MEMS技术导论3.ppt

微机械工艺;微机械与常规机械加工差异： 批量，微米量级尺度。 基本工艺（光刻、淀积、氧化、外延等基本半导体工艺） 专门高级工艺（键合、各向异性化学湿法腐蚀，反应离子深刻蚀、牺牲层技术等）;外延：在Si衬底上生长同晶向的单晶Si膜层(1-20微米），掺杂类型和浓度与衬底不同。 气相外延（VPE），金属有机CVD，分子束外延 在800－1150度Si表面温度下，通入反应气体（SiHxCl4-x)，反应气体分解实现Si薄膜生长,生长速率0.2-1.5微米/分。;外延可生长在Al2O3上。（异质外延）但厚度一微米以下，缺陷多。用于需要绝缘衬底和透明衬底。;氧化：热氧化（干氧，湿氧） Si（固）＋O2（气） SiO2(固） Si（固）＋2H2O（水汽） Si (固）＋2H2（气） ;湿法氧化速度快，但疏松。 干法氧化密度高。;氧化物的生长速率：温度、压力氧化方式、晶向、掺杂水平 线性阶段：150埃左右。（反应速率控制） 抛物线阶段：（扩散控制阶段）受氧在氧化Si中扩散速率控制。;Si的热氧化产生压应力－－SiO分子比Si原子体积大，且SiO的热膨胀系数大于Si。;溅射;优点：保持复杂合金原组分 能淀积高熔点金属 大直径衬底均匀性 淀积前可进行离子清洗 ;直流溅射的缺点：不能用于介质溅射（正电荷聚在靶上，阻止继续溅射），也不能预清洗。 RF溅射－射频（13.56MHz)产生等离子体。电子和离子的质量差异产生自偏置，电子堆积在靶电极上，引起氩离子对靶材的溅射。 磁控溅射－－利用外磁场限制电子于靶前，增加离子轰击率，产生更多的二次电子，更多的离子密度，提高溅射效率。;溅射用于MEMS的优势：低温淀积（150度）各种金属，玻璃，压电陶瓷。 通常淀积气压低（0.1-1Pa)膜层压应力，高气压（1-10Pa)膜层张应力。衬底温度提高可减小应力。 靶材料比wafer大时，台阶覆盖好。 ;蒸发;化学气相淀积（CVD）;CVD成膜温度较高（300度） 成膜材料：polySi，SiOx，SiNx，及W，Ti，Ta，等金属。 Cu和低介电常数介质－－高速集成电路。 MEMS领域： polySi，SiOx，SiNx CVD－－常压（APCVD），低压（LPCVD）和等离子体增强（PECVD）。 APCVD，LPCVD 工艺通常500度－800度。通过高温加热化合物分解。 PECVD 300度左右。用等离子体能量产生并维持反应。;APCVD优势：产量高，均匀性好，wafer直径大。缺点：反应室清洗频繁，气体消耗大。 LPCVD优势：成本低，膜层质量好，台阶覆盖能力强。气压;0.1-5托，温度：300－900度。;PECVD:等离子增强化学气相淀积。例PECVD生长SiO2。 SiH4(气）+2N2O（气） SiO2（固）+2N2（气）+2H2（气）;PECVD优势：温度低，台阶覆盖好，附着力强，淀积速率高，针孔少，致密。冷壁反应，清洗少。;PolySi的淀积 LPCVD分解SiH4,温度－630度以上。低于600度，生成非晶Si。 多晶晶向趋于{110}。淀积温度超过650度时，趋于{100} CVD方法淀积PolySi可掺杂至e20，电阻率1e-3。 600度以下淀积的PolySi有张应力，高温淀积的PolySi有压应力。（500MPa,可形成微结构卷曲）900度以上退火可减小应力，50MPa。;SiO2的淀积 采用APCVD,LPCVD或PECVD都可在500度以下分解SiH4和O2而淀积SiO2。掺P或B形成PSG或PBSG玻璃。 通常温度提高，生长速度加快。 上述方法生长的SiO2为非晶结构。高温处理可提高密度（600－1000度） CVD 方法制备的SiO2可作为金属层之间的绝缘介质，或牺牲层。但绝缘强度低于热生长的SiO2。 通常有压应力（100－300MPa）。PECVD方法可调节应力 ;SiNx的淀积 SiNx做钝化层防水和钠离子。MEMS技术中SiN是有效的掩模。用于选择性腐蚀的碱性溶液。 用APCVD方法分解反应SiH4和NH3或用LPCVD方法分解反应SiCl2H2和NH3，可制备Si3N4。温度700－900度。通常应力大（1000MPa)。如果富Si则应力可减小（100MPa以下）。 用PECVD方法可在400度以下生长SixNy膜。膜中H的成分较多。 通常用折射率来判断成分。(1.8-2.5)数值高－富N，数值低－富O。 PECVD的优势：可通过掺杂（如He）或plasma的频率调节应力。13.56MHz下成膜，张应力约400Mpa。50KHz下成膜，压应力200MPa。高低频交替生长，可