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微纳加工6大主要加工工艺
2023.05.30
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在以硅为基础的微纳加工工艺中,主要的加工工艺有腐蚀、键合、光刻、氧化、扩散、溅射等。接下来就这6大微纳加工工艺做具体的介绍。



1、腐蚀
腐蚀是硅微机械加工的最主要的技术之一,各种硅微机械几乎都要用腐蚀成型。腐蚀法分湿法腐蚀和干法腐蚀两大类。

湿法化学腐蚀是最早用于微机械结构制造的加工方法。所谓湿法腐蚀,就是将晶片置于液态的化学腐蚀液中进行腐蚀,在腐蚀过程中,腐蚀液将把它所接触的材料通过化学反应逐步浸蚀溶掉。用于化学腐蚀的试剂很多,有酸性腐蚀剂,碱性腐蚀剂以及有机腐蚀剂等。根据所选择的腐蚀剂,又可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀剂。

干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。当气体以等离子体形式存在时,它具备两个特点:一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多,根据被刻蚀材料的不同,选择合适的气体,就可以更快地与材料进行反应,实现刻蚀去除的目的;另一方面,还可以利用电场对等离子体进行引导和加速,使其具备一定能量,当其轰击被刻蚀物的表面时,会将被刻蚀物材料的原子击出,从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。因此,干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。

2、键合
键合是指不利用任何黏合剂,只通过化学键和物理作用将硅片与硅片、硅片与玻璃或其他材料紧密结合在一起。在MEMS微纳加工技术中,最常用的是硅与硅直接键合和硅与玻璃静电键合技术,还有硅化物键合、有机物键合等等。
 
在微机械加工中,硅与玻璃或硅与硅的键合迄今都采用阳极键合技术,即将两键合面一起加热,并在键合面间施加一定的电压,在高温、高电场下两键合面形成热密封。常规的硅与硅键合工艺需要在键合面淀积0.5μm~1μm厚的玻璃膜,然后按硅与玻璃键合的工艺键合。
 
3、光刻
光刻是一种复印图象同化学腐蚀相结合的综合技术,它采用照相复印的方法,将光刻版上的图形精确地复印在涂有感光胶的 SiO2 层或金属蒸发层上,然后利用光刻胶的保护作用,对 SiO2 层或金属蒸发层进行有选择的化学腐蚀,从而在 SiO2 层或金属蒸发层上得到与光刻版相应的图形。
 
4、氧化
氧化在硅外延平面中是很重要的。热生长氧化法是在硅片表面生长SiO2膜的常用方法,其方法是将硅片放入高温炉内,在氧气中使硅片表面生成SiO2薄膜。
 
氧化可分为干氧氧化和湿氧氧化。干氧氧化是在高温下使氧分子与硅片表面的硅原子反应生成 SiO2 起始层,然后氧分子以扩散方式通过SiO2层生成新的SiO2层,使SiO2薄膜继续增厚。湿氧氧化是在氧气通入炉子前,先通过加热的高纯去离子水,使氧气中携带一定量的水汽。在湿氧氧化中,既有氧的氧化作用,又有水的氧化作用。氧化层的生长速率与氧化温度及氧气流中的水汽含量均有关系。
 
5、扩散
扩散属于掺杂工艺,掺杂包括扩散和离子注入两种。扩散是指在高温下,使杂质由半导体晶片表面向内部扩散,以改变晶片内部的杂质分布和表层导电类型。在扩散过程中,当扩散表面源和表面的初始杂质含量不同时,杂质向硅片扩散的结果将使硅片内部出现不同形式的杂质分布。
 
扩散方式包括恒定表面源浓度扩散和限定源扩散两种。恒定表面源浓度扩散的特点是在扩散过程中硅片的表面同浓度不变的杂质相接触;限定源扩散的特点是整个扩散过程中的杂质源,限定于扩散前积累在硅片表面的无限薄层内的杂质总量,没有外来杂质补充。
 
6、溅射
溅射是与气体辉光放电现象密切相关的一种薄膜淀积技术。它是在高真空室中充入少量的惰性气体例如氩气、氦气等,利用气体分子在强电场作用下电离而产生辉光放电,从而产生带正电的离子,受电场加速而形成的高能离子流撞击在阴极靶表面上,使阴极靶材料表面的原子飞溅出来,淀积到基片上形成薄膜。

以上就是一些关于微纳加工6大主要加工工艺的基本介绍。

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