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微米技術(shù)用于界定物理特征尺寸接近1μm（10-6m）的體系。這項(xiàng)技術(shù)給機(jī)械領(lǐng)域帶來的進(jìn)步，就像集成電路技術(shù)給電子領(lǐng)域帶來的一樣。微米技術(shù)也稱絕敗為微機(jī)電系統(tǒng)( MEMS)，到了80年代后期，MEMS器件的潛力碧宏旅被認(rèn)可，開始廣泛應(yīng)用悔凳于微電子和生物醫(yī)藥工業(yè)領(lǐng)域

微機(jī)電系統(tǒng)的系統(tǒng)特點(diǎn)

1）微型化：MEMS器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短。

2）以硅為主要材料電銷微米系統(tǒng)，機(jī)械電器性能優(yōu)良：硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)電銷微米系統(tǒng)，密度類似鋁，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢。

3）批量生產(chǎn)：用硅微純悶加工工藝在一片硅片上可同時(shí)制造成百上千個(gè)微型機(jī)電裝置或完整的MEMS。批量生產(chǎn)可大好念大降低生產(chǎn)成本。

4）集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致動(dòng)方向的多個(gè)傳感器或執(zhí)行器集成于一體，或形成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復(fù)雜的微系統(tǒng)。微傳感器、微執(zhí)行器和微電子器件的集成可制造出可靠性、穩(wěn)定性很高的MEMS。

5）多學(xué)科交叉：MEMS涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等多種學(xué)科，并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果。

MEMS發(fā)展的目標(biāo)在于，通過微型化、集成化來探索新原理、新功能的元件和系統(tǒng)，開辟一個(gè)新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。MEMS可以完成大尺寸機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)，也可嵌入大尺寸系統(tǒng)中，把自動(dòng)化、智能化和可靠性水平提高到一個(gè)新的水平。21世紀(jì)MEMS將逐步從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没瑢?duì)工農(nóng)業(yè)、信息、環(huán)境、生物工程、醫(yī)療、空間技術(shù)、國防和科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。

微機(jī)電系統(tǒng)是微米大小的機(jī)械系統(tǒng)，其中也包括不同形狀的三維平板印刷產(chǎn)生的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的大小一般在微米到毫米之間。在這個(gè)大小范圍中日常的物理經(jīng)驗(yàn)往往不適用。比如由于微機(jī)電系統(tǒng)的面積對(duì)體積比比一般日常生活中的機(jī)械系統(tǒng)要大得多，其表面現(xiàn)象如靜電、潤濕等比體積現(xiàn)象如慣性或熱容量等要重要。它們一般是由類似于生產(chǎn)半導(dǎo)體的技術(shù)如表面微加工、體型微加工等技術(shù)制造的。其中包括更改的硅加工方法如壓延、電鍍做襪彎、濕蝕刻、干蝕刻、電火花加工等等。微機(jī)電系統(tǒng)是指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)，是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)。主要由傳感器、作動(dòng)器和微能源三大部分組成。微機(jī)電系統(tǒng)具有以下幾個(gè)基本特點(diǎn)，微型化、智能化、多功能、高集成度。微機(jī)電系統(tǒng)。它是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)。微機(jī)電系統(tǒng)涉及航空航天、信息通信、生物化學(xué)、醫(yī)療、自動(dòng)控制、消費(fèi)電子以及兵器等應(yīng)用領(lǐng)域。微機(jī)電系統(tǒng)的制造工藝主要有集成電路工藝、微米/納米制造工藝、小機(jī)械工藝和其電銷微米系統(tǒng)他特種加工工種。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)主要包括設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)、材料與加工技術(shù)、封裝與裝配技術(shù)、測(cè)量與測(cè)試技術(shù)、集成與系統(tǒng)技術(shù)等。

特點(diǎn)

