧化硅比其它沉積得到的氧化硅薄膜具有更好的特性。

氧化硅薄膜可用于硅表面的保護(hù)（如在各向異性腐蝕中）、擴(kuò)散和離子注入時(shí)的掩膜、電解質(zhì)薄膜以及基底和其它材料的界面等。2、幾種膜生長(zhǎng)方法：

（1）氧化

硅材料的氧化后，可得氧化硅薄膜。硅氧化有多種通常是將硅片置于900—1200℃的氧化環(huán)境（干氧、水汽或濕氧）中，使硅與氧氣或水蒸汽發(fā)生反應(yīng)，從而制得氧化硅薄膜。反應(yīng)式為：Si+O2SiO2(干氧氧化)

Si+2H2O(水蒸汽)SiO2+2H2(水汽氧化)通常是將硅片置于900—1200℃的氧化環(huán)境（干氧氧化得到的氧化硅，結(jié)構(gòu)致密、干燥、均勻性和重復(fù)性好、掩膜能力強(qiáng)，與抗蝕劑的粘附性好，光刻時(shí)不易浮膠，鈍化效果好。但氧化的速率慢。水汽氧化速率快，但得到的氧化硅的結(jié)構(gòu)疏松，對(duì)磷擴(kuò)散的掩膜能力差，穩(wěn)定性也不理想，在器件生產(chǎn)中很少單獨(dú)采用水汽氧化。干氧氧化得到的氧化硅，結(jié)構(gòu)致密、干燥、均勻性氧化的過(guò)程可以理解為：首先是氧化劑(氧氣或水汽)與硅片表面的硅原子起化學(xué)反應(yīng)形成表面的氧化硅，而后氧不斷向內(nèi)層擴(kuò)散進(jìn)入氧化硅和硅的界面，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成新的氧化硅，使氧化硅薄膜增厚。因此氧化的速率受到以下兩種因素的限制：(i)硅和氧化劑在界面的反應(yīng)速率；(ii)氧在已經(jīng)形成的氧化膜中的擴(kuò)散速率。氧化的過(guò)程可以理解為：首先是氧化劑(氧氣或水汽一般在氧化膜較厚時(shí)，后者占主導(dǎo)地位，因此氧化膜的厚度的增加取決于氧在膜內(nèi)的擴(kuò)散速度，與時(shí)間的關(guān)系是非線性的。在特定的溫度下，氧化膜的厚度與時(shí)間成拋物線關(guān)系。同時(shí)氧化的速率還與硅片的晶向、摻雜的雜質(zhì)種類(lèi)和濃度以及氧化氣體的分壓有關(guān)。一般在氧化膜較厚時(shí)，后者占主導(dǎo)地位，因此氧化電子束加熱法可以蒸發(fā)熔點(diǎn)較高的金屬(如W、Mo、Ta等)，沉積的速率高，沒(méi)有發(fā)熱材料的沾污。（2）真空蒸發(fā)：

蒸發(fā)是通過(guò)加熱方法將需要制備薄膜的材料在真空（10－4--10－5Pa）中氣化，隨后沉積在基板表面獲得薄膜的方法。

加熱一般采用電阻加熱或電子束加熱方法。

電阻加熱法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但蒸發(fā)的薄膜可能受發(fā)熱材料的沾污。

電子束加熱法可以蒸發(fā)熔點(diǎn)較高的金屬(如W、Mo在蒸發(fā)過(guò)程中，常常將基板置于行星式裝片裝置上，使基板在薄膜沉積過(guò)程中，不但圍繞行星旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，還圍繞基板的中心軸旋轉(zhuǎn)。這可以改善薄膜的均勻性和由于陰影效應(yīng)，出現(xiàn)薄膜內(nèi)部不均勻等問(wèn)題。在蒸發(fā)過(guò)程中，常常將基板置于行星式裝片裝置上濺射是用帶正電荷的氣體離子轟擊靶材表面，使靶材原子從其表面逸出，沉積在基板上的過(guò)程。濺射腔室的本底真空一般為10－4-10－5Pa，濺射時(shí)使用的濺射氣體通常為惰性氣體氬氣。如右圖所示。（3）濺射：圖B－5濺射裝置結(jié)構(gòu)示意圖

濺射是用帶正電荷的氣體離子轟擊靶材表面，使靶材磁控濺射和離子束濺射等。這種沉積方法適合于金屬、合金以及電解質(zhì)材料。

應(yīng)用濺射獲得的薄膜致密、成分易于控制，因此得到迅速發(fā)展。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種濺射方法：直流濺射射頻濺射磁控濺射和離子束濺射等。這（一）直流濺射：

在直流濺射時(shí)靶材(陰極)和基板(陽(yáng)極)之間附加高的直流電壓，使濺射氣體發(fā)生輝光放電形成離子，由于正離子對(duì)陰極靶材的轟擊，使靶材表面的原子濺出，沉積到基板的表面。（一）直流濺射：

在直流濺射時(shí)靶材(陰極)和（二）射頻濺射：

射頻濺射是在靶材和基板之間附加頻率為13.56MHz的射頻電壓。它可以濺射電解質(zhì)材料，因?yàn)樵谏漕l電壓的作用下，電壓的前半周絕緣材料表面聚集的正電荷可以在后半周被中和，使得濺射能繼續(xù)進(jìn)行。（二）射頻濺射：

射頻濺射是在靶材和基板之間（三）磁控濺射：

磁控濺射是在靶材的底部加上永久磁鐵，使靶的表面產(chǎn)生與電場(chǎng)方向垂直的磁場(chǎng)，電子在磁場(chǎng)的作用下被限制在靶表面上一個(gè)較窄小的區(qū)域里沿近似擺線的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而增加了電子與氣體分子的碰撞次數(shù)，增加了等離子體的密度，因此可降低工作氣壓，提高濺射速率。（三）磁控濺射：

磁控濺射是在靶材的底部加上由于這種濺射可在較低的工作氣壓下進(jìn)行，得到的薄膜雜質(zhì)少。另外靶材轟擊出來(lái)的二次電子受磁場(chǎng)的約束不再直接轟擊基板，使得沉積過(guò)程中基板保持在較低溫度，可得到性能優(yōu)良的器件。由于這種濺射可在較低的工作氣壓下進(jìn)行，得到的?。ㄋ模┢渌鼮R射：

上述濺射中，選擇了一定的靶材后，在制備工藝上需控制濺射的氣壓、氣體的流量、電壓(功率)、基板的溫度和偏壓等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜特性的控制。

如果在濺射氣體中加入一定量的反應(yīng)氣體(如N2，O2等)，就會(huì)在基板上獲得靶材和反應(yīng)氣體的化合物薄膜，這就是所謂的反應(yīng)濺射。（四）其它濺射：

