硅基微機械加工技術(shù)
點擊量：1579
日期：2020-02-21
編輯：硅時代
目前正在使用的硅基微機械加工技術(shù)有三種：體硅體微機械加工、表面微機械加工 、復(fù)合微機械加工。
1.1體硅微機械加工
這種加工是將整塊材料，如單晶硅基片加工成微機械結(jié)構(gòu)的工藝，與微電子生產(chǎn)中的亞微米光刻工藝比較，其工藝尺度相對較大而粗糙，線寬一般在幾微米到幾百微米之間。根據(jù)蝕刻方法的途徑的差異，體硅微機械加工又分為ａ．硅各向異性化學(xué)濕法腐蝕技術(shù)，ｂ．熔解硅片技術(shù)， ｃ．反應(yīng)離子深刻蝕技術(shù)。
1.2表面微機械加工技術(shù)
這種技術(shù)是利用集成電路的平面加工技術(shù)加工微機械裝置，被加工的微機械裝置一般包括一層用作電連接的多晶硅層和一層或多層的機械加工多晶層，由它們形成各種機械部件，如懸臂梁、彈簧、聯(lián)動桿等。由于整個工藝都基于集成電路制造技術(shù)，因此可以在單個直徑為幾十毫米的單晶硅基片上批量生成數(shù)百個微機械裝置。
這種技術(shù)的最大優(yōu)點是在與ＩＣ工藝完全兼容，但是，它制造的機械結(jié)構(gòu)基本上都是二維的，若利用多層加工，也可制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強大的ＭＥＭＳ系統(tǒng)，但是微型元件的布局平面化和殘余應(yīng)力等問題必須在設(shè)計中予以考慮。
（１）電子束光刻
在掃描電子顯微鏡基礎(chǔ)上發(fā)展而來的電子束光刻系統(tǒng)，提供了小至納米尺寸分辯力的聚合物抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)印的一種靈活的曝光設(shè)備，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了目前光學(xué)系統(tǒng)的分辨力范圍。最先進的系統(tǒng)如Ｌｅｉｃａ光刻公司的１００ ｋｅＶ ＶＢ６ＨＲ矢量掃描電子束曝光機，提供了小至幾納米的高斯束探針。激光控制的工作臺允許基本圖形拼接形成整體圖形。這些系統(tǒng)提供了獨特的靈活手段，適用于沒有最終分辯損失的納米技術(shù)要求的ＭＥＭＳ器件加工。
1.3聚焦離子束光刻
利用聚焦離子束設(shè)備修復(fù)光掩模和集成電路芯片經(jīng)過１０～１５年的發(fā)展在半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)已被接受。其與掃描顯微鏡，精密刻蝕和淀積的獨特結(jié)合，能使聚焦離子束設(shè)備在ＭＥＭＳ研究中形成最佳的研究與開發(fā)的選擇方法。很高的探針分辯力還形成了新的機器（小至５ ｎｍ）。它意味著聚焦離子束方法將在納米技術(shù)的研究與開發(fā)中扮演一種非常關(guān)鍵的角色。這種系統(tǒng)通常由一個液態(tài)金屬離子源提供一束鎵離子加速到５０ ｋｅＶ后在靶材表面產(chǎn)生最大濺射率。
1.3掃描探針加工技術(shù)（ＳＰＬ）
掃描探針加工技術(shù)作為一種無掩模的加工手段，因其所需設(shè)備簡單和加工精度達(dá)納米量級，正在受到廣泛的重視和研究１。這項技術(shù)可以作刻蝕或者淀積加工，甚至可以用來操縱單個原子和分子。目前ＳＰＬ已經(jīng)成功應(yīng)用到刻劃金屬（Ｔｉ和Ｇｒ）半導(dǎo)體（Ｓｉ和ＧａＡｓ）以及絕緣材料（Ｓｉ３Ｎ４和硅烷），還用于自組裝單分子（ＳＡＭ）薄膜上。