①和半導(dǎo)體電路相同，使用刻蝕、光刻等制造工藝，不需要組裝、調(diào)整電銷微米系統(tǒng)；

②進(jìn)一步可以將機(jī)械可動(dòng)部、電子線路、傳感器等集成到一片硅板上電銷微米系統(tǒng)；

③它很少占用地方，可以在一般的機(jī)器人到不了的狹窄場(chǎng)所或條件惡劣的地方使用；

④由于工作部件的質(zhì)量小，高速動(dòng)作可能；

⑤由于它的尺寸很小，熱膨脹等的影響小；

⑥它產(chǎn)生的力和積蓄的能量很小，本質(zhì)上比較安全。

優(yōu)勢(shì)

經(jīng)濟(jì)利益：

1.大批量的并行制造過程；

2.系統(tǒng)級(jí)集成；

3.封裝集成；

4.與IC工藝兼容。

技術(shù)利益：

1.高精度；

2.重量輕，尺寸小；

3.高效能。 MEMS光學(xué)掃描儀

隨著信息技術(shù)、光通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，MEMS發(fā)展的又一領(lǐng)域是與光學(xué)相結(jié)合，即綜合微電子、微機(jī)械、光電子技術(shù)等基礎(chǔ)技術(shù)，開發(fā)新型光器件，稱為微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)。它能把各種MEMS結(jié)構(gòu)件與微光學(xué)器件、光波導(dǎo)器件、半導(dǎo)體激光器件、光電檢測(cè)器件等完整地集成在一起。形成一種全新的功能系統(tǒng)。MOEMS具有體積小、成本低、可批量生產(chǎn)、可精確驅(qū)動(dòng)和控制等特點(diǎn)。較成功的應(yīng)用科學(xué)研究主要集中在兩個(gè)方面:

一是基于MOEMS的新型顯示、投影設(shè)備，主要研究如何通過反射面的物理運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行光的空間調(diào)制，典型代表為數(shù)字微鏡陣列芯片和光柵光閥:二是通信系統(tǒng)，主要研究通過微鏡的物理運(yùn)動(dòng)來控制光路發(fā)生預(yù)期的改變，較成功的有光開關(guān)調(diào)制器、光濾波器及復(fù)用器等光通信器件。MOEMS是綜合性和學(xué)科交叉性很強(qiáng)的高新技術(shù)，開展這個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)研究，可以帶動(dòng)大量的新概念的功能器件開發(fā)。 射頻MEMS技術(shù)傳統(tǒng)上分為固定的和可動(dòng)的兩類。固定的MEMS器件包括本體微機(jī)械加工傳輸線、濾波器和耦合器，可動(dòng)的MEMS器件包括開關(guān)、調(diào)諧器和可變電容。按技術(shù)層面又分為由微機(jī)械開關(guān)、可變電容器和電感諧振器組成的基本器件層面；由移相器、濾波器和VCO等組成的組件層面；由單片接收機(jī)、變波束雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)天線組成的應(yīng)用系統(tǒng)層面。

隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的逐步發(fā)展，MEMS所包含的內(nèi)容正在不斷增加，并變得更加豐富。世界著名信息技術(shù)期刊《IEEE論文集》在1998年的MEMS專輯中將MEMS的內(nèi)容歸納為：集成傳感器、微執(zhí)行器和微系統(tǒng)。人們還把微機(jī)械、微結(jié)構(gòu)、靈巧傳感器和智能傳感器歸入MEMS范疇。制作MEMS的技術(shù)包括微電子技術(shù)和微加工技術(shù)兩大部分。微電子技術(shù)的主要內(nèi)容有:氧化層生長、光刻掩膜制作、光刻選擇摻雜(屏蔽擴(kuò)散、離子注入)、薄膜(層)生長、連線制作等。微加工技術(shù)的主要內(nèi)容有:硅表面微加工和硅體微加工(各向異性腐蝕、犧牲層)技術(shù)、晶片鍵合技術(shù)、制作高深寬比結(jié)構(gòu)的LIGA技術(shù)等。利用微電子技術(shù)可制造集成電路和許多傳感器。微加工技術(shù)很適合于制作某些壓力傳感器、加速度傳感器、微泵、微閥、微溝槽、微反應(yīng)室、微執(zhí)行器、微機(jī)械等，這就能充分發(fā)揮微電子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，利用MEMS技術(shù)大批量、低成本地制造高可靠性的微小衛(wèi)星。