上述濺射中，選擇了一定的靶

離子束濺射的濺射離子不是由輝光放電產(chǎn)生，而是來(lái)自獨(dú)立的離子源。離子在電場(chǎng)作用下進(jìn)入真空室，轟擊靶材上的原子。這種方法使離子束的能量和束流不取決于靶材，可以單獨(dú)進(jìn)行控制，而且可以調(diào)節(jié)入射角，以獲得較高的濺射效率。

濺射腔中的真空度較高(高于1.33×10－3Pa)，薄膜中的雜質(zhì)較少。此方法也可以用于電介質(zhì)材料的沉積，其電荷的積累通過(guò)燈絲發(fā)射的電子加以消除。離子束濺射的濺射離子不是由輝光放電產(chǎn)生，而是化學(xué)氣相沉積(CVD)是指一種或幾種氣態(tài)化合物在基板的表面反應(yīng)形成固態(tài)薄膜的過(guò)程。

（4）化學(xué)氣相沉積(CVD)：

化學(xué)反應(yīng)的能量由加熱、光化學(xué)或等離子放電等提供。

化學(xué)氣相沉積具有生產(chǎn)量大，薄膜的厚度、成分、結(jié)構(gòu)易于控制，與基板具有很好的粘接性和良好的電學(xué)特性等優(yōu)點(diǎn)?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)是指一種或幾種氣態(tài)化合（五）金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積

（MOCVD）?；瘜W(xué)氣相沉積的種類(lèi)很多，目前最常用的有：（一）常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)；（二）低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)；

（三）離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)；（四）紫外光或微波增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉

積（光輔助CVD，MPECVD）；（五）金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積

（MOC化學(xué)氣相沉積設(shè)備一般由反應(yīng)腔、基板架、可控的氣體導(dǎo)入系統(tǒng)、溫度可控的基板加熱系統(tǒng)等組成，如下圖所示。圖B－6LPCVD反應(yīng)器及系統(tǒng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備一般由反應(yīng)腔、基板架、可控的常壓CVD載氣用量大，產(chǎn)量較低。在低壓CVD中，需要有真空系統(tǒng)，工作氣壓在10--1000Pa。由于工作氣壓較低，有利于氣體向基板的擴(kuò)散，改善了薄膜的均勻性。常壓CVD載氣用量大，產(chǎn)量較低。在低壓CVD中三溫區(qū)加熱爐薄膜制備過(guò)程中，可以通過(guò)控制溫度、溫度梯度、總壓力、反應(yīng)氣體的氣壓、抽氣速率和基板間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積材料性質(zhì)的控制。

當(dāng)然物理增強(qiáng)沉積薄膜的性質(zhì)還與采用的增強(qiáng)手段等因素有關(guān)。沉積薄膜的控制：三溫區(qū)加熱爐薄膜制備過(guò)程中，可以通過(guò)控制溫度離子增強(qiáng)CVD、光輔助CVD、微波增強(qiáng)CVD等分別需要增加射頻發(fā)生系統(tǒng)、紫外光或微波系統(tǒng)。由于這些物理因數(shù)，促使反應(yīng)氣體離解因而降低了反應(yīng)器的溫度，有利于器件的制備。

金屬有機(jī)化合物CVD是利用金屬有機(jī)化合物分解的溫度較低，從而可在較低反應(yīng)溫度沉積薄膜，得到外延生長(zhǎng)的化合物半導(dǎo)體薄膜。金屬有機(jī)化合物CVD得到的薄膜純度和質(zhì)量較高。金屬有機(jī)化合物CVD裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。離子增強(qiáng)CVD、光輔助CVD、微波增強(qiáng)CVD圖B－7MOCVD裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

（a）立式反應(yīng)管（b）臥式反應(yīng)管圖B－7MOCVD裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

由于化學(xué)氣相沉積所用的氣體大多具有毒性和爆炸性等危險(xiǎn)，化學(xué)氣相沉積設(shè)備都需放置在帶有通風(fēng)的凈化臺(tái)內(nèi)，廢氣應(yīng)加淋洗處理，有時(shí)在排放之前還需加以稀釋等措施。

由于化學(xué)氣相沉積所用的氣體大多具有毒性和爆炸性等（5）擴(kuò)散與離子注入：

摻雜是半導(dǎo)體技術(shù)中的主要工藝之一，它是將所需的雜質(zhì)按要求的濃度與分布摻入半導(dǎo)體材料的特定區(qū)域中，以改變材料的特定區(qū)域的電學(xué)性質(zhì)。

擴(kuò)散和離子注入是最常用的摻雜方法。（5）擴(kuò)散與離子注入：

摻雜是半導(dǎo)體技術(shù)中的（一）擴(kuò)散：

擴(kuò)散通常分兩步完成，預(yù)擴(kuò)散和再分布。

1）預(yù)擴(kuò)散：雜質(zhì)原子從擴(kuò)散源輸送到基板表面，并向基板內(nèi)部擴(kuò)散。由于預(yù)擴(kuò)散的溫度較低，所以擴(kuò)散的較淺。此步的目的是為了控制雜質(zhì)的數(shù)量。2）再分布：將預(yù)擴(kuò)散到基板表面的雜質(zhì)作為擴(kuò)散源，在高溫下進(jìn)行擴(kuò)散。擴(kuò)散的同時(shí)往往進(jìn)行氧化。再分布的目的為了得到所需的擴(kuò)散深度和濃度。擴(kuò)散后在基板表面會(huì)有一層薄的高摻雜的氧化層。（一）擴(kuò)散：

擴(kuò)散通常分兩步完成，預(yù)擴(kuò)散和再分布。

離子注入是將需注入的雜質(zhì)原子進(jìn)行電離，在高壓作用下獲得很高的能量(3－500keV)后，轟擊基板表面，使其進(jìn)入基板內(nèi)部，而后再進(jìn)行退火使雜質(zhì)激活，同時(shí)退火還可以消除因注入引起的晶體損傷。

注入的離子在基板中的濃度分布與注入的離子質(zhì)量、能量、劑量、靶溫、晶體取向以及退火的工藝等因素有關(guān)。（二）離子注入：離子注入是將需注入的雜質(zhì)原子進(jìn)行電離，在高壓離子注入摻雜具有均勻性和重復(fù)性好、沾污少、可摻雜材料多、掩膜選擇靈活、易實(shí)現(xiàn)突變的雜質(zhì)分布、熱缺陷少、橫向效應(yīng)小以及對(duì)化合物半導(dǎo)體的組分影響小等方面的優(yōu)點(diǎn)。（三）擴(kuò)散與離子注入比較：離子注入摻雜具有均勻性和重復(fù)性好、沾污少、可三、刻蝕技術(shù)：

圖形技術(shù)僅僅是在基板表面形成的抗蝕劑圖形，尚需要把抗蝕劑的圖形精確地轉(zhuǎn)移到基板或基板表面薄膜上。通常把這一過(guò)程稱為刻蝕。

1、按成形進(jìn)程分，刻蝕有兩種工藝：（1）減法(subtractive)工藝；

（2）加法(additive)工藝。

兩工藝比較如下圖所示。三、刻蝕技術(shù)：

圖形技術(shù)僅僅是在基板表面形成（1）減法(subtractive)工藝：

減法的工藝過(guò)程為先淀積—層薄膜，然后在上面涂覆抗蝕劑經(jīng)光刻形成圖形，最后通過(guò)刻蝕去除沒(méi)有被抗蝕劑保護(hù)的那部分薄膜，如右圖所示。（1）減法(subtractive)工藝：

