MEMS工艺(9腐蚀技术).ppt

MEMS工艺——

体硅加工工艺〔腐蚀〕;主要内容;一、体硅微制造;腐蚀技术概述;体硅腐蚀包括:各向异性腐蚀和各向同性腐蚀;各向异性腐蚀的缺乏：

腐蚀速率比各项同性腐蚀慢，速率仅能到达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;湿法腐蚀;简介;硅腐蚀方法主要有两种：干法和湿法

腐蚀特性主要有：各向同性和各向异性

腐蚀的控制：选择性刻蚀或非选择性刻蚀

选择方法：晶向和掩模

多种腐蚀技术的应用：体硅工艺〔三维技术〕，外表硅工艺〔准三维技术〕;硅刻蚀的技术是将被腐蚀材料先氧化，然后由化学反响使其生成一种或多种氧化物再溶解。

在同一腐蚀液中，由于混有各种试剂，所以上述两个过程是同时进行的。;体硅各向异性腐蚀;体硅各向异性腐蚀技术;不同的晶面悬挂键密度〔外表态密度〕;腐蚀窗口短边存在最小尺寸：;各向异性腐蚀液;1.KOHsystem;1.KOHsystem;KOH的刻蚀机理;2.EDPsystem;2.EDPsystem;EDP腐蚀条件;3、N2H4;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;影响腐蚀质量因素;?111?面凹角停止;?110?方向硅片的腐蚀特点;(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;EtchingBulkSilicon;;三、自停止腐蚀技术;〔1〕重掺杂自停止腐蚀(KOH和EDP：5?1013/cm3，RE/RD~100)

〔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;5、P－N结自停止腐蚀;腐蚀保护技术;薄膜剩余应力问题;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??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

衬底外表的腐蚀

腐蚀反响物的排除;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：反响离子腐蚀RIE，离子束辅助自由基腐蚀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响形成挥发性物质；

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响。;反响离子刻蚀;;等离子腐蚀;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300：1

〔4〕外表形貌好，无应力集中现象

〔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。;反响离子深刻蚀;反响离子深刻蚀的要求：

需要较高的刻蚀速率，否那么科穿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，反响离子刻蚀从本质上是各向同性，为了阻止或减弱侧向刻蚀，只有设法子刻蚀的侧向边壁沉积一层抗刻蚀的膜。;Bosch工艺;离子溅射刻蚀;反响气体刻蚀;其它物理刻蚀技术;电火花加工

利用两个电极间的火花放电产生的高热使火花放电区的材料熔化；

对材料的要求是导电

特点：

可加工导体或半导体超硬材料

非接触加工

可制作深宽比的结构;喷粉加工

;喷粉加工的特点：

喷粉加工只适于脆性材料如玻璃和硅材料，不适于韧性材料

选择喷粉加工的掩模除了需要韧性外，还需要足够的厚度

喷粉加工是纯粹的机械加工

加工分辨率一般在50um以上

外表粗糙度一般在um量级;参数