MEMS工艺-表面微机械加工技术课件.pptx

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1、汇报人：胡文艳时间：2017.6.10第11章表面微机械加工01相关基本概念介绍-02表面微机械加工基本工艺介绍-03结构层材料和牺牲层材料的选择-04加速牺牲层刻蚀的方法——钻蚀释放速度的技术-05粘附机制和抗粘附的方法——与烘干工艺相关的失效以及改进方法-Contents目录微机械加工微机械加工技术是加工微米量级机械的技术，即是为微传感器、微执行器和微电子机械系统制作微机械部件和结构的加工技术。按加工类型分类体微机械加工表面微机械加工复合微机械加工按加工材料分类硅基微机械加工非硅基微机械加工分类方法基本概念在工艺中经常同时使用微机械加工工艺体微机械加工

2、表面微机械加工复合微机械加工定义：能够制造附着于衬底表面附近的微结构的工艺。与体微机械加工不同，表面微机械加工没有移除或刻蚀体衬底材料。表面微机械加工的定义表面微机械加工和体微机械加工工艺特点：表面微机械加工体微机械加工优点充分利用了现有的IC生产工艺，对机械零部件尺度的控制与IC一样好,因此这种技术和IC完全兼容。可以相对容易地制造出大质量的零部件。缺点1.机械加工层越多微型元件的布局问题、平面化问题和减小残余应力问题也更难解决。1.很难制造精细灵敏的悬挂系统。2.它制造的机械结构基本上都是二维，因为机械结构的厚度完全受限于沉积薄膜的厚度。2.由于体微机

3、械加工工艺无法做到零部件的平面化布局，因此它不能够和微电子线路直接兼容。二、基本工艺流程在硅片上淀积一层牺牲层光刻定义图形层淀积结构层薄膜图形化结构层薄膜去除牺牲层，释放结构层形成最终结构举例：方案一——微型马达基本制造工艺流程在硅片上淀积一层牺牲层。淀积多晶硅作为结构层材料，制造转子。光刻胶作掩膜，反应离子刻蚀使图形转移到多晶硅结构层上。硅片表面沉积另一层氧化物牺牲层（材料可能与前一层不同，常选择LPCVD二氧化硅）加工出与衬底相连的锚区窗口（为了制造定子，限制转子的侧向平移）沉积第二层结构层，该结构层通过锚区窗口与衬底相连（制造定子）再次涂敷光刻胶用于

4、光刻第二层结构形状。浸入氢氟酸刻蚀液以除去两层牺牲层。方案一带来的问题：定子转子衬底转子在重力作用下很容易落在衬底上，产生大面积接触。转子在高速转动过程中会与定子产生接触，产生额外的摩擦和磨损。方案二——微型马达制造工艺流程改进和方案一最主要的不同之处是第二层结构层(定子)的材料用氮化硅取代了多晶硅。产生的问题：转子和衬底仍有可能粘连，但接触的可能性减小到微小的凸点上。淀积第二层结构方案三——微型马达制造工艺流程改进为了解决上述由于转子和定子的接触而产生额外摩擦问题，这里采用氮化硅作为接触面以降低转子和定子间的摩擦系数。定子的侧壁具有摩擦控制层，底槽区域内

5、沉积的氮化硅可以防止定子落到衬底表面。工艺材料选择标准：理想工艺规则：将结构层淀积在牺牲层上时，不能导致牺牲层熔化、溶解、开裂、分解、变得不稳定或其他形式毁坏。用于结构层图形化的工艺不能破坏牺牲层和衬底上已有的其他薄层。用于除去牺牲层的工艺不能侵蚀、溶解、损坏结构层和衬底。多重结构层和牺牲层规则（如前述微型马达工艺流程）：淀积的材料层不能破坏其底层材料。牺牲层刻蚀工艺中不能破坏硅片上的其他任何材料。将牺牲层或者结构层图形化的任何工艺过程，不能刻蚀损坏现存硅片上的其它层材料。三、结构层材料和牺牲层材料上述原则适用于LPCVD材料，而在使用其他材料时，还要考虑

6、一些其他因素：刻蚀速率和刻蚀选择性。可达到的薄膜厚度。材料的沉积温度。结构层本征内应力。表面光滑度。材料和工艺的成本。Q&A：这个比值应该尽可能的大还是小？在进行牺牲层刻蚀时，有一个重要的参数：即刻蚀选择性=刻蚀剂对牺牲层的刻蚀速率刻蚀剂对结构层的刻蚀速率理想情况下，较高的牺牲层刻蚀速率rsa意味着完成牺牲层刻蚀过程的时间减少。如果两种备选方案具有相同的刻蚀选择性，那么具有较高牺牲层刻蚀速率rsa的方案更受青睐。如果其中的一种方案对牺牲层的刻蚀速率较慢但是比另一种方案的刻蚀选择性高，那么在选择方案时应考虑其他因素。综上，可以看出，刻蚀选择性应当尽可能地大。

7、刻蚀选择性=实际中广泛应用到的结构层和牺牲层材料的淀积方法是化学气相沉积（CVD），根据提供能量不同有如下分类：能量仅由热能提供且反应在低压中进行低压化学气相沉积（LPCVD）能量由等离子能源提供等离子体增强化学气相沉积（PECVD）LPCVD沉积腔（多个温度区用于提高材料生长的均匀性）结构层和牺牲层材料的制备方法在MEMS中应用的LPCVD材料主要有三种：多晶硅、氮化硅和二氧化硅：除LPCVD外的其他方法：PECVD硅、氧化硅、氮化硅溅射多晶硅LPCVD材料反应温度化学反应方程式其他性质及其他多晶硅580℃~620℃SiH4=Si+2H2保形性保形覆盖的

8、目的是覆盖三维结构的图形应力对于螺母结构：会引起扣住的现象对于悬臂