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1、硅微MEMS 加工工艺王晓浩EMAIL：电话：62772232硅微MEMS 发展里程碑 1987年UCBerkeley 在硅片上制造出静电电机 90年代初ADI 公司研制出低成本集成硅微加速度传感器，用于汽车气囊。90年代末期美国Sandia 实验室发表5层多晶硅工艺。硅微MEMS 工艺发展趋势 表面牺牲层技术向多层、集成化方向发展；体硅工艺主要表现为键合与深刻蚀技术的组合，追求大质量块和低应力；表面工艺与体硅工艺进一步结合；设计手段向专用CAD 工具方向发展。硅微MEMS 工艺主要手段MEMS 与IC 工艺主要差别典型硅微MEMS 工艺 体硅腐蚀 牺牲层技术 双面光刻 自停止腐蚀 深槽技术
2、LIGA 技术 键合技术体硅各向异性腐蚀技术 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，因为：(111)面 有 较 高 的 原 子 密 度，水 分 子 容 易 附 着 在(111)面上；(100)面 每 个 原 子 具 有 两 个 悬 挂 键，而(111)面 每个 原 子 只 有 一 个 悬 挂 键，移 去(111)面 的 原 子 所需的能量比(100)面要高。体硅各向异性腐蚀 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
3、等手段制作掩膜图形后进行的较大深度的腐蚀。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。各向异性腐蚀计算 设计公式：a是 腐 蚀 后 坑 底 的 边 长，b是 掩 膜 版 上 窗 口 的 边 长，d是 腐 蚀 深 度，=54.74，是(100)面 和(111)面的 夹 角。是 各 向 异 性 比，R(100)和 R(100)分 别 是腐 蚀 液 对(100)面 和(111)面 的 腐 蚀 速 率，和 腐 蚀液的种类及腐蚀条件有关。腐蚀窗口短边存在最小尺寸：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：
4、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)EPW 腐蚀条件 腐蚀温度：115 左右 反应容器在甘油池内加热，加热均匀；防止乙二胺挥发，冷凝回流；磁装置搅拌，保证腐蚀液均匀；在反应时通氮气加以保护。掩膜层：用SiO2，厚度4000埃以上。腐蚀设备影响腐蚀质量因素 腐蚀液成分 新旧腐蚀液 试剂重复性 温度 保护 搅拌牺牲层技术 属硅表面加工技术。是加工悬空和活动结构的有效途径。采用此种方法可无组装一次制成具有活动部件的微机械结构。牺牲层材料影
5、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。自停止腐蚀技术 机理：EPW 和 KOH 对 硅 的 腐 蚀 在 掺 杂 浓 度 小 于11019cm-3时 基 本 为 常 数，超 过 该 浓 度 时，腐 蚀 速率 与 掺 杂 硼 浓 度 的4次 方 成 反 比，达 到 一 定
6、 的 浓 度时，腐蚀速率很小，甚至可以认为腐蚀“停止”。腐蚀速率经验公式：Ri为 低 速 区 的 腐 蚀 速 率，N0为 阈 值 浓 度，NB为 掺 杂浓度，a与腐蚀液的种类有关，用EPW 腐蚀可取4。自停止腐蚀典型工艺流程双面光刻 MEMS 器件的结构一般是平面化的三维结构，很多器件两面都有结构或图形，而且有对准要求，需要双面光刻。设备：投影双面光刻机或红外双面光刻机。双面光刻制版问题 两面图形不同 考虑镜向问题双面光刻制版问题 两面图形相同 子图形呈中心对称分布 子图形不左右对称分布，且两面的图形上下反对称分布，则整个硅片上所有芯片的图形应该都是从左向右或从右向左的；子图形不左右对称分布，
7、且两面的图形上下对称分布，则硅片上左右两半边的芯片图形应该是反向分布的，都指向中心或背向中心。针孔问题 流程1（出现针孔）：热氧化SiO2，LPCVD Si3N4；背面光刻，腐蚀Si3N4和SiO2；正面光刻，腐蚀Si3N4和SiO2；)体硅腐蚀。流程2（不出现针孔）：热氧化SiO2，LPCVD Si3N4；背面光刻，腐蚀Si3N4，不去胶；正面光刻，腐蚀Si3N4和SiO2，去胶；体硅腐蚀。凸角腐蚀补偿 凸角腐蚀是指在硅岛或硅梁的腐蚀成型过程中，凸角部分被腐蚀掉的现象，体硅各向异性腐蚀时经常出现，这是因为对(100)晶面的硅片体硅腐蚀时，凸角的边缘与110 方向平行，而腐蚀液对此方向的腐蚀速
8、度较快。若要腐蚀出带凸角的整齐的台面结构，必须采取凸角补偿。凸角腐蚀补偿 相关尺寸 补偿角及补偿岛凸角腐蚀补偿 重掺杂自停止腐蚀法 当目标结构的厚度相对较薄时 在加工结构前先在硅片上扩散自停止层，深度达到所需结构厚度，光刻后用干法腐蚀出结构图形，然后体硅腐蚀，准确得到设计的结构。MEMS 基本结构加工工艺 9、静夜四无邻，荒居旧业贫。5月-235月-23Sunday,May 21,2023 10、雨中黄叶树，灯下白头人。23:06:2123:06:2123:065/21/2023 11:06:21 PM 11、以我独沈久，愧君相见频。5月-2323:06:2123:06May-2321-May
9、-23 12、故人江海别，几度隔山川。23:06:2123:06:2123:06Sunday,May 21,2023 13、乍见翻疑梦，相悲各问年。5月-235月-2323:06:2123:06:21May 21,2023 14、他乡生白发，旧国见青山。21 五月 202311:06:21 下午23:06:215月-23 15、比不了得就不比，得不到的就不要。五月 2311:06 下午5月-2323:06May 21,2023 16、行动出成果，工作出财富。2023/5/21 23:06:2123:06:2121 May 2023 17、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的
10、射线向前。11:06:21 下午11:06 下午23:06:215月-23 9、没有失败，只有暂时停止成功！。5月-235月-23Sunday,May 21,2023 10、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。23:06:2223:06:2223:065/21/2023 11:06:22 PM 11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。5月-2323:06:2223:06May-2321-May-23 12、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。23:06:2223:06:2223:06Sunday,May 21,2023 13、不知香积寺，数里入云峰。5月
11、-235月-2323:06:2223:06:22May 21,2023 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。21 五月 202311:06:22 下午23:06:225月-23 15、楚塞三湘接，荆门九派通。五月 2311:06 下午5月-2323:06May 21,2023 16、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/5/21 23:06:2223:06:2221 May 2023 17、空山新雨后，天气晚来秋。11:06:22 下午11:06 下午23:06:225月-23 9、杨柳散和风，青山澹吾虑。5月-235月-23Sunday,May 21,2023 10、阅
12、读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。23:06:2223:06:2223:065/21/2023 11:06:22 PM 11、越是没有本领的就越加自命不凡。5月-2323:06:2223:06May-2321-May-23 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。23:06:2223:06:2223:06Sunday,May 21,2023 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。5月-235月-2323:06:2223:06:22May 21,2023 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。21 五月 202311:06:22 下午23:06:225月-23 15
13、、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。五月 2311:06 下午5月-2323:06May 21,2023 16、业余生活要有意义，不要越轨。2023/5/21 23:06:2223:06:2221 May 2023 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。11:06:22 下午11:06 下午23:06:225月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感 谢 您 的 下 载 观 看专家告诉