最新MEMS工艺(5表面硅加工技术)资料.ppt

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1、典型微加工工艺微加工工艺分类硅工艺平面工艺体工艺特种加工工艺LIGA工艺准分子激光加工工艺其它工艺二、表面微加工技术表面微机械加工以硅片为基体，通过多层膜淀积和图形加工制备三维微机械结构。硅片本身不被加工，器件的结构部分由淀积的薄膜层加工而成，结构与基体之间的空隙应用牺牲层技术，其作用是支撑结构层，并形成所需要形状的最基本过程，在微器件制备的最后工艺中解牺牲层。表面微加工过程特点：添加——图形——去除添加：薄膜沉积技术图形：光刻去除：腐蚀技术表面微加工和IC工艺的区别：形成机械结构！硅表面微机械加工是微机械器件完全制作在晶片表面而不穿透晶片表面

2、的一种加工技术。一般来讲，微机械结构常用薄膜材料层来制作，常用的薄膜层材料有：多晶硅、氮化硅、氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼硅酸玻璃(BPSG)和金属。表面微加工表面微加工技术主要靠在基底上逐层添加材料而构造微结构表面微加工器件是由三种典型的部件组成：⑴牺牲层；⑵微结构层；⑶绝缘层部分MEMS器件的加工裸片淀积薄膜利用光刻图形化淀积牺牲层膜图形化牺牲层淀积机结构械薄膜图形化释放结构表面微机械加工流程体硅与表面微机械技术的比较特点体硅加工表面微机械核心材料硅多晶硅牺牲层PSG、(SiO2)尺寸大（典型的空腔尺寸为几百um）小（精确控制膜厚，典

3、型尺寸为几个um）工艺要素单或双面工艺材料选择性刻蚀刻蚀：各向异性刻蚀停止图形加工单面工艺（正面）材料选择性刻蚀刻蚀：各向同性残余应力（取决于淀积、掺杂、退火）影响牺牲层腐蚀的因素牺牲层厚度腐蚀孔阵列塌陷和粘连及防止方法酒精、液态CO2置换水；依靠支撑结构防止塌陷。典型牺牲层腐蚀工艺氧化，做体硅腐蚀掩膜层；光刻氧化层，开体硅腐蚀窗口；体硅腐蚀出所需底层结构；去除SiO2；生长或淀积牺牲层材料；光刻牺牲层材料成所需结构；生长结构材料；光刻结构材料；牺牲层腐蚀，释放结构层；防粘结处理。表面微加工中的力学问题表面微加工技术存在着三个主要的力学问题：⑴

4、层间黏附；⑵界面应力；⑶静态阻力界面应力在双层结构中有三种典型的应力1.材料的热膨胀系数不匹配引起的热应力双层结构达到非常高的操作温度时，剧烈的热应力会使SiO2薄层从Si基底脱离2.残余应力在微机械加工中是固有的3.存在于薄膜结构中本身的应力由微加工过程中原子结构局部变化产生的例如，过量掺杂会导致结构在表面微加工后产生很大的残余应力粘连两个分离薄片粘附在一起的现象称为粘连；粘连是表面微加工中最严重的问题；在牺牲层从被分离的材料层中去除时发生解决方法1、最简单的方法式在漂洗和吹干期间，尽量防止微器件与基体的接触，从液体中抽出器件时尽量减少器件上

5、的作用力，在最后一道工序中采用低表面张力的液体。2、超临界干燥表面微机械加工的特点1、在表面微机械加工中，硅片本身不被刻蚀，没有穿过硅片，硅片背面也无凹坑。2、表面微机械加工适用于微小构件的加工，结构尺寸的主要限制因素是加工多晶硅的反应离子刻蚀工艺。3、形成层状结构的特点为微器件设计提供较大的灵活性。4、可实现微小可动部件的加工。5、与IC工艺兼容性好。利用牺牲层制造硅梁的过程A、淀积Si3N4并刻窗口在硅衬底上淀积一层Si3N4膜，作为多晶硅梁的绝缘支撑，并有选择地腐蚀出窗口B、局部氧化生成SiO2利用局部氧化技术，在窗口处生成一层SiO2膜

6、，作为牺牲层。C、淀积多晶硅并刻微梁在SiO2层及剩下的Si3N4层上淀积一层多晶硅膜，厚约2umD、横向腐蚀形成空腔腐蚀掉SiO2形成空腔，即得到多晶硅桥式可活动的硅梁多层表面工艺1）、多晶硅材料的主要特点（1）多晶硅薄膜的生长温度低，一般为几百度，最低才200C左右。这样的低温工艺过程，不仅省能，而且在集成电路或集成传感器的制作中不会对前期工艺制作的有源区边界及杂质分布产生影响。多晶硅材料的主要特点（2）多晶硅薄膜对生长衬底的选择不苛刻。衬底只要有一定的硬度、平整度及能耐受住生长工艺温度即可。（3）可以通过对生长条件及后工艺的控制来调整多

7、晶硅薄膜的电阻率，使它成为绝缘体、导体或半导体，从而适应不同器件或器件不同部分的需要。多晶硅材料的主要特点（4）多晶硅薄膜作为半导体材料可以像单晶硅那样通过生长、扩散或离子注入进行掺杂，形成N型或P型半导体，制成p-n结；可以采用硅平面工艺进行氧化、光刻、腐蚀等加工。多晶硅材料的主要特点（5）由于生长的膜厚可以较好的控制，与其他薄膜有良好的相容性，有利于制造多层膜结构，给器件设计带来较大的灵活性。（6）生长工艺的进步使得多晶硅薄膜不仅可以大批量生长，而且可以大面积生长，因而成本低，易于扩大应用。2）、多晶硅的淀积方法：低压化学气相淀积（LPCV

8、D）常压化学气相淀积（APCVD）等离子体增强化学气相淀积（PECVD）分子束淀积多晶硅的淀积对于表面微机械加工来说，最主要的加工方法是以硅烷（SiH