硅基微機械加工技術
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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械加工技術有三種：體硅體微機械加工、表面微機械加工 、復合微機械加工。
1.1體硅微機械加工
這種加工是將整塊材料，如單晶硅基片加工成微機械結構的工藝，與微電子生產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。根據蝕刻方法的途徑的差異，體硅微機械加工又分為ａ．硅各向異性化學濕法腐蝕技術，ｂ．熔解硅片技術， ｃ．反應離子深刻蝕技術。
1.2表面微機械加工技術
這種技術是利用集成電路的平面加工技術加工微機械裝置，被加工的微機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械加工多晶層，由它們形成各種機械部件，如懸臂梁、彈簧、聯動桿等。由于整個工藝都基于集成電路制造技術，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百個微機械裝置。
這種技術的最大優點是在與ＩＣ工藝完全兼容，但是，它制造的機械結構基本上都是二維的，若利用多層加工，也可制造結構復雜，功能強大的ＭＥＭＳ系統，但是微型元件的布局平面化和殘余應力等問題必須在設計中予以考慮。
（１）電子束光刻
在掃描電子顯微鏡基礎上發展而來的電子束光刻系統，提供了小至納米尺寸分辯力的聚合物抗蝕劑圖形轉印的一種靈活的曝光設備，遠遠地超過了目前光學系統的分辨力范圍。最先進的系統如Ｌｅｉｃａ光刻公司的１００ ｋｅＶ ＶＢ６ＨＲ矢量掃描電子束曝光機，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
利用聚焦離子束設備修復光掩模和集成電路芯片經過１０～１５年的發展在半導體業內已被接受。其與掃描顯微鏡，精密刻蝕和淀積的獨特結合，能使聚焦離子束設備在ＭＥＭＳ研究中形成最佳的研究與開發的選擇方法。很高的探針分辯力還形成了新的機器（小至５ ｎｍ）。它意味著聚焦離子束方法將在納米技術的研究與開發中扮演一種非常關鍵的角色。這種系統通常由一個液態金屬離子源提供一束鎵離子加速到５０ ｋｅＶ后在靶材表面產生最大濺射率。
1.3掃描探針加工技術（ＳＰＬ）
掃描探針加工技術作為一種無掩模的加工手段，因其所需設備簡單和加工精度達納米量級，正在受到廣泛的重視和研究１。這項技術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已經成功應用到刻劃金屬（Ｔｉ和Ｇｒ）半導體（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復合微機械加工技術
該技術是體硅微機械加工技術和表面微機械加工技術的結合，具有兩者的優點，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涂膠工藝的先進技術，由于ＭＥＭＳ器件襯底的尺寸和形狀與傳統的硅片不同，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刻蝕和各向異性的干法等離子刻蝕工藝，產生了不同斜率的圖形側壁凹槽。此外，由于ＭＥＭＳ器件不斷增長的集成度要求，提出了由平面結構向三維器件轉移的上升趨勢。這些技術的發展使得應用光刻工藝在已經具有一定結構的襯底上采用光刻工藝成為必須。
標準的傳統旋涂技術用于三維結構的片子時，由于溝槽和凹槽的出現，抗蝕劑的涂覆是不均勻的，它甚至妨礙了旋轉片子上抗蝕劑的分離。片子旋轉引起的離心力與重力一起驅使抗蝕劑流向邊緣。當表面張力超過時，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導致關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，近幾年發明了幾項新的涂膠技術。其中正在研究推廣的抗蝕劑噴涂技術最引人注目［４］。與現有的在極端三維結構的片了上均勻抗蝕劑涂覆技術所不同，通過一種產生微滴煙霧劑的超聲噴嘴式直接噴涂分配系統在高度三維結構化的片子上進行均勻地抗蝕劑噴涂沉積。由于采用噴涂分配技術，抗蝕劑呈霧狀微滴形狀。與抗蝕劑旋涂技術相比，這種技術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構的片子上均勻分布。在噴涂中，片子在緩慢地旋轉，同時，噴嘴分配裝置的轉臂在片子的半徑范圍內移動。這種集成技術便是由澳地利ＥＶＧ公司獨家享有的Ｏｍｎｉ Ｓｐｒａｙ技術。使用該技術通過對深度結構片子的銳凸角噴涂抗蝕劑已實現了從片了頂部到１５０μｍ深的１１１面的斜面上產生連續的金屬條圖形。并結合新穎的“３１１”硅刻蝕方法在深度結構表面有效地產生了抗蝕劑線條，最終在深凹槽上作出了連續的金屬條圖形。這種集成技術為眾多的ＭＥＭＳ結構和設計新穎的互連結構以及先進的封裝用途提供了一種廣闊形貌作圖能力。
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