MEMS技術(shù)是一個(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域，主要屬于微米技術(shù)范疇。MEMS技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)歷了10多年時(shí)間，大都基于現(xiàn)有技術(shù)，用由大到小的技術(shù)途徑制作出來的，發(fā)展了一批新的集成器件，大大提高了器件的功能和效率，已顯示出了巨大的生命力。MEMS技術(shù)的發(fā)展有可能會(huì)像微電子一樣，對(duì)科學(xué)技術(shù)和人類生活產(chǎn)生革命性的影響，尤其對(duì)微小衛(wèi)星的發(fā)展影響更加深遠(yuǎn)，必將為大批量生產(chǎn)低成本高可靠性的微小衛(wèi)星打開大門。

微米的意思：微米是長度單位，符號(hào)μm。1微米相當(dāng)于1米的一百萬分之一（10，此即為“微”的字義）。

在ISO 2955的國際標(biāo)準(zhǔn)中，“u”已經(jīng)被接納為一個(gè)代替“μ”來代表10的國際單位制符號(hào)。微米是紅外線波長、細(xì)胞大小、細(xì)菌大小等的數(shù)量級(jí)。

理解長度單位，首先要理解它的上位渣碰概念——單位。《現(xiàn)代漢語詞典》對(duì)“單位”的解釋是：計(jì)量事物的標(biāo)準(zhǔn)量的名稱。在測(cè)量中，以同類量的芹梁迅某定量為基準(zhǔn)量，測(cè)定已知量相當(dāng)于基準(zhǔn)量的多少倍，該基準(zhǔn)量稱為單位。

如厘米是計(jì)量長度的單位，克是計(jì)量質(zhì)量的單位，秒是計(jì)量時(shí)嫌此間的單位。作為數(shù)學(xué)的例子，還可以說1是自然數(shù)的單位，分子為1的分?jǐn)?shù)是分?jǐn)?shù)的單位。

微米技術(shù)

微米技術(shù)用于界定物理特征尺寸接近1μm（10-6m）的體系。20世紀(jì)60年代后期，研究人員實(shí)現(xiàn)了機(jī)械裝置的小型化和批量制作，這項(xiàng)技術(shù)給機(jī)械領(lǐng)域帶來的進(jìn)步，就像集成電路技術(shù)給電子領(lǐng)域帶來的一樣。

微米技術(shù)也稱為微機(jī)電系統(tǒng)( MEMS)，其始于1969年美國西屋(Westinghouse)公司設(shè)計(jì)的諧振柵—場(chǎng)效應(yīng)晶體管。接下來的十年中，一些制造廠商開始使用體硅蝕刻技術(shù)生產(chǎn)壓力傳感器。

技術(shù)上的突破一直持續(xù)到20世紀(jì)80年代初，使用新型多晶硅表面微加工技術(shù)來制造用于磁盤驅(qū)動(dòng)磁頭的驅(qū)動(dòng)器。到了80年代后期，MEMS器件的潛力被認(rèn)可，開始廣泛應(yīng)用于微電子和生物醫(yī)藥工業(yè)領(lǐng)域。

25年中，MEMS已經(jīng)從技術(shù)好奇心的領(lǐng)域來到了充滿商業(yè)潛力的世界。今天，MEMS器件在汽車安全氣囊、噴墨打印機(jī)、血壓監(jiān)測(cè)儀、投影顯示系統(tǒng)以及空間系統(tǒng)中均成為核心部件，已經(jīng)展現(xiàn)出廣泛的用途。可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，這些MEMS器件將像微電子產(chǎn)品一樣普及。

