硅基微机械加工技术
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日期：2020-02-21
编辑：硅时代
目前正在使用的硅基微机械加工技术有三种：体硅体微机械加工、表面微机械加工 、复合微机械加工。
1.1体硅微机械加工
这种加工是将整块材料，如单晶硅基片加工成微机械结构的工艺，与微电子生产中的亚微米光刻工艺比较，其工艺尺度相对较大而粗糙，线宽一般在几微米到几百微米之间。根据蚀刻方法的途径的差异，体硅微机械加工又分为ａ．硅各向异性化学湿法腐蚀技术，ｂ．熔解硅片技术， ｃ．反应离子深刻蚀技术。
1.2表面微机械加工技术
这种技术是利用集成电路的平面加工技术加工微机械装置，被加工的微机械装置一般包括一层用作电连接的多晶硅层和一层或多层的机械加工多晶层，由它们形成各种机械部件，如悬臂梁、弹簧、联动杆等。由于整个工艺都基于集成电路制造技术，因此可以在单个直径为几十毫米的单晶硅基片上批量生成数百个微机械装置。
这种技术的最大优点是在与ＩＣ工艺完全兼容，但是，它制造的机械结构基本上都是二维的，若利用多层加工，也可制造结构复杂，功能强大的ＭＥＭＳ系统，但是微型元件的布局平面化和残余应力等问题必须在设计中予以考虑。
（１）电子束光刻
在扫描电子显微镜基础上发展而来的电子束光刻系统，提供了小至纳米尺寸分辩力的聚合物抗蚀剂图形转印的一种灵活的曝光设备，远远地超过了目前光学系统的分辨力范围。最先进的系统如Ｌｅｉｃａ光刻公司的１００ ｋｅＶ ＶＢ６ＨＲ矢量扫描电子束曝光机，提供了小至几纳米的高斯束探针。激光控制的工作台允许基本图形拼接形成整体图形。这些系统提供了独特的灵活手段，适用于没有最终分辩损失的纳米技术要求的ＭＥＭＳ器件加工。
1.3聚焦离子束光刻
利用聚焦离子束设备修复光掩模和集成电路芯片经过１０～１５年的发展在半导体业内已被接受。其与扫描显微镜，精密刻蚀和淀积的独特结合，能使聚焦离子束设备在ＭＥＭＳ研究中形成最佳的研究与开发的选择方法。很高的探针分辩力还形成了新的机器（小至５ ｎｍ）。它意味着聚焦离子束方法将在纳米技术的研究与开发中扮演一种非常关键的角色。这种系统通常由一个液态金属离子源提供一束镓离子加速到５０ ｋｅＶ后在靶材表面产生最大溅射率。
1.3扫描探针加工技术（ＳＰＬ）
扫描探针加工技术作为一种无掩模的加工手段，因其所需设备简单和加工精度达纳米量级，正在受到广泛的重视和研究１。这项技术可以作刻蚀或者淀积加工，甚至可以用来操纵单个原子和分子。目前ＳＰＬ已经成功应用到刻划金属（Ｔｉ和Ｇｒ）半导体（Ｓｉ和ＧａＡｓ）以及绝缘材料（Ｓｉ３Ｎ４和硅烷），还用于自组装单分子（ＳＡＭ）薄膜上。
1.4复合微机械加工技术
该技术是体硅微机械加工技术和表面微机械加工技术的结合，具有两者的优点，同时也克服了二者的不足。
三、三维表面光刻的抗蚀剂喷涂技
ＭＥＭＳ器件的加工要求不同于传统涂胶工艺的先进技术，由于ＭＥＭＳ器件衬底的尺寸和形状与传统的硅片不同，在光刻工艺的抗蚀剂表面涂覆均匀性方面提出了一些新的要求。即是对具有高度表面形貌的硅片，当采用一些刻蚀工艺加工一些不同的硅表面时，各种情况也变得更为突出。通过各向同性的湿法化学刻蚀和各向异性的干法等离子刻蚀工艺，产生了不同斜率的图形侧壁凹槽。此外，由于ＭＥＭＳ器件不断增长的集成度要求，提出了由平面结构向三维器件转移的上升趋势。这些技术的发展使得应用光刻工艺在已经具有一定结构的衬底上采用光刻工艺成为必须。
标准的传统旋涂技术用于三维结构的片子时，由于沟槽和凹槽的出现，抗蚀剂的涂覆是不均匀的，它甚至妨碍了旋转片子上抗蚀剂的分离。片子旋转引起的离心力与重力一起驱使抗蚀剂流向边缘。当表面张力超过时，抗蚀剂便甩离片子。这些力在片子表面开孔处分布是不相同的，使厚抗蚀剂覆盖了孔部图形。当抗蚀剂被曝光时，在片子不同位置的抗蚀剂厚度是不同的，因此抗蚀剂所吸收的能量也是不均匀的，它影响了部分显影或导致关键尺寸图形均匀性的降低。
为了避免极限形貌片子涂胶的不均匀性，近几年发明了几项新的涂胶技术。其中正在研究推广的抗蚀剂喷涂技术最引人注目［４］。与现有的在极端三维结构的片了上均匀抗蚀剂涂覆技术所不同，通过一种产生微滴烟雾剂的超声喷嘴式直接喷涂分配系统在高度三维结构化的片子上进行均匀地抗蚀剂喷涂沉积。由于采用喷涂分配技术，抗蚀剂呈雾状微滴形状。与抗蚀剂旋涂技术相比，这种技术有效地减少了片子上抗蚀剂流动力影响。微滴停留的地方抗蚀剂便沉积在其上，它有助于抗蚀剂在三维结构的片子上均匀分布。在喷涂中，片子在缓慢地旋转，同时，喷嘴分配装置的转臂在片子的半径范围内移动。这种集成技术便是由澳地利ＥＶＧ公司独家享有的Ｏｍｎｉ Ｓｐｒａｙ技术。使用该技术通过对深度结构片子的锐凸角喷涂抗蚀剂已实现了从片了顶部到１５０μｍ深的１１１面的斜面上产生连续的金属条图形。并结合新颖的“３１１”硅刻蚀方法在深度结构表面有效地产生了抗蚀剂线条，最终在深凹槽上作出了连续的金属条图形。这种集成技术为众多的ＭＥＭＳ结构和设计新颖的互连结构以及先进的封装用途提供了一种广阔形貌作图能力。
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