（2）加法(additive)工藝：

先在基板上涂覆抗蝕劑經(jīng)光刻形成圖形，然后再淀積薄膜，這時(shí)一部分薄膜淀積在基板表面，另一部分淀積在抗蝕劑表面，最后在去除抗蝕劑時(shí)這部薄膜將隨之一起被清除，這種過(guò)程也稱為剝離(lift—off)。必須指出，如果采用同一種抗蝕劑（例如正膠），為了獲得相同的最終圖形，則二種方法所采用的掩膜版是相反的。（2）加法(additive)工藝：

先在基板圖2-8兩種圖形轉(zhuǎn)移方法

圖2-8兩種圖形轉(zhuǎn)移方法2、根據(jù)刻蝕是液相過(guò)程還是氣相過(guò)程又把刻蝕分為濕法和干法。（1）濕法刻蝕主要是化學(xué)作用。（2）干法刻蝕方法較多，有主要是化學(xué)作用的等離子體刻蝕；主要是物理作用的離子束刻蝕(IBE)和濺射刻蝕（SE）；以及化學(xué)作用和物理作用相互增強(qiáng)的反應(yīng)離子刻蝕(RIE)和反應(yīng)離子束刻蝕(RIBE)。2、根據(jù)刻蝕是液相過(guò)程還是氣相過(guò)程又把刻蝕分為濕法和干法。（刻蝕工藝的基本要求是真實(shí)地轉(zhuǎn)移圖形，但實(shí)際總存在一定的偏差B，它由抗蝕劑圖形尺寸df和掩膜圖形尺寸dm確定：

B=df—dm

刻蝕的這種偏差是由于刻蝕的方向性造成的，如下圖所示。圖2－9刻蝕偏差示意圖

刻蝕工藝的基本要求是真實(shí)地轉(zhuǎn)移圖形，但實(shí)際總存

如果刻蝕只沿垂直于膜面的方向進(jìn)行，而不在水平方向進(jìn)行的稱為各向異性刻蝕，如圖2－10(a)所示，這時(shí)抗蝕劑圖形的側(cè)面與掩模圖形一致，刻蝕偏差為零，如下圖所示。3、各向異性刻蝕和各向同性刻蝕如果刻蝕只沿垂直于膜面的方向進(jìn)行，而不在水平

如果刻蝕在薄膜的垂直和水平方向同時(shí)以相同的速度進(jìn)行刻蝕，這時(shí)在抗蝕劑下薄膜的側(cè)面經(jīng)刻蝕后會(huì)形成四分之一圓弧狀，刻蝕偏差與膜厚相同，這種刻蝕稱為各向同性刻蝕，如下圖所示。如果刻蝕在薄膜的垂直和水平方向同時(shí)以相同的速度刻蝕各向異性的程度取決于橫向和縱向的刻蝕速率的比值，可以用各向異性因子Af來(lái)表示：

Af=1–Vfl/Vfv(B－4)

式中Vfl和Vfv分別表示薄膜的橫向和縱向的刻蝕速率。

在各向同性刻蝕時(shí)，

Vfl=Vfv，所以Af=0刻蝕各向異性的程度取決于橫向和縱向的刻蝕速率當(dāng)橫向刻蝕速率Vfl=0時(shí)，則Af=1，表示完全各向異性刻蝕，當(dāng)0<Af<1時(shí)，也稱為各向異性刻蝕，但這時(shí)掩模下的薄膜在橫向也有被刻蝕的現(xiàn)象，這種刻蝕又稱為鉆蝕。當(dāng)橫向刻蝕速率Vfl=0時(shí)，則Af=1，表示（1）濕法刻蝕

將被抗蝕劑覆蓋的基板浸泡在腐蝕液中、或?qū)⒏g液噴灑到基板上，使未被抗蝕劑保護(hù)的材料與腐蝕液起化學(xué)反應(yīng)，逐漸被腐蝕掉。選擇適當(dāng)?shù)母g液配方可以獲得良好的刻蝕選擇性。

在微機(jī)械加工中為了去除犧牲層而保留運(yùn)動(dòng)部件和基板，通常也采用濕法刻蝕方法進(jìn)行。（1）濕法刻蝕

將被抗蝕劑覆蓋的基板浸泡在腐濕法腐蝕的工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單、刻蝕速率快、生產(chǎn)效率高，是主要的刻蝕手段。但由于濕法刻蝕完全是化學(xué)作用，易于發(fā)生鉆蝕，所以刻蝕的分辨率不高，線條不陡直，但薄膜較薄時(shí)影響不太大。

將雙層材料放在某種刻蝕劑中，如下層材料易被腐蝕，這也稱為鉆蝕，在表面微機(jī)械加工中犧牲層就是利用這種鉆蝕方法進(jìn)行加工的。濕法刻蝕腐蝕液大多具有強(qiáng)腐蝕性或含有有毒的物質(zhì)，使用時(shí)應(yīng)注意安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)。

在半導(dǎo)體微機(jī)械加工中常用的腐蝕劑如下表所示。濕法腐蝕的工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單、刻蝕速率快、生產(chǎn)效率智能微系統(tǒng)的制造技術(shù)課件（2）干法刻蝕

干法刻蝕也是微電子工藝中制作圖形的常用方法。它是通過(guò)氣體分子與樣品表面的原子進(jìn)行物理作用、化學(xué)作用或物理化學(xué)作用從而實(shí)現(xiàn)刻蝕的功能。

與濕法腐蝕的工藝相比，此工藝可以加工更細(xì)的微結(jié)構(gòu)。

因?yàn)樵跐穹üに囍校g一般是各向同性的，在結(jié)構(gòu)的每一邊，鉆蝕的程度與薄膜的厚度相當(dāng)。另一方面，為了保證要刻蝕的薄膜徹底腐蝕，常常需要過(guò)腐蝕，這就進(jìn)一步加大了鉆蝕的寬度，鉆蝕的寬度有可能達(dá)到厚度的兩倍。（2）干法刻蝕

干法刻蝕也是微電子工藝中制濕法腐蝕是無(wú)法制作2m以下數(shù)量級(jí)的微結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代在制作互補(bǔ)型金屬氧化物集成電路（CMOS）工藝中，需要1m以下的微結(jié)構(gòu)，必須采用干法刻蝕。

在微系統(tǒng)中，干法工藝進(jìn)一步被發(fā)展，通過(guò)對(duì)側(cè)壁的保護(hù)，可以制造高深寬比的微結(jié)構(gòu)，刻蝕的深度達(dá)數(shù)百微米。

