表面微加工构建 微机电系统 通过在衬底上沉积和图案化薄膜来制造器件。该工艺包括以下步骤：沉积牺牲层（例如二氧化硅）、对其进行图案化、沉积结构层（例如多晶硅），最后去除牺牲层以释放机械结构。该工艺可以直接在晶圆表面创建复杂的独立式微结构。
用于MEMS的表面微加工
1980
- Richard S. Muller
- Roger T. Howe
（图片仅供参考）
表面微加工是微机电系统（MEMS）制造的基石，它能够在衬底（通常是硅晶片）上构建复杂的机械系统。该工艺属于增材制造，逐层构建结构，这与减材微加工截然不同。典型的工艺流程始于在衬底上沉积一层隔离层，例如氮化硅。随后，采用低压化学气相沉积（LPCVD）法沉积一层牺牲层，通常是一种称为磷硅酸盐玻璃（PSG）的二氧化硅。接下来，利用光刻和蚀刻技术对该牺牲层进行图案化，从而确定最终结构与衬底的连接区域以及运动部件下方的间隙。
接下来，在图案化的牺牲层上沉积结构层，通常为多晶硅（polysilicon）。然后对多晶硅层本身进行图案化，以定义所需机械部件的几何形状，例如梁、齿轮或薄膜。这种牺牲层和结构层的沉积和图案化过程可以重复多次，以创建高度复杂的多层结构。最后也是至关重要的一步是“释放”工艺。将晶圆浸入化学蚀刻剂中，通常是氢氟酸（HF），该蚀刻剂选择性地去除牺牲的PSG层，而不会腐蚀多晶硅结构层或氮化硅隔离层。这样，多晶硅结构就可以自由移动，并通过其指定的锚点悬浮在衬底上方。
A major advantage of this technique is its inherent compatibility with standard CMOS integrated circuit manufacturing processes. This allows for the monolithic integration of MEMS devices with their control and signal processing electronics on the same chip, leading to smaller, cheaper, and higher-performance systems. However, surface micromachining is not without its challenges. The primary failure mode during release is ‘stiction,’ where the released structures, once wet, are pulled down to the substrate by capillary forces during drying and become permanently stuck due to intermolecular forces like 范德华力 attraction. Various anti-stiction strategies, such as supercritical CO2 drying or special surface coatings, have been developed to mitigate this critical issue.
- 增材制造, 化学气相沉积（CVD）, 机械工业, 微机电系统（MEMS）, 流程优化, 表面处理
UNESCO Nomenclature: 3313
- 工业工程
类型
化学过程
中断
重大的
用法
广泛使用
前体
应用程序
- 投影机中的数字微镜器件（DMD）
- 智能手机中的惯性传感器（加速度计和陀螺仪）
- 压力传感器
- 喷墨打印机头
- RF 微机电系统 开关
专利：
- US4673455A
- US5024723A
潜在创新理念
相关领域：表面微加工、MEMS、制造、薄膜、多晶硅、牺牲层、蚀刻、微加工、光刻、粘滞。
历史背景
用于MEMS的表面微加工
（如果日期未知或不相关，例如“流体力学”，则提供其显著出现的近似估计）
