MEMS工艺(9腐蚀技术知识).ppt

MEMS工艺——体硅加工工艺（腐蚀）;主要内容;一、体硅微制造;腐蚀技术概述;体硅腐蚀包括:各向异性腐蚀和各向同性腐蚀;各向异性腐蚀的不足： 腐蚀速率比各项同性腐蚀慢，速率仅能达到1um/min 腐蚀速率受温度影响 在腐蚀过程中需要将温度升高到100℃左右，从而影响到许多光刻胶的使用; 湿法腐蚀;简介;硅刻蚀的技术是将被腐蚀材料先氧化，然后由化学反应使其生成一种或多种氧化物再溶解。 在同一腐蚀液中，由于混有各种试剂，所以上述两个过程是同时进行的。;体硅各向异性腐蚀;体硅各向异性腐蚀技术;不同的晶面悬挂键密度（表面态密度）;腐蚀窗口短边存在最小尺寸：;各向异性腐蚀液;1.KOH system;1.KOH system;KOH的刻蚀机理;2.EDP system;2.EDP system;EDP腐蚀条件;3、N2H4 ;4、TMAH ;腐蚀设备;硅和硅氧化物典型的腐蚀速率 ;影响腐蚀质量因素;影响腐蚀质量因素;?111?面凹角停止;?110?方向硅片的腐蚀特点 ;(1) 溶液及配比 ;(2) 温度;各向同性腐蚀;优点： 无尖角， 较低应力 刻蚀速度快 可用光刻胶掩膜;Etching Bulk Silicon ;;三、自停止腐蚀技术;（1） 重掺杂自停止腐蚀(KOH和EDP：5?1013/cm3，RE/RD~100) （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;自停止腐蚀典型工艺流程;1、薄膜自停止腐蚀;2 、重掺杂自停止腐蚀技术;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;（111）面自停止腐蚀工艺流程;4、电化学自停止腐蚀;5、 P－N 结自停止腐蚀;腐蚀保护技术;薄膜残余应力问题;凸角腐蚀补偿;凸角腐蚀补偿;目前比较常见的补偿方式;（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。 ;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 衬底表面的腐蚀 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 ，离子束辅助自由基腐蚀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;;等离子腐蚀;1.现象 （1）各向同性腐蚀 （2）各向异性腐蚀 （3）溅射腐蚀 ;（1）速率高 （2）环境清洁，工艺兼容性好。 （3）掩膜选择性好 300：1 （4）表面形貌好，无应力集中现象 （5）无晶向限制 ;（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。 ;反应离子深刻蚀;反应离子深刻蚀的要求： 需要较高的刻蚀速率，否则科穿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，只有设法子刻蚀的侧向边壁沉积一层抗刻蚀的膜。;Bosch工艺;离子溅射刻蚀;反应气体刻蚀;其它物理刻蚀技术;电火花加工 利用两个电极间的火花放电产生的高热使火花放电区的材料熔化； 对材料的要求是导电 特点： 可加工导体或半导体超硬材料 非接触加工 可制作深宽比的结构;喷粉加工 ;喷粉加工的特点： 喷粉加工只适于脆性材料如玻璃和硅材料，不适于韧性材料 选择喷粉加工的掩模除了需要韧性外，还需要足够的厚度 喷粉加工是纯粹的机械加工 加工分辨率一般在50um以上 表面粗糙度一般在um量级;参数