基于硅的MEMS主要六項加工工藝

硅微機械加工工藝是制作微傳感器、微執(zhí)行器 和 MEMS 的主流技術 ，是近年來隨著集成電路工藝 發(fā)展起來的 ，它是離子束、電子束、分子束、激光束和 化學刻蝕等用于微電子加工的技術 ，目前越來越多 地用于 MEMS 的加工中 ，例如濺射、蒸鍍、等離子體 刻蝕、化學氣體淀積、外延、擴散、腐蝕、光刻等。在以硅為基礎的 MEMS 加工工藝中 ，主要的加工工藝 有腐蝕、鍵合、光刻、氧化、擴散、濺射等。

①、腐蝕

腐蝕是硅微機械加工的最主要的技術 ，各種硅 微機械幾乎都要用腐蝕成型。腐蝕法分濕法腐蝕和 干法腐蝕兩大類 ，濕法腐蝕又分為溶液法及陽極法 ， 干法腐蝕分為離子刻蝕、激光加工等。

溶液腐蝕法 由于使用簡便、成本低、加工效果好、加工范圍寬 ，因 而是微機械加工中使用最廣的技術。溶液腐蝕主要 依賴于硅的掩蔽性、各向異性和選擇性。掩蔽性指 一定的腐蝕液對硅和生長在硅上的某種掩蔽膜的腐 蝕速率顯著不同 ，據(jù)此可用此膜作掩膜在硅表面腐 蝕出所需的形狀。

各向異性是指硅的不同晶面具有 不同的腐蝕速率 ，各向異性腐蝕利用硅的不同晶向 具有不同的腐蝕速率這一腐蝕特性對硅材料進行加 工 ，在硅襯底上加工出各種各樣的微結構。各向異 性腐蝕劑一般分為有機腐蝕劑和無機腐蝕劑兩類。

選擇性指硅在摻濃硼時對一定的腐蝕液的腐蝕速率 將陡降趨于零 ，可按需要在硅中預擴散一濃硼層作 為腐蝕終止層 ，使腐蝕作用到此層即自行停止。

②、鍵合

鍵合是指不利用任何黏合劑 ，只通過化學鍵和 物理作用將硅片與硅片、硅片與玻璃或其他材料緊 密結合在一起。在 MEMS 技術中 ，最常用的是硅與 硅直接鍵合和硅與玻璃靜電鍵合技術 ，還有硅化物 鍵合、有機物鍵合等等。

在微機械加工中 ，硅與玻璃 或硅與硅的鍵合迄今都采用陽極鍵合技術 ，即將兩 鍵合面一起加熱 ，并在鍵合面間施加一定的電壓 ，在 高溫、高電場下兩鍵合面形成熱密封。常規(guī)的硅與 硅鍵合工藝需要在鍵合面淀積 0. 5μm～1μm 厚的玻璃膜 ，然后按硅與玻璃鍵合的工藝鍵合。

③、光刻

光刻是一種復印圖象同化學腐蝕相結合的綜合 技術 ，它采用照相復印的方法 ，將光刻版上的圖形精 確地復印在涂有感光膠的 SiO2 層或金屬蒸發(fā)層上 ， 然后利用光刻膠的保護作用 ，對 SiO2 層或金屬蒸發(fā) 層進行有選擇的化學腐蝕 ，從而在 SiO2 層或金屬蒸 發(fā)層上得到與光刻版相應的圖形。

表面犧牲層工藝 是表面微機械技術的主要工藝。其基本思想是 ：先在襯底上淀積犧牲層材料 ，利用光刻 ，刻蝕成一定的 圖形 ，然后淀積作為機械結構的材料并光刻出所需 的圖形 ，再將支撐結構層的犧牲層材料腐蝕掉 ，這樣 就可形成懸浮的微機械結構部件。

④、氧化

氧化在硅外延平面中是很重要的。熱生長氧化 法是在硅片表面生長 SiO2 膜的常用方法 ，其方法是 將硅片放入高溫爐內(nèi) ，在氧氣中使硅片表面生成 SiO2 薄膜。

氧化可分為干氧氧化和濕氧氧化。

干氧 氧化是在高溫下使氧分子與硅片表面的硅原子反 應 ，生成 SiO2 起始層 ，然后氧分子以擴散方式通過 SiO2 層生成新的 SiO2 層 ，使 SiO2 薄膜繼續(xù)增厚。

濕 氧氧化是在氧氣通入爐子前 ，先通過加熱的高純?nèi)?離子水 ，使氧氣中攜帶一定量的水汽。在濕氧氧化 中 ，既有氧的氧化作用 ，又有水的氧化作用。氧化層 的生長速率與氧化溫度及氧氣流中的水汽含量均有 關系。

⑤、擴散

擴散屬于摻雜工藝 ，摻雜包括擴散和離子注入 兩種。擴散是指在高溫下 ，使雜質(zhì)由半導體晶片表 面向內(nèi)部擴散 ，以改變晶片內(nèi)部的雜質(zhì)分布和表層 導電類型。在擴散過程中 ，當擴散表面源和表面的 初始雜質(zhì)含量不同時 ，雜質(zhì)向硅片擴散的結果將使 硅片內(nèi)部出現(xiàn)不同形式的雜質(zhì)分布。

擴散方式包括 恒定表面源濃度擴散和限定源擴散兩種。恒定表面 源濃度擴散的特點是在擴散過程中硅片的表面同濃 度不變的雜質(zhì)相接觸 ;限定源擴散的特點是整個擴 散過程中的雜質(zhì)源 ，限定于擴散前積累在硅片表面 的無限薄層內(nèi)的雜質(zhì)總量 ，沒有外來雜質(zhì)補充。

⑥、濺射

濺射是與氣體輝光放電現(xiàn)象密切相關的一種薄 膜淀積技術。

它是在高真空室中充入少量的惰性氣 體例如氬氣、氦氣等 ，利用氣體分子在強電場作用下電離而產(chǎn)生輝光放電 ，從而產(chǎn)生帶正電的離子 ，受電 場加速而形成的高能離子流撞擊在陰極靶表面上 ， 使陰極靶材料表面的原子飛濺出來 ，淀積到基片上 形成薄膜。