当前课程知识点：MEMS与微系统 > 第三章 微系统制造技术I—光刻与体微加工技术 > 第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用 > 体微加工技术—稳态深刻蚀--作业
下面我们来看一下干法刻蚀的设备
尽管干法可以分为
时分复用刻蚀和稳态刻蚀
但是它们的设备大体上是相近的
我们以一个时分复用的
设备结构图来进行说明
一个时分复用的设备
包括了刻蚀腔体
腔体外部的由电感线圈
所构成的等离子体生成器
底部的冷却以及下电极
那么下电极上施压偏置电压
那么电感线圈施加射频电源
由此来通过电感耦合
产生高密度的等离子体
那么平板电极主要是对离子进行加速
这样的一个结构
就实现了等离子体的产生和
加速来分开的一个结构
并且能够独立对二者进行控制
那么时分复用设备
它与低温刻蚀设备的一个主要的不同
是由于需要
不断地切换刻蚀气体和保护气体
因此它需要这样的一些装置
同时在刻蚀切换的过程中
需要二者有一定的重复阶段
以保证刻蚀的稳定进行
那么与时分复用设备不同
低温刻蚀设备的主要差别
在于需要一个高效的一套冷却系统
使被刻蚀的硅片能够被降低到
零下110度到零下130度的低温
这样的一套低温系统
导致系统过于复杂，运营和维护成本
都比较高
因此低温刻蚀技术
这些年没有像时分复用技术那样发展广泛
这是其中的一个主要原因
目前提供反应离子深刻蚀的设备
生产商非常多
包括美国 欧洲 日本
以及国内的一些设备制造商
那么他们在等离子体的密度快速切换
终点检测以及小尺寸的刻蚀
高的刻蚀速率和高的深宽比方面
经过这些设备供应商的不断努力
这些年有了很大的发展
同时 室温下的稳态刻蚀
这些年发展异常迅速
非硅材料包括二氧化硅
压电材料 高分子材料
以及Ⅲ-Ⅴ族材料的深刻蚀
也发展非常迅速
这都得益于刻蚀设备商的努力
下面我们来看一下干法刻蚀有哪些应用
干法刻蚀由于结构的特点
它特别适合刻蚀高宽比的结构
垂直的结构以及单晶硅的结构
那么这样的一些结构在惯性器件
执行器领域有非常多的应用
特别是加速度传感器和陀螺
对深宽比的刻蚀有很强的依赖性
目前高深宽比的刻蚀
已经发展为应用最广泛的刻蚀技术
远远超过了湿法刻蚀技术
同时也扩展到了在集成电路领域里的
三维集成技术
三维集成技术
需要在硅衬底上刻蚀高深宽比的通孔
这促使了大量的半导体设备制造商
投入到深刻蚀设备的研发中
极大地促进了深刻蚀设备性能的发展
我们来看现在一个典型的智能手机
包含了加速度传感器
陀螺等很多惯性器件
这些惯性器件
包括了12部左右的干法深刻蚀工艺
那么未来一两年
一个智能手机所采用的
干法深刻蚀工艺数量
将会增加到25部到30部左右
因此可以说干法深刻蚀技术
对加速度传感器和陀螺的发展
起到了极为重要的作用 同时
也会促进比如说插入层以及谐振器等技术的发展
使其成本降低 性能提高
在智能终端领域有广泛的应用
下面给大家看的是
如何利用干法深刻蚀技术
来制造一个悬空结构
最简单的利用干法深刻蚀技术
制造悬空结构
就是把整个硅的衬底刻穿
这样我们就可以得到了
一个可动和悬空的结构
但是在很多应用中
由于刻蚀成本 刻蚀结构等等的限制
没办法把整个硅片全部刻穿
我们需要开发一种技术
来实现干法深刻蚀的悬空结构
首先我们利用常规的深刻蚀技术
刻蚀高深宽比的结构
在高深宽比结构和整个圆片表面
均匀地沉积一层二氧化硅薄膜
然后利用方向性的刻蚀
将高深宽比结构底部的二氧化硅材料去除
我们就将底部暴露出来
这时候采用各向同性刻蚀
我们可以获得
沿着横向方向刻蚀的扩展的槽
当相邻的结构扩展槽连接到一起的时候
就把一个结构下部的衬底
去除使其悬空起来
为了实现对这样的结构
施加一定的电压或者电流等电信号
还可以在表面沉积一些金属层
那么这些金属层
可以作为电极将电学信号
引入到高深宽比的结构
这个图给大家看到的是
一个将体硅湿法刻蚀和体硅干法刻蚀结合
到一起来制造一个微针的一个工艺流程
这是一个非常聪明的一个工艺流程过程
我们来看它的结构是这样
一个倾斜
但是直立的微针含有一个通孔
这个通孔可以实现药物的释放
它的制造过程是
在硅衬底上刻蚀一个深孔作为微针的通孔
同时围绕着深孔
刻蚀一个半圆形的环状结构
这个环状结构就是
将来实现侧壁结构的区域
然后从硅片的反面与正面进行对准
将整个微针的通孔
从反面进行刻蚀
将整个微针的通孔刻蚀通透
然后在整个衬底的正面和反面
同时沉积LPCVD氮化硅
那么这个氮化硅具有很好的覆盖性
会将整个刻蚀结构的表面
全部覆盖上氮化硅
通过一次光刻
将硅片正面的氮化硅全部去除
这时候我们就得到了
一个表面完全没有氮化硅
但是侧壁有氮化硅的这样一个结构
对于圆环形所围绕的一个空心腔体
将其放入氢氧化钾进行刻蚀的时候
由于圆环外部是111结构的凸面
而圆环内部是一个111结构的凹面
因此刻蚀的过程中