與此同時(shí)，干法刻蝕也可用通過(guò)側(cè)向的鉆蝕，制作獨(dú)立的微結(jié)構(gòu)。干法刻蝕已成為微系統(tǒng)中的關(guān)鍵加工技術(shù)。濕法腐蝕是無(wú)法制作2m以下數(shù)量級(jí)的微結(jié)構(gòu)。現(xiàn)干法刻蝕包括等離子體刻蝕、濺射刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕、離子束刻蝕和反應(yīng)離子束刻蝕。它們與濕法刻蝕不同，不是在液相條件下而是在氣相狀態(tài)下進(jìn)行的。干法刻蝕包括等離子體刻蝕、濺射刻蝕、反應(yīng)離子刻等離子體刻蝕是利用等離子體與基板產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行刻蝕，如下圖所示。圖2－11圓桶形和平板形等離子體刻蝕裝置

通入腔體的稀薄反應(yīng)氣體在高電壓作用下產(chǎn)生輝光放電，刻蝕氣體分子在電子的撞擊下，積聚能量成為活性的游離基或被電離成離子。這種粒子具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，易于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如CF4氣體，并不能直接與硅產(chǎn)生反應(yīng)，但CF4被激發(fā)后，其中的氟原子就易與硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。等離子體刻蝕是利用等離子體與基板產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)由于在等離子刻蝕的反應(yīng)室內(nèi)存在各種高能粒子，它們轟擊抗蝕劑使刻蝕圖形損傷；形成各向同性的化學(xué)反應(yīng)、無(wú)方向性的腐蝕。

為了避免電子、離子和光對(duì)抗蝕劑的影響，采用如下圖所示的微波等離子體刻蝕裝置，將放電區(qū)和反應(yīng)區(qū)分開(kāi)，放電區(qū)產(chǎn)生的活性游離基由氣流輸送到樣品表面而引起刻蝕。圖2－12微波等離子體刻蝕裝置由于在等離子刻蝕的反應(yīng)室內(nèi)存在各種高能粒子，它智能微系統(tǒng)的制造技術(shù)課件典型IC工藝方法典型IC工藝方法近年來(lái)由于IC工藝技術(shù)的發(fā)展，使平面微加工技術(shù)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，達(dá)到了完臻的地步。為了迅速滿足微系統(tǒng)的要求，將平面微加工技術(shù)使用到微系統(tǒng)中，建立了硅材料的微機(jī)械加工技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)主要包括以下三種：第3節(jié)

硅材料微機(jī)械加工技術(shù)

MEMS加工技術(shù)是加工具有一定厚度的三維加工技術(shù)。IC工藝是二維加工即平面加工技術(shù)。近年來(lái)由于IC工藝技術(shù)的發(fā)展，使平面微加工技硅材料的微機(jī)械加工技術(shù)包括：

1、表面微機(jī)械加工；2、體腐蝕加工技術(shù)；3、鍵合技術(shù)。硅材料的微機(jī)械加工技術(shù)包括：

1、表面微機(jī)械加一、表面微機(jī)械加工技術(shù)

表面微機(jī)械加工是發(fā)展了的平面微細(xì)加工技術(shù)，其特點(diǎn)是采用犧牲層，即先在基板上沉積一層犧牲層，然后在犧牲層上再制作結(jié)構(gòu)層（包括運(yùn)動(dòng)件），在微結(jié)構(gòu)加工成特定的形狀后，再將犧牲層腐蝕掉，就得到了自由的微結(jié)構(gòu)層。一、表面微機(jī)械加工技術(shù)

表面微機(jī)械加工是發(fā)展圖2－14表面微機(jī)械加工工藝過(guò)程

表面微機(jī)械加工工藝制造一層自由結(jié)構(gòu)的原理過(guò)程。這里的犧牲層為氧化硅，結(jié)構(gòu)層為多晶硅。圖2－14表面微機(jī)械加工工藝過(guò)程表面微機(jī)械加2、表面微機(jī)械加工工藝與CMOS工藝的兼容性好，可以將微機(jī)械系統(tǒng)和控制的集成電路集成在一起，因此這種加工工藝更適合于制造智能微系統(tǒng)。

表面微機(jī)械加工技術(shù)的特點(diǎn)1、用表面微機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)的尺寸可以在2mm左右，甚至亞微米的結(jié)構(gòu)，其極限尺寸主要受刻蝕（比如，反應(yīng)離子刻蝕RIE）工藝的限制。2、表面微機(jī)械加工工藝與CMOS工藝的兼容性好，可以將微機(jī)械3、表面微機(jī)械加工技術(shù)使設(shè)計(jì)有了更大的靈活性。表面微機(jī)械加工技術(shù)可加工可動(dòng)的微部件，如靜電型微馬達(dá)?？杉庸び袘冶哿旱奈⑻綔y(cè)器、諧振器、可動(dòng)微反射鏡、光快門(mén)、加速度傳感器和微陀螺等。3、表面微機(jī)械加工技術(shù)使設(shè)計(jì)有了更大的靈活性。圖2－15

表面微機(jī)械加工技術(shù)制備靜電型微馬達(dá)的工藝流程圖2－15

表面微機(jī)械加工技術(shù)制備靜電型微馬達(dá)的工藝流程

表面微機(jī)械加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是選擇合適的結(jié)構(gòu)層和犧牲層的材料。它們必須滿足以下5方面的要求：（一）對(duì)犧牲層材料的要求（1）犧牲層必須具備良好的機(jī)械性能（如粘附性好，低殘余應(yīng)力等），以防止在加工過(guò)程中器件失效（如剝離、斷裂等）的發(fā)生。

（2）在特定的刻蝕工藝中，結(jié)構(gòu)層和犧牲層之間的腐蝕速率差別大，即腐蝕的選擇性高。

犧牲層在刻蝕中必須是各向同性的，而且腐蝕的速率要快，不留殘物?；蛘咭袑?duì)上下層材料幾乎不侵蝕的刻蝕介質(zhì)。

表面微機(jī)械加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是選擇合適的結(jié)（3）在犧牲層薄膜形成的溫度范圍內(nèi)不與上下層材料產(chǎn)生反應(yīng)。

（4）如果形成溫度較高，則要求犧牲層與上下二層材料的熱膨脹系數(shù)應(yīng)相近。

（5）如果需要與集成電路集成在一塊芯片上，其加工工藝應(yīng)與CMOS工藝相容。（3）在犧牲層薄膜形成的溫度范圍內(nèi)不與上下層材料產(chǎn)生反應(yīng)。

（二）對(duì)運(yùn)動(dòng)部件材料的要求

隨著器件尺寸的減少，器件的固有振動(dòng)頻率提高，因此微器件可以進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)。而隨著尺寸的減少，運(yùn)動(dòng)器件的摩擦阻力也隨之迅速增大。因此對(duì)于運(yùn)動(dòng)部件材料選擇應(yīng)考慮如下4個(gè)方面的問(wèn)題：電和熱的絕緣和傳導(dǎo)；熱膨脹系數(shù)；與犧牲層材料刻蝕特性的差異；機(jī)械和熱的強(qiáng)度等。以下具體討論典型器件的要求。（二）對(duì)運(yùn)動(dòng)部件材料的要求

