在MEMS（微机电系统）工艺中，粘附层的选择至关重要，直接影响到膜层的质量、稳定性和器件性能。粘附层（adhesion layer）通常用于改善不同材料之间的结合力，确保后续沉积的薄膜能牢固地附着在基底材料上，防止脱落、开裂或其他失效问题。以下是粘附层选择的几个关键考虑因素及常见材料的应用：

1. 基底与沉积材料的相容性

不同的基底和薄膜材料对粘附层的要求不同。通常，基底和沉积材料的化学性质差异较大时，附着力较差，这时候需要加入一层粘附层来增强附着力。

硅基底：在MEMS工艺中，硅是最常见的基底材料，但其表面能较低，通常很难直接与某些金属薄膜（如金、铝等）结合。因此，像铬（Cr）或钛（Ti）这类金属常被用作粘附层。

玻璃基底：类似硅，玻璃表面也需要粘附层来保证膜层的稳定性。铬（Cr）和二氧化硅（SiO₂）等材料可以用作玻璃上的粘附层。

聚合物基底：聚合物材料对金属薄膜的粘附力往往较差，选择粘附层时需考虑材料的热膨胀系数匹配问题，钛和铝常用来改善金属薄膜与聚合物之间的附着力。

2. 沉积材料与膜层的类型

根据薄膜的类型（如导电层、绝缘层等），需要不同的粘附层来优化其附着力。

金属薄膜（如金、铝）：金薄膜具有较差的附着力，通常使用钛（Ti）、铬（Cr）或钛/钯（Ti/Pd）作为粘附层。铬是一种常见的选择，因为它可以形成与金或铝良好结合的粘附层。

氧化物薄膜：如二氧化硅（SiO₂）或氮化硅（Si₃N₄）等氧化物材料，通常需要钛（Ti）或铝（Al）作为粘附层，因为它们能够形成氧化层，增加对基底的附着力。

3. 膜层厚度

粘附层的厚度通常非常薄（几纳米到几十纳米），但对膜层的稳定性起着决定性作用。过厚的粘附层可能引起应力问题，而过薄的粘附层则无法提供足够的附着力。理想情况下，粘附层应当既足够薄以避免影响器件的电学性能，又足够厚以提供持久的粘附性。

4. 热膨胀系数匹配

粘附层和基底材料的热膨胀系数需要尽可能匹配，以避免在热循环过程中由于热应力引起膜层的翘曲或开裂。例如，在高温条件下使用的器件中，钛（Ti）是常用的粘附层，因为它的热膨胀系数与许多金属和基底材料相对匹配。

5. 化学稳定性

粘附层需要具备良好的化学稳定性，尤其是在后续工艺步骤中，如湿法刻蚀或干法刻蚀、清洗等。选择化学惰性较强的粘附层材料有助于确保整个MEMS器件在制造过程中的稳定性和可靠性。

6. 常见的粘附层材料

钛（Ti）：适用于多种基底和沉积材料。它能够与硅基底、氧化物和金属薄膜结合良好，且具有较好的热膨胀系数匹配。钛的薄层通常用于与金、银等难以附着的材料结合。

铬（Cr）：是另一种常见的粘附层，尤其在金薄膜和玻璃基底上表现优异。铬能够在许多沉积材料上形成强粘附性，但它对氧化环境较为敏感，因此使用时要特别注意工艺条件。

铝（Al）：铝不仅作为粘附层，还常作为金属层的材料使用。它可以在氧化物、氮化物薄膜中形成良好的粘附层。

钼（Mo）：用于一些特殊的高温应用，钼具有良好的耐热性和化学稳定性，但较少在常规MEMS工艺中使用。

氧化硅（SiO₂）：作为氧化物粘附层，SiO₂能够为多层结构提供较好的界面稳定性，特别是在使用硅基底的场合。

总结：

在MEMS工艺中，粘附层的选择必须考虑基底材料、沉积薄膜、热膨胀系数、膜层厚度和化学稳定性等多种因素。常用的粘附层材料如钛、铬和铝等，能有效增强膜层与基底的结合，确保器件的长期可靠性和性能。根据具体的应用场景，合理选择粘附层可以显著提升MEMS器件的质量与寿命。