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memsstar新白皮书第2部分:MEMS蚀刻工艺中的材料问题
2020-03-17 10:36:48   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

二氧化硅和氮化硅层在MEMS器件中十分常见,通过蚀刻去除牺牲氧化层是MEMS制造工艺的基础。因此,至关重要的是,无氧蚀刻工艺不会对钝化或其它用途的任何氮化硅层造成不利影响。

据麦姆斯咨询介绍,MEMS器件的制造需要多种化学反应和物理作用,以创建这些精密的微机电系统的结构和功能。MEMS蚀刻工艺尤其需要注意材料的兼容性,当然这是因为蚀刻需要去除材料。您需要确保在不去除任何其它材料的情况下去除您想要去除的材料。

MEMS蚀刻工艺中氧化物和氮化物的选择性

二氧化硅和氮化硅层在MEMS器件中十分常见,通过蚀刻去除牺牲氧化层是MEMS制造工艺的基础。因此,至关重要的是,无氧蚀刻工艺不会对钝化或其它用途的任何氮化硅层造成不利影响。催化剂可用于提高此类所需材料的选择性。当存在特定催化剂时,氧化物的蚀刻速度更快,而氮化硅则不会。这种方法可以使氧化物的蚀刻更快,同时对暴露在MEMS蚀刻工艺中的任何氮化物层的影响最小。

即使仅存在氧化物时,也可以利用热生长氧化物与借助等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)技术所沉积的氧化物之间的差异来创建选择性蚀刻工艺。具体而言,热氧化物的密度比PECVD氧化物高,因此更难蚀刻。利用这一特点,当沉积氧化物是MEMS结构中的牺牲层时,可以使用热氧化物作为蚀刻停止层进行微分蚀刻。通过对PECVD材料组的这种控制及其选择性蚀刻工艺,可以创建仅具有氧化物层的MEMS结构。这样可以简化某些加工过程,同时避免了更多材料混合的挑战。

全范围

memsstar气相HF蚀刻系统可与多种材料高度兼容,并且随着我们与客户的持续合作以及对该领域研究的持续支持,材料清单也在不断扩展。

表1汇总了已知可作为牺牲层或功能层使用的最常见材料,以及memsstar工具的兼容性。

表1 使用多种材料的HF气相MEMS蚀刻工艺的兼容性(*TiN沉积法因所用系统而异)

使用多种材料的HF气相MEMS蚀刻工艺的兼容性

在氧化物部分,只有掺杂氧化物(如磷硅玻璃(PSG)和硼磷硅玻璃(BPSG))与memsstar的HF蚀刻系统不兼容。对于结构层,虽然PECVD氮化硅需要额外注意以确保兼容性,但所有已识别的材料均可兼容(如需专家建议,请联系memsstar)。对于其他功能层,仅钽和光刻胶层不兼容,而氮化钛可能兼容,也可能不兼容,这取决于TiN沉积工艺。

通过了解MEMS制造工艺中涉及的这些材料问题的基本原理,有可能为一系列不同器件的工艺建立开发出更有效的途径。本文描述了常用材料的范围及其与HF工艺的兼容性,这些信息可以为未来设计的材料选择提供依据,并可以缩短开发时间。通常,在选择用于互连和其他功能的材料方面比较灵活,因此了解它们如何与HF MEMS蚀刻工艺相互作用可以帮助您优化这些材料的选择。

小结:材料兼容性问题对MEMS器件的制造至关重要,尤其是在涉及到如此种类繁多的材料和工艺时。请查阅memsstar的新白皮书,深入了解这些主题和MEMS制造中的其他因素。

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