1.4復(fù)合微機械加工技術(shù)
該技術(shù)是體硅微機械加工技術(shù)和表面微機械加工技術(shù)的結(jié)合，具有兩者的優(yōu)點，同時也克服了二者的不足。
三、三維表面光刻的抗蝕劑噴涂技
ＭＥＭＳ器件的加工要求不同于傳統(tǒng)涂膠工藝的先進技術(shù)，由于ＭＥＭＳ器件襯底的尺寸和形狀與傳統(tǒng)的硅片不同，在光刻工藝的抗蝕劑表面涂覆均勻性方面提出了一些新的要求。即是對具有高度表面形貌的硅片，當(dāng)采用一些刻蝕工藝加工一些不同的硅表面時，各種情況也變得更為突出。通過各向同性的濕法化學(xué)刻蝕和各向異性的干法等離子刻蝕工藝，產(chǎn)生了不同斜率的圖形側(cè)壁凹槽。此外，由于ＭＥＭＳ器件不斷增長的集成度要求，提出了由平面結(jié)構(gòu)向三維器件轉(zhuǎn)移的上升趨勢。這些技術(shù)的發(fā)展使得應(yīng)用光刻工藝在已經(jīng)具有一定結(jié)構(gòu)的襯底上采用光刻工藝成為必須。
標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)旋涂技術(shù)用于三維結(jié)構(gòu)的片子時，由于溝槽和凹槽的出現(xiàn)，抗蝕劑的涂覆是不均勻的，它甚至妨礙了旋轉(zhuǎn)片子上抗蝕劑的分離。片子旋轉(zhuǎn)引起的離心力與重力一起驅(qū)使抗蝕劑流向邊緣。當(dāng)表面張力超過時，抗蝕劑便甩離片子。這些力在片子表面開孔處分布是不相同的，使厚抗蝕劑覆蓋了孔部圖形。當(dāng)抗蝕劑被曝光時，在片子不同位置的抗蝕劑厚度是不同的，因此抗蝕劑所吸收的能量也是不均勻的，它影響了部分顯影或?qū)е玛P(guān)鍵尺寸圖形均勻性的降低。
為了避免極限形貌片子涂膠的不均勻性，近幾年發(fā)明了幾項新的涂膠技術(shù)。其中正在研究推廣的抗蝕劑噴涂技術(shù)最引人注目［４］。與現(xiàn)有的在極端三維結(jié)構(gòu)的片了上均勻抗蝕劑涂覆技術(shù)所不同，通過一種產(chǎn)生微滴煙霧劑的超聲噴嘴式直接噴涂分配系統(tǒng)在高度三維結(jié)構(gòu)化的片子上進行均勻地抗蝕劑噴涂沉積。由于采用噴涂分配技術(shù)，抗蝕劑呈霧狀微滴形狀。與抗蝕劑旋涂技術(shù)相比，這種技術(shù)有效地減少了片子上抗蝕劑流動力影響。微滴停留的地方抗蝕劑便沉積在其上，它有助于抗蝕劑在三維結(jié)構(gòu)的片子上均勻分布。在噴涂中，片子在緩慢地旋轉(zhuǎn)，同時，噴嘴分配裝置的轉(zhuǎn)臂在片子的半徑范圍內(nèi)移動。這種集成技術(shù)便是由澳地利ＥＶＧ公司獨家享有的Ｏｍｎｉ Ｓｐｒａｙ技術(shù)。使用該技術(shù)通過對深度結(jié)構(gòu)片子的銳凸角噴涂抗蝕劑已實現(xiàn)了從片了頂部到１５０μｍ深的１１１面的斜面上產(chǎn)生連續(xù)的金屬條圖形。并結(jié)合新穎的“３１１”硅刻蝕方法在深度結(jié)構(gòu)表面有效地產(chǎn)生了抗蝕劑線條，最終在深凹槽上作出了連續(xù)的金屬條圖形。這種集成技術(shù)為眾多的ＭＥＭＳ結(jié)構(gòu)和設(shè)計新穎的互連結(jié)構(gòu)以及先進的封裝用途提供了一種廣闊形貌作圖能力。
微特云辦公系統(tǒng)