隨著器件尺寸的減（三）典型微系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮的問(wèn)題

1、對(duì)于靜電型運(yùn)動(dòng)器件，如微馬達(dá)的轉(zhuǎn)子、直線型驅(qū)動(dòng)器、多模振子等微結(jié)構(gòu)：要求其結(jié)構(gòu)利于靜電驅(qū)動(dòng)，同時(shí)電極之間應(yīng)絕緣。轉(zhuǎn)動(dòng)器件必須具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和低的摩擦系數(shù)，而且要能承受在刻蝕犧牲層時(shí)腐蝕液的腐蝕。要解決摩擦問(wèn)題：

（1）從材料選擇上考慮。實(shí)驗(yàn)證明多晶硅和氮化硅的摩擦系數(shù)比硅和硅之間的摩擦系數(shù)??；

（2）從接觸部位的材料上考慮。在轉(zhuǎn)子的接觸表面濺射潤(rùn)滑材料（如二硫化鉬），以增加潤(rùn)滑；

（3）從結(jié)構(gòu)上考慮?？梢栽O(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)，利用轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的空氣壓力使運(yùn)動(dòng)部分上浮以減少接觸面積和摩擦力。（三）典型微系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮的問(wèn)題

1、對(duì)于靜電型運(yùn)動(dòng)2、對(duì)于壓力、加速度和觸覺(jué)等傳感器以及微型泵等，都需要有高強(qiáng)度隔膜以隔離腔內(nèi)外空間。

這一類(lèi)隔膜要求具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的彈性性能?？刹捎醚趸琛⒌杌蛘邠脚鸸璧缺∧ぶ苽?，但這些制備的薄膜一般都具有較大的且取向不同的內(nèi)應(yīng)力。使制備的薄膜不平整。采用不同的材料而采用同樣的工藝制備，則得到的薄膜其彎曲變形的情況是不同的。

有時(shí)為了得到彎曲變形較小的隔膜可以采用內(nèi)應(yīng)力方向不同的多層薄膜組成，如，采用SiO2/Si3N4/SiO2的多層結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)應(yīng)力的抵消，可減少其彎曲變形。

微型閥件的閥門(mén)材料，希望既具有優(yōu)良的彈性同時(shí)應(yīng)有適當(dāng)?shù)娜彳浶裕话憧刹捎媚?00C機(jī)械性能優(yōu)良的聚酰亞胺有機(jī)絕緣化合物或者厚度為5~10m硅薄膜。2、對(duì)于壓力、加速度和觸覺(jué)等傳感器以及微型泵等，都需要有（三）表面微機(jī)械加工中的一些問(wèn)題

表面微機(jī)械加工制備的結(jié)構(gòu)的線度常常是在數(shù)百微米，而間隙卻是微米量級(jí)，因此，表面微機(jī)械加工必須避免微結(jié)構(gòu)的變形和粘附問(wèn)題。

微結(jié)構(gòu)特別是運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)必須非常平直，沒(méi)有彎曲，以免結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)與基板相碰而增加摩擦阻力。

如上所述，要求制備的結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)無(wú)應(yīng)力。（三）表面微機(jī)械加工中的一些問(wèn)題

表面微機(jī)械加圖B－17基板和微結(jié)構(gòu)形成粘附的過(guò)程

粘附是表面微機(jī)械加工中的一個(gè)突出問(wèn)題，在濕法腐蝕時(shí)尤為嚴(yán)重。一般在犧牲層被腐蝕后，將基板置于去離子水或乙醇中清洗并被干燥。顯然無(wú)微結(jié)構(gòu)的區(qū)域先被干燥，此時(shí)就會(huì)有一些殘余的液滴留在微結(jié)構(gòu)和基板之間，進(jìn)一步干燥可使液滴減小，最終消失。而此時(shí)由于液體表面的張力使薄而長(zhǎng)的微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎曲，并將微結(jié)構(gòu)吸附到基板的表面。當(dāng)液體完全揮發(fā)后，微結(jié)構(gòu)仍然被粘附在基板的表面。粘附的形成過(guò)程如左圖所示。圖B－17粘附是表面微機(jī)械加工中的一個(gè)突圖2－18三相圖

粘附問(wèn)題是由于液滴的汽化引起的。左圖是物質(zhì)氣、液、固三態(tài)存在的三相圖。根據(jù)三相圖，物質(zhì)從液體變?yōu)闅鈶B(tài)有多種途徑。直接從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)會(huì)產(chǎn)生粘附。而從液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w還存在另外二種途徑：即繞過(guò)三相點(diǎn)法和繞過(guò)臨界點(diǎn)法的二個(gè)途徑。圖2－18三相圖粘附問(wèn)題是由于液滴的汽化在超臨界狀態(tài)下，流體的物理性質(zhì)處于氣體和液體之間，既具有與氣體相當(dāng)?shù)臄U(kuò)散系數(shù)和較低的粘度，又具有與液體相近的密度和對(duì)物質(zhì)良好的溶解能力。因此，超臨界流體是存在于氣、液這兩種流體狀態(tài)以外的第三流體。

超臨界流體的特性。例如，超臨界流體分子的擴(kuò)散系數(shù)比一般液體高10～100倍，有利于傳質(zhì)和熱交換。其次是可壓縮性，溫度或壓力較小的變化可引起超臨界流體的密度發(fā)生較大的變化。大量的研究表明，超臨界流體的密度是決定其溶解能力的關(guān)鍵因素，改變超臨界流體的密度可以改變超臨界流體的溶解能力。在超臨界狀態(tài)下，流體的物理性質(zhì)處于氣體和液體二、體微機(jī)械加工技術(shù)

使用傳統(tǒng)的微細(xì)加工或精密的機(jī)械加工方法對(duì)硅進(jìn)行深層加工都存在著一定的困難。通常采用掩膜深刻蝕技術(shù)解決這個(gè)問(wèn)題。

硅的體腐蝕分為各向同性刻蝕和各向異性刻蝕。

下圖是硅在液體介質(zhì)（濕法）和氣體介質(zhì)（干法）中的各向同性和各向異性刻蝕的幾種情況的例子。二、體微機(jī)械加工技術(shù)