微米級(jí)干霧抑塵裝置——粉塵終結(jié)者

微米級(jí)干霧抑塵的原理是基于歐美科學(xué)家的研究理論:“水霧顆粒大小與塵粒大小相近時(shí)電銷微米系統(tǒng)，吸附、過濾、凝結(jié)的概率最高”。該微米級(jí)干霧抑塵裝置能夠產(chǎn)生直徑為1-10微米的水霧顆粒電銷微米系統(tǒng)，有效吸附懸浮在空氣中的粉塵電銷微米系統(tǒng)，尤其是直徑小于5微米的可吸入性粉塵顆粒，依靠重力凝聚沉降，從而達(dá)到抑塵效果。填補(bǔ)了國內(nèi)直徑5微米以下呼吸性粉塵應(yīng)用的空白。

微尺度干霧抑塵裝置具有超乎想象的抑塵能力:在污染源頭——揚(yáng)塵起點(diǎn)進(jìn)行控塵；水霧顆粒為干霧，在抑塵點(diǎn)形成濃密的霧池；抑塵效率高，對(duì)10微米以下可吸入粉塵的治療效果高達(dá)96%，避免了矽肺的危害；用改嘩水量少，物料濕度按重量增加0.05%-0.1%，物料(煤)無熱值損失，無二次污染；占地面積小，操作方便，全自動(dòng)控制；設(shè)備投資少，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低；適用于無組織排放、封閉或半封閉空間的污染源，大大降低粉塵殲穗塵爆炸的概率，減少消防設(shè)備的投入。冬季使用時(shí)，車間溫度基本不變(其他傳統(tǒng)除塵設(shè)備，利用負(fù)壓原理工作，帶走車間大量熱量，不得不增加車間派卜的供熱)。

一圓信和億微米等于100米。

通過單位換算顯示一米=1000000微米電銷微米系統(tǒng)，一億微米等于100米電銷微米系統(tǒng)，微米公制中計(jì)量長度電銷微米系統(tǒng)的一種單位，1微米電銷微米系統(tǒng)的長度是1米電銷微米系統(tǒng)的一百萬分之一，坦握是1毫米的一千分之一，通常用來計(jì)量微小物體的長度。

微米是紅外線波長、細(xì)胞大小、細(xì)菌大小等的數(shù)量級(jí)橘盯。微米技術(shù)也稱為微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS），其始于1969年美國西屋公司設(shè)計(jì)的諧振柵—場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

可以通過微米光的技術(shù)一次性治愈各種贅生物（如尖銳濕疣），或者是治療宮頸柱狀上皮外移糜爛面的修復(fù)。

微米光治療儀的作用，微米光是一種新型光療治療儀，還有各種微量元素光元素，具有方向性好、穿透力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。可以通過微米光的技術(shù)一次性治愈各種贅生物（如尖銳濕疣），或者是治饑并差療宮頸柱狀上皮外移糜爛面的修復(fù)。微米光可以在較短的時(shí)間內(nèi)使病變組織部位的蛋白質(zhì)固化，增強(qiáng)局部的免疫力，改善機(jī)體的免疫功蔽猜能狀態(tài)，促進(jìn)局部組織的新陳代謝，還可以消炎消腫促進(jìn)局部組織的愈合。

微米光治療儀的作用，微米光是一種新型光療治療儀，還有各種微量元素光元素，具有方向性好、穿透力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。可以通過微米光的技術(shù)一次性治愈各種贅生物（如尖銳濕疣），或者是治療宮頸柱狀上皮外移糜爛面的修復(fù)。微米光可以在較短的時(shí)間內(nèi)使病變組織部位的蛋白質(zhì)固化，增強(qiáng)局部的免疫力，改善機(jī)體的免疫功能狀態(tài)，促進(jìn)局部組織的新陳代謝，還可以消炎消腫促進(jìn)局部組織的愈合。

