「MEMS解读」MEMS微制造工艺简介

小型化是MEMS产品的突出特点，随着微系统技术的发展，一些MEMS器件的尺寸已进入亚微米级。这些微小尺寸的器件已非传统加工工艺所能完成。从而发展出一系列对这些器件的加工技术，即MEMS工艺或微系统加工工艺。

目前工业中应用的MEMS微机械加工技术包括：体硅微加工（Bulk Micromachining)、表面微加工(Surface Micromachining)、LIGA工艺（光刻、电铸和模造），三种工艺方法各有其优势和局限性。

1、体硅微加工

体硅微加工是一种通过各向异性或各向同性刻蚀衬底的方法在硅衬底上制造各种机械结构器件的技术。其特点是设备简单、投资少，但只能做形状简单的器件，深宽比小的器件。是通过对硅材料的腐蚀得到的，消耗硅材料较多(有时称作减法工艺），而且只能以硅材料为加工对象。图八是利用硅的各向异性刻蚀加工的硅质光实验台的扫描电镜图。

2、表面微加工技术

表面微加工主要是靠在基底上逐层添加材料，通过用表面生长方法及光刻法在表面制造各种微型机械结构器件。在衬底顶面沉积和刻蚀如金属、多晶硅、氮化物、氧化物、有机材料等。通常使用的沉积技术是蒸镀、溅射、丝印、CVD（化学气相沉积）、电镀，等等，也使用干刻蚀和湿刻蚀技术。其特点是通过在硅材料上添加各种材料形成所希望的结构，可制作比较复杂的零件，但技术比较复杂，设备也比较昂贵。图九是表面微加工件示

3、LIGA微细加工技术

LIGA加工是德语光刻(Lithographie)、电镀（也称电铸）(Galvanoformung)和压模(Abformung)的简称。LIGA技术可加工金属、塑料等非硅材料，同时可加工深宽比大的零件，这是体微加工和表面微加工难以做到的。但该工艺要通过同步加速器辐射装置产生的高能射线作为主要的加工方法，设备昂贵，投资大。

下图是一个LIGA工艺加工的例子。首先在一个金属底板上放置一层PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，有机玻璃），然后在其上放置一块模板，在用同步加速器装置产生的高能射线来刻蚀PMMA，最后形成所需要的空腔，然后通过电度的方法把空腔填满，再脱去PMMA，即得到所需要的金属齿轮。

MEMS器件和系统的封装和测试也是MEMS技术发展的重要方面，因为这部分技术复杂，其成本在整个MEMS器件或系统中有时占有很大比重。而且，基于MEMS器件的不同结构和功能，MEMS器件的封装具有多样性和复杂性，封装方法和质量对器件工作的可靠性影响重大。

例如，MEMS器件或系统内具有运动功能的部分必须保证可靠地工作，从外部获取信息的传感结构（如压力计、硅麦克风）需要长期稳定地工作，都与传统IC的封装有着巨大的差别。因此，新型封装技术在不断开发之中，例如采用晶圆级全硅封装技术，一次完成成千上万个器件的封装，可大幅度缩小体积、降低成本、提高器件或系统的可靠性。

由于MEMS器件结构和功能的多样性也决定了其测试的多样性。MEMS器件通常包含用于传感和执行的活动部件，需要进行动态参数的测量，例如微镜的稳定时间动态特性，传感器的位移幅度以及悬臂梁的谐振频率。这种情况下，除了一般电参数的测量，需要精密的、实时的以及高分辨率的无创性检测技术。

MEMS器件动态特性的光学测量就是一种有效的测试手段。先进的光学测量技术对MEMS器件在开发过程中了解其全视野动态响应，完成各种不同的物理特性的多种参数（尺寸、薄膜厚度、台阶高度、横截面、粗糙度、压力、静摩擦、弹性模量、响应时间、热膨胀、谐振频率，等等）的测量。