MEMS制造技术之微机械加工中的微电子工艺和设备.pdfVIP

MEMS 交流网 - 专注于 MEMS 的门户网站 / MEMS制造技术之微机械加工中的微 电子工艺和设备 ——摘录整理自《微纳米技术及其应用》，有删节 在微电子机械系统的制造中，几个主要工艺如氧化、光刻、扩散、离子注 入以及淀积等在微结构的制作中举足轻重。 1、氧化工艺（二氧化硅的制备） 氧化工艺主要任务是对硅片表面进行高温氧化，使其表面形成一绝缘的 SiO2 层。其绝缘层可以在高温扩散时掩蔽杂质，在硅的各向异性腐蚀中做保护 层。 1）氧化装置：氧化炉 2）氧化工艺条件： 炉温：1180℃；水浴温度：95℃；氧气流向：依石英管内径不同而定。 具体步骤：①当炉温和水浴温度达到后，先通入干氧约30分钟排除石英管 内的空气，并保持炉温稳定；②将硅片推入恒温区，同时分钟干氧；③通十分钟 湿氧；④最后通五分钟干氧；⑤将硅片取出。 氧化层厚度一般用椭偏仪测量。下面介绍用辨色法（也称比色法）估计氧 化层厚度。所谓辨色法，就是利用不同厚度的氧化层具有不同的干涉色彩的特性， 判定氧化层厚度的一种估计方法。 2、光刻工艺 1）曝光技术 光刻是一种复印图像同化学腐蚀相结合的综合性技术。它先采用照相复印 的方法，将光刻版上的图形精确地复印在涂有感光胶的SiO2层或金属蒸发层上， 然后利用光刻胶的保护作用，对 SiO2 层或金属层进行选择性化学腐蚀，从而在 SiO2层或金属层上得到与光刻版相对应的图形。 根据曝光所用辐射源的波长不同可分为：光学曝光、电子束曝光、X 射线 曝光和离子束曝光。 2）光刻工艺 光刻机是光刻工艺中的关键设备，分为接触式和非接触式两种。它工作时 首先在显微镜下通过调节装置使模版和基板图案正对，然后根据光源的强弱和感 光胶的种类以及其厚度设定曝光时间，曝光后在显影液里显像，烘干后可进行刻 蚀等操作。 一般的管科工艺流程：（硅片的清洗处理）涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、 腐蚀、去胶。 3、半导体杂质扩散技术 扩散是在高温下向半导体表面掺入杂质以改变体内杂质浓度的分布，所得到 的杂质分布呈非均匀分布。 通过扩散可改变硅原有的导电类型，制作P-N结。在微加工工艺中用来做自 MEMS 交流网 - 专注于 MEMS 的门户网站 / 停止腐蚀的浓硼层。 1）扩散装置：扩散炉。 2）扩散工艺：一般分两个步骤：预淀积、再分布 一般分两个步骤： ①将清洗后的硅片放入扩散炉内。 ②预淀积。 ③取出后漂去表面杂质与硅形成的玻璃及高杂质含量的SiO2 。 ④再分布及氧化，放入扩散炉中，根据对扩散深度的要求决定在炉内的时间， 然后取出硅片。 4、离子注入 在集成电路制造过程中，向半导体材料中参杂方法中除了扩散外还有离子注 入法。 5、化学气相淀积（CVD） 在MOS IC 制造和MEMS制造过程中，多晶硅、SiO 和磷硅玻璃及金属硅化物 2 等是利用化学气相淀积法形成的。化学气相淀积的名称是相对物理气相淀积而 言，是指利用化学反应生长薄膜的方法。实现CVD的方法，目前主要有①常压CVD （ACVD）；②减压CVD（LPCVD）；③等离子增强CVD（PECVD）；④光CVD；⑤MOCVD 等。 应当注意，不管是哪一种 CVD 都是利用气相的化学反应，所以，形成的薄 膜的性质既与利用什么样的反应有密切关系，又与衬底温度、气体成分和流量、 反应装置的形状以及反应系统的清洁度等有密切关系。 6、镀膜技术 电极布线工艺包括：把布线材料蒸发淀积到整个硅片上；用光刻技术形成 布线图形以及达到欧姆接触而进行热处理。蒸发电极布线材料，通常采用将布线 材料在真空中加热蒸发的真空镀膜法。 蒸镀金属薄膜，如Cr、Al、Cu、Pt、Au、Ni等金属的薄膜通常用真空镀膜 机完成。考虑到薄膜内应力的影响，通常镀膜厚度在1um之内。由于真空蒸镀的 过程中不发生化学反应，因此它被称为PVD（physical vapor dep