硅基MEMS三维结构湿法腐蚀技术研究

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为了满足MEMS发展的需求,依据Si的各向异性腐蚀特性所发展起来的湿法腐蚀工艺在制作MEMS器件的过程中发挥了巨大的作用。与干法刻蚀相比较,湿法刻蚀技术的加工成本更为低廉,且工艺制作过程也相对简单。本文对硅材料的各向异性腐蚀机理及特性进行了深入分析,并以此为基础进行了硅基MEMS湿法工艺技术研究。通过对BN-303光刻胶的工艺优化,发现BN-303光刻胶对前烘温度较为敏感,摸索出一套优化光刻工艺为:在其它光刻工艺条件固定的情况下,最佳前烘温度为80℃,保温30min,经深腐蚀后得出较好的图形,对于后序的掩膜和圆形阵列刻蚀起到至关重要的作用,也为微器件加工提供一些可靠的工艺参考。在KOH与IPA混合腐蚀液腐蚀系统中,为了得出类圆形深槽MEMS三维结构,通过对不同导电类型及电阻率的实验分析与探讨,总结出对于N型导电类型,电阻率为3×10-3~9×10-3Ω.cm的硅基片,在腐蚀过程中,IPA抑制(110)面腐蚀速率,使(110)面成为腐蚀演进面,并且(100)底面平整。通过对不同含量IPA对三维结构的影响分析,在5M(mol/L)KOH溶液中,20vol%IPA是影响(110)面腐蚀速率的极值点,低于该值不能完全阻挡OH-活性离子接近(110),而高于该值,由于色散力的存在,削弱了IPA对(110)面的吸咐作用,不能抑制V(110)。并且对不同浓度KOH、不同腐蚀时间对MEMS三维结构的影响作了深入分析与探讨。利用各向异性腐蚀湿法工艺制作了类圆形阵列,尝试结合各向同性腐蚀技术的制造思想,具有制造圆槽阵列和圆台阵列的能力,从而克服了传统MEMS制造中三维加工能力不足的缺点,是制造三维结构的高效低成本的有效方法,为批量化加工研制生产硅基MEMS奠定基础。
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