微机电系统第三章MEMS制造技术课件.ppt

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1、第三章MEMS制造技术3.1集成电路基本制造技术3.2体微加工技术3.3表面微加工技术3.4其他微加工技术内容提要3.2体微加工技术简介MEMS光刻体微加工技术集成电路工艺回顾平面工艺图形转移－光刻添加工艺热氧化物理气相淀积化学气相淀积外延去除工艺湿刻蚀干刻蚀掺杂离子注入扩散测试切割刻蚀光刻薄膜制备掩膜制造掺杂封装硅片典型MEMS器件1典型MEMS制造方法简介MEMS技术起源于集成电路技术，但是集成电路技术已经远远不能满足MEMS发展的需要典型MEMS制造方法体微加工(Bulkmicromachining)湿法刻蚀(WetEtching)干法刻蚀(DryEtching)表面微加工(Surf

2、acemicromachining)集成电路技术牺牲层技术(Sacrificiallayer)键合(Bonding)LIGA软光刻技术(SoftLithography)典型MEMS制造方法2MEMS光刻深槽光刻厚胶光刻双面光刻深槽光刻表面微结构集成电路制造中，表面起伏1-2μmMEMS制造中，表面带有微结构和深槽，10-100μm旋涂问题聚积解决方法喷涂(Spraycoating)电镀(Electroplating)深槽光刻曝光问题鬼影(Ghostimage):入射光反射大间距:增大了特征尺寸解决方法版图设计时进行部分补偿厚胶光刻厚胶应用集成电路光刻胶层厚度1μmMEMS中光刻胶层厚度1μm

3、-1mm问题曝光衍射和散射分辨率下降曝光剂量不够双面光刻激光对准3体微加工技术概述湿法刻蚀各向同性湿法刻蚀各向异性湿法刻蚀干法刻蚀概述定义：向基底深度方向进行刻蚀的技术刻蚀方法湿法刻蚀干法刻蚀刻蚀方向性湿法刻蚀各向同性湿法刻蚀刻蚀剂(HNA)HF+HNO3+CH3COOH/water(25：50：80)刻蚀机理HNO3将Si氧化为SiO2HF将SiO2氧化为可溶性H2SiF6醋酸防止HNO3分解硅体的各向同性刻蚀硅各向同性腐蚀最常用的腐蚀液为HF-HNO3加水或者乙酸系统(通常称为HNA系统)，其刻蚀机理：硝酸硅发生氧化反应生成二氧化硅，然后由HF将二氧化硅溶解Si+HNO3+HF=H2Si

4、F6+HNO2+H2O+H2水和乙酸（CH3COOH）通常作为稀释剂，在HNO3溶液中，HNO3几乎全部电离，因此H+浓度较高，而CH3COOH是弱酸，电离度较小，它的电离反应为CH3COOH=CH3COO-+H+湿法刻蚀各向同性湿法刻蚀二倍刻蚀速率与刻蚀剂成分比例有关与晶向有关湿法刻蚀各向同性湿法刻蚀保护层(Passivationlayer)SiN和Au基本不刻蚀热生长SiO2刻蚀速度30-80nm/min,慢100xAl刻蚀极快正胶可以短时使用应用去除表面损伤，消除尖角，降低表面残余应力其他加工后的表面剖光减薄和刻蚀刻蚀圆形通道Caution:HFisaweakacid,butitisd

5、eathful.湿法刻蚀各向异性湿法刻蚀（P95）刻蚀剂－碱性溶液碱金属溶液：KOH,NaOH,CsOH乙烯乙二胺邻苯二酚(EthyleneDiaminePyrocatechol,EDP)四甲基氢氧化铵(Tetramethylammoniumhydroxide,TMAH)刻蚀机理湿法刻蚀各向异性湿法刻蚀刻蚀速率与温度和浓度的关系P96湿法刻蚀各向异性湿法刻蚀影响刻蚀速率的其他因素反应物浓度随着刻蚀进行不断降低液体的挥发混合不均匀，反应物浓度不均匀、产物阻值反应污染温度不均匀性影响刻蚀速率的材料因素晶向掺杂浓度湿法刻蚀各向异性湿法刻蚀特点刻蚀速率与晶向相关{110}:{100}:{111}=6

6、00:400:1结构由{111}决定不同晶向的基底刻蚀结果不同{111}表面光滑各向异性腐蚀机理：在有些溶液中单晶硅的腐蚀速率取决于晶体取向，即在某种晶体取向上硅的腐蚀速率非常快，而在其他方向上腐蚀速率又非常慢。最常用的（100）/（111）腐蚀速率比最大的是KOH腐蚀液。用KOH腐蚀液腐蚀单晶硅晶体其在三个常用晶面方向上的腐蚀速率情况是（100）>（110）>（111）。（100）/（111）的最大腐蚀速率可达4001（111）晶面是KOH刻蚀的阻挡面，即刻蚀遇到（111）就停止下来，形成各向异性刻蚀。硅体的各向异性刻蚀湿法刻蚀小结各向同性刻蚀刻蚀剂刻蚀参数选择比和保护层各向异性刻蚀刻蚀

7、剂:KOH,EDP,TMAH刻蚀速率与晶向有关刻蚀参数选择比和保护层刻蚀停止湿法刻蚀的优缺点操作简单碱金属与IC不兼容相对安全和无毒不够灵活干法刻蚀简介刻蚀机理三维结构举例干法刻蚀具有分辨率高、各向异性腐蚀能力强、腐蚀的选择比大，以及能进行自动化操作等优点。因此，干法刻蚀在体微加工中将逐渐占有重要地位。干法刻蚀的过程可分为以下几个步骤：（1）腐蚀性气体粒子的产生；（2）粒子向衬底的传输（3）衬底表面的腐蚀；（