硅微MEMS加工工藝課件

硅微MEMS加工工藝EMAIL：電話：62772232硅微MEMS發(fā)展里程碑1987年UCBerkeley在硅片上制造出靜電電機(jī)90年代初ADI公司研制出低成本集成硅微加速度傳感器，用于汽車氣囊。90年代末期美國(guó)Sandia實(shí)驗(yàn)室發(fā)表5層多晶硅工藝。硅微MEMS工藝發(fā)展趨勢(shì)表面犧牲層技術(shù)向多層、集成化方向發(fā)展；體硅工藝主要表現(xiàn)為鍵合與深刻蝕技術(shù)的組合，追求大質(zhì)量塊和低應(yīng)力；表面工藝與體硅工藝進(jìn)一步結(jié)合；設(shè)計(jì)手段向?qū)Ｓ肅AD工具方向發(fā)展。MEMS與IC工藝主要差別典型硅微MEMS工藝體硅腐蝕犧牲層技術(shù)雙面光刻自停止腐蝕深槽技術(shù)LIGA技術(shù)鍵合技術(shù)體硅各向異性腐蝕技術(shù)各向異性(Anisotropy)各向異性腐蝕液通常對(duì)單晶硅(111)面的腐蝕速率與(100)面的腐蝕速率之比很大，因?yàn)椋?111)面有較高的原子密度，水分子容易附著在(111)面上；(100)面每個(gè)原子具有兩個(gè)懸掛鍵，而(111)面每個(gè)原子只有一個(gè)懸掛鍵，移去(111)面的原子所需的能量比(100)面要高。體硅各向異性腐蝕是利用腐蝕液對(duì)單晶硅不同晶向腐蝕速率不同的特性，使用抗蝕材料作掩膜，用光刻、干法腐蝕和濕法腐蝕等手段制作掩膜圖形后進(jìn)行的較大深度的腐蝕。機(jī)理：腐蝕液發(fā)射空穴給硅，形成氧化態(tài)Si+，而羥基OH-與Si+形成可溶解的硅氫氧化物的過程。各向異性腐蝕液腐蝕液：無機(jī)腐蝕液：KOH,NaOH,LiOH,NH4OH等；有機(jī)腐蝕液：EPW、TMAH和聯(lián)胺等。常用體硅腐蝕液：氫氧化鉀(KOH)系列溶液；EPW(E：乙二胺，P：鄰苯二酚，W：水)系列溶液。乙二胺(NH2(CH2)2NH2)鄰苯二酚(C6H4(OH)2)水(H2O)EPW腐蝕條件腐蝕溫度：115℃左右反應(yīng)容器在甘油池內(nèi)加熱，加熱均勻；防止乙二胺揮發(fā)，冷凝回流；磁裝置攪拌，保證腐蝕液均勻；在反應(yīng)時(shí)通氮?dú)饧右员Ｗo(hù)。掩膜層：用SiO2，厚度4000埃以上。影響腐蝕質(zhì)量因素腐蝕液成分新舊腐蝕液試劑重復(fù)性溫度保護(hù)攪拌犧牲層技術(shù)屬硅表面加工技術(shù)。是加工懸空和活動(dòng)結(jié)構(gòu)的有效途徑。采用此種方法可無組裝一次制成具有活動(dòng)部件的微機(jī)械結(jié)構(gòu)。犧牲層材料影響犧牲層腐蝕的因素犧牲層厚度腐蝕孔陣列塌陷和粘連及防止方法酒精、液態(tài)CO2置換水；依靠支撐結(jié)構(gòu)防止塌陷。自停止腐蝕技術(shù)機(jī)理：EPW和KOH對(duì)硅的腐蝕在摻雜濃度小于11019cm-3時(shí)基本為常數(shù)，超過該濃度時(shí)，腐蝕速率與摻雜硼濃度的4次方成反比，達(dá)到一定的濃度時(shí)，腐蝕速率很小，甚至可以認(rèn)為腐蝕“停止”。腐蝕速率經(jīng)驗(yàn)公式：Ri為低速區(qū)的腐蝕速率，N0為閾值濃度，NB為摻雜濃度，a與腐蝕液的種類有關(guān)，用EPW腐蝕可取4。自停止腐蝕典型工藝流程雙面光刻MEMS器件的結(jié)構(gòu)一般是平面化的三維結(jié)構(gòu)，很多器件兩面都有結(jié)構(gòu)或圖形，而且有對(duì)準(zhǔn)要求，需要雙面光刻。設(shè)備：投影雙面光刻機(jī)或紅外雙面光刻機(jī)。雙面光刻制版問題兩面圖形相同子圖形呈中心對(duì)稱分布子圖形不左右對(duì)稱分布，且兩面的圖形上下反對(duì)稱分布，則整個(gè)硅片上所有芯片的圖形應(yīng)該都是從左向右或從右向左的；子圖形不左右對(duì)稱分布，且兩面的圖形上下對(duì)稱分布，則硅片上左右兩半邊的芯片圖形應(yīng)該是反向分布的，都指向中心或背向中心。針孔問題流程1（出現(xiàn)針孔）：熱氧化SiO2，LPCVDSi3N4；背面光刻，腐蝕Si3N4和SiO2；正面光刻，腐蝕Si3N4和SiO2；)體硅腐蝕。流程2（不出現(xiàn)針孔）：熱氧化SiO2，LPCVDSi3N4；背面光刻，腐蝕Si3N4，不去膠；正面光刻，腐蝕Si3N4和SiO2，去膠；體硅腐蝕。凸角腐蝕補(bǔ)償凸角腐蝕是指在硅島或硅梁的腐蝕成型過程中，凸角部分被腐蝕掉的現(xiàn)象，體硅各向異性腐蝕時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)，這是因?yàn)閷?duì)(100)晶面的硅片體硅腐蝕時(shí)，凸角的邊緣與[110]方向平行，而腐蝕液對(duì)此方向的腐蝕速度較快。若要腐蝕出帶凸角的整齊的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，必須采取凸角補(bǔ)償。凸角腐蝕補(bǔ)償重?fù)诫s自停