MEMS代工中的干蚀刻

MEMS代工刻蚀氛围干法刻蚀和湿法刻蚀，干法蚀刻技术又可分为三类，分别称为反应离子蚀刻（RIE），溅射蚀刻和气相蚀刻。

在MEMS代工的RIE中，将基板放置在反应器内，在其中引入几种气体。使用射频电源将等离子吹入气体混合物中，将气体分子分解成离子。离子朝着被蚀刻材料的表面加速并在其上反应，从而形成另一种气态材料。这被称为反应离子蚀刻的化学部分。还有一个物理部分本质上与溅射沉积过程相似。如果离子具有足够高的能量，它们可以将原子从要蚀刻的材料中剔除，而不会发生化学反应。开发平衡化学和物理蚀刻的干法蚀刻工艺是一项非常复杂的任务，因为有许多参数需要调整。通过改变平衡，可以影响蚀刻的各向异性，因为化学部分是各向同性的，而物理部分是高度各向异性的，所以该组合可以形成具有从圆形到垂直的形状的侧壁。下图显示了典型的反应性离子蚀刻系统的示意图。

RIE的一个特殊子类（持续快速增长）是深层RIE（DRIE）。在此过程中，几乎垂直的侧壁可以实现数百微米的蚀刻深度。MEMS代工中RIE主要技术基于所谓的“博世工艺”，以德国公司罗伯特·博世（Robert Bosch）的名字命名，该公司申请了原始专利，其中在反应器中交替使用两种不同的气体成分。第一气体成分在基板的表面上产生聚合物，第二气体成分蚀刻基板。立即通过蚀刻的物理部分将聚合物溅射掉，但仅在水平表面上而不在侧壁上。由于聚合物仅在蚀刻的化学部分中非常缓慢地溶解，它堆积在侧壁上并保护它们不受蚀刻。结果，可以实现50：1的蚀刻纵横比。该工艺可轻松用于完全蚀刻硅衬底，并且蚀刻速率比湿蚀刻高3-4倍。

溅射蚀刻实质上是没有反应离子的RIE。所使用的系统在原理上与溅射沉积系统非常相似。最大的不同在于，现在对基板进行了离子轰击，而不是对溅射沉积中使用的目标材料进行了离子轰击。

气相蚀刻是另一种干法蚀刻方法，可以用比RIE所需的设备更简单的设备来完成。在该过程中，将要蚀刻的晶片放置在腔室内，在腔室内引入一种或多种气体。在与气体分子发生化学反应的过程中，将要蚀刻的材料溶解在表面上。两种最常见的气相蚀刻技术是使用氟化氢（HF）的二氧化硅蚀刻和使用二氟化氙（XeF2）的硅蚀刻，两者本质上都是各向同性的。通常，在气相工艺的设计中必须小心，以免在化学反应中形成副产物，副产物在表面凝结并干扰蚀刻工艺。

MEMS代工在什么时候要使用干蚀刻？

MEMS代工中干法刻蚀与湿