第7章MEMS工艺(体硅微加工技术).ppt

第7章MEMS工艺——体硅微加工工艺（腐蚀）内容腐蚀工艺简介大部分的微加工工艺基于“Top-Down”的加工思想。“Top-Down”加工思想：通过去掉多余材料的方法实现结构的加工。（雕刻——泥人）图形工艺掩模图形生成台阶结构生成衬底去除牺牲层去除清洁表面湿法腐蚀湿法腐蚀——方向性各向异性腐蚀和各向同性腐蚀硅的各向异性腐蚀硅的各向异性腐蚀技术湿法腐蚀的化学物理机制湿法腐蚀的化学物理机制硅腐蚀机理（P62）各向异性腐蚀的特点：腐蚀速率比各项同性腐蚀慢速率仅能达到1um/min腐蚀速率受温度影响在腐蚀过程中需要将温度升高到100℃左右从而影响到许多光刻胶的使用各向异性腐蚀液1.KOHsystem1.KOHsystemKOH的刻蚀机理2.EDPsystem2.EDPsystemEDP腐蚀条件3、N2H4（联氨、无水肼）4、TMAH腐蚀设备硅和硅氧化物典型的腐蚀速率影响腐蚀质量因素EtchingBulkSilicon车轮法来测量平面上不同晶向的腐蚀速率（有局限性）更准确的反映腐蚀各向异性的是球形法（正相或负相）111面凹角停止(1)溶液及配比(2)温度各向同性腐蚀优点：无尖角较低应力刻蚀速度快可用光刻胶掩膜三、自停止腐蚀技术（1）重掺杂自停止腐蚀(KOH和EDP：51013/cm3)（2）(111)面停止（3）时间控制（4）P-N结自停止腐蚀（5）电化学自停止腐蚀自停止腐蚀典型工艺流程1、薄膜自停止腐蚀2、重掺杂自停止腐蚀技术高掺杂硼有两个缺点：与标准的CMOS工艺不兼容导致高应力使得材料易碎或弯曲重掺杂硼的硅腐蚀自停止效应比重掺杂磷的硅明显所以工艺中常采用硼重掺杂硅作为硅腐蚀的自停止材料。重掺杂自停止腐蚀工艺流程3、（111）面自停止腐蚀（111）面自停止腐蚀工艺流程4、电化学自停止腐蚀腐蚀保护技术薄膜残余应力问题凸角腐蚀补偿凸角腐蚀补偿目前比较常见的补偿方式（100）面双方块凸角腐蚀补偿（100）面双方块凸角腐蚀补偿（100）面双方块凸角腐蚀补偿湿法腐蚀的缺点：图形受晶向限制深宽比较差倾斜侧壁小结构粘附。干法刻蚀的优点：具有分辨率高、各向异性腐蚀能力强、腐蚀的选择比大、能进行自动化操作等干法刻蚀的过程：腐蚀性气体离子的产生离子向衬底的传输吸附及反应衬底表面的腐蚀钝化及去除腐蚀反应物的排除干法腐蚀的主要形式：*纯化学过程：（等离子体腐蚀)*纯物理过程：(离子刻蚀、离子束腐蚀）*物理化学过程：反应离子腐蚀RIE感应耦合等离子体刻蚀ICP.在物理腐蚀方法中利用放电时所产生的高能惰性气体离子对材料进行轰击腐蚀速率与轰击粒子的能量、通量密度以及入射角有关；在化学腐蚀中惰性气体（如四氟化碳）在高频或直流电场中受到激发并分解（如形成氟离子）然后与被腐蚀材料起反应形成挥发性物质；在物理化学结合的方法中既有粒子与被腐蚀材料的碰撞又有惰性气体与被腐蚀材料的反应。反应离子刻蚀等离子腐蚀•离子轰击的作用：1.将被刻蚀材料表面的原子键破坏；2.将再淀积于被刻蚀表面的产物或聚合物打掉DRIE、ICP刻蚀工艺1.现象（1）各向同性腐蚀（2）各向异性腐蚀（3）溅射腐蚀（1）速率高（2）环境清洁工艺兼容性好。（3）掩膜选择性好>30：1（4）表面光洁度好应力集中少（5）无晶向限制（1）好的截面形状易于满足铸模要求。（2）高的腐蚀速率适于体硅要求。（3）利用各向同性腐蚀满足牺牲层腐蚀要求。（4）可用于活动结构制作。（5）可用于高深宽比结构制作。反应离子深刻蚀反应离子深刻蚀的要求：需要较高的刻蚀速率否则刻穿500um厚的硅片需要太长的时间；需要极好的各向异性即刻蚀的边壁垂直。除了离子物理溅射之外反应离子刻蚀从本质上是各向同性为了阻止或减弱侧向刻蚀只有设法在刻蚀的侧向边壁沉积一层抗刻蚀的膜。Bosch工艺和Cryogenic工艺八氟环丁烷离化后在底面和侧壁形成聚合物钝化层。通入刻蚀气体SF6刻蚀掉底部钝化层并进一步刻蚀硅。新暴露的侧壁被新的钝化层覆盖。离子溅射刻蚀反应气体刻蚀参数作业