第三章 MEMS制造技术-2(体微加工技术)ppt课件.ppt

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1、第三章MEMS制造技术——体硅微加工技术内容腐蚀工艺简介湿法腐蚀干法刻蚀其他类似加工工艺腐蚀工艺简介腐蚀是指一种材料在它所处的环境中由于另一种材料的作用而造成的缓慢的损害的现象。然而在不同的科学领域对腐蚀这一概念则有完全不同的理解方式。在微加工工艺中，腐蚀工艺是用来“可控性”的“去除”材料的工艺。大部分的微加工工艺基于“Top-Down”的加工思想。“Top-Down”加工思想：通过去掉多余材料的方法，实现结构的加工。（雕刻——泥人）腐蚀工艺简介——腐蚀工艺重要性作为实现“去除”步骤的腐蚀工艺是形成特定平面及三维结构过程

2、中，最为关键的一步。图形工艺掩模图形生成台阶结构生成衬底去除牺牲层去除清洁表面腐蚀工艺简介——腐蚀工艺作用腐蚀红光LED结构蓝光LED结构蓝宝石衬底红光LED结构蓝光LED结构蓝宝石衬底红光LED结构蓝光LED结构蓝宝石衬底红光LED蓝光LED结构蓝宝石衬底红光LED蓝光LED蓝宝石衬底红光LED蓝光LED蓝宝石衬底蓝光LED结构蓝宝石衬底红光LED结构腐蚀方法硅腐蚀方法：干法和湿法腐蚀方向选择性：各向同性和各向异性腐蚀材料选择性：选择性刻蚀或非选择性刻蚀选择方法：晶向和掩模多种腐蚀技术的应用：体硅工艺（三维技术），表面

3、硅工艺（准三维技术）湿法腐蚀湿法腐蚀——“湿”式腐蚀方法，基于溶液状态的腐蚀剂。湿法腐蚀工艺特点：设备简单，操作简便，成本低可控参数多，适于研发受外界环境影响大浓度、温度、搅拌、时间有些材料难以腐蚀湿法腐蚀——方向性各向同性腐蚀——腐蚀速率在不同方向上没有差别各向异性腐蚀——对不同的晶面的腐蚀速率有明显差别利用各向异性腐蚀特性，可以腐蚀出各种复杂的结构。各向异性腐蚀和各向同性腐蚀硅的各向异性腐蚀是利用腐蚀液对单晶硅不同晶向腐蚀速率不同的特性，使用抗蚀材料作掩膜，用光刻、干法腐蚀和湿法腐蚀等手段制作掩膜图形后进行的较大深度

4、的腐蚀。机理：腐蚀液发射空穴给硅，形成氧化态Si+，而羟基OH-与Si+形成可溶解的硅氢氧化物的过程。硅的各向异性腐蚀技术各向异性(Anisotropy)各向异性腐蚀液通常对单晶硅(111)面的腐蚀速率与(100)面的腐蚀速率之比很大（1：400）湿法腐蚀的化学物理机制腐蚀——生长晶体生长是典型的各向异性表现。腐蚀作用：晶体生长的反过程湿法腐蚀的化学物理机制腐蚀过程：反应物扩散到腐蚀液表面反应物与腐蚀表面发生化学反应反应物的生成物扩散到溶液中去各向异性腐蚀的特点：腐蚀速率比各项同性腐蚀慢，速率仅能达到1um/min腐蚀速

5、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各向异性腐蚀液腐蚀液：无机腐蚀液：KOH,NaOH,LiOH,NH4OH等；有机腐蚀液：EPW、TMAH和联胺等。常用体硅腐蚀液：氢氧化钾(KOH)系列溶液；EPW(E：乙二胺，P：邻苯二酚，W：水)系列溶液。乙二胺(NH2(CH2)2NH2)邻苯二酚(C6H4(OH)2)水(H2O)KOHsystemKOH是目前在微机电领域中最常使用的非等向蚀刻液，为一碱金属之强碱蚀刻液，其金属杂质会破坏CMOS的氧化层电性，所以不兼容于IC制程；但因其价

6、格低廉、溶液配制简单、对硅(100)蚀刻速率也较其它的蚀刻液为快，更重要的是操作时稳定、无毒性、又无色，可以观察蚀刻反应的情况，是目前最常使用的蚀刻液之一。KOHsystem溶剂：水，也有用异丙醇(IPA)溶液：20%-50%KOH温度：60–80ºC速率：~1um/分钟特点：镜面，易于控制，兼容性差KOH的刻蚀机理腐蚀设备硅和硅氧化物典型的腐蚀速率材料腐蚀剂腐蚀速率硅在<100>晶向KOH0.25-1.4m/min硅在<100>晶向EDP0.75m/min二氧化硅KOH40-80nm/h二氧化硅EDP12nm/h氮

7、化硅KOH5nm/h氮化硅EDP6nm/h影响腐蚀质量因素晶格方向腐蚀溶液的选择腐蚀溶液的浓度腐蚀时间操作温度温度搅拌方式(1)溶液及配比影响各向异性腐蚀的主要因素(2)温度各向同性腐蚀硅的各向同性腐蚀在半导体工艺中以及在微机械加工技术中有着极为广泛的应用。常用的腐蚀液为HF-HNO3加水或者乙酸系统。腐蚀机理为：首先是硝酸同硅发生化学反应生成SiO2，然后有HF将SiO2溶解。优点：无尖角，较低应力刻蚀速度快可用光刻胶掩膜目前主要的各向同性腐蚀液为：NHA和HNWH：氢氟酸(HF)N：硝酸(HNO3)A：乙酸(CH3C

8、OOH)W:Water三、干法腐蚀湿法腐蚀的缺点：图形受晶向限制，深宽比较差，倾斜侧壁，小结构粘附。狭义的干法刻蚀主要是指利用等离子体放电产生的化学过程对材料表面的加工广义上的干法刻蚀则还包括除等离子体刻蚀外的其它物理和化学加工方法，例如激光加工、火花放电加工、化学蒸汽加工以及喷粉加工等。干法刻蚀的优点：具有分辨率高