【正文】 以硅單晶片本身為襯底，以含硅化合物如硅烷（ SiH4）或四氯化硅（ SiCl4）等分解或用氫氣還原，生成單質(zhì)硅淀積在硅襯底上。 ? 淀積過(guò)程在外延反應(yīng)爐中進(jìn)行。如： 0~ 1 2 0 0 C42S iCl + 2 H S i + 4 H Cl????? ? ?犧牲層技術(shù) ? 在體型結(jié)構(gòu)的表面上，為了獲得有空腔和可活動(dòng)的微結(jié)構(gòu)，常采用 “ 犧牲層 ” 技術(shù)。即在形成空腔結(jié)構(gòu)過(guò)程中，將 2層薄膜中的下層薄膜設(shè)法腐蝕掉，便可得到上層薄膜，并形成一個(gè)空腔。被腐蝕掉的下層薄膜在形成空腔過(guò)程中，只起分離層作用，故稱為犧牲層。 多晶硅懸臂梁的工藝成型 硅梁制造過(guò)程 H型諧振梁式壓力傳感器芯片 LIGA 技術(shù)和 SLIGA 技術(shù) ? LIGA技術(shù)（ 德國(guó)喀爾斯魯厄核研究中心最先發(fā)明 ） 是德國(guó)斯圖加特微機(jī)械研究所開發(fā)的一種很有特色的微機(jī)械加工技術(shù)，它由 X光深度同步輻射光刻、電鑄 (鍍 )制模和注 (壓 )模復(fù)制三個(gè)主要工藝步驟組成。 ? 特點(diǎn)： 可以用來(lái)制作具有較大高寬比的三維立體結(jié)構(gòu)，不僅可以制造硅結(jié)構(gòu)，而且還可以加工各種金屬、合金、陶瓷、塑料及聚合物等材料。 ? SLIGA技術(shù)： LIGA技術(shù)的局限性是，只能制作沒有活動(dòng)件的 3維微結(jié)構(gòu)。為了能制出含有可活動(dòng)件的 3維微結(jié)構(gòu)，把犧牲層技術(shù)應(yīng)用于 LIGA技術(shù)中，形成了 SLIGA技術(shù)。 LIGA 光刻機(jī) LIGA 工藝中的主要制作步驟 LIGA 制備工藝應(yīng)用實(shí)例 X 光深度同步輻射光刻的形成 深度同步輻射光刻是 LIGA技術(shù)的核心工藝，只有刻蝕出比較理想的抗蝕劑圖形，才能保證后續(xù)工藝步驟的質(zhì)量。 利用電鑄工藝成型金屬微結(jié)構(gòu) 電鑄工藝就是在上述的初級(jí)模板中淀積需要的金屬（如Ni、 Au、 Ag、 Pt或合金），便可制成與模具互為凹凸的 3維微結(jié)構(gòu)。它可以是最終產(chǎn)品，或作為注塑模。 注塑模的形成 注塑則是用電鑄得到的金屬微結(jié)構(gòu)作為 2次模板。模板制備如圖，如在模板中注入塑性材料，便可以得到塑性微結(jié)構(gòu)件。 SLIGA技術(shù)制作活動(dòng)微結(jié)構(gòu)的基本工藝 特種精密機(jī)械制造技術(shù) ? 由于 MEMS器件和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得對(duì)加工工藝的要求干變?nèi)f化，前面幾節(jié)介紹的微加工工藝還不能完全滿足加工需要。因此，世界各國(guó)都在發(fā)展各種新的微加工工藝，其中也包括將傳統(tǒng)的加工工藝進(jìn)行改進(jìn)后用于微機(jī)械加工。 下面對(duì)較常見的部分微加工工藝作簡(jiǎn)要的介紹。 電火花加工工藝 ? 電火花加工 (EIectrical Discharge Machining， EDM)是加工金屬、合金和其他導(dǎo)電材料的有效工藝手段，其工作原理是通過(guò)電火花融化和蒸發(fā)被加工的金屬材料。加工電極端面的形狀可以通過(guò) EDM反刻在被加工工件上。 ? 另外也可以通過(guò)加工電極或工件的三維運(yùn)動(dòng)．加工出空間曲面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這時(shí)需要采用微型加工電極?？