MEMS制造技術(shù)課件

3.2體微加工技術(shù)簡介MEMS光刻體微加工技術(shù)第1頁/共30頁集成電路工藝回顧平面工藝圖形轉(zhuǎn)移－光刻添加工藝熱氧化物理氣相淀積化學(xué)氣相淀積外延去除工藝濕刻蝕干刻蝕摻雜離子注入擴(kuò)散測

試

切

割

刻

蝕

光刻薄膜制備掩膜制造摻

雜

封

裝

硅片第2頁/共30頁典型MEMS器件第3頁/共30頁1典型MEMS制造方法簡介MEMS技術(shù)起源于集成電路技術(shù)，但是集成電路技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足MEMS發(fā)展的需要典型MEMS制造方法體微加工(Bulkmicromachining)濕法刻蝕(WetEtching)干法刻蝕(DryEtching)表面微加工(Surfacemicromachining)集成電路技術(shù)犧牲層技術(shù)(Sacrificiallayer)鍵合(Bonding)LIGA軟光刻技術(shù)(SoftLithography)第4頁/共30頁典型MEMS制造方法第5頁/共30頁2MEMS光刻深槽光刻厚膠光刻雙面光刻第6頁/共30頁深槽光刻表面微結(jié)構(gòu)集成電路制造中，表面起伏1-2μmMEMS制造中，表面帶有微結(jié)構(gòu)和深槽，10-100μm旋涂問題聚積解決方法噴涂(Spraycoating)電鍍(Electroplating)第7頁/共30頁深槽光刻曝光問題鬼影(Ghostimage):入射光反射大間距:增大了特征尺寸解決方法版圖設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行部分補(bǔ)償?shù)?頁/共30頁厚膠光刻厚膠應(yīng)用集成電路光刻膠層厚度1μmMEMS中光刻膠層厚度1μm-1mm問題曝光衍射和散射分辨率下降曝光劑量不夠第9頁/共30頁雙面光刻激光對準(zhǔn)第10頁/共30頁3體微加工技術(shù)概述濕法刻蝕各向同性濕法刻蝕各向異性濕法刻蝕干法刻蝕第11頁/共30頁概述定義：向基底深度方向進(jìn)行刻蝕的技術(shù)刻蝕方法濕法刻蝕干法刻蝕刻蝕方向性第12頁/共30頁濕法刻蝕各向同性濕法刻蝕刻蝕劑(HNA)HF+HNO3+CH3COOH/water(25：50：80)刻蝕機(jī)理HNO3將Si氧化為SiO2HF將SiO2氧化為可溶性H2SiF6醋酸防止HNO3分解第13頁/共30頁硅體的各向同性刻蝕

硅各向同性腐蝕最常用的腐蝕液為HF-HNO3加水或者乙酸系統(tǒng)(通常稱為HNA系統(tǒng))，其刻蝕機(jī)理：

硝酸硅發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化硅，然后由HF將二氧化硅溶解Si+HNO3+HF=H2SiF6+HNO2+H2O+H2水和乙酸（CH3COOH）通常作為稀釋劑，在HNO3溶液中，HNO3幾乎全部電離，因此H+濃度較高，而CH3COOH是弱酸，電離度較小，它的電離反應(yīng)為

CH3COOH=CH3COO-+H+第14頁/共30頁濕法刻蝕各向同性濕法刻蝕二倍刻蝕速率與刻蝕劑成分比例有關(guān)與晶向有關(guān)第15頁/共30頁濕法刻蝕各向同性濕法刻蝕保護(hù)層(Passivationlayer)SiN和Au基本不刻蝕熱生長SiO2刻蝕速度30-80nm/min,慢100xAl刻蝕極快正膠可以短時(shí)使用應(yīng)用去除表面損傷，消除尖角，降低表面殘余應(yīng)力其他加工后的表面剖光減薄和刻蝕刻蝕圓形通道Caution:HFisaweakacid,butitisdeathful.第16頁/共30頁濕法刻蝕各向異性濕法刻蝕（P95）刻蝕劑－堿性溶液堿金屬溶液：KOH,NaOH,CsOH乙烯乙二胺鄰苯二酚(EthyleneDiaminePyrocatechol,EDP)四甲基氫氧化銨(Tetramethylammoniumhydroxide,TMAH)刻蝕機(jī)理第17頁/共30頁濕法刻蝕各向異性濕法刻蝕刻蝕速率與溫度和濃度的關(guān)系P96

