在 MEMS加工领域，镀膜工艺占据着举足轻重的地位。它如同一位神奇的 “化妆师”，为 MEMS 器件的性能提升与功能拓展披上了一层绚丽的 “外衣”。今天，我们就一同深入探究 MEMS 加工中的镀膜工艺。

一、镀膜工艺的基础认知

（一）定义与原理

镀膜工艺，简言之，就是采用物理或化学方法，将金属或非金属材料以原子或分子的形式沉积到基片表面，从而形成所需要薄膜的工艺过程。在真空环境这个 “纯净舞台” 下，金属或非金属材料以气相形式 “翩翩起舞”，最终有序地沉积到材料表面，凝聚成一层致密的薄膜。这层薄膜虽薄，却对半导体器件的功能形成有着决定性影响。

（二）重要性体现

在 MEMS 器件制造的复杂流程中，镀膜质量宛如基石一般。从制备基片表面的金属或非金属薄膜，到构建结构薄膜、功能薄膜以及牺牲层薄膜等微机械结构主体，再到与敏感电阻、电学连接及电绝缘等电子元件协同工作，镀膜工艺贯穿始终，为 MEMS 器件的高性能、高可靠性运行奠定坚实基础。

二、丰富多样的镀膜技术

（一）物理气相沉积（PVD）家族

电子束蒸发：这一技术如同一位精准的 “画家”，通过电子束轰击材料，使其瞬间受热蒸发，蒸汽在基片表面凝结成膜。在 MEMS 压力传感器制造中，它能精准地沉积 5 - 10μm 厚的金属应变层，并且通过优化蒸发源间距和基板旋转速度，让薄膜应力分布均匀性提升 30%，有效避免传感器在高低温环境下出现零点漂移。常见的可蒸发材料包括 Ti、Al、Ni、Au、AuGe、Cr、Pt、In、Sn 等 。

磁控溅射：利用磁场约束电子，增加气体电离率，使得靶材原子在离子轰击下溅射出来并沉积在基片上。其可溅射的材料丰富多样，如 Ti、Al、Ni、Au、Ag、Cr、Pt、Cu、TiW90、Pd、Zn、Mo、W、Ta 、Nb 等。在制备电极等应用中，磁控溅射以其高效、均匀的成膜特性备受青睐。

（二）化学气相沉积（CVD）阵营

低压化学气相沉积（LPCVD）：在低压环境下，反应气体在高温基片表面发生化学反应，生成固态物质并沉积成膜。它如同一位沉稳的 “工匠”，制备的薄膜具有出色的厚度均匀性和材料特性。不过，其较高的沉积温度（高于 600°C）和相对较慢的沉积速率是需要克服的小 “短板”。在 MEMS 制造中，常用于沉积 SiO₂、SiNₓ等薄膜。

等离子体增强化学气相沉积（PECVD）：借助等离子体为反应气体提供额外能量，使得沉积可以在较低温度（低至 300°C）下进行。这一特点使其在对温度敏感的材料或器件上具有独特优势。但美中不足的是，相比高温沉积工艺，其制备的薄膜质量稍逊一筹，且多数 PECVD 沉积系统一次只能在 1 - 4 片晶圆的单面进行沉积。

原子层沉积（ALD）：如同 “原子级别的建筑师”，ALD 以单原子层为单位逐层沉积薄膜，具有原子级别的精确控制能力，可制备出极其均匀且厚度精确的薄膜。在高深宽比结构的镀膜以及对薄膜质量和厚度精度要求极高的 MEMS 应用中，ALD 发挥着不可替代的作用。

三、镀膜工艺的广泛应用领域

（一）MEMS 传感器领域

在 MEMS 压力传感器中，镀膜工艺用于沉积金属应变层，精确控制电阻温度系数，确保传感器在复杂环境下的测量精度。在汽车胎压监测系统（TPMS）中，全球年需求量超 10 亿颗的传感器背后，镀膜工艺功不可没。而在加速度计、陀螺仪等传感器中，合适的镀膜能够优化结构性能，提升传感器的灵敏度和稳定性 。

（二）MEMS 执行器方面

对于 MEMS 执行器，如微电机、微阀门等，镀膜可以改善其表面特性，降低摩擦系数，提高传动效率和可靠性。例如，采用 Parylene 镀膜，不仅能作为防护材料，还可作为结构层中的介电材料和掩膜材料，有效提升执行器的工作性能 。

（三）生物医疗 MEMS 领域

在生物医疗 MEMS 器件，如微流控芯片、生物传感器等方面，镀膜工艺用于实现生物相容性表面修饰、构建功能性薄膜阻挡层或电极等。通过精确控制镀膜材料和厚度，满足生物医疗领域对器件的特殊要求，如抗生物污染、精准的生物分子识别等 。

四、镀膜工艺面临的挑战与突破方向

（一）挑战重重

高深宽比结构的镀膜难题：在具有高深宽比（5:1 至 10:1）的通孔等结构中，容易出现孔口金属堆积、孔底填充不足的问题，影响镀膜均匀性。这就如同在狭窄深邃的峡谷中施工，如何让材料均匀覆盖每个角落成为一大挑战。

特殊材料镀膜挑战：对于一些特殊材料，如玻璃等绝缘体，在其表面形成高质量导电种子层困难重重，这是实现良好镀膜的关键障碍之一。同时，玻璃表面光滑，金属附着力较弱，如何增强镀层附着力也是亟待解决的问题。

应力控制与可靠性问题：由于金属与不同基底材料的热膨胀系数不同，在镀膜过程和后续使用中可能产生应力，导致翘曲或裂纹，影响器件的可靠性和使用寿命。

成本与效率的平衡：在追求高质量镀膜的同时，如何提高镀膜效率、降低成本，以适应大规模商业化生产的需求，始终是行业面临的核心挑战之一。

（二）突破方向探索

技术创新：研发新型的镀膜设备和工艺，如振华真空自主研发的深孔镀膜技术，即便面对仅 30 微米的微小孔径，也能实现 10:1 孔深比通孔镀膜，攻克复杂深孔结构的镀膜难题。

材料优化：探索新的镀膜材料和基底材料组合，通过材料的改进来提升镀膜性能和附着力，同时降低应力影响。

工艺整合与智能化：将镀膜工艺与其他 MEMS 加工工艺进行更好的整合，实现一体化生产，减少工序间的误差和成本。同时，引入智能化控制技术，精确控制镀膜过程中的各项参数，提高生产效率和产品一致性 。

MEMS 加工中的镀膜工艺作为支撑 MEMS 产业发展的关键技术，在不断突破自身局限的过程中，正为 MEMS 器件的创新发展注入源源不断的动力。随着技术的持续进步，镀膜工艺必将在更广阔的领域展现其独特魅力，推动 MEMS 技术迈向新的高度 。