②第四章MEMS的制造技术 MEMS的制造技术主要包括两类技术:体微加工和 表面微加工。这两类加工技术的基本材料都用硅,而 加工工艺的基础都是集成电路制造技术。 1.表面微加工技术,来自金属膜的概念。在硅腐蚀的 基础上,采用不同薄膜淀积腐蚀方法,在硅片表面形 成不同形状的层状微结构。 2.LIGA技术 3键合工艺,按界面材料的性质,可分为两大类:(1) 硅/硅基片的直接键合工艺;(2)硅基片的间接键
MEMS的制造技术主要包括两类技术：体微加工和 表面微加工。这两类加工技术的基本材料都用硅，而 加工工艺的基础都是集成电路制造技术。 1.表面微加工技术，来自金属膜的概念。在硅腐蚀的 基础上，采用不同薄膜淀积腐蚀方法，在硅片表面形 成不同形状的层状微结构。 2. LIGA技术 3.键合工艺，按界面材料的性质，可分为两大类：（1） 硅/硅基片的直接键合工艺；（2）硅/硅基片的间接键 合 第四章 MEMS的制造技术
②41.体微加工 硅的体微加工技术包含硅的湿法和千法技术 硅刻蚀自终止技术、LIGA技术、以及DEM技术。 41.1.湿法刻蚀技术 技术原理:硅表面点作为随机分布的局部区城的阳 极与阴极。由于这些局部区域化电解电池的作用,硅 表面发生了氧化反应并引起相当大的腐蚀电流,一般 超过100A/m2 硅表面的缺陷、腐蚀液的温度、腐蚀液所含的杂质、 腐蚀时扰动方式以及硅腐蚀液界面的吸附过程等因素 对刻蚀速度以及刻蚀结构的质量都有很大的影响
4.1. 体微加工 硅的体微加工技术包含硅的湿法和干法技术， 硅刻蚀自终止技术、LIGA技术、以及DEM技术。 4.1.1. 湿法刻蚀技术 ▪技术原理：硅表面点作为随机分布的局部区域的阳 极与阴极。由于这些局部区域化电解电池的作用，硅 表面发生了氧化反应并引起相当大的腐蚀电流，一般 超过100A/cm2 。 ▪硅表面的缺陷、腐蚀液的温度、腐蚀液所含的杂质、 腐蚀时扰动方式以及硅腐蚀液界面的吸附过程等因素 对刻蚀速度以及刻蚀结构的质量都有很大的影响
HF-HNO3氬氟酸硝酸)腐蚀系统(各向同性腐蚀) HF-HNO3和H2O(或CH3COOH乙酸 硅表面的阳极反应为S+2h+S2+ h+表示空穴,即S得到空穴后升至较高的氧化态 腐蚀液中的水解离发生下述反应: H2O=(OH)+H+:S+与(OH)结合为 Si, +2(oH)- Si(OH)2 接 着S(OH)2放出H2并形成SO2,即 Si(OH)2 SiO2 + H2 SiO,+6HF HoSiF +2 HO
▪HF-HNO3和H2O（或CH3COOH 乙酸） ▪硅表面的阳极反应为Si+2h+ Si 2+ h+表示空穴，即Si得到空穴后升至较高的氧化态 ▪腐蚀液中的水解离发生下述反应： H2O=(OH)-+H+；Si +与(OH)-结合为： Si2+2(OH)- Si(OH)2 接 着Si(OH)2放出H2并形成SiO2，即 Si(OH)2 SiO2+ H2 ▪SiO2+6HF H2SiF6+2 H2O HF-HNO3 (氢氟酸-硝酸)腐蚀系统（各向同性腐蚀）
KOH、EDP腐蚀系统(各向异性腐蚀) KOH、H2O和(CH3)2CHOH(异两醇,即IPA) 首先将硅氧化成含水的硅化合物 KOH+ H2O=K+20H+H S2OH+4H2O—SOH)2 口然后与异丙醇反应,形成可溶解的硅 S(OH)6+6(CH3)2CHOH=S,(OC H,)61+6H,0 口络合物不断离开硅的表面
▪ KOH、H2O和（CH3）2CHOH（异丙醇，即IPA） ▪ 首先将硅氧化成含水的硅化合物 KOH+ H2O=K++2OH-+H+ Si+2OH-+4 H2O Si(OH)2- ❑然后与异丙醇反应，形成可溶解的硅 ❑络合物不断离开硅的表面 KOH、EDP腐蚀系统（各向异性腐蚀） 2 2 6 3 2 3 7 6 2 ( ) 6( ) [ ( ) ] 6 i i S OH CH CHOH S OC H H O − − + = +
