第7章 MEMS工艺(体硅微加工技术).ppt

（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。 四、干法腐蚀 狭义的干法刻蚀主要是指利用等离子体放电产生的化学过程对材料表面的加工 广义上的干法刻蚀则还包括除等离子体刻蚀外的其它物理和化学加工方法，例如激光加工、火花放电加工、化学蒸汽加工以及喷粉加工等。 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 硅和硅氧化物典型的腐蚀速率 材料 腐蚀剂 腐蚀速率 硅在100晶向 KOH 0.25-1.4?m/min 硅在100晶向 EDP 0.75?m/min 二氧化硅 KOH 40-80nm/h 二氧化硅 EDP 12nm/h 氮化硅 KOH 5nm/h 氮化硅 EDP 6nm/h 影响腐蚀质量因素 晶格方向 腐蚀溶液的选择 腐蚀溶液的浓度 腐蚀时间 操作温度温度 搅拌方式 Etching Bulk Silicon 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 ?100?方向硅片的腐蚀特点 (1) 溶液及配比 影响各向异性腐蚀的主要因素 (2) 温度 各向同性腐蚀 硅的各向同性腐蚀在半导体工艺中以及在微机械加工技术中有着极为广泛的应用。常用的腐蚀液为HF-HNO3加水或者乙酸系统。腐蚀机理为： 首先是硝酸同硅发生化学反应生成SiO 2，然后有HF将SiO 2溶解。 优点： 无尖角， 较低应力 刻蚀速度快 可用光刻胶掩膜 目前主要的各向同性腐蚀液为：NHA和HNW H：氢氟酸(HF) N：硝酸(HNO3) A：乙酸(CH3COOH) W: Water 三、自停止腐蚀技术 机理： EPW和KOH对硅的腐蚀在掺杂浓度小于1?1019cm-3时基本为常数，超过该浓度时，腐蚀速率与掺杂硼浓度的4次方成反比，达到一定的浓度时，腐蚀速率很小，甚至可以认为腐蚀“停止”。 （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 重掺杂自停止腐蚀 自停止腐蚀典型工艺流程 1、薄膜自停止腐蚀 薄膜自停止腐蚀是指晶片刻蚀到最后，终止于其它不会被刻蚀所影响的薄膜，这层薄膜可以是氧化硅、氮化硅、富硅氮化硅、聚酰亚胺，甚至是金属。 利用薄膜自停止腐蚀必须考虑刻蚀选择性，以及薄膜应力问题，因为应力太大将使薄膜发生破裂。 2 、重掺杂自停止腐蚀技术 KOH对硅的腐蚀在掺杂浓度超过阈值浓N0(约为5×1019CM-3)时，腐蚀速率很小，轻掺杂与重掺杂硅的腐蚀速率之比高达数百倍，可以认为KOH溶液对重掺杂硅基本上不腐蚀。 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 KOH溶液对（100）和（111）面硅的腐蚀速率差别很大，可高达100～400倍，因此可利用（111）面作为停止腐蚀的晶面。 （111）面自停止腐蚀工艺流程 4、电化学自停止腐蚀 电化学自停止腐蚀技术不需要重掺杂层，由于用了外延技术，因此腐蚀自停止层可以做的很厚。 腐蚀保护技术 如果硅晶片表面已经形成一些图案，其中部分薄膜会被腐蚀液所影响，所以必须利用腐蚀保护技术来保护已完成的结构。 目前常用的保护技术有两种： 一是制作夹具或用胶将整个面保护住； 另一种是淀积氮化硅将正面包住，待背后腐蚀完后再将氮化硅去除 薄膜残余应力问题 薄膜应力引起结构破裂的问题，主要分为两大类： 第一类是制造过程的残留热应力、高温淀积后回归常温，由于热膨胀系数不同所产生的残留热应力；这种残留热应力可由高温退火的方式达到一定消除； 第二类是薄膜间因膨胀系数不同造成的残余应力 凸角腐蚀补偿 凸角腐蚀是指在硅岛或硅梁的腐蚀成型过程中，凸角部分被腐蚀掉的现象，体硅各向异性腐蚀时经常出现，这是因为对(100)晶面的硅片体硅腐蚀时，凸角的边缘与[110]方向平行，而腐蚀液对此方向的腐蚀速度较快。若要腐蚀出带凸角的整齐的台面结构，必须采取凸角补偿。 凸角腐蚀补偿 重掺杂自停止腐蚀法 当目标结构的厚度相对较薄时 在加工结构前先在硅片上扩散自停止层，深度达到所需结构厚度，光刻后用干法腐蚀出结构图形，然后体硅腐蚀，准确得到设计的结构。 目前比较常见的补偿方式 （100）面双方块凸角腐蚀补偿 内容 腐蚀工艺简介 湿法腐蚀 干法刻