MEMS工艺-2.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * （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物理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 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：反应离子腐蚀RIE ，感应耦合等离子体刻蚀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应形成挥发性物质； 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应。 反应离子刻蚀 反应离子刻蚀（Reactive ion etch）是在等离子中发生的。 随着材料表层的“反应－剥离－排放”周期循环，材料被逐层刻蚀到制定深度。 衡量反应离子刻蚀的指标： 掩模的刻蚀比 刻蚀的各向异性程度 其它：刻蚀速率、刻蚀均匀性等 等离子腐蚀 利用气体辉光放电电离和分解稳定的原子所形成的离子和活性物质，与被腐蚀的固体材料作用，产生挥发性的物质或气态产品。 刻蚀过程主要是化学反应刻蚀，是各向同性的，主要作为表面干法清洗工艺。 ? 离子轰击的作用： 1.将被刻蚀材料表面的原子键破坏； 2.将再淀积于被刻蚀表面的产物或聚合物打掉 DRIE、ICP刻蚀工艺 1.现象 （1）各向同性腐蚀 （2）各向异性腐蚀 （3）溅射腐蚀 等离子体腐蚀的主要现象和特点 （1）速率高 （2）环境清洁，工艺兼容性好。 （3）掩膜选择性好 30：1 （4）表面光洁度好，应力集中少 （5）无晶向限制 主要特点 （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。 适应性 反应离子深刻蚀 改善刻蚀的方向性，即各向异性，一直是反应离子刻蚀技术发展过程中不懈追求的目标。 完全化学刻蚀是各向同性的，完全的物理刻蚀虽然有很好的方向性，但有很差的选择性，即掩模本身经受不了长时间的刻蚀。 电感耦合等离子体（ICP），Bosch工艺 反应离子深刻蚀的要求： 需要较高的刻蚀速率，否则刻穿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，反应离子刻蚀从本质上是各向同性，为了阻止或减弱侧向刻蚀，只有设法在刻蚀的侧向边壁沉积一层抗刻蚀的膜。 Bosch工艺和Cryogenic工艺 所谓Bosch工艺就是在反应离子刻蚀的过程中，不断在边壁上沉积抗刻蚀层或边壁钝化 八氟环丁烷离化后在底面和侧壁形成聚合物钝化层。 通入刻蚀气体SF6刻蚀掉底部钝化层，并进一步刻蚀硅。新暴露的侧壁被新的钝化层覆盖。 离子溅射刻蚀 离子溅射刻蚀是纯粹的物理刻蚀过程，氩气是最通用的离子源气体。 反应气体刻蚀 利用二氟化氙XeF2在气态可以直接与硅反应生成挥发性SiF4产物的性质，可以对硅表面进行各向同性刻蚀。 参数 干法腐蚀 湿法腐蚀 方向性 对大多数材料好 仅对单晶材料（深宽比高达100） 生产自动化程度 好 差 环境影响 低 高 掩模层粘附特性 不是关键因素 非常关键 选择性 相对差 非常好 待腐蚀材料 仅特定材料 所有 工艺规模扩大 困难 容易 清洁度 有条件地清洁 非常好 临界尺寸控制 非常好（0.1μm） 差 装置成本 昂贵 便宜 典型的腐蚀率 慢（0.1μm/min）到快（6μm/min） 快（1μm/min以上） 可控操作参数 多 少 腐蚀速率控制 在缓慢腐蚀时好 困难 干法刻蚀与湿法腐蚀对比 作业 为何说腐蚀（刻蚀）工艺在微加工工艺中是比不可少的步骤？ 湿法腐蚀和干法刻蚀各具有什么优点？ 采用Boche工艺进行等离子体深刻蚀时