微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）是指可以批量制造的集微结构、微传感器、微执行器以及信号处理和控制电路等于一体的器件或系统。薄膜是MEMS技术中最常用的材料和手段，多层膜是将2种以上的不同材料先后沉积在同一个衬底上，以改善薄膜同衬底间的粘附性。薄膜的厚度从纳米(nm)到微米(μm)级，远小于其他二维方向。同体材料相比，由于薄膜材料的厚度很薄，很容易产生尺寸效应，如薄膜材料的特性会受到薄膜厚度的影响，表现出与体材料不同的物理性质。薄膜的研究主要包括薄膜材料和薄膜制备技术，薄膜材料分为金属薄膜、半导体薄膜、绝缘体薄膜等; 制备技术包括物理气相沉积、化学气相沉积、旋涂等。在各种薄膜制备技术中，溅射镀膜技术由于能制备高熔点材料、复合材料薄膜以及具有沉积速率快、可控性好等优点得到了广泛的应用。

1 溅射工作原理

溅射镀膜是以一定能量的粒子轰击靶材表面，使靶材表面的原子或分子获得足够的能量而逸出靶材表面并沉积在衬底上的工艺。溅射用的轰击粒子一般是带正电的惰性气体离子，常用氩气(Ar)作为工艺气体。在外加电源作用下使氩气电离，产生辉光放电，正电氩离子轰击靶材，如图1所示，被撞击出的原子或分子穿过真空，淀积在衬底形成薄膜。溅射镀膜过程中，气体电离是必备的条件 。由于溅射的靶材粒子没有固定的方向，到达衬底表面时具有较大的能量，薄膜的粘附性和台阶覆盖性较好。

图1 溅射原理

根据电源的不同将溅射分为直流溅射和射频溅射，用这2种方式直接溅射效率较低，放电过程中仅有0.3%～0.5 %的气体被电离。磁控溅射利用电场和磁场正交的磁控效应，使电子的运动轨迹集聚在靶材周围，增加了电子与气体碰撞的次数，使气体的离化率大幅提高，获得了更广泛的应用。本文溅射采用直流磁控溅射方式，靶材与阴极之间插入磁极，由此产生的磁场控制电子仅在靶材附近运动，如图2所示。

图2 直流磁控溅射系统示意

2 多层金属薄膜工艺

MEMS器件中常用的金属材料为金、铬、铝等。铬/金膜主要用于二氧化硅湿法腐蚀的掩膜层，要求膜层和圆片的粘附性高、均匀性好。铝/铬膜主要用于制作MEMS器件中敏感结构中的功能层，要求薄膜应力小，对膜层的粘附性、均匀性、可焊性要求高。在基底上沉积的多层薄膜厚度一般为几十纳米到几百纳米。良好的金属薄膜具备应力小、粘附性好、厚度均匀、可焊性好的特性。

2.1 常用金属薄膜材料特性

金属是制作 MEMS器件的重要材料之一，在MEMS中的常见应用包括导电、机械结构、磁元件、热导体和光反射等。常用金属薄膜材料特性如表1所示。

表1 金属薄膜材料特性

2.2 多层金属薄膜溅射工艺

1) 装片：将基片送入溅射室样品台; 2) 抽真空: 打开真空系统，抽至所需真空值( 一般高于5x10^(-4)Pa) ; 3) 充入氩气: 使溅射室气压保持0.6 Pa; 4) 预溅射: 打开直流电源，设定功率500W，时间5min，此时靶材被挡板遮住，基片上未沉积薄膜; 5) 加热: 开启样品台加热电源，设定圆片加热温度100 ℃( 温度稳定在设定值后开始后续工艺) ; 6) 第一层薄膜溅射: 确认辉光正常，打开挡板开始计时，溅射第一层薄膜; 7) 第二层薄膜溅射: 对第二层薄膜预溅射直至完成溅射，工艺步骤与第一层薄膜溅射相同。

2.3 多层金属薄膜溅射质量评价指标与方法