Transcript 5 章 第 Silicon Micromachining：Surface

第5章
Silicon Micromachining：Surface
5-1 Introduction
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面型加工的優點：易於與IC製程整合
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面型微加技術：
– Sacrificial layer technology
– IC technology and wet anisotropic etching
– Plasma etching
5-2 Sacrificial Layer Technology
•
1.
2.
3.
在犧牲層技術中，關鍵製程步驟如下：
在基板上沉積且圖案化犧牲層
複晶矽膜的沉積和定義
在氫氟酸 (HF) 中以橫向蝕刻移除犧牲氧化層，也就是說，蝕刻掉
在複晶矽結構下方的氧化層
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6.2.1 簡單製程
• 以氧化層錨柱到矽基板的複晶矽懸臂製程流程
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• 直接錨柱到矽基板的複晶矽懸臂製程流程
• 直接錨柱到矽基板，含有窩槽的複晶矽懸臂製程流程
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• 以 (a) CVD和 (b) 熱二氧化矽作為犧牲層的自由站立複晶矽懸臂樑製程流程
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• 線性運動微致動器的 (a) 俯視圖和 (b) 膨脹/收縮和淨位移
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• 中央固定軸承上的轉子製程流程
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•
輪緣軸承上轉子的製程流程
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5-3 在犧牲層技術中的材料系統
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進行面型微加工需要有一組相容的結構材料、犧牲材料和化學蝕刻
液。
•
材料選擇的考量因素：
5-3-1 複晶矽和二氧化矽
這個材料系統的三個主要優點如下：
1. 沈積技術已具備
2. 材料性質佳，可摻雜
3. CVD溫度範圍大
4. 與IC製程相容
5-3-2 聚亞醯氨和鋁
這個材料系統的三個主要優點如下：
1. 聚亞醯胺有小的彈性模數，其約比複晶矽小50倍。
2. 聚亞醯胺可以在斷裂前有大的應變。
3. 聚亞醯胺和鋁可以在相當低溫 (< 400C) 下製備。
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5-3-3 氮化矽/複晶矽和鎢/二氧化矽
• 以氮化矽作為結構層和鋁作為犧牲層，
製作矽集中器麥克風的製程流程
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5.4 以電漿蝕刻的面型微加工
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矽基板以SF6/O2基和CF4H2基的氣體混合物的電漿蝕刻
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以氯、氟氣體進行複晶矽的離子反應性蝕刻
• 凸極微馬達的上視圖。
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5-5 結合IC技術和非等向性濕式蝕刻
• 含積體數位讀出的空氣間隙電容式壓力感測器
•
共振致動器正面製程流程
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• 共振致動器背面製程流程
5-6 面型與體型微加工的製程
•
微噴嘴的製程流程
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• 微鑷夾
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5-7 面型微加工的黏著問題
(a) 移除犧牲層後在水中清洗
過的晶圓
•
(b) 在晶圓張力把結構拉下
且沾黏到表面的結構故障
小球放在結構底以避免黏著
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•
1.
2.
3.
防止黏著及表面張力的方法：
最後浸洗溶液的冷凍乾燥 (昇華) ；例如，DI水或丁基兒酚
逐步以光阻取代丙酮，接著並旋轉和灰化光阻
在釋放蝕刻時，使用整合的高分子支撐結構，接著在氧氣電漿中灰化
• 高分子支撐，在為防止電漿釋放蝕刻產生結構故障的釋放蝕刻前，附加到結構
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5-8 體型和面型微加工技術之間的比較
體型微加工
優點
缺點
完善地建立
(自從1960年)
面型微加工
優點
缺點
使用幾種材料
且允許新的應
用
相當地新 (自從
1980年)
可以承受擺動
和震動的堅固
結構
大晶粒面積而
有高成本
小晶粒面積使
它較便宜
對擺動和震動
較不堅固的結
構
大質量/面積
(適合做加速器
和電容式感測
器)
非完全整合到
IC製程
相當符合IC製程
小質量/面積，
其通當降低靈
敏度
完善分析的材
料 (即矽)
可能受限的結
構尺寸
較廣範圍的結
構尺寸
部分材料尚未
完善地了解
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