使用傳統(tǒng)的圖2－20硅的各種刻蝕方法圖2－20硅的各種刻蝕方法1．各向同性刻蝕

硅的濕法各向同性刻蝕廣泛用于：(a)受損硅表面的去除；(b)在單晶硅上制作微結(jié)構(gòu)；(c)在單晶硅或多晶硅上生成圖形。

最常用的硅的各向同性腐蝕介質(zhì)是氫氟酸（HF）、硝酸（HNO3）和水或冰醋酸（CH3COOH）的混合物，通常稱之為HNA混合液。

在HNA系統(tǒng)中，其刻蝕的反應(yīng)過(guò)程可以簡(jiǎn)述如下：1．各向同性刻蝕

硅的濕法各向同性刻蝕廣泛用硅表面原子產(chǎn)生陽(yáng)極反應(yīng)形成兩個(gè)空穴，與水中OH－結(jié)合形成Si(OH)2，而后又分解成SiO2和H2，氫氟酸再與SiO2作用形成絡(luò)合物（H2SiF6），離開(kāi)硅表面。

(1)硅表面原子產(chǎn)生陽(yáng)極反應(yīng)形成兩個(gè)空穴

Si+2h+Si2+

(2)腐蝕液的水解離H20=(OH)－+H+

(3)生成氫氧化硅Si2++2(OH)－

Si(OH)2

分解反應(yīng)生成氧化硅Si(OH)2SiO2+H2

(4)生成可溶性絡(luò)合物

Si(OH)2+6HFH2SiF6+3H20

SiO2+6HFH2SiF6+2H2O

(5)總的反應(yīng)式可寫(xiě)成

Si+HNO3+6HFH2SiF6+HNO2+H2O+H2硅表面原子產(chǎn)生陽(yáng)極反應(yīng)形成兩個(gè)空穴，與水中OH圖2－21腐蝕液組成和腐蝕溫度對(duì)硅各向同性腐蝕速率的影響左圖為腐蝕液的組成和溫度對(duì)硅的各向同性腐蝕速率的影響。腐蝕液中HF的含量在5~60%左右時(shí)，隨著氫氟酸含量的增加，刻蝕速率迅速增加。隨腐蝕溫度的提高，腐蝕速率也迅速增加。各向同性刻蝕會(huì)導(dǎo)致掩膜下材料的不均勻腐蝕，在使用時(shí)應(yīng)予注意。圖2－21腐蝕液組成和腐蝕溫度對(duì)硅各向同性腐蝕速率的影響2．各向異性刻蝕

硅在堿性溶液中，不同晶面具有不同的刻蝕速率，即具有各向異性刻蝕性能，這是微系統(tǒng)經(jīng)常采用的微加工方法。濕法各向異性刻蝕的刻蝕劑主要有以下4種：KOH－H2O系；EDP（乙二胺焦性鄰笨二酚水溶液）；(N2H2)－H2O（聯(lián)胺水溶液）；TMAH（四甲基氫氧化銨）。各種溶液對(duì)硅的腐蝕速率如下表所示。2．各向異性刻蝕

硅在堿性溶液中，不同晶面具智能微系統(tǒng)的制造技術(shù)課件下面以氫氧化鉀水溶液對(duì)硅的各向異性刻蝕為例，說(shuō)明硅的各向異性刻蝕原理。硅在氫氧化鉀水溶液中的反應(yīng)非常簡(jiǎn)單，反應(yīng)按下式進(jìn)行：

Si+H2O+2KOH=K2SiO3+2H2

反應(yīng)生成物是可溶性硅酸鉀K2SiO3，因此浸沒(méi)在氫氧化鉀水溶液中硅片表面原子將不斷向水溶液溶解，從而產(chǎn)生了硅的刻蝕。下面以氫氧化鉀水溶液對(duì)硅的各向異性刻蝕為例，如圖2－22所示硅晶體具有金剛石結(jié)構(gòu)，硅晶體在不同的表面顯露時(shí)，其表面原子懸掛鍵數(shù)量是不同的，即顯露在外表面不同晶面上的原子和內(nèi)層原子的結(jié)合力是不同的，因此不同晶面原子在溶液中的刻蝕速率也不同。圖2－22硅的晶體原子鍵結(jié)構(gòu)圖如圖2－22所示硅晶體具有金剛石結(jié)構(gòu)，硅晶體在三、鍵合技術(shù)

作為微系統(tǒng)三維加工技術(shù)除上述除去式（硅各向異性刻蝕、精密機(jī)械加工、激光加工等）加工方法以外，還有結(jié)合式的加工方法，即將用各種微加工方法加工出來(lái)的微結(jié)構(gòu)相互結(jié)合在一起形成一個(gè)具有優(yōu)良性能的微結(jié)構(gòu)器件。

基板和器件以及基板之間的結(jié)合稱為鍵合。鍵合的方法較多，有膠結(jié)（如環(huán)氧等有機(jī)材料）、低溫玻璃鍵合、共晶鍵合、直接鍵合、靜電（陽(yáng)極）鍵合等，其中直接鍵合和靜電鍵合方法不會(huì)造成變形，利于保證微器件的尺寸精度，所以這兩種鍵合方法是微機(jī)械加工中最重要的鍵合方法，典型的方法如下圖所示。三、鍵合技術(shù)

作為微系統(tǒng)三維加工技術(shù)除上述除去圖2－31基板鍵合方法示意圖

?共晶鍵合圖2－31基板鍵合方法示意圖?共晶鍵合1．直接鍵合

直接鍵合又稱熔合鍵合，它是硅與硅或有氧化膜硅片之間的鍵合，中間無(wú)需添加任何粘結(jié)劑，也無(wú)需外加電場(chǎng)?；镜墓に囘^(guò)程為：

(1)首先對(duì)硅片表面進(jìn)行活化處理，形成親水表面，提高表面氫氧基的密度。

(2)硅片經(jīng)等離子水沖洗后烘干，在室溫下將兩硅片面對(duì)面貼在一起。

(3)將貼好的硅片放在高溫爐中加熱至1000~1273K，在O2或N2的氣氛中進(jìn)行高溫處理數(shù)小時(shí)（絕對(duì)溫度等于攝氏溫度加273）。1．直接鍵合

直接鍵合又稱熔合鍵合，它是硅與鍵合原理

由于界面處的硅原子在范德瓦爾斯力和氫氧基團(tuán)的氫鍵的作用，使兩硅片粘附在一起。

當(dāng)硅片表面的氧化膜完全被去除時(shí)，可以在比較低的溫度（450K左右）進(jìn)行鍵合，這時(shí)鍵合的硅片就具有了足夠的結(jié)合強(qiáng)度。

這種鍵合非常穩(wěn)定，并且不隨時(shí)間改變。鍵合原理

由于界面處的硅原子在范德瓦爾斯力和特點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)了無(wú)中間層的鍵合，因此不會(huì)產(chǎn)生任何應(yīng)力。

（2）對(duì)硅片表面的平整度、沾污和塵埃特別敏感。

（3）有機(jī)物的沾污會(huì)在熱處理時(shí)釋放氣體，形成空洞。

（4）鍵合面在塵埃周?chē)嬖谝粋€(gè)圓形未鍵合的區(qū)域，所以在清洗、干燥以及整個(gè)操作過(guò)程中必須十分注意避免塵埃對(duì)硅片表面的沾污。特點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)了無(wú)中間層的鍵合，因此不會(huì)產(chǎn)生2．靜電鍵合

