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【兆恒機(jī)械】MEMS 器件刻蝕工藝優(yōu)化

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  • 添加日期：2021年07月14日

從廣義來(lái)講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機(jī)電系統(tǒng)。它可以把運(yùn)動(dòng)、光、聲、熱、磁等自然界信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，還可以通過(guò)電路系統(tǒng)控制這些信號(hào)發(fā)出指令。MEMS很多基本結(jié)構(gòu)都是在厚多晶的基礎(chǔ)上加工的，本文要介紹的硅基電容式傳感器就是其中一種。



1.光刻工藝流程

在涂膠之前，硅片先放入一個(gè)充滿N2的真空腔內(nèi)，去除硅片表面水汽，然后用表面處理劑(HMDS)對(duì)硅片表面進(jìn)行處理，是硅表面疏離水分子并增加其與光刻膠的結(jié)合力。一般在150℃-200℃之間加熱1-2分鐘。HMDS處理原理如下圖所示。

顯影采用進(jìn)口MF320 顯影液對(duì)硅片進(jìn)行顯影，顯影液的主要成分為一種弱堿性的四甲基氫氧化銨，與曝光區(qū)域的光刻膠進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，溶解于顯影液中，依據(jù)試驗(yàn)確定最佳顯影時(shí)間為1 分鐘。

2.刻蝕工藝

  產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)六次光刻及腐蝕，分別是正面聲孔區(qū)、背面腔孔區(qū)、正面二氧化硅、正面多晶硅、正面孔、正面鋁。下面介紹在光刻及刻蝕工藝的改進(jìn)方面。

（1）正面聲孔區(qū)光刻：光刻膠選擇方面，由于本次實(shí)驗(yàn)采用六氟化硫進(jìn)行刻蝕，而普通的光刻膠抗蝕性差，另一方面，如果有細(xì)線條的話對(duì)光刻膠的腐蝕速率更大，所以選用耐腐蝕性強(qiáng)且分辨率較高的進(jìn)口SPＲ6818 型光刻膠；此外，還調(diào)整了勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速，優(yōu)化涂膠程序，以滿足顯影精度的要求。

（2）正面聲孔區(qū)腐蝕：由于六氟化硫?qū)璧母g速率很快，要深槽腐蝕的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)側(cè)蝕太大及扒膠的問(wèn)題，如下圖：
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為了解決這一問(wèn)題，在腐蝕劑中摻入了氦氣，這樣增加了F的活性，也使腐蝕更加均勻，如下圖：
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（3）背面腔孔區(qū)：要注意對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記要放在視場(chǎng)的中間位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)曝光，越在中間對(duì)準(zhǔn)精度越高，否則出現(xiàn)偏差。本次刻蝕可以留出背面腔孔釋放區(qū)域圖形，為以后的腔體釋放做準(zhǔn)備。

（4）通過(guò)光刻腐蝕正面二氧化硅、正面多晶硅、正面孔形成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，如下圖：
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（5）正面鋁光刻：刻蝕的目的是做出電容極板的電極，該引線槽較深，因此應(yīng)加大涂膠量。也應(yīng)加大曝光量，并采取二次曝光。如下圖：
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結(jié)束語(yǔ)

闡述了在制造硅基電容式傳感器時(shí)改進(jìn)的工藝流程，解決了MEMS 器件在深溝槽刻蝕過(guò)程中光刻膠的耐腐蝕性及深溝顯影等難點(diǎn)。此工藝流程簡(jiǎn)單，可以大批量進(jìn)行MEMS 器件的生產(chǎn)加工，具有良好的應(yīng)用前景。