摘 要 材料與結(jié)構(gòu)在微納米尺度展現(xiàn)了許多不同于宏觀尺度的新特征，納米技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前科學(xué)研究與工

業(yè)開發(fā)的熱門領(lǐng)域之一 微小型化依賴于微納米尺度的功能結(jié)構(gòu)與器件，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)微納米化的基礎(chǔ)是先進(jìn)的

微納米加工技術(shù) 文章對(duì)微納米加工技術(shù)做了一個(gè)綜合的介紹，簡(jiǎn)要說明了微納米加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)的區(qū)

別 在微納米加工技術(shù)的應(yīng)用方面提出了一些合理選擇加工技術(shù)的原則，并對(duì)當(dāng)前微納米加工技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和

今后發(fā)展的趨勢(shì)作了預(yù)測(cè)

關(guān)鍵詞 微納米技術(shù)，微納米加工，微系統(tǒng)技術(shù)，微小型化

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5 引言

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今天，這場(chǎng)由晶體管引發(fā)的微電子技術(shù)革命已經(jīng)深刻

地影響了現(xiàn)代社會(huì)的面貌 由半導(dǎo)體微電子技術(shù)以及

由此引發(fā)的各種微型化技術(shù)除了成為現(xiàn)代高科技產(chǎn)

業(yè)的主要支柱之外，也深入到現(xiàn)代生活的所有領(lǐng)域，

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了集成電路之外，微型化技術(shù)導(dǎo)致了微系統(tǒng)的發(fā)展，

開發(fā)出直徑只有 5 的微馬達(dá)，指甲大小的微攝像

頭，豌豆大小的氣相色譜分析裝置，芯片上的光學(xué)平

臺(tái)和化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室等 如果說集成電路芯片提供了

一個(gè)系統(tǒng)的思考與決策的大腦，微系統(tǒng)技術(shù)則以各種

微傳感器與微執(zhí)行器提供了系統(tǒng)的感官、手與腳 系

統(tǒng)微型化成為今后現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì) 如果按

微型化的尺度衡量，集成電路技術(shù)與微系統(tǒng)技術(shù)還屬

于微米技術(shù) 自 E5 世紀(jì)以來，由半導(dǎo)體微電子技術(shù)引

發(fā)的微型化革命進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代，這就是納米技

術(shù)時(shí)代 從微米到納米的過渡不僅僅是量的過渡而且

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代表了質(zhì)的躍遷- 材料與結(jié)構(gòu)在 ’%%34 以下顯現(xiàn)出不

同于宏觀世界的性質(zhì)- 納米科技為人類展現(xiàn)了微觀世

界的新天地- 從晶體管到集成電路，從微電子到微機(jī)

械與微流體，從微米技術(shù)到納米技術(shù)，微納米技術(shù)已

經(jīng)成為當(dāng)今高科技的代名詞無論是集成電路技術(shù)，還是微系統(tǒng)技術(shù)或納米

技術(shù)，其共同的特征是功能結(jié)構(gòu)的尺寸在微米或納

米范圍，因此可以統(tǒng)稱為微納米技術(shù)- 微納米技術(shù)依

賴于微納米尺度的功能結(jié)構(gòu)與器件- 實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)

微納米化的基礎(chǔ)是先進(jìn)的微納米加工技術(shù)- 在過去

的 #% 年中，正是微納米加工技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了集成

電路的發(fā)展，導(dǎo)致集成電路的集成度以每 ’5 個(gè)月翻

一番的速度提高- 現(xiàn)代微納米加工技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)?/p>

上億只晶體管做在方寸大小的芯片上- 最小電路尺

寸為 6%34 的集成電路芯片已經(jīng)開始大規(guī)模生產(chǎn)-

" 的集成電路芯片已開始小批量工業(yè)化生產(chǎn)，而

7#34 加工水平的集成電路已經(jīng)在研發(fā)階段- 除了集

成電路芯片中的晶體管越做越小，微納米加工技術(shù)

