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薄膜刻蝕技術(shù)


薄膜刻蝕技術(shù)是采用化學方法、物理方法、或者利用物理化學方法，有選擇地將相應(yīng)的薄膜去除，從而在襯底上留下設(shè)計的相應(yīng)圖形?？涛g技術(shù)包括干法刻蝕和濕法腐蝕工藝，干法刻蝕技術(shù)是一種利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)對硅或者介質(zhì)薄膜進行各項異性刻蝕加工的技術(shù)。其利用刻蝕設(shè)備將刻蝕氣體等離子化，通過設(shè)備內(nèi)部電磁場的耦合作用，粒子定向加速運動，轟擊所要刻蝕表面，進行材料的去除。濕法刻蝕技術(shù)是一種利用材料與溶液之間的化學反應(yīng)，從而將材料進行刻蝕的技術(shù)。在工藝加工過程中，刻蝕技術(shù)的選擇需要根據(jù)材料在器件中的位置和材料之間的相互關(guān)系來選擇。根據(jù)技術(shù)特點，干法刻蝕具有橫向刻蝕小、線條保行性好的特點，常用來對精細結(jié)構(gòu)的刻蝕或器件縱向厚度的精確刻蝕。濕法刻蝕具有各向同性的特點，特別地，對于硅腔體的刻蝕、金屬種子層的去除等，具有工藝簡單、成本低的優(yōu)點。因此，刻蝕技術(shù)的選擇與器件刻蝕結(jié)構(gòu)的特點有關(guān)系。

干法薄膜刻蝕技術(shù)

對于MEMS器件結(jié)構(gòu)中介質(zhì)層薄膜，常采用干法刻蝕技術(shù)。根據(jù)等離子體的不同，分為電容耦合等離子體（CCP）刻蝕和電感耦合等離子體（ICP）刻蝕。為了得到較高的刻蝕速率，通常采用ICP機進行刻蝕，采用13.56MHz的射頻電源，施加偏置電壓，形成電場對離子進行加速。為了保證刻蝕的方向性，要對刻蝕腔內(nèi)壓力、加速電場強等因素進行控制。

一方面，對于所設(shè)計器件中的介質(zhì)薄膜，實驗中采用反應(yīng)離子刻蝕（Reactive Ion Ething）的方法進行刻蝕，其是一種物理化學過程，依靠電場加速的離子對加工表面進行轟擊和濺射刻蝕。RIE的刻蝕速率約為幾微米每分鐘。刻蝕氣體通常是幾種氣體的組合，不同的氣體提供多種功能。為了實現(xiàn)良好的結(jié)構(gòu)形貌，當在刻蝕氣體中添加氧化劑時，能夠增加刻蝕成分的濃度，抑制聚合物的產(chǎn)生；添加阻擋層形成劑，可以促進側(cè)壁阻擋層的形成，提高選擇比等。采用CF4和CHF3的混合氣體作為刻蝕氣體，其刻蝕的主要過程如下。
CHF3→CHF*2、CF*3、F*、H*
CF4→CF*3+CF*2+CF*+F*
F*+H*→HF↑
Si+F*→SiF4↑
Si3N4+F*→SiF4↑+N2↑
采用干法刻蝕技術(shù)刻蝕后的氮化硅薄膜如下圖1所示。
干法刻蝕后標記形貌圖
圖1 干法刻蝕后標記形貌圖
濕法薄膜刻蝕技術(shù)

另一方面，所設(shè)計器件中封裝帽的腔體刻蝕、種子層的去除、電極的制備等工藝采用濕法刻蝕技術(shù)。其中溶液的選擇要注意對結(jié)構(gòu)的選擇性。例如在RF MEMS開關(guān)的封裝帽制備中采用氫氧化鉀（KOH）溶液濕法刻蝕工藝對硅帽進行濕法刻蝕。在RF MEMS開關(guān)的電極制備中采用50℃的磷酸（H3PO4）對制備的鋁電極進行腐蝕，得到所需要的電極圖形，如圖2所示。

電極圖
 
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