靜電鍵合又稱為陽(yáng)極鍵合，這種方法適合于硅片和富鈉玻璃基板之間鍵合。

采用與硅膨脹系數(shù)（3.2×10－6/℃）相近的Pyrex玻璃與硅重疊，加熱至573-773K，在玻璃一側(cè)附加500-1000V的負(fù)高壓，并附加一定的壓力，在保持一定時(shí)間后，即完成玻璃和硅之間的鍵合。2．靜電鍵合

靜電鍵合又稱為陽(yáng)極鍵合，這種方3．低溫玻璃鍵合

由于靜電鍵合時(shí)硅片和玻璃的界面上存在很強(qiáng)的電場(chǎng)，這可能對(duì)電子電路產(chǎn)生損傷。為了避免電場(chǎng)對(duì)器件的損傷，在鍵合時(shí)應(yīng)避免施加電壓。

低溫玻璃鍵合是將低溫玻璃涂敷在鍵合的面上，再與要鍵合的基板疊在一起，附加一定的壓力和溫度使它們鍵合在一起。

低溫玻璃鍵合一般是把玻璃加熱到熔融狀態(tài)，并附加一定的壓力使玻璃發(fā)生塑性變形，從而使硅片牢固地結(jié)合在一起。3．低溫玻璃鍵合

由于靜電鍵合時(shí)硅片和玻璃的4．共晶鍵合

為了降低硅片的鍵合溫度也可采用共晶鍵合方法。

金硅合金共晶溫度在370℃左右，因此可以先在一塊硅片上沉積一層金薄膜，隨后將此硅片貼在另一硅片上，形成硅－金－硅的三明治結(jié)構(gòu)。當(dāng)對(duì)其加熱并附加一定的壓力，且加熱溫度超過(guò)金硅共晶溫度370℃以上時(shí)，則在二硅片的界面上形成金硅共晶合金。冷卻后，二硅片被界面上形成的共晶合金融合在一起達(dá)到鍵合的目的。

為了獲得高的鍵合質(zhì)量，必須在沉積金之前去除硅片表面的自然氧化層。

4．共晶鍵合

為了降低硅片的鍵合溫度也可采用5．有機(jī)鍵合

如果鍵合的器件不能承受低溫玻璃鍵合和陽(yáng)極鍵合的高溫，就可以采用類(lèi)似膠水的聚合物進(jìn)行鍵合。

如采用聚酰亞胺和環(huán)氧樹(shù)脂等都可以達(dá)到中等的鍵合強(qiáng)度。大多數(shù)的聚合物與硅的粘附性能都不好，需要用有機(jī)硅打底膜。

與前面介紹的鍵合相比，這種鍵合因聚合物的老化等因素影響，其鍵合質(zhì)量不太穩(wěn)定，并且會(huì)引起器件特性的漂移。然而這種鍵合技術(shù)的鍵合溫度較低，可以在130℃以下實(shí)現(xiàn)，對(duì)器件的影響較小，但鍵合強(qiáng)度不太高。

5．有機(jī)鍵合

如果鍵合的器件不能承受低溫玻璃鍵第4節(jié)

LIGA加工技術(shù)

LIGA技術(shù)是80年代中期由德國(guó)Karlsruhe（卡爾斯魯厄原子核物理研究中心）開(kāi)發(fā)成功的。

它由用同步輻射光源進(jìn)行X射線深層光刻、微電鑄和微塑注等工藝組成。

LIGA就是德文Lithographie,Galvanofomung和Abformung三種工藝的縮寫(xiě)。第4節(jié)LIGA加工技術(shù)LIGA工藝中由于使用同步輻射準(zhǔn)直的X射線進(jìn)行深層光刻，可得到側(cè)壁陡直、厚度達(dá)到1000m，深寬比可達(dá)到100的光刻膠微結(jié)構(gòu)，這是硅的微機(jī)械加工方法所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

運(yùn)用隨后電鑄技術(shù)獲得的金屬微結(jié)構(gòu)作為模具，可對(duì)多種材料（如高分子、多種金屬或陶瓷材料等）進(jìn)行批量生產(chǎn)、制造出高深寬比的三維微結(jié)構(gòu)器件。

該項(xiàng)技術(shù)為微機(jī)械加工提供了全新的手段，在其出現(xiàn)后即得到了迅速發(fā)展和應(yīng)用。LIGA工藝中由于使用同步輻射準(zhǔn)直的X射線進(jìn)圖2－32LIGA技術(shù)的工藝流程圖2－32LIGA技術(shù)的工藝流程LIGA技術(shù)分8個(gè)工序。

首先需要高反差的X射線掩膜版，它由厚度約為10m以上X射線吸收體和由Be或摻雜Si、鈦、金剛石等薄膜制成的支撐層組成；

采用波長(zhǎng)在0.2-0.6nm同步輻射的光線束進(jìn)行曝光，經(jīng)顯影后可得到幾百微米深的抗蝕劑微結(jié)構(gòu)；

用此微結(jié)構(gòu)進(jìn)行微電鑄制成金屬模具，電鑄材料根據(jù)要求可以是鎳、銅、金、鐵鎳合金等；LIGA技術(shù)分8個(gè)工序。

首先需要高反差的X射線運(yùn)用金屬模具進(jìn)行塑注或熱壓，批量制備塑料微器件；

以塑料微器件進(jìn)行第二次微電鑄，從而得到所需要的金屬微結(jié)構(gòu)。也可以用塑料微器件作模具制造陶瓷微器件。運(yùn)用金屬模具進(jìn)行塑注或熱壓，批量制備塑料微器件圖2－33采用LIGA技術(shù)制備的微加速度計(jì)及其靈敏度曲線。LIGA技術(shù)還可進(jìn)行套刻以得到可動(dòng)的微結(jié)構(gòu)，下圖是采用LIGA技術(shù)制備的微加速度計(jì)及其靈敏度曲線。圖2－33采用LIGA技術(shù)制備的微加速度計(jì)及其靈敏度曲一、X射線源

LIGA技術(shù)是為了得到深度達(dá)到幾百微米且側(cè)壁陡直的微器件，因此要求光源具有高的光強(qiáng)且為平行光。

同步輻射X光源是LIGA技術(shù)的理想光源。同步輻射是由電子同步加速器產(chǎn)生的強(qiáng)輻射。電子在儲(chǔ)存環(huán)中以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生具有一定波長(zhǎng)范圍的電磁波（X射線）輻射。

其輻射強(qiáng)度比普通X射線源要高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，其輻射X光強(qiáng)度與電子儲(chǔ)存環(huán)的設(shè)計(jì)參數(shù)，如電子能量E(GeV)、電子束流I(A)、磁場(chǎng)強(qiáng)度B(T)和環(huán)的彎曲半徑R(m)等有關(guān)。一、X射線源

