体微机械加工技术

体微机械加工技术体微机械加工技术刻蚀技术湿法刻蚀各向同性刻蚀各向异性刻蚀干法刻蚀等离子体刻蚀刻蚀技术体型微加工技术主要利用专门的刻蚀技术刻蚀出三维微结构。刻蚀（腐蚀）是一种对材料的某些部分进行有选择地去除的工艺，用它来成型和抛光，使被腐蚀物体显露出结构特征和组合特点，腐蚀方法大体分为两种：化学刻蚀（湿法刻蚀）和离子刻蚀（干法刻蚀）。刻蚀技术——湿法刻蚀湿法腐蚀的机理是基于化学反应，腐蚀时先将材料氧化，然后通过化学反应，使一种或多种氧化物溶解。硅表面的阳极反应是：Si+2e+→Si2+（1）腐蚀液中的电离反应：H2O→(OH)-+H+（2）Si2+与(OH)-结合：Si2++2(OH)-→Si(OH)2（3）刻蚀技术——湿法刻蚀腐蚀液选用对硅的各向同性腐蚀，普遍采用氧化剂硝酸（HNO3），去除剂氢氟酸（HF）及稀释剂水（H2O）或乙酸（CH3COOH）混合成的腐蚀剂，通常称之为HF--HNO3腐蚀系统。对硅的各向异性腐蚀，常用的腐蚀剂有EDP（乙二胺--Ethylene，联氨--Diamine，邻苯二酚--Pyrocatechol）和水，还有KOH+H2O，H2N4+H2O，以及NaOH+H2O等。刻蚀技术——湿法刻蚀一、各向同性腐蚀腐蚀的基本条件是：硅表面必须有空穴，在HF--HNO3系统中，HNO3在化学反应过程中会使硅表面产生空穴。硅表面的反应过程如上（1）、（2）、（3）反应式，随后Si(OH)2放出氢气并生成SiO2，由于HF的存在SiO2反应生成可容的H2SiF6SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O(4)刻蚀技术——湿法刻蚀几种常用的HF--HNO3系统腐蚀液刻蚀技术——湿法刻蚀二、各向异性腐蚀1.硅的各向异性腐蚀机制的主要解释：①硅在不同晶面上的晶包密度可能是造成各向异性腐蚀的主要原因②使硅表面原子氧化所需要的能量不同③（111）面较（100）面更容易产生自身预钝化效应刻蚀技术——湿法刻蚀2.腐蚀原理也是通过对硅进行氧化反应，由于KOH+H2O腐蚀液的毒性较小，又易操作，并能腐蚀出良好的表面，故常被采用：KOH+H2O→K++2(OH)-+H+(5)Si+2(OH)-+4H2O→Si(OH)6+2H2(6)刻蚀技术——湿法刻蚀3.几种常用的腐蚀剂的配比以及腐蚀特性：刻蚀技术——湿法刻蚀4.腐蚀停止技术①控制腐蚀时间②p重掺杂技术③电化学停止技术刻蚀技术——干法刻蚀对于高精度的图案，特别是侧面垂直要求严格的图案，化学腐蚀法很难达到预期的效果。等离子刻蚀可实现较高的刻蚀精度和较好的垂直特性，刻蚀步骤大概如下：①刻蚀用气体在足够强的电场作用下被电离，产生离子、电子及游离原子（又称游离基）等刻蚀类物质。②刻蚀类物质穿过停止气体层（气体屏蔽层），扩散在被刻蚀晶片（或薄膜）的表面上，并被表面吸收③随后便产生化学反应刻蚀，如同离子轰击，反应生成的挥发性化合物由真空泵抽出腔外。刻蚀技术——干法刻蚀等离子体刻蚀装置原理图刻蚀技术——干法刻蚀反应离子刻蚀刻蚀技术——干法刻蚀几种刻蚀方法的比较刻蚀技术——干法刻蚀在硅衬底上刻蚀深沟槽和深孔是传感器技术中一种重要的加工手段,目前通常使用的方法是深反应离子刻蚀技术(DRIE)主要特点是垂直性好，具有较高的宽深比，特别是近些年出现的电感耦合等离子体刻蚀（ICP:inductivelycoupledplasma)，使高密度反应离子刻蚀工艺日臻成熟。刻蚀技术——干法刻蚀应用ICPDRIE时对窄沟和宽沟出现不同的轮廓效果刻蚀技术——干法刻蚀为了得到较好的垂直特性，ICP刻蚀采用基于Bosch开发的ASE（先进硅刻蚀）工艺，刻蚀与聚合物淀积交替进行，得到高深宽比刻蚀技术——干法刻蚀基于Bosch开发的ASE工艺，工艺过程如下