微細(xì)加工技術(shù).ppt

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1、微細(xì)加工技術(shù)微機(jī)械的概念微機(jī)械：利用半導(dǎo)體技術(shù)（特別是平板印制術(shù)，蝕刻技術(shù)等）設(shè)計(jì)和制造微米領(lǐng)域的三維力學(xué)系統(tǒng)，以及微米尺度的力學(xué)元件。它開辟了制造集成到硅片上的微米傳感器和微米電機(jī)的嶄新可能性。簡單來說是為了滿足人們對產(chǎn)品的功能集成化和外形小性化的要求。美國稱之為微型機(jī)電系統(tǒng)，MicroElector-MachanicalSystems,簡稱MEMS。日本稱之為微系統(tǒng)，Micromachine。歐洲則稱為微系統(tǒng)，Micro-System。微機(jī)械的分類微機(jī)械按尺寸特征可以分為三類：1mm-10mm的微小機(jī)械；1um-1mm的微機(jī)械；1nm-1um的納米機(jī)械制造微機(jī)械采用的

2、微細(xì)加工，進(jìn)一步分為微米級微細(xì)加工，亞微米級微細(xì)加工，納米級微細(xì)加工等等。微機(jī)械的基本特征（1）體積小，精度高，重量輕一般體積達(dá)到亞微米一下，尺寸精度達(dá)納米級，重量可致納克（2）性能穩(wěn)定，可靠性高由于為機(jī)械的體積小，幾乎不受熱膨脹、噪聲、撓曲等因素影響，具有較高的抗干擾性可在較差的環(huán)境下進(jìn)行穩(wěn)定的工作。（3）耗能低，靈敏度和工作效率高微機(jī)械所消耗的能量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)機(jī)械的十分之一，卻能以十倍的速度來完成同樣的工作（4）多功能化和智能化微機(jī)械集傳感器、執(zhí)行器、信號處理和電子控制電路為一體，易于實(shí)現(xiàn)多功能化和智能化（5）適用于大批量生產(chǎn)，制造成本低微機(jī)械采用和半導(dǎo)體制造工藝類似的

3、方法生產(chǎn)，可以像超大規(guī)模集成電路一樣一次完成大量相同的部件。微細(xì)加工的工藝方法微細(xì)加工是指尺寸精度為微米級范圍的加工方式，是MEMS發(fā)展的重要基礎(chǔ)。微細(xì)加工起源于半導(dǎo)體制造工藝，加工方式十分豐富，包含了微細(xì)機(jī)械加工、各種現(xiàn)代特種加工、高能束加工方式。而微機(jī)械制造過程又往往是多種加工方式的結(jié)合超微機(jī)械加工用超小型機(jī)密金屬切削機(jī)床和電火花、線切割等加工方法，制作毫米級尺寸以下的微機(jī)械零件是一種三維實(shí)體加工技術(shù)，加工材料廣泛；但多是單件加工，單件裝配，費(fèi)用較高。微細(xì)切削加工適合所有金屬、塑料及工程陶瓷材料，切削方式有車削、晰削、鉆削等。由于切削尺寸小、主軸轉(zhuǎn)速高，專用機(jī)床的設(shè)計(jì)

4、加工的難度較大。目前微細(xì)切削加工存在的主要困難時(shí)各類微型刀具的制造、刀具安裝的姿態(tài)、加工基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換定位等。微細(xì)加工的刀具和電極的定位較為困難，為此常將切削刀具或電極在加工機(jī)床上制作，以避免裝夾誤差。光刻加工光刻加工是采用照相復(fù)印的方法將光刻淹模上的圖案印刷在涂有光致抗蝕劑的薄膜或基材表面，然后進(jìn)行選擇性腐蝕，刻蝕出規(guī)定的圖形。所用的基材有各種金屬、半導(dǎo)體和介質(zhì)材料。光致抗蝕劑俗稱光刻膠或感光劑，是一種經(jīng)光照后能發(fā)生交聯(lián)、分解或聚合等光學(xué)反應(yīng)的高分子溶液。典型的光刻工藝過程包括：氧化——涂膠——曝光——顯影——腐蝕——去膠——擴(kuò)散體刻蝕加工技術(shù)體刻蝕加工技術(shù)是對硅的襯底進(jìn)行

5、腐蝕的加工技術(shù)，即用腐蝕的方法將硅基片有選擇性的去除一部分，以形成微機(jī)械機(jī)構(gòu)。腐蝕的方法分濕法腐蝕和干法腐蝕。濕法腐蝕：用化學(xué)腐蝕液對硅基片進(jìn)行刻蝕，它又有各相同性和各向異性之分。各相同性是硅在所有的晶向方向以相等的速度進(jìn)行刻蝕；各向異性可以使硅在不同的晶面，以不同的速率進(jìn)行刻蝕。通過有選擇的使用各向異刻蝕溶液，利用基片晶格的取向，可以制作如橋、梁、薄膜等不同的結(jié)構(gòu)。干法腐蝕是利用等離子體取代化學(xué)腐蝕液，把基體暴露在電離的空氣中，氣體中的離子與基體原子間的物理和化學(xué)作用引起刻蝕。濕法的腐蝕速率快，各向異性好、成本低，但控制腐蝕深度困難。干法的腐蝕速度慢、成本高，但能精確控

6、制腐蝕深度。對要求精密、可是深度淺的最好用干法刻蝕工藝；對要求各向異性大、腐蝕深度很深的則采用濕法腐蝕工藝。面刻蝕加工技術(shù)面刻蝕加工技術(shù)是從集成電路平面工藝演變過來的，它是硅基片上形成薄膜并按一定要求對薄膜進(jìn)行加工的技術(shù)。表面的加工一般采用光刻技術(shù)，通過光刻將設(shè)計(jì)好的微機(jī)械結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移到硅片上，再用各種腐蝕工藝形成微結(jié)構(gòu)。在機(jī)械加工中，有時(shí)要形成各種微腔結(jié)構(gòu)和微橋，通常采用犧牲層工藝。面刻蝕加工的關(guān)鍵步驟是有選擇性的將抗腐蝕薄膜下面的犧牲層腐蝕掉，從而得到一個(gè)空腔結(jié)構(gòu)。常用二氧化硅（sio2）、磷玻璃（PSG)z作為犧牲材料。表面犧牲層”技術(shù)，即在形成微機(jī)械結(jié)構(gòu)的空腔或可

7、活動(dòng)的微結(jié)構(gòu)過程中，先在下層薄膜上用結(jié)構(gòu)材料淀積所需的各種特殊結(jié)構(gòu)件，再用化學(xué)刻蝕劑將此層薄膜腐蝕掉，但不損傷微結(jié)構(gòu)件，然后得到上層薄膜結(jié)構(gòu)（空腔或微結(jié)構(gòu)件）。由于被去掉的下層薄膜只起分離層作用，故稱其為犧牲層.首先是在硅基片上沉淀犧牲層材料，其作用是為形成結(jié)構(gòu)層得后續(xù)提供零時(shí)支撐，犧牲層的厚度一般1-2um，也可更厚些，犧牲層的材料被腐蝕成所需形狀，為了向結(jié)構(gòu)提供固定點(diǎn)，可腐蝕出穿透犧牲層的窗口，以防止結(jié)構(gòu)層在分離結(jié)束時(shí)移位；然后沉淀和腐蝕結(jié)構(gòu)材料薄膜層，多晶硅是常用的結(jié)構(gòu)層材料；結(jié)構(gòu)層腐蝕過后，除去犧牲層就可得到分離空腔結(jié)