薄膜刻蝕技術-深圳納恩科技有限公司

薄膜刻蝕技術

薄膜刻蝕技術是采用化學方法、物理方法、或者利用物理化學方法，有選擇地將相應的薄膜去除，從而在襯底上留下設計的相應圖形。刻蝕技術包括干法刻蝕和濕法腐蝕工藝，干法刻蝕技術是一種利用反應離子刻蝕技術對硅或者介質薄膜進行各項異性刻蝕加工的技術。其利用刻蝕設備將刻蝕氣體等離子化，通過設備內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。濕法刻蝕技術是一種利用材料與溶液之間的化學反應，從而將材料進行刻蝕的技術。在工藝加工過程中，刻蝕技術的選擇需要根據材料在器件中的位置和材料之間的相互關系來選擇。根據技術特點，干法刻蝕具有橫向刻蝕小、線條保行性好的特點，常用來對精細結構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、成本低的優點。因此，刻蝕技術的選擇與器件刻蝕結構的特點有關系。

干法薄膜刻蝕技術

對于MEMS器件結構中介質層薄膜，常采用干法刻蝕技術。根據等離子體的不同，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，要對刻蝕腔內壓力、加速電場強等因素進行控制。

一方面，對于所設計器件中的介質薄膜，實驗中采用反應離子刻蝕（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。為了實現良好的結構形貌，當在刻蝕氣體中添加氧化劑時，能夠增加刻蝕成分的濃度，抑制聚合物的產生；添加阻擋層形成劑，可以促進側壁阻擋層的形成，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↑
采用干法刻蝕技術刻蝕后的氮化硅薄膜如下圖1所示。

圖1 干法刻蝕后標記形貌圖

濕法薄膜刻蝕技術

另一方面，所設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。其中溶液的選擇要注意對結構的選擇性。例如在RF MEMS開關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