還可以將普通機(jī)械齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)微縮到肉眼無法觀

察的尺寸- 微納米加工技術(shù)可以制作單電子晶體管，

可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)分子與原子操縱- 微納米加工技術(shù)可

以建筑人類進(jìn)入微觀世界的橋梁，是人類了解和利

用微觀世界的工具- 因此了解微納米加工技術(shù)對(duì)于

理解微納米技術(shù)，以及由微納米技術(shù)支撐的現(xiàn)代高

科技產(chǎn)業(yè)是非常重要的-

$ 微納米加工技術(shù)的分類

自人類發(fā)明工具以來，加工是人類生產(chǎn)活動(dòng)的

主要內(nèi)容之一- 所謂加工是運(yùn)用各種工具將原材料

改造成為具有某種用途的形狀- 一提到加工，人們自

然會(huì)聯(lián)想到機(jī)械加工- 機(jī)械加工是將某種原材料經(jīng)

過切削或模壓形成最基本的部件，然后將多個(gè)基本

部件裝配成一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)- 某些機(jī)械加工也可以

稱為微納米加工- 因?yàn)榫推浼庸ぞ榷裕承┈F(xiàn)代

磨削或拋光加工的精度可以達(dá)到微米或納米量級(jí)但本文所討論的微納米加工技術(shù)是指加工形成的部

件或結(jié)構(gòu)本身的尺寸在微米或納米量級(jí)- 微納米加

工技術(shù)是一項(xiàng)涵蓋門類廣泛并且不斷發(fā)展中的技

術(shù)- 在 $%%7 年國際微納米工程年會(huì)上，曾有人總結(jié)

出多達(dá) % 種微納米加工方法- 可見實(shí)現(xiàn)微納米結(jié)構(gòu)

與器件的方法是多樣的- 本文不可能將所有微納米

加工技術(shù)一一介紹- 對(duì)這些加工技術(shù)的詳細(xì)介紹目

前已有專著出版［’］

- 筆者在此僅將已開發(fā)出的微納

米加工技術(shù)歸納為三種類型作概括性的介紹-

!- " 平面工藝

以平面工藝為基礎(chǔ)的微納米加工是與傳統(tǒng)機(jī)械

加工概念完全不同的加工技術(shù)- 圖 ’ 描繪了平面工

藝的基本步驟- 平面工藝依賴于光刻（/0)(89:1*(;）

技術(shù)- 首先將一層光敏物質(zhì)感光，通過顯影使感光層

受到輻射的部分或未受到輻射的部分留在基底材料

表面，它代表了設(shè)計(jì)的圖案- 然后通過材料沉積或腐

蝕將感光層的圖案轉(zhuǎn)移到基底材料表面- 通過多層

曝光，腐蝕或沉積，復(fù)雜的微納米結(jié)構(gòu)可以從基底材

料上構(gòu)筑起來- 這些圖案的曝光可以通過光學(xué)掩模

投影實(shí)現(xiàn)，也可以通過直接掃描激光束，電子束或離

子束實(shí)現(xiàn)- 腐蝕技術(shù)包括化學(xué)液體濕法腐蝕和各種

等離子體干法刻蝕- 材料沉積技術(shù)包括熱蒸發(fā)沉積，

化學(xué)氣相沉積或電鑄沉積圖 ’ 平面工藝的基本過程：在硅片上涂光刻膠、曝光、

顯影，然后把膠的圖形通過刻蝕或沉積轉(zhuǎn)移到其他材料

平面工藝是最早開發(fā)的，也是目前應(yīng)用最廣泛

的微納米加工技術(shù)- 平面工藝之所以不同于傳統(tǒng)機(jī)

