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MEMS湿法刻蚀和干法刻蚀的比较
汶颢芯片
2016/12/13
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生命科学仪器综合讨论
湿法腐蚀是使用液态腐蚀剂系统化的有目的性的移除材料,在光刻掩膜涂覆后(一个曝光和显影过的
光刻胶
)或者一个硬掩膜(一个光刻过的抗腐蚀材料)后紧接该步腐蚀。这个腐蚀步骤之后,通常采用去离子水漂洗和随后的掩膜材料的移除工艺。
干法刻蚀的刻蚀剂是等离子体,是利用等离子体和表面薄膜反应,形成挥发性物质,或直接轰击薄膜表面使之被腐蚀的工艺。
湿法腐蚀可替换工艺包括干法刻蚀,即使用一种或多种低压力的反应气体,采用RF感应激励后进行反应,然后再将反应生成的气态物质抽出;非等离子干法刻蚀,例如双氟化疝或氢氟酸的酸性蒸气腐蚀,拥有各向同性湿法腐蚀的诸多特性,该腐蚀通常在一个有限的腔室内完成。
很少有微机械化或集成化的器件是在没有进行一些湿法化学处理的情况下开发或制造的。不管器件是否是电气的,机械的,电子的,集成的,光学的,光电子学的,生物的,聚合的,
微流控
的传感器或执行器,有关这些器件的制造工艺或过程的替换决定将对最终的技术和商业成功有重要影响。这些器件通常在硅衬底、化合物半导体、玻璃、石英、陶瓷或塑性材料上制造,可能涉及在这些材料上淀积一层或多层薄膜并光刻和腐蚀。这些层和淀积顺序受工艺和用于开发和制造该器件的工艺单元限制,随着层数的增长变的越来越复杂和相互影响。
近乎所有IC,MEMS,MOEMS,MST和NEMS类的器件的产生都很可能与一些湿法腐蚀工艺有关。整个工艺流程可被描述为一系列步骤或者序列,这些湿法腐蚀常用于选择性的去除淀积薄膜的一部分,剥去诸如硬掩膜和光刻胶等特定的材料,为以后的加工清洗和准备衬底,去除牺牲层和部分衬底,以及形成三维结构。一个湿法腐蚀工序需要考虑如下一些因素,包括有效的腐蚀剂,腐蚀选择性,腐蚀速率,各向同性腐蚀,材料的兼容性,工艺的兼容性,花费,设备的可用性,操作人员的安全,技术支持和适当的废物处理。
干法刻蚀能实现各向异性刻蚀,保证细小图形转移后的高保真性。器件设计者,工艺设计师,或者制造商在工艺允许的情况下可能偏向使用一个完整的干法处理流程,但是许多标准的处理步骤例如光刻胶的显影和圆片清洗仍然湿法的。与干法刻蚀相比,湿法腐蚀工序在成本,速度,性能发面更有优势。干法刻蚀的仿真还不可用,如常用的微结构的选择性钻蚀或与晶向相关的腐蚀仿真等。考虑到干法刻蚀要求在一个昂贵的等离子区或者RIE腐蚀系统里有长的腐蚀时间,湿法腐蚀变得特别有吸引力,需要同时处理整盒圆片(25片装圆片盒)或更多的圆片时,湿法腐蚀在成本和时间上的效益更突出。
不管选择干法还是湿法加工工艺,总是强烈受到在特定的加工环境下设备的可用性及对开发者有用的工艺限制。成功的设计者,开发者和制造商几乎总是使用或修改趁手的工艺。除非是必须开发新工艺,安装新设备,或者取得新的工艺技能,一般总是避免额外的需求。理解什么时候要应用干法和湿法这两个工艺并且在可能的情况下使用标准工艺是很重要的。下表总结比较湿法和干法刻蚀之间的一般注意事项。
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