LIGA技術(shù)是為了得到深度達(dá)到二、X射線掩膜版

X射線掩膜版和普通光刻掩膜版一樣，它包括二個(gè)基本部分，一個(gè)是用于吸收X射線的吸收體，另一個(gè)是用來(lái)支撐吸收體同時(shí)能最大限度地透過(guò)X射線的支撐層。

物質(zhì)對(duì)X射線的吸收系數(shù)與物質(zhì)的原子序數(shù)、密度等因素有關(guān)，原子序數(shù)越高、密度越大對(duì)X射線的吸收越強(qiáng)。

對(duì)于支撐層來(lái)說(shuō)，為了降低其對(duì)X射線的吸收，除了要求用對(duì)X射線吸收較低的低原子序數(shù)材料制造以外，還要求其厚度越薄越好，但仍具有足夠強(qiáng)度來(lái)支撐具有一定質(zhì)量的吸收體，因此制作較大面積的掩膜版時(shí)存在一定的困難。二、X射線掩膜版

X射線掩膜版和普通光刻掩膜三、微電鑄

電鑄是利用金屬離子向陰極的電沉積原理制取零部件的一種工藝方法。

電鍍和電鑄的不同在于電鍍僅僅制備薄膜，而電鑄可得到機(jī)械部件。

在LIGA技術(shù)中微電鑄是采用經(jīng)同步輻射X射線曝光并顯影后的抗蝕劑作為模具，金屬離子的堆積是在抗蝕劑模具上進(jìn)行的，因此電鑄后的微結(jié)構(gòu)十分精細(xì)，尺寸精度高。三、微電鑄

電鑄是利用金屬離子向陰極的電沉積第5節(jié)其它微細(xì)加工技術(shù)

LIGA技術(shù)是三維加工技術(shù)的一種，除此以外，近年來(lái)傳統(tǒng)的精密加工技術(shù)經(jīng)過(guò)改造也進(jìn)入了微機(jī)械加工領(lǐng)域。本節(jié)就這幾種特殊的微加工方法進(jìn)行討論。第5節(jié)其一、電火花加工技術(shù)

通常的機(jī)械加工，由于使用尺寸較大的工具來(lái)切削材料，因此它并不適用于微機(jī)械加工。而在模具加工中常用的電火花加工技術(shù)經(jīng)過(guò)改造，就可進(jìn)行微機(jī)械加工。

這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠加工金屬也可加工非金屬，而且是真正的立體加工方法。一、電火花加工技術(shù)

通常的機(jī)械加工，由于使用尺

電火花加工的最小尺度如下表所示，與硅微機(jī)械加工相比，約高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，但它能加工出硅微加工所無(wú)法加工的一些微器件。

因此，它也是微機(jī)械加工中一種有前途的加工手段。電火花加工的最小尺度如下表所示，與硅微機(jī)械加1、工作原理

電火花加工是在一定的加工介質(zhì)中，利用兩個(gè)電極之間產(chǎn)生電火花放電的電蝕效應(yīng)來(lái)去除金屬或非金屬材料的加工方法。1、工作原理

電火花加工是在一定的加工介質(zhì)中電火花加工的基本原理如下圖所示。將金屬電極和金屬工件都放在絕緣介質(zhì)（通常用煤油或水作為介質(zhì)）中，并附加一定的脈沖電壓，當(dāng)電極和工件的距離非常接近時(shí)（幾個(gè)微米到幾百個(gè)微米），介質(zhì)的絕緣被擊穿，產(chǎn)生電火花放電。由于采用的電源是脈沖電源，放電時(shí)間極短，但放電的能量（106－107W/mm2）很高而且集中，火花產(chǎn)生的熱量足以使材料局部區(qū)域熔化和蒸發(fā)。由于電極不斷向工件送入，工具進(jìn)入工件內(nèi)部，從而達(dá)到加工的目的，得到所要求的微結(jié)構(gòu)。

電火花加工原理示意圖加工工具有部分損耗，但二者相對(duì)來(lái)說(shuō)工具的消耗量非常少，即使這樣，它仍然是造成電火花加工精度低的主要原因。電火花加工的基本原理如下圖所示。將金屬電極和金電火花加工原理示意圖1—工件2—脈沖電源3—自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)

4—工具5—工作液6—過(guò)濾器7—工作液泵電火花電火花加工時(shí)的加工斜度二次放電加工斜度電極損耗棱角變鈍電火花加工時(shí)的加工斜度二次放電加工斜度電極損耗棱角變鈍2、部份非金屬材料的電火花加工

非金屬（絕緣體）也可采用電火花方法進(jìn)行加工，高電壓法和電解液法是相對(duì)于不同的非金屬材料發(fā)展的二種電火花加工方法。2、部份非金屬材料的電火花加工

非金屬（絕緣高電壓法中由于電極和工件之間附加了高電壓產(chǎn)生輝光放電，從而使與電極接觸部分工件表面物質(zhì)氣化使之少量被除去，隨著電極的深入在工件表面產(chǎn)生一個(gè)加工孔。高電壓法主要用于金剛石的加工。非金屬材料的電火花加工高電壓法中由于電極和工件之間附加了高電壓產(chǎn)生輝3、電火花線切割

為了提高電火花加工的精度，必須提高工具電極的精度。為此，發(fā)展了電火花線電極磨削法（WireElectro－DischargeGrinding，WEDG）。用這種方法可加工出表面光潔的微器件。3、電火花線切割

為了提高電火花加工的精度，必基本原理：是用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線（稱作電極絲）作為工具電極對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電，切割成形的。a)工件及其運(yùn)動(dòng)方向b)電火花線切割加工原理圖基本原理：是用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線（稱作電極絲）作為工具電極WEDG實(shí)際上它也是一種電火花加工機(jī)，即在電火花加工中成形用的工具電極采用金屬鉬絲，絲沿著導(dǎo)輪行走（速度約為幾十毫米/分），這樣避免了電火花加工的電極損耗對(duì)加工精度的影響。

右圖是用絲的外緣來(lái)加工電火花加工用的電極，最小加工的電極尺寸達(dá)到2.5m。用這種方法可加工出小模數(shù)表面光潔的齒輪。

用WEDG加工電火花用電極WEDG實(shí)際上它也是一種電火花加工機(jī)，即在電火4、絕緣材料的加工

金屬、合金、硬質(zhì)合金等材料一般都可使用電火花加工。

用提高加工電壓方法可加工半導(dǎo)體，但其加工表面存在污染問(wèn)題，因此尚未達(dá)到實(shí)用階段。

絕緣材料的電火花加工是尚須進(jìn)一步研究的問(wèn)題。4、絕緣材料的加工

金屬、合金、5、電火花加工的局限性

由于金屬電極的形狀就是工件上要加工的形狀，因此可以進(jìn)行多種形狀的加工。

例如可以根據(jù)要求加工出圓孔、方孔、三角形孔以及一定形狀的糟等。

由于電極的側(cè)面和工件之間有幾個(gè)微米的間隙，因此在棱角處加工結(jié)果往往不能保證角的尖銳，即為很小的圓角。

一般用電火花