MEMS的加工技術(shù) 及MEMS的應(yīng)用領(lǐng)域MEMS加工技術(shù)主要有從半導(dǎo)體加工工藝中發(fā)展起來(lái)的硅平面工藝和體硅工藝。八十年代中期以后利用X射線光刻、電鑄、及注塑的LIGA(德文Lithograph Galvanformung und Abformug簡(jiǎn)寫(xiě))技術(shù)誕生，形成了MEMS加工的另一個(gè)體系。MEMS的加工技術(shù)可包括硅表面加工和體加工的硅微細(xì)加工、LIGA加工和利用紫外光刻的準(zhǔn)LIGA加工、微細(xì)電火花加工(EDM)、超聲波加工、等離子體加工、激光加工、離子束加工、電子束加工、立體光刻成形等。MEMS的封裝技術(shù)也很重要。傳統(tǒng)的精密機(jī)械加工技術(shù)在制造微小型機(jī)械方面仍有很大潛力。 MEMS在工業(yè)、信息和通信、國(guó)防、航空航天、航海、醫(yī)療和物生工程、農(nóng)業(yè)、環(huán)境和家庭服務(wù)等領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用前景。目前，MEMS的應(yīng)用領(lǐng)域中領(lǐng)先的有：汽車、醫(yī)療和環(huán)境;正在增長(zhǎng)的有：通信、機(jī)構(gòu)工程和過(guò)程自動(dòng)化;還在萌芽的有：家用/安全、化學(xué)/配藥和食品加工。 MEMS作為一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域，有可能象當(dāng)年的微電子技術(shù)一樣，成為一門重大的產(chǎn)業(yè)。但瑞在它還處在初級(jí)階段，因而我國(guó)在這一領(lǐng)域，機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。從研究開(kāi)發(fā)的情況來(lái)看，我國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平的差距并不太大，某些方面甚至已達(dá)到先進(jìn)水平。但是，我國(guó)在MEMS技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化方面，卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平。
　　盡管微電子學(xué)技術(shù)給人類帶來(lái)了前所未有的巨大進(jìn)步，但它進(jìn)一步發(fā)展的空間卻已經(jīng)受到了極大的限制。這些限制已經(jīng)成為微電子學(xué)技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的重大瓶頸。能否突破這些瓶頸是微電子學(xué)技術(shù)發(fā)展所面臨的極大挑戰(zhàn)。
　　光刻技術(shù)限制
　　集成電路的加工設(shè)備中，光刻是核心。30年來(lái)，集成電路之所以能飛速發(fā)展，光刻技術(shù)的支持起到了極為關(guān)鍵的作用，因?yàn)樗�直接決定了單個(gè)晶體管器件的物理尺寸。每一代新的集成電路的出現(xiàn)，總是以光刻所獲得的最小線寬為主要標(biāo)志。為了實(shí)現(xiàn)更高的光刻精度，人們?nèi)栽诓粩嗵剿鞲�短波長(zhǎng)的F2激光光源(波長(zhǎng)為157納米)光刻技術(shù)，它的使用有望使光刻的最小線寬達(dá)到90納米 以下。但是，這種更短波長(zhǎng)的紫外光很容易被空氣吸收，要想獲得最終應(yīng)用還需要探索新的光學(xué)及掩模襯底材料。總之，157納米光源的光刻技術(shù)開(kāi)發(fā)給當(dāng)今微電 子加工技術(shù)帶來(lái)了新的希望，但還有很多技術(shù)難關(guān)需要取得突破，也是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。最近，英特爾公司和臺(tái)積電公司宣布，它們將在2003年推出0.09微 米的光刻生產(chǎn)線，這說(shuō)明，在光刻精度上人類再次取得了重大突破。
　　材料和制造工藝的限制
　　隨著集成電路集成度的提高，芯片中晶體管的尺寸會(huì)越來(lái)越小，這就對(duì)制作集成電路的半導(dǎo)體單晶硅材料的純度要求也越來(lái)越高。哪怕是極其微小的缺陷或雜 質(zhì)，都有可能使集成電路中的某個(gè)或數(shù)個(gè)晶體管遭到破壞，最終導(dǎo)致整個(gè)集成電路的失敗。同時(shí)，集成電路集成度的提高還會(huì)引發(fā)另一個(gè)十分棘手的問(wèn)題。隨著集成 塊上晶體管器件之間絕緣厚度的減小，當(dāng)小到5個(gè)原子的厚度時(shí)(特別容易出現(xiàn)在絕緣層的缺陷處)，量子隧道效應(yīng)將會(huì)出現(xiàn)，即傳輸電荷的電子將會(huì)穿過(guò)絕緣層， 使晶體管器件之間的絕緣失效。