凹面会产生一个111面的刻蚀倾角
而凸面会被全部刻蚀
因此最后我们就可以得到
由一个通孔和一个倾斜的111面
构成的针的倾斜表面
侧壁为111面
侧壁为深刻蚀所形成的垂直结构
这一页给大家看到了
另外几种常见的
通过硅的深刻蚀制造的一些器件
这里边包括了一个可变形的光学微镜
包括了一个三轴的加速度传感器和
陀螺组成的惯性单元
以及一个可伸缩的光学开关
最后我们用一个例子来给大家介绍一下
如何形成阶梯状的结构
尽管在干法深刻蚀中
我们一直在说它是刻蚀垂直结构
那么垂直结构从上到下是贯穿的
但实际上通过一定的技巧
还可以实现有阶梯性的结构
比如通过正面刻蚀到一定深度以后
再从反面进行刻蚀
将正反面相交的位置刻蚀通透
我们就可以得到一个截面大小
由宽变窄的这样的一个通孔
那么需要注意的是
在反面刻蚀穿的时候会有冷却气体的泄露
因此我们需要采用一定的保护硅片
第二种方法是分阶梯来进行刻蚀
首先我们沉积一个掩膜层
然后对掩膜层进行光刻和刻蚀
再沉积和刻蚀
一个比刚开始开口要小一些的掩膜层
以第二个掩膜作为深刻蚀的掩膜层
进行深刻蚀
达到一个需要的厚度以后
将第二层掩膜去掉
再全部进行一次深刻蚀
由于第一个区域刻蚀的深度比较大
第二个区域还没有刻蚀
所以第二次刻蚀的时候
会把这个形状向下复制
刻蚀到一定深度停止以后
我们把掩膜层全部去掉
就可以得到一个阶梯状的一个刻蚀结果
好 今天的干法深刻蚀技术
就给大家介绍到这里
再见
-第1小节 MEMS的定义
--MEMS的定义
-第1小节 MEMS的定义--作业
-第2小节 MEMS的应用领域
-第2小节 MEMS的应用领域--作业
-第3小节 MEMS的发展
--MSMS的发展
-第3小节 MEMS的发展--作业
-第4小节 MEMS的发展（续）
-第4小节 MEMS的发展（续）--作业
-第1小节 应力和应变
--应力与应变
-第1小节 应力和应变--作业
-第2小节 弹性梁
--弹性梁
-第2小节 弹性梁--作业
-第3小节 弹性梁（续）
--弹性梁（续）
-第3小节 弹性梁（续）--作业
-第4小节 薄板与流体的基本概念
-第4小节 薄板与流体的基本概念--作业
-第5小节 流体的基本概念（续）
-第5小节 流体的基本概念（续）--作业
-第6小节 静电力
--静电力
-第6小节 静电力--作业
-第7小节 尺寸效应
--尺寸效应
-第7小节 尺寸效应--作业
-第1小节 MEMS光刻技术
--MEMS光刻技术
-第1小节 MEMS光刻技术--作业
-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀
-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀--作业
-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀
-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀--作业
-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀（续）
-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀（续）--作业
-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀
-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀--作业
-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀
-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀--作业
-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀（续）
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-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀
-- 体微加工技术—稳态深刻蚀
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-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用
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--概述
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