硅基MEMS加工技術主要包括體硅MEMS加工技術和表面MEMS加工技術。體硅MEMS加工技術的主要特點是對硅襯底材料的深刻蝕，可得到較大縱向尺寸可動微結構。表面MEMS加工技術主要通過在硅片上生長氧化硅、氮化硅、多晶硅等多層薄膜來完成MEMS 器件的制作。利用表面工藝得到的可動微結構的縱向尺寸較小，但與IC工藝的兼容性更好，易與電路實現單片集成。

目前國外表面工藝與體硅工藝并行，其中表面工藝已發展成標準化的工藝流程，有多條工藝線面向多用戶提供加工服務。國外也有多條面向多用戶提供標準體硅加工的工藝線，如美國的IMT、法國的Tronics 等，國內主要采用了體硅MEMS加工技術，目前主要的體硅工藝包括濕法SOG (玻璃上硅) 工藝、干法SOG 工藝、正面體硅工藝、SOI (絕緣體上硅)工藝，在國內這些工藝基本形成了標準化工藝，國內的中國電子科技集團公司第13 研究所、北京大學、上海微系統與信息技術研究所等都對外提供標準化MEMS加工服務，另外基于以上工藝的多層晶片鍵合工藝、多層晶片鍵合是圓片級封裝(WLP)以及三維(3D)垂直集成封裝的基礎，結合穿硅通孔(TSV)技術實現與IC 的集成，也是一個重要發展趨勢。

濕法SOG加工工藝

SOG 工藝是通過陽極鍵合技術形成牢固的硅—氧鍵將硅圓片與玻璃圓片粘在一起硅作為MEMS器件的結構層玻璃作為MEMS 器件的襯底層，如圖1 所示

結構層由濃硼層形成，對于各向異性的腐蝕液EDP、KOH 或者TMAH，當硼摻雜原子濃度不小于1019 cm-3 時, KOH 腐蝕速率下降5 ～ 100倍(相對同樣的單晶硅)，對于EDP 腐蝕液, 腐蝕速率下降250倍，利用各向異性腐蝕液對高摻雜層的低腐蝕速率特性達到腐蝕停止的目的。采用深反應離子刻蝕(DRIE)工藝在濃硼層上形成各種設計的MEMS結構再與玻璃鍵合,采用自停止腐蝕去除上層多余的單晶硅完成加工。圖2 是實物SEM照片。

受擴散深度與濃度的限制，MEMS 器件結構層的厚度一般小于30 μm ，而且由于高濃度摻雜會造成硅結構損傷帶來結構應力，另外硅與玻璃的材料不匹配性也會帶來較大結構應力，自停止硅濕法腐蝕具有較低的加工精度，這些也是濕法SOG 加工技術的缺點，另外由于存在高溫工藝也不適用于與IC 的單片集成，但此工藝比較成熟，工藝簡單，也適合一些性能要求不高的MEMS器件的加工以及批量加工。濕法SOG 加工技術適合多種MEMS芯片的加工如MEMS陀螺儀、加速度計、MEMS執行器等。

干法SOG加工工藝

基本工藝結構類似濕法SOG工藝，同濕法SOG工藝相比，干法SOG工藝主要變化在于去掉了濃硼摻雜與濕法腐蝕步驟，而是采用磨拋減薄的工藝形成MEMS芯片的結構層省去高溫長時間硼摻雜會降低對結構層的損傷，也避免了有毒或者容易帶來工藝沾污的濕法腐蝕步驟，這些也是干法SOG加工技術的優點，與濕法SOG一樣干法SOG同樣具有不利于與IC 集成的缺點。干法SOG加工技術適合多種MEMS 芯片的加工，如MEMS 陀螺儀、MEMS 加速度計、MEMS光開關、MEMS衰減器等。干法SOG加工技術采用了先鍵合后刻蝕(DRIE) 結構的過程如圖3 所示。

圖4 是采用干法SOG工藝加工的MEMS器件照片。

正面體硅加工技術

正面體硅工藝結合了深刻蝕、濃硼摻雜與濕法腐蝕工藝步驟，如圖5 所示，首先對n型硅片進行濃硼摻雜，濃度滿足硅濕法自停止腐蝕要求，然后DRIE硅結構，刻蝕深度大于濃硼層的厚度，最后在自停止腐蝕液里進行腐蝕，釋放結構。一次摻雜正面體硅工藝的結構厚度一般小于30 μm，采用兩次摻雜的正面體硅工藝的結構厚度可達60 μm 。

圖6 是采用正面體硅工藝制作的MEMS器件實物照片。

體硅SOI 加工技術

與其他工藝相比，SOI工藝采用全硅結構，通過硅-硅鍵合技術將硅與硅片粘接在一起，由于是全硅結構，因此不存在由于熱膨脹系數帶來的應力影響，結構層厚度可達80μm，并具有較高的加工精度，易于電路單片集成。SOI工藝具有與IC 工藝更好兼容性的特點，適用于更多的MEMS器件的制造，可用于制作MEMS 慣性器件(包括陀螺、加速度計、振動傳感器等)、MEMS光學器件(包括光開關、衰減器等)、生物MEMS、流體MEMS等多種MEMS器件，具有更廣的適用性，可實現批量加工需求，是目前的一個主流加工工藝和發展趨勢。工藝流程與實物照片如圖7 和圖8 所示。

硅MEMS表面加工工藝

表面硅MEMS加工技術是在集成電路平面工藝基礎上發展起來的一種MEMS工藝技術。它利用硅平面上不同材料的順序淀積和選擇腐蝕來形成各種微結構。它的基本思路是:先在基片上淀積一層稱為犧牲層的材料，然后在犧牲層上面淀積一層結構層并加工成所需圖形。在結構加工成形后,通過選擇腐蝕的方法將犧牲層腐蝕掉，使結構材料懸空于基片之上，形成各種形狀的二維或三維結構。表面硅MEMS加工技術工藝成熟，與IC 工藝兼容性好，可以在單個直徑為幾十毫米的單晶硅基片上批量生成數百個MEMS 裝置。

圖9 是一套表面犧牲層加工工藝流程。首先在襯底上淀積犧牲層材料(氧化硅)并形成可動微結構與襯底之間的連接窗口，然后淀積作為微結構的材料并光刻出所需的圖形，最后利用濕法腐蝕去掉犧牲層，這樣就形成了既能夠活動又與襯底相連的微結構。

圖10 是采用表面工藝制作的MEMS開關實物照片。

結束語

硅基加工技術是MEMS 器件的一個主流加工技術，包括體硅與表面加工工藝，體硅工藝比較適合制作高深寬比、高靈敏度MEMS 芯片，但與IC工藝兼容性稍差，而表面工藝加工的MEMS結構的深寬比較小，但易與IC 兼容，國內外有多個MEMS標準工藝加工服務的工藝線，目前國內主要采用體硅MEMS 加工技術，濕法SOG 、干法SOG 、正面體硅與體硅SOI 等幾種體硅MEMS 工藝具有各自的優缺點適合于多種MEMS芯片的加工。