械加工是因?yàn)椋海ā┪⒓{米結(jié)構(gòu)由曝光方法形成，而

不是加工工具與材料的直接相互作用- 所以限制加

工結(jié)構(gòu)尺寸的不是加工工具本身的尺寸，而是成像

系統(tǒng)的分辨率，例如光波的波長，激光束，電子束或

離子束直徑；（$）平面工藝一般只能形成二維平面

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微納米加工技術(shù)專題

!""#：$$%%% %’() *+ +, 物理

結(jié)構(gòu)，或準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)，而不是真正的三維系統(tǒng) 平面

工藝形成的三維結(jié)構(gòu)是通過多層二維結(jié)構(gòu)疊加而成

的；（.）平面工藝形成的是整個(gè)系統(tǒng)，而不是單個(gè)部

件 由于每個(gè)部件如此之小，根本無法按傳統(tǒng)的先加

工分立部件然后裝配成系統(tǒng)的途徑 所以系統(tǒng)中的

每個(gè)部件以及它們之間的關(guān)系是在平面加工過程中

形成的

平面工藝產(chǎn)生于 /0 世紀(jì) 10 年代集成電路的開

發(fā) 半導(dǎo)體晶體管由分立到集成就是基于平面工藝

集成電路制造的平面工藝概括起來為 2 個(gè)基本方

面［/］

：

（3）薄膜沉積（(*456),7） 包括各種氧化膜，多

晶硅膜，金屬膜等 金屬連線，晶體管柵極，摻雜掩

模，絕緣層，隔離層，鈍化層等是集成電路的基本組

成部分

（/）圖形化（#*""56,),7） 所謂圖形化是在硅基

底和沉積的薄膜上形成各種電路圖形 這包括光刻

和刻蝕兩個(gè)方面 更確切地說，圖形化是集成電路微

納米加工的核心 集成電路的結(jié)構(gòu)是通過圖形化實(shí)

現(xiàn)的 集成電路發(fā)展的歷史也是平面圖形化技術(shù)不

斷進(jìn)步的歷史

（.）摻雜（89#),7） 晶體管的載流子區(qū)通過摻

雜形成，摻雜包括熱擴(kuò)散摻雜和離子注入摻雜

（2）熱處理（*,,5*(),7） 離子注入后通過熱處

理可以恢復(fù)由離子轟擊造成的晶格錯(cuò)位，熱處理也

可以使沉積的金屬膜與基底合金化，形成穩(wěn)固的導(dǎo)

電層

平面微納米加工技術(shù)雖然主要應(yīng)用于集成電路

制造，但近年來微系統(tǒng)技術(shù)中也大量應(yīng)用平面工藝

制作各種微機(jī)械、微流體和微光機(jī)電器件等 例如，

圖 / 是美國 :;=; 國家實(shí)驗(yàn)室通過平面工藝制作

的多齒輪傳動(dòng)系統(tǒng) 從表面來看，它與傳統(tǒng)機(jī)械加工

形成的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)沒有什么區(qū)別 但這里的每個(gè)

齒輪的直徑不超過 3?? 即使當(dāng)今最先進(jìn)的精密機(jī)

械加工技術(shù)也無法制作這樣微小的齒輪 它是通過

多層多晶硅沉積與刻蝕形成的 而且各個(gè)齒輪以及

它們的傳動(dòng)配合關(guān)系是通過巧妙的設(shè)計(jì)與硅平面工

藝的結(jié)合一次做成的 微系統(tǒng)所需要的加工技術(shù)除

了沒有摻雜工藝外與集成電路的平面加工技術(shù)基本

相同 但由于某些微系統(tǒng)特殊功能的需要，其結(jié)構(gòu)尺

寸一般遠(yuǎn)大于集成電路的結(jié)構(gòu)尺寸 因而產(chǎn)生了某

些適用于微系統(tǒng)的特殊平面工藝，例如厚膠曝光、電

鑄工藝、硅深刻蝕工藝以及制作微光學(xué)元件的灰度

曝光工藝等

圖 / 美國 :;=; 國家實(shí)驗(yàn)室利用多層硅平面工藝

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