MEMS工艺(4体硅微加工技术)梁庭（二）.pptVIP

狭义的干法刻蚀主要是指利用等离子体放电产生的化学过程对材料表面的加工 广义上的干法刻蚀则还包括除等离子体刻蚀外的其它物理和化学加工方法，例如激光加工、火花放电加工、化学蒸汽加工以及喷粉加工等。 干法刻蚀的优点： 具有分辨率高、各向异性腐蚀能力强、腐蚀的选择比大、能进行自动化操作等 干法刻蚀的过程： 腐蚀性气体离子的产生 离子向衬底的传输 吸附及反应 衬底表面的腐蚀 钝化及去除 腐蚀反应物的排除 干法腐蚀的主要形式： *纯化学过程：（等离子体腐蚀 ) *纯物理过程： (离子刻蚀、离子束腐蚀） *物理化学过程：反应离子腐蚀RIE ，感应耦合等离子体刻蚀ICP. 在物理腐蚀方法中，利用放电时所产生的高能惰性气体离子对材料进行轰击，腐蚀速率与轰击粒子的能量、通量密度以及入射角有关； 在化学腐蚀中，惰性气体（如四氟化碳）在高频或直流电场中受到激发并分解（如形成氟离子），然后与被腐蚀材料起反应形成挥发性物质； 在物理化学结合的方法中，既有粒子与被腐蚀材料的碰撞，又有惰性气体与被腐蚀材料的反应。 反应离子刻蚀 反应离子刻蚀（Reactive ion etch）是在等离子中发生的。 随着材料表层的“反应－剥离－排放”周期循环，材料被逐层刻蚀到制定深度。 衡量反应离子刻蚀的指标： 掩模的刻蚀比 刻蚀的各向异性程度 其它：刻蚀速率、刻蚀均匀性等 等离子腐蚀 刻蚀过程主要是化学反应刻蚀，是各向同性的，主要作为表面干法清洗工艺。 ? 离子轰击的作用： 1.将被刻蚀材料表面的原子键破坏； 2.将再淀积于被刻蚀表面的产物或聚合物打掉 反应离子深刻蚀 改善刻蚀的方向性，即各向异性，一直是反应离子刻蚀技术发展过程中不懈追求的目标。 完全化学刻蚀是各向同性的，完全的物理刻蚀虽然有很好的方向性，但有很差的选择性，即掩模本身经受不了长时间的刻蚀。 电感耦合等离子体（ICP），Bosch工艺 反应离子深刻蚀的要求： 需要较高的刻蚀速率，否则刻穿500um厚的硅片需要太长的时间； 需要极好的各向异性，即刻蚀的边壁垂直。 除了离子物理溅射之外，反应离子刻蚀从本质上是各向同性，为了阻止或减弱侧向刻蚀，只有设法在刻蚀的侧向边壁沉积一层抗刻蚀的膜。 Bosch工艺和Cryogenic工艺 所谓Bosch工艺就是在反应离子刻蚀的过程中，不断在边壁上沉积抗刻蚀层或边壁钝化 离子溅射刻蚀 离子溅射刻蚀是纯粹的物理刻蚀过程，氩气是最通用的离子源气体。 反应气体刻蚀 利用二氟化氙XeF2在气态可以直接与硅反应生成挥发性SiF4产物的性质，可以对硅表面进行各向同性刻蚀。 其它物理刻蚀技术 激光微加工技术 飞秒激光对材料表面的辐照时间如此之短，激光的能量没有时间转化为热量扩散到相邻区域； 激光微加工是一种快速成型技术，不需要曝光、显影、刻蚀的中间步骤，不受材料形状与大小的限制； 喷墨打印头上的孔 电火花加工 利用两个电极间的火花放电产生的高热使火花放电区的材料熔化； 对材料的要求是导电 特点： 可加工导体或半导体超硬材料 非接触加工 可制作高深宽比结构 喷粉加工 喷粉加工的特点： 喷粉加工只适于脆性材料如玻璃和硅材料，不适于韧性材料 选择喷粉加工的掩模除了需要韧性外，还需要足够的厚度 喷粉加工是纯粹的机械加工 加工分辨率一般在50um以上 表面粗糙度一般在um量级 作业 为何说腐蚀（刻蚀）工艺在微加工工艺中是比不可少的步骤？通常腐蚀工艺和那些工艺步骤相联系？ 湿法腐蚀和干法刻蚀各具有什么优点？ 等离子体进行深刻蚀时都包含了那些中间过程，各自作用是什么？ 电极材料——要求导电，损耗小，易加工；常用材料：紫铜、石墨、铸铁、钢、黄铜等，其中石墨最常用。 工作液——主要功能压缩放电通道区域，提高放电能量密度，加速蚀物排出；常用工作液有煤油、机油、去离子水、乳化液等。 放电间隙——合理的间隙是保证火花放电的必要条件。为保持适当的放电间隙，在加工过程中，需采用自动调节器控制机床进给系统，并带动工具电极缓慢向工件进给。 工作要素 脉冲宽度与间隔——影响加工速度、表面粗糙度、电极消耗和表面组织等。脉冲频率高、持续时间短，则每个脉冲去除金属量少，表面粗糙度值小，但加工速度低。 通常放电持续时间在2μs至2ms范围内，各个脉冲的能量2mJ到20J（电流为400A时）之间。 电火花线切割加工：用连续移动的钼丝（或铜丝）作工具阴极，工件为阳极。机床工作台带动工件在水平面内作两个方向移动，可切割出二维图形。同时，丝架可作小角度摆动，可切割出斜面。 电火花加工类型 电火花线切割原理图 X Y 储丝筒 导轮 电极丝 工件 电火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等 电火花线切割机床 电火花线切割加工 加工过程显示 不受加工材料硬度限制，可加工任何硬、脆、韧、软的导电材料。 加工时无显著切削力，发热小