硅基微機(jī)械加工技術(shù)
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日期：2020-02-21
編輯：硅時代
目前正在使用的硅基微機(jī)械加工技術(shù)有三種：體硅體微機(jī)械加工、表面微機(jī)械加工 、復(fù)合微機(jī)械加工。
1.1體硅微機(jī)械加工
這種加工是將整塊材料，如單晶硅基片加工成微機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械裝置，被加工的微機(jī)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(jī)械加工多晶層，由它們形成各種機(jī)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(jī)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(jī)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(qiáng)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(jìn)的系統(tǒng)如Ｌｅｉｃａ光刻公司的１００ ｋｅＶ ＶＢ６ＨＲ矢量掃描電子束曝光機(jī)，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(jī)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(jī)械加工技術(shù)
該技術(shù)是體硅微機(jī)械加工技術(shù)和表面微機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)的封裝用途提供了一種廣闊形貌作圖能力。
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