在MEMS工藝中，薄膜的制備在設(shè)計(jì)和每一步的工藝中都是至關(guān)重要的，沉積薄膜的密度、晶型、楊氏模量以及加工后的殘余應(yīng)力都會(huì)影響器件的性能，甚至使器件失效。本文章主要針對(duì)MEMS中常見的薄膜制備方法進(jìn)行介紹，主要有化學(xué)氣相沉積、金屬鍍膜、SOI硅片的制備：

化學(xué)氣相沉積是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的方式，利用加熱、等離子激勵(lì)或光腐蝕等各種能源，在腔體內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì)在氣相或氣固界面上經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成固態(tài)薄膜的技術(shù)，常用的化學(xué)氣相沉積技術(shù)有常壓化學(xué)氣相沉積（AP）、低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）、等離子化學(xué)沉積（PECVD）。其中，常壓化學(xué)沉積由于其臺(tái)階覆蓋率差，存在粒子污染的缺點(diǎn)很少被使用，而LPCVD和PECVD由于其批量生產(chǎn)能力強(qiáng)、臺(tái)階覆蓋率高被廣泛的使用?；瘜W(xué)氣相沉積的原理如圖1所示，首先，在氣體中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后反應(yīng)生成的中間產(chǎn)物到達(dá)襯底表面并在表面快速遷移和重新分布，最后，中間產(chǎn)物吸收襯底能量進(jìn)一步反應(yīng)生成固態(tài)產(chǎn)物聚集形成薄膜，而其他副產(chǎn)物從襯底表面解吸附被主流氣體帶走。在該過(guò)程中，APCVD可以理解為完全依靠自然反應(yīng)進(jìn)行淀積，LPCVD可以理解為通過(guò)壓力增加反應(yīng)中間產(chǎn)物在襯底表面聚集，PECVD可以理解為通過(guò)等離子加速化學(xué)反應(yīng)速度從而增加沉積速率。

圖1.化學(xué)氣相沉積基本原理過(guò)程

化學(xué)氣相沉積在MEMS中應(yīng)用廣泛，可以用于制備多晶硅、氮化硅、氧化硅、金剛石等等，以圖2為例，可以采用化學(xué)氣相沉積不同的材料層，然后根據(jù)不同材料的化學(xué)特性進(jìn)行腐蝕，從而制備出懸臂的可動(dòng)結(jié)構(gòu)。

真空鍍膜是將固體材料至于真空室內(nèi)，在真空條件下，使用一定的能量形態(tài)迫使固體材料的原子或分子從表面脫離，當(dāng)襯底放在真空容器中時(shí)，彌補(bǔ)原子或者分子就會(huì)吸附在襯底上形成一層薄膜。目前，真空鍍膜有兩種方法，即濺射和蒸發(fā)，原理如圖3所示，濺射鍍膜的原理與濺射刻蝕原理類似，濺射鍍膜提高了氬離子能量并轟擊靶材，是靶材原子遷移出靶材表面然后在襯底表面形成薄膜；蒸發(fā)鍍膜分為電阻熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)兩種，實(shí)際上為加熱方式不同，電阻熱蒸發(fā)是在高真空條件下利用大電流加熱固定在支架上的鍍膜材料使其蒸發(fā)；電子束蒸發(fā)是由熱絲發(fā)射的電子經(jīng)過(guò)聚焦、加速后形成的電子束轟擊放在坩堝中的金屬使其蒸發(fā)再淀積在襯底上形成金屬層。

圖3.濺射金屬鍍膜（左）和蒸發(fā)金屬鍍膜（右）設(shè)備原理

SOI襯底結(jié)構(gòu)中存在著三層結(jié)構(gòu)，器件層、預(yù)埋氧化層和襯底層（圖4），預(yù)埋的氧化層可以用來(lái)作為敏感元件和襯底之間的電隔離，替代傳統(tǒng)的擴(kuò)散硅壓力傳感器中使用的pn結(jié)電隔離，高溫下不會(huì)出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，并能夠在250~300℃的高溫條件下長(zhǎng)期工作，而傳統(tǒng)的使用溫度則一般不能超過(guò)150℃。目前,SOI襯底已經(jīng)在微掃描鏡、微陀螺儀和微傳感器等MEMS器件上獲得了廣發(fā)應(yīng)用。

圖4.SOI襯底的三層結(jié)構(gòu)

SOI的制備方法主要有三種，分別是鍵合減薄法、注氧隔離法和智能剝離法。注氧和智能剝離法往往需要采用離子注入將氧離子和氫離子注入到硅片中，不適合大規(guī)模生產(chǎn)，這里不做詳細(xì)介紹，主要介紹鍵合減薄法，鍵合減薄法首先將一張單晶硅片熱氧化在表面生成一層氧化硅，然后把氧化后的硅片和一片單晶硅片鍵合，最后將單晶硅片使用CMP設(shè)備減薄并拋光，得到SOI硅片，其流程如圖5所示。

圖5.鍵合減薄法制備SOI流程

 在上節(jié)文章中只介紹了二氧化硅薄膜的制備方法，而在MEMS中嘗嘗需要制備很多不同材料層，針對(duì)于此，本文章主要介紹制備其他材料薄膜常用的化學(xué)氣相沉積技術(shù)、金屬薄膜的制備方法、以及SOI硅片制備工藝。