　　在制造工藝方面，隨著光刻精度的提高，也需要相應(yīng)提高硅片(基板)和光刻掩模板的表面平整度，對(duì)于數(shù)十納米的最小線寬制程，表面平整度幾乎是原子尺 度。除此之外，光刻精度的提高對(duì)基板和掩模板之間的平行度要求也越來(lái)越高。這些十分苛刻的制造工藝條件，無(wú)疑也將成為提高光刻精度的另一個(gè)重要瓶頸。
　　能耗和散熱的限制
　　微電子學(xué)技術(shù)除了在光刻加工技術(shù)上和半導(dǎo)體材質(zhì)上存在著急待突破的技術(shù)限制之外，它還受到了器件能耗過(guò)大和芯片散熱困難的嚴(yán)重困擾。隨著集成電路芯片 中晶體管數(shù)量大幅度增多，芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量也同樣在大幅度增加，芯片的散熱問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)今超大規(guī)模集成電路進(jìn)一步發(fā)展的嚴(yán)重障礙，降低器件的能耗和 解決芯片的散熱也已成為微電子學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)主要技術(shù)瓶頸。
　　當(dāng)今的微電子器件(如場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，由于本身的工作能耗太大，已經(jīng)很難適應(yīng)更大規(guī)模集成的需要。換句話說(shuō)，即使通過(guò)芯片的新設(shè)計(jì)(如多層芯片設(shè)計(jì)技 術(shù))和光刻加工技術(shù)的改進(jìn)(如極紫外光光刻技術(shù))在一定程度上可以提高芯片的集成度，但由于目前微電子器件的工作電流和能耗都太大，大量的發(fā)熱使集成電路 很難保證其正常的工作狀態(tài)。同時(shí)，芯片的過(guò)熱還會(huì)造成其使用壽命縮短、可靠性降低等嚴(yán)重問(wèn)題。
　　對(duì)此，英特爾公司微處理器研究實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人齊勒(J. Ziller)指出“芯片的能耗是提高集成度的一堵難以逾越的障礙”。微處理器速度可望在10年后達(dá)到30~100吉赫，運(yùn)算次數(shù)則達(dá)到10000億次/ 秒，高速運(yùn)行的微處理器芯片的發(fā)熱量將和它們的速度一樣也大得驚人，幾乎與核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量、或太陽(yáng)表面的熱量不相上下。所以，能夠滿足“更冷”要求的低 能耗芯片技術(shù)的開(kāi)發(fā)是芯片得以進(jìn)一步發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。
　　微電子學(xué)技術(shù)期待再突破
　　芯片加工工藝
　　提高芯片集成度
　　英特爾公司在最新發(fā)展的0.09微米制造工藝中，首次采用了7層銅互連技術(shù)。基于硅片上單位電路密度和制造成本的考慮，目前的0.13微米制造工藝全 部采用了6層銅互連技術(shù)。英特爾公司的0.09微米制造工藝采用7層銅互連技術(shù)后，其最直接的好處是每塊微處理器芯片上可以集成數(shù)億個(gè)晶體管，大幅度提高 芯片的集成度，同時(shí)還可降低生產(chǎn)成本。 0.09微米制造工藝的成功讓人們又一次看到了芯片工業(yè)的持續(xù)發(fā)展性。
　　器件特性提高和能耗降低
　　始于1990年代初的納米技術(shù)，其最重要的一個(gè)分支領(lǐng)域是納米電子學(xué)技術(shù)(nanoelectronics)，它是微電子學(xué)技術(shù)向縱深發(fā)展的直接結(jié) 果。數(shù)年來(lái)的發(fā)展表明，納米電子學(xué)技術(shù)具有突破微電子學(xué)技術(shù)瓶頸的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。納米電子學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，將給未來(lái)計(jì)算機(jī)芯片的發(fā)展帶來(lái)令人欣喜的曙光，滿足人類對(duì)未來(lái)芯片“更小， 更快，更冷”的要求。當(dāng)然，納米電子學(xué)技術(shù)全面應(yīng)用的那天，也許還要等待20或30年。
　　我們期待微電子技術(shù)的更大突破。