MEMS加工工艺复习课程.ppt

MEMS加工工艺;;MEMS结构的特点;MEMS加工工艺分类;Bulk micromachining ~1960;大机械制造小机械，小机械制造微机械 日本为代表，与集成电路技术几乎无法兼容;硅基微机械加工技术;光刻工艺过程图;;硅的体加工技术包括： 去除加工（腐蚀） 附着加工（镀膜） 改质加工（掺杂） 结合加工（键合）;特点：;在以硅为基础的MEMS加工技术中，最关键的加工工艺主要包括深宽比大的各向异性腐蚀技术、键合技术和表面牺牲层技术等。 体硅腐蚀技术是体硅微机械加工技术的核心，可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀两大类，按腐蚀剂是液体或气体又可分为湿法和干法腐蚀。;干法腐蚀 干法腐蚀技术包括以物理作用为主的反应离子溅射腐蚀，以化学反应为主的等离子体腐蚀，以及兼有物理、化学作用的反应溅射腐蚀 湿法腐蚀 硅的湿法腐蚀是先将材料氧化，然后化学反应使一种或多种氧化物或络合物溶解，包括湿法化学腐蚀和湿法电化学腐蚀 ;硅的湿法腐蚀 1) 硅的各向同性腐蚀 腐蚀液对硅的腐蚀作用基本上不具有晶向依赖性.;腐蚀设备及原理图;对于HF和HNO3加H2O（或CH3COOH）腐蚀剂，硅表面的阳极反应为 Si＋2e＋——Si2+ 这里e＋表示空穴，即Si得到空穴后从原子升到氧化态 腐蚀液中的水解离发生下述反应 H2O＝（OH）－＋H＋ ;Si2+与（OH）－结合，成为： Si2+＋2（OH）－——Si（OH）2 接着Si（OH）2放出H2并形成SiO2，即： Si（OH）2—— SiO2＋H2 由于腐蚀液中存在HF，所以SiO2立即与HF反应，反应式为： SiO2＋6HF——H2SiF6＋2H2O 通过搅拌可使络合物H2SiF6远离硅片，因此称这一反应为络合化反应 ;显然，HF的作用在于促进阳极反应，使阳极反应产物SiO2溶解掉，不然，所生成的SiO2就会阻碍硅与H2O的电极反应。 ;HF、HNO3可用H2O或CH3COOH稀释。在HNO3溶液中HNO3几乎全部电离，因此H＋浓度很高，而CH3COOH是弱酸，电离度较小，HNO3＋CH3COOH的溶液中，H＋与CH3COO－发生作用，生成CH3COOH分子，而且CH3COOH的介电场数（6.15）低于水的介电场数（81），因此在HNO3＋CH3COOH混合液中H＋离子浓度低。 与水相比，CH3COOH可在更广泛的范围内稀释而保持HNO3的氧化能力，因此腐蚀液的氧化能力在使用期内相当稳定。同???减少H＋离子使阴极反应变慢，整个腐蚀速率也随之变慢，有利于显示。 ;1.如何选择腐蚀剂？ 2.刻蚀的物理化学过程及优化方法？;2)硅的各向异性腐蚀;各向异向腐蚀剂一般分为两类： 一类是有机腐蚀剂，包括EPW（乙二胺、邻苯二酸和水）和联胺等 另一类是无机腐蚀剂，包括碱性腐蚀液，如KOH、NaOH、CsOH和NH4OH等。 这两类腐蚀剂具有非常类似的腐蚀现象。这里主要介绍EPW和KOH对硅的腐蚀特性，其余的仅列出其常用的腐蚀剂配比。 ;KOH腐蚀系统常用KOH、H2O和（CH3）2CHOH（异丙醇，缩写IPA）的混合液 除KOH外，类似的腐蚀剂还有NaOH、LiOH、CsOH和NH4OH腐蚀剂 ;硅在KOH系统中的腐蚀机理，其腐蚀的反应式如下： KOH＋H2O＝K＋2OH－＋H＋ Si＋2OH－＋4H2O＝Si（OH）62－ 即首先将硅氧化成含水的硅化物。 ;乙二胺（NH2（CH2）2 NH2）、邻苯二酸（C6H4（OH）2）和水（H2O），简称EPW ;电离过程： NH2（CH2）2 NH2 ＋H2O—— NH2（CH2）2 NH3+＋（OH）－ 氧化－还原过程： Si＋（OH）－＋4 H2O——Si（OH）62－＋2H2 将上两式合并 2NH2（CH2）2 NH2 ＋6H2O＋Si＝Si（OH）62－＋2NH2（CH2）2 NH3+＋2H2 ;用常规腐蚀液腐蚀硅一般是在EPW的沸点（115℃）下进行的。 若温度降低，会在硅表面产生一些不可溶解的残留物。残留物一旦出现就难以清除掉，使被腐蚀的硅表面平整度及光滑度受到影响。 为了防止EPW沸点下因蒸发而导致腐蚀液的成分改变，腐蚀系统一般用制冷回流装置。 腐蚀系统可用磁搅拌方法控制腐蚀均匀性。由于蒸发后被冷凝的液体直接返回到容器会使腐蚀剂温度改变，所以在冷凝液体流入容器前应利用蒸发体进行预加热。 ;与{100}、{110}相比，{111}面有慢的腐蚀速率，所以经过一段时间腐蚀后，所腐蚀的孔腔边界就是{111}面 ;各向异性腐蚀剂腐蚀出微结构的特点 凸角补偿技术 自停止腐蚀技术 ;3)硅的各向异性停蚀技术;各向异性腐蚀特点：有完整的表平面和定义明确的锐角 ? 影响各向异性腐蚀的主要因素 (1) 溶液及配比 (2) 温度 (3) 掺杂浓度 例如：当硅片