第四章 MEMS制造技术ppt课件.ppt

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1、MEMS的制造技术主要包括两类技术：体微加工和表面微加工。这两类加工技术的基本材料都用硅，而加工工艺的基础都是集成电路制造技术。1.表面微加工技术，来自金属膜的概念。在硅腐蚀的基础上，采用不同薄膜淀积腐蚀方法，在硅片表面形成不同形状的层状微结构。2.LIGA技术3.键合工艺，按界面材料的性质，可分为两大类：（1）硅/硅基片的直接键合工艺；（2）硅/硅基片的间接键合第四章MEMS的制造技术4.1.体微加工硅的体微加工技术包含硅的湿法和干法技术，硅刻蚀自终止技术、LIGA技术、以及DEM技术。4.1.1.湿法刻蚀技术技术原理：硅表面点作为随机分布的局部区域的阳极与

2、阴极。由于这些局部区域化电解电池的作用，硅表面发生了氧化反应并引起相当大的腐蚀电流，一般超过100A/cm2。硅表面的缺陷、腐蚀液的温度、腐蚀液所含的杂质、腐蚀时扰动方式以及硅腐蚀液界面的吸附过程等因素对刻蚀速度以及刻蚀结构的质量都有很大的影响。HF-HNO3和H2O（或CH3COOH乙酸）硅表面的阳极反应为Si+2h+Si2+h+表示空穴，即Si得到空穴后升至较高的氧化态腐蚀液中的水解离发生下述反应：H2O=(OH)-+H+；Si+与(OH)-结合为：Si2+2(OH)-Si(OH)2接着Si(OH)2放出H2并形成SiO2，即Si(OH)2SiO2+H2S

3、iO2+6HFH2SiF6+2H2OHF-HNO3(氢氟酸-硝酸)腐蚀系统（各向同性腐蚀）KOH、H2O和（CH3）2CHOH（异丙醇，即IPA）首先将硅氧化成含水的硅化合物KOH+H2O=K++2OH-+H+Si+2OH-+4H2OSi(OH)2-然后与异丙醇反应，形成可溶解的硅络合物不断离开硅的表面KOH、EDP腐蚀系统（各向异性腐蚀）硅无论是在HF-HNO3腐蚀系统中，还是在KOH腐蚀系统中，其腐蚀过程既可受反应速率限制，也可受扩散限制.如果腐蚀取决于化学反应速率，这种过程称为反应速率限制。如果腐蚀剂通过扩散转移到硅片表面的则称为扩散限制。与反应速率限制

4、过程相比，扩散限制过程活化能较低，所以它对温度变化较为敏感.如果在腐蚀过程中腐蚀条件发生变化，例如温度和腐蚀液的化学成分发生变化，将会改变速率限制。如果在单晶硅各个方向上的腐蚀速率是均匀的称为各向同性刻蚀，而腐蚀速率取决于晶体取向的则称为各向异性腐蚀。在一定的条件下腐蚀具有一定的方向跃居第一，是硅单晶片腐蚀过程中的重要特征之一。4.1.2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)，其腐蚀机理：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=H2SiF6+HNO2+H2O+H

5、2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+图4.2表面取向对腐蚀速率的影响与温度的关系图4.3腐蚀速率与温度的关系（高HF区，无稀释）自下而上每族曲线对应的配比为：95%HF+5%HNO3，90%HF+10%HNO3，85%HF+15HNO3图4.4腐蚀速率与温度的关系（H2O稀释）65%HF+20%HNO3+15%H2O，20%HF+60%HNH3+20%H2O图4.5腐蚀速率与成分的关系下图给出分别用H2O和CH

6、3COOH作为稀释剂的HF+HNO3，系统腐蚀硅的等腐蚀线（常用的浓酸的重量百分比是49.2%HF和69.5%HNO3）。H2O和CH3COOH作为稀释剂的功能相似，共同特点：（1）在低HNO3及高HF浓度区（见图4.6的顶角区），等腐蚀曲线平行于等HNO3浓度线，由于该区有过量的HF可溶解反应产物SiO2，所以腐蚀速率受HNO3的浓度所控制。（2）在低HF高HNO3区（见图4.6的右下角），等腐蚀线平行于HF浓度线。（3）当HFHNO3=11，稀释液浓度百分比小于10%时，随稀释液的增加对腐蚀速率影响较大草原稀释液从10%30%，腐蚀速率随秋耕释液的增

7、加呈减小；稀释液大于30%后，稀释的微小变化会引起腐蚀速率的很大变化。各向异性腐蚀机理为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。、硅体的各向异性腐蚀液的种类很多。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14.1.3   硅体的各向异性刻蚀图4.7硅单晶片各向异性腐蚀示意图一般需要刻蚀制作薄膜时，掩膜开的窗口必须比膜的尺

8、寸大，其倾斜的角度由几何计算得到为54