硅无论是在 HF-HNO腐蚀系统中,还是在KOH腐 蚀系统中,其腐蚀过程既可受反应速率限制,也可 受扩散限制.如果腐蚀取决于化学反应速率,这种过 程称为反应速率限制。如果腐蚀剂通过扩散转移到 硅片表面的则称为扩散限制。与反应速率限制过程 相比,扩散限制过程活化能较低,所以它对温度变 化较为敏感如果在腐蚀过程中腐蚀条件发生变化 例如温度和腐蚀液的化学成分发生变化,将会改变 速率限制
硅无论是在HF-HNO3腐蚀系统中，还是在KOH腐 蚀系统中，其腐蚀过程既可受反应速率限制，也可 受扩散限制 . 如果腐蚀取决于化学反应速率，这种过 程称为反应速率限制。如果腐蚀剂通过扩散转移到 硅片表面的则称为扩散限制。与反应速率限制过程 相比，扩散限制过程活化能较低，所以它对温度变 化较为敏感.如果在腐蚀过程中腐蚀条件发生变化， 例如温度和腐蚀液的化学成分发生变化，将会改变 速率限制
如果在单晶硅各个方向上的腐蚀速率是均匀的 称为各向同性刻蚀,而腐蚀速率取决于晶体取向的 则称为各向异性腐蚀。在一定的条件下腐蚀具有 定的方向跃居第一,是硅单晶片腐蚀过程中的重要 特征之 (100)面 (111 110面 11
如果在单晶硅各个方向上的腐蚀速率是均匀的 称为各向同性刻蚀，而腐蚀速率取决于晶体取向的 则称为各向异性腐蚀。在一定的条件下腐蚀具有一 定的方向跃居第一，是硅单晶片腐蚀过程中的重要 特征之一
②4.2硅体的各向同性刻蚀 硅各向同性腐蚀最常用的腐蚀液为HF-HNO3加水或 者乙酸系统(通常称为HNA系统),其腐蚀机理 硝酸硅发生氧化反应生成二氧化硅,然后由HF将 二氧化硅溶解 Si+HNO3+HF=H2SiF6+HNO2+H2O+H2 水和乙酸(CH3COOH)通常作为稀释剂,在HNO3 溶液中,HNO3几乎全部电离,因此H浓度较高,而 CH3COOH是弱酸,电离度较小,它的电离反应为 CH, COOH=CH, COo-+H+
4.1.2 硅体的各向同性刻蚀 硅各向同性腐蚀最常用的腐蚀液为HF-HNO3加水或 者乙酸系统(通常称为HNA系统) ，其腐蚀机理： 硝酸硅发生氧化反应生成二氧化硅，然后由HF将 二氧化硅溶解 Si+HNO3+HF=H2SiF6+HNO2+H2O+H2 水和乙酸（CH3COOH）通常作为稀释剂，在HNO3 溶液中，HNO3几乎全部电离，因此H+浓度较高，而 CH3COOH是弱酸，电离度较小，它的电离反应为 CH3COOH=CH3COO-+H+
温度(C) 50 5.0 04 303.3.23.33,43.53.6 图42表面取向对腐蚀速率的影响与温度的关系
图4.2表面取向对腐蚀速率的影响与温度的关系
温度(°c) 40302010 50 10 有催化 无催化 0250313343363,7 温度1000(K) 图43腐蚀速率与温度的关系(高HF区,无稀释) 自下而上每族曲线对应的配比为:95%HF+5%HNo3 90%HF10%HNO3,85%HF+15HNO3b种域女学
图4.3 腐蚀速率与温度的关系（高HF区，无稀释） 自下而上每族曲线对应的配比为：95%HF+5% HNO3 ， 90%HF+10% HNO3，85%HF+15 HNO3
温度(C) 50403020 10 目寸瞬测盐媒 0.5 0.1 303.13.23.33.43.53.63.7 温度1000T(K 图44腐蚀速率与温度的关系(H2O稀释 65%HF+20%HNo3+15%H2O, 20%HF+60%HNH3+20%H2O
图4.4 腐蚀速率与温度的关系（H2O稀释） 65%HF+20% HNO3+15%H2O， 20%HF+60% HNH3+20%H2O