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。
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。 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: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:(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:(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: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。