第18頁/共30頁濕法刻蝕各向異性濕法刻蝕影響刻蝕速率的其他因素反應(yīng)物濃度隨著刻蝕進(jìn)行不斷降低液體的揮發(fā)混合不均勻，反應(yīng)物濃度不均勻、產(chǎn)物阻值反應(yīng)污染溫度不均勻性影響刻蝕速率的材料因素晶向摻雜濃度第19頁/共30頁濕法刻蝕各向異性濕法刻蝕特點(diǎn)刻蝕速率與晶向相關(guān){110}:{100}:{111}=600:400:1結(jié)構(gòu)由{111}決定不同晶向的基底刻蝕結(jié)果不同{111}表面光滑第20頁/共30頁

各向異性腐蝕機(jī)理：在有些溶液中單晶硅的腐蝕速率取決于晶體取向，即在某種晶體取向上硅的腐蝕速率非?？?，而在其他方向上腐蝕速率又非常慢。最常用的（100）/（111）腐蝕速率比最大的是KOH腐蝕液。用KOH腐蝕液腐蝕單晶硅晶體其在三個(gè)常用晶面方向上的腐蝕速率情況是（100）>（110）>（111）。（100）/（111）的最大腐蝕速率可達(dá)400

1（111）晶面是KOH刻蝕的阻擋面，即刻蝕遇到（111）就停止下來，形成各向異性刻蝕。硅體的各向異性刻蝕第21頁/共30頁濕法刻蝕小結(jié)各向同性刻蝕刻蝕劑刻蝕參數(shù)選擇比和保護(hù)層各向異性刻蝕刻蝕劑:KOH,EDP,TMAH刻蝕速率與晶向有關(guān)刻蝕參數(shù)選擇比和保護(hù)層刻蝕停止?jié)穹涛g的優(yōu)缺點(diǎn)操作簡單堿金屬與IC不兼容相對安全和無毒不夠靈活第22頁/共30頁干法刻蝕簡介刻蝕機(jī)理三維結(jié)構(gòu)舉例第23頁/共30頁干法刻蝕具有分辨率高、各向異性腐蝕能力強(qiáng)、腐蝕的選擇比大，以及能進(jìn)行自動化操作等優(yōu)點(diǎn)。因此，干法刻蝕在體微加工中將逐漸占有重要地位。干法刻蝕的過程可分為以下幾個(gè)步驟：（1）腐蝕性氣體粒子的產(chǎn)生；（2）粒子向襯底的傳輸（3）襯底表面的腐蝕；（4）腐蝕反映物的排除。干法腐蝕的種類有物理方法：離子腐蝕（濺射）IonEtching(IE),離子束腐蝕IonBeamEtching(IBE)；化學(xué)方法：等離子體腐蝕PlasmaEtching(PE)干法刻蝕簡介第24頁/共30頁干法刻蝕等離子體刻蝕:利用等離子體的反應(yīng)離子和中性基團(tuán)進(jìn)行刻蝕氣相刻蝕(XeF2)：利用氣相反應(yīng)進(jìn)行刻蝕深刻蝕（P103）時(shí)分復(fù)用(Bosch)低溫刻蝕(Hitachi)第25頁/共30頁物理腐蝕技術(shù)

（1）離子腐蝕（IonEtching，IE）平行板反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)原理

第26頁/共30頁（2）離子束腐蝕（IonBeamEtching，IBE）

離子束腐蝕是一種利用惰性離子進(jìn)行腐蝕的物理腐蝕。在離子束腐蝕中，被腐蝕的襯底和產(chǎn)生離子的等離子區(qū)在空間是分離的，如圖4.13所示。離子束腐蝕裝置結(jié)構(gòu)原理

第27頁/共30頁化學(xué)腐