mems工藝(5表面硅加工技術(shù))(編輯修改稿)
2025-03-31 15:03 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的主要方向 100。 3）、淀積態(tài)的薄膜應(yīng)力 ?應(yīng)用多晶硅制備微機(jī)械主要考慮問(wèn)題之一是薄膜應(yīng)力。 ?平均殘余應(yīng)力和應(yīng)力梯度依賴于淀積條件；薄膜初始態(tài)的微結(jié)構(gòu)對(duì)最終薄膜的性能產(chǎn)生明顯的影響。 ?薄膜內(nèi)存在的應(yīng)力梯度形成一個(gè)撓矩，使細(xì)長(zhǎng)條的微結(jié)構(gòu)發(fā)生撓曲。 ?晶體薄膜的平均應(yīng)力和應(yīng)力梯度受結(jié)晶方向的影響較大， [110]方向，應(yīng)力值最大；無(wú)規(guī)取向，應(yīng)力值最低。 4）、未摻雜薄膜的退火 ?在微機(jī)械結(jié)構(gòu)中，多晶硅薄膜的殘余應(yīng)力大大地影響著器件的性能。 ? LPCVD淀積的多晶硅多數(shù)呈本征壓應(yīng)力，該壓應(yīng)力不是由熱錯(cuò)配造成的，而是成膜過(guò)程中硅晶粒長(zhǎng)大的交互作用所致，要消除該壓力，就必須在 再結(jié)晶溫度 退火。 5）、原位摻雜 ?多晶硅摻雜與單晶硅相似，通過(guò)摻雜能改變多晶硅的電阻。 ?淀積多晶硅的同時(shí)進(jìn)行摻雜稱為原位摻雜。 原位摻雜 ?優(yōu)點(diǎn)： ?摻雜均勻，而不均勻摻雜會(huì)導(dǎo)致微機(jī)構(gòu)的變化，從而引起機(jī)械性能的變化； ?避免了擴(kuò)散和離子注入的高溫退火，這對(duì)于已有集成電路的微器件顯得尤為重要。 ?易于精確控制摻雜濃度。 原位摻雜 ?缺點(diǎn)： ?淀積工藝復(fù)雜 ?薄膜厚度、淀積速率、均勻性的控制要比摻雜多晶硅淀積工藝復(fù)雜得多 ?摻雜工藝對(duì)于反應(yīng)器的清洗要求很嚴(yán)格。 原位摻雜 ? 由于原位摻雜使多晶硅淀積工藝變得很復(fù)雜，因此許多 IC工藝和 MEMS的加工工藝采用淀積后的摻雜，即通過(guò)擴(kuò)散使摻雜均勻化。 ? 但擴(kuò)散是一種高溫工藝（ 900?C～ 1000 ?C ），如果要使幾個(gè)微米厚的多晶硅薄膜摻雜均勻，必須進(jìn)行長(zhǎng)期退火，這就有可能破壞已制備的電子線路。 二氧化硅 ?二氧化硅當(dāng)然是硅加工實(shí)驗(yàn)室中最常用的介質(zhì)。它可以自身生長(zhǎng)，也可以淀積，有無(wú)摻雜劑都行，既使摻雜后仍然絕緣。 ?熱生長(zhǎng)型 SiO2常用作 MOS門絕緣層。如果淀積的 SiO2 中摻入磷，那就叫做磷硅玻璃、“ P玻璃”或 PSG，它常用作最終鈍化層； ?如果摻入硼，那就叫做硼硅玻璃或 BSG；如果在玻璃中摻入磷和硼的混合物，則常稱為BPSG或低溫氧化物（ LTO），它具有良好的低溫回流特性，可使高深寬比表面結(jié)構(gòu)“光潔化”或平面化。 ?在 IC工藝中， SiO2是一種多用途的基本材料，它通過(guò)熱氧化生長(zhǎng)和為滿足不同要求采用不同工藝淀積獲得。 ?在多晶硅表面微機(jī)械中， SiO2的應(yīng)用主要是作為 犧牲層材料 ，另一個(gè)用途是作為多晶硅厚膜圖形的 刻蝕掩模，或者作為傳感器自身結(jié)構(gòu)的一部分。 ?二氧化硅在較大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有透光性，這使它在許多微機(jī)械光學(xué)器件中得到應(yīng)用 1）二氧化硅的制備 ?在表面微機(jī)械中，廣泛采用的 SiO2生長(zhǎng)和淀積方式是熱氧化和 LPCVD。 ?熱氧化 ?氧氣中： Si+O2→SiO 2（“干法”氧化） ?蒸氣中： Si+H2O→SiO 2+2H2（“濕法”氧化） ?SiO2淀積（ CVD）反應(yīng)示例： ?硅烷 +氧氣： SiH4+O2→SiO 2+2H2 ?四乙氧基硅烷（ TEOS）分解 : ?Si（ OC2H5） 4→SiO 2+副產(chǎn)物 ?二氯甲硅烷 +氧化二氮：SiCl2H2+2N2O→SiO 2+2N2+2HCl ?在鋁鍍層上只能采用低溫氧化（溫度低于約350℃ ，防止鋁熔化），因此在這種情況下常用 PECVD或硅烷 LTO工藝。 ?注 ： 只有 PECVD才能真正對(duì)應(yīng)力進(jìn)行任意控制，也就是說(shuō)，可以產(chǎn)生拉應(yīng)力、壓應(yīng)力或不產(chǎn)生應(yīng)力，并能兼顧其它性質(zhì)。 ?特點(diǎn)：低溫淀積和高的 HF刻蝕速率，后者加快微器件脫模。 典型的淀積條件 ?溫度： 425?C～ 450 ?C ?壓力： 200 ～ 400mtorr ?淀積速率約： 10nm/min ? 在該溫度范圍內(nèi)淀積的二氧化硅比熱氧化法更疏松，有助于提高其在 HF酸中的刻蝕速率，使其成為理想的犧牲層，另外可通過(guò)高溫（ 1000 ?C ）退火提高其密度。 不同淀積方法生成的二氧化硅性質(zhì)表 。） 淀積類型 PECVD Si+O2 TEOS SiCl2H2+ N2O 天然氧化物（熱） 典型溫度 200℃ 450℃ 700℃ 900℃ 1， 100℃ 成分
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