的设计制造技术

MEMS的内容极为广泛，其关键技术有设计技术、材料、制造工艺、封装和测试技术。

1.设计技术

MEMS产品设计包括系统、器件、电路和封装等设计。

MEMS器件的设计需要综合多学科理论分析，这大大增加了设计参数选择的难度，常规分析计算已无法满足设计需要。计算机技术的进步使得CAD技术在MEMS器件设计中得到广泛的应用。采用CAD能设计出具有低成本、高性能、更为复杂的新型系统。2D和3D计算机绘图技术的发展能够对复杂的MEMS结构及版图进行计算机设计。有限元分析技术的应用可以用精确的计算机数值求解方法来分析和预测器件的性能，使对器件的静态、准静态和动态模拟成为可能，从而使我们能够对MEMS器件的结构和工艺进行计算机模拟和设计优化。

MEMS的CAD设计原则是：

（1）MEMS技术涉及微电子、微机械、微动力学、微流体力学、微热力学、材料学、物理学、化学和生物学等。这些作用域相互作用，共同构成了完整的MEMS并实现确定的功能，多能量域的耦合问题是MEMS的CAD最需要解决的。

（2）MEMS的CAD必须提供自动生成三维模型的工具，具有结构仿真器。

（3）MEMS的制造过程不会改变结构的几何参数，但会影响材料的性质。而材料性质的改变又会影响结构的电子特性和机械特性。因此，MEMS的CAD必须建立相应的材料特性数据库。根据工艺流程自动将材料的特性引入到三维几何模型中。

（4）MEMS的器件不仅是复杂的三维结构，各种能量域相互耦合，计算中还需要进行内部的量化，而且要考虑结构外部各种物理场，如电场、磁场、流场的耦合分析，这些计算量大且耗时。因此，要求MEMS的CAD具有快速、有效的算法作为分析计算的基础。

2.材料

MEMS应用的材料主要有三种：单晶硅和多晶硅、压电材料以及其他类型的合成材料。

（1）硅材料。硅的机械性能好，强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导性接近钼和钨。19世纪60年代，MEMS刚出现时，IC工业应用的半导体材料只有单晶硅衬底和多晶硅薄膜两种材料。

（2）压电材料。开发研究表明，压电材料是制作MEMS的良好材料。MEMS材料的一个明显变化是用单晶石英取代硅。石英也是一种高性能的晶体，虽然批量生产不如硅，但可以进行定向腐蚀，已用于制造压力传感器、加速度计和陀螺。

（3）合成材料。最近几年材料结构的控制技术发展很快。在未来阶段，MEMS应用的新材料包括化合物材料、高温超导材料、磁阻材料、铁电材料、热点材料以及许多其他功能材料。这些材料是专门为MEMS传感器研究和开发的。

3.制造工艺

微机械加工技术是制作微传感器、微执行器和微电子机械系统的关键技术。

微机械加工工艺分为硅基加工和非硅基加工。硅基加工技术比较成熟，硅的力学性能较好，适合作微型机械。硅基工艺包括表面加工 （牺牲层技术）、体加工 （各向异性刻蚀技术）、SPB（硅直接键合）、LIGA和准LIGA加工；非硅基加工包括微电火花加工、微电铸、激光加工、STM和AFM等。

MEMS技术首先是在微电子平面加工工艺基础上发展起来的，又先后有了深反应离子刻蚀 （DRIE）、LIGA和准分子激光等多种工艺创新。这些工艺相互补充，各有所长。目前已经面市的一代MEMS产品具有一个关键特征：简单、易于大规模生产、价格便宜、适合于用硅平面工艺加工。硅熔合键合与深反应离子刻蚀相结合是把 “表面”微机械加工与传统的 “体”微机械加工的优点结合起来，即把一般集成电路制造工艺的设计灵活性与兼容性和体工艺的坚固性和三维成形能力结合起来。

深反应离子刻蚀DRIE采用氯和氟为基础的等离子体 （如用射频功率驱动）刻蚀出近似垂直壁面的深层结构。目前已经能刻蚀出200μm的深度。

4.封装和测试技术

MEMS的封装和测试在MEMS的设计与制造中占有重要地位。MEMS精细的结构为切割和封装带来很大的困难。如电、机械、流体、光学应用等不同应用需要不同的互联方式，封装引起的应力对MEMS器件的可靠性和性能产生很大影响。封装必须能够保证MEMS器件在恶劣的环境中生存。目前，MEMS封装成本一般占整个器件成本的70％～90％。MEMS的检测有三个方面：MEMS的综合性能检测技术，MEMS的结构特性检测，MEMS的材料特性检测。

伴随着CAD和生产工艺要求的不断提高，只有不断提高封装和测试技术的水平和手段，才能确保MEMS产品的高性能、高可靠性，并降低生产成本。