紤]到加工電極在加工過(guò)程中會(huì)有損耗而影響加工精度，人們又發(fā)明了線放電磨削 (Wire EIectrodischarge Grinding, WEDG)工藝。該工藝是將加工電極由滑動(dòng)的金屬細(xì)線代替，使整條細(xì)線上的各個(gè)部位均勻消耗，從而大大減小電極尺寸變化。 EDM反刻工藝 激光精細(xì)加工 ? 激光精細(xì)加工是利用強(qiáng)聚焦激光高溫加熱使被加工材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而被腐蝕、蒸發(fā)。其最大優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)移動(dòng)光束實(shí)現(xiàn)直接加工，而無(wú)需采用光刻工藝。 ? 激光微細(xì)加工系統(tǒng)可對(duì)硅、塑料、玻璃、陶瓷、金屬薄膜等多種材料進(jìn)行加工，精度可以做到微米級(jí)。 ? 通常激光精細(xì)加工系統(tǒng)包括有紫外或可見光激光器、精確的光路系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)平臺(tái)等。 激光在銅上刻字 激光在硅片或陶瓷上打孔 固相鍵合技術(shù) ? 固相鍵合技術(shù)是利用各種接合工藝，把若干具有平面結(jié)構(gòu)的零件重疊接合在一起，構(gòu)成三維微結(jié)構(gòu)部件。 ? 常用的接合方法有：陽(yáng)極鍵合、熱熔鍵合、共熔鍵合、低溫玻璃鍵合及冷壓焊接等。 ? 常用的互連材料有：金屬和硅、玻璃和硅、硅和硅及金屬和金屬。 連接中應(yīng)滿足的技術(shù)要求 ? 殘余熱應(yīng)力盡可能??； ? 實(shí)現(xiàn)機(jī)械解耦，以防止外界應(yīng)力 干擾； ? 足夠的機(jī)械強(qiáng)度和密封性； ? 良好的電絕緣性。 玻璃和硅的熱膨脹特性 ? 玻璃有多種，其膨脹系數(shù)各異，為了避免互連后產(chǎn)生熱應(yīng)力，必須選擇膨脹系數(shù)相互接近的進(jìn)行匹配連接。由圖可知，其中派雷克司（ pyrex）硼硅酸玻璃7740號(hào)和 1729號(hào)的膨脹系數(shù)與硅最接近，故最適宜與硅鍵合。 幾種材料的熱膨脹特性 鍵合方法 ? 陽(yáng)極鍵合 ? Si－ Si直接鍵合 ? 玻璃封接鍵合 ? 金屬共熔鍵合 陽(yáng)極鍵合 ? 陽(yáng)極鍵合又稱為靜電鍵合或場(chǎng)助鍵合。 ? 陽(yáng)極鍵合技術(shù)可將硅與玻璃、金屬及合金在靜電場(chǎng)作用下鍵合在一起，中間無(wú)需任何粘結(jié)劑。鍵合界面具有良好的氣密性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 ? 陽(yáng)極鍵合技術(shù)已被廣泛使用。 硅與玻璃的陽(yáng)極鍵合原理 ? 硅與玻璃的鍵合可在大氣或真空環(huán)境下完成。鍵合溫度為 180～ 500 ，接近于玻璃的退火點(diǎn)，但是在玻璃的熔點(diǎn)以下。 0C硅與玻璃陽(yáng)極鍵合的過(guò)程 陽(yáng)極鍵合完成的判定 ? 在陽(yáng)極鍵合的過(guò)程中，加上電壓后，即可有一個(gè)電流脈沖產(chǎn)生；稍后，減流幾乎降為 0，表明此時(shí)鍵合已經(jīng)完成。所以，可通過(guò)觀察外電路中電流的變化，判斷鍵合是否已經(jīng)完成。 硅－玻璃－硅陽(yáng)極鍵合 7740?硅和硅的互連，也能用陽(yáng)極鍵合實(shí)現(xiàn)，但在 2硅片間需加入中間夾層。常用的中間夾層材料為硼硅酸玻璃（ ） 鍵合過(guò)程： 先緩慢升高加在 3層結(jié)構(gòu)上的直流電壓，并控制電流密的在 10A／ ㎡ ， 鍵合溫度穩(wěn)定在 450～ 550 。隨著電壓不斷升高，電流將相應(yīng)下降。電壓的最大值達(dá)50V時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)良好的封接。鍵合過(guò)程繼續(xù)保持5min左右，關(guān)閉加熱器，鍵合完成。 0C硅電容式絕壓微傳感器 采用硅－硅陽(yáng)極鍵合技術(shù)，濺射在硅膜片襯底上 7740 玻璃膜的厚度，相當(dāng)于電容器的空間縫隙。鍵合時(shí)硅接正電極，負(fù)極接在覆有玻璃膜的硅片上。 ﹟ 硅電容式差壓微傳感器 采用陽(yáng)極鍵合成整體的 3層結(jié)構(gòu)。鍵合時(shí)硅接正電極，玻璃接負(fù)電極。 Si－ Si 直接鍵合 ? 2塊硅片通過(guò)高溫處理可直接鍵合在一起，中間無(wú)需任何粘結(jié)劑和夾層，也無(wú)需外加輔助電場(chǎng)。這種技術(shù)是將硅晶片加熱至1000度以上，使其處于熔融狀態(tài)，分子力導(dǎo)致兩硅片鍵合在一起。它比采用陽(yáng)極鍵合優(yōu)越，因?yàn)樗梢垣@得 Si－ Si鍵合界面，實(shí)現(xiàn)材料的熱膨脹系數(shù)、彈性系數(shù)等的最佳配比，得到硅一體化結(jié)構(gòu)。其鍵合強(qiáng)度可達(dá)到硅或絕緣體自身的強(qiáng)度量值，且氣密性能好。 硅－硅直接鍵合及表面處理過(guò)程 硅－硅直接鍵合的關(guān)鍵是硅表面的活化處理、表面光潔度、平整度以及在工藝過(guò)程中的清潔度。 SiSi直接鍵合過(guò)程 表面處理及清洗過(guò)程 Si－ SiO2 SiO2－ Si鍵合示意圖 ?Si－ Si 鍵合真空設(shè)備簡(jiǎn)圖 樣件經(jīng)表面處理和清洗后放入真空室內(nèi)，抽出殘余氣體，通入氬氣（ Ar），氬離子束以 角射向樣件表面，腐蝕時(shí)間為 1min，腐蝕深度約4nm。推動(dòng)推桿以1MPa壓力將樣件壓并在一起，即完成直接鍵合 。 045 硅－硅直接鍵合結(jié)合面狀況 玻璃封接鍵合 ? 用于封接的玻璃多為粉狀，通常稱為玻璃料。它們由多種不同特征的金屬氧化物組合而成。不同比例的組成成分，熱膨脹系數(shù)不同。若在他們中添加有機(jī)粘合劑，便形成糊狀體，且易用絲網(wǎng)印刷法形成需要的封接圖案，稱為封接玻璃或釬料玻璃。 玻璃封接工藝示意圖 首先對(duì)封接表面進(jìn)行潔凈處理，然后將純度高、含納低及超精細(xì)的玻璃粉懸浮在均質(zhì)的酒精溶液中，并設(shè)法采用絲網(wǎng)印制、噴鍍、淀積或擠壓等技術(shù)，將其置于一對(duì)被鍵合的界面間實(shí)現(xiàn)封接。封接溫度為 415～ 650 ，同時(shí)施加壓力 7～ 700kPa。 0C玻璃封接裝置示意圖 玻璃封接壓阻式差壓傳感器 金屬共熔鍵合 ? 金屬共熔鍵合是指在被鍵合的一對(duì)表面間夾上一層金屬材料膜，形成 3層結(jié)構(gòu)，然后在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫ο聦?shí)現(xiàn)熔接。共熔鍵合常用的共熔材料是，金－硅和鋁－硅等。 ? 金－硅共熔的溫度為 360～ 400 ，而鋁－硅共熔的溫度接近 600 。 0C0C共熔鍵合的 4 種接合方式 冷壓焊鍵合 ? 冷壓焊鍵合工藝，是指在室溫、真空條件下，施加適當(dāng)?shù)膲毫Γ瓿杉c件之間的接合。 冷壓焊鍵合原理 在壓焊前，先在硅片表面上淀積一層 SiO2，再在 SiO2上面分別淀積鈦膜和金膜，便可在室溫、真空及加壓條件下，實(shí)現(xiàn)硅－金屬－硅的鍵合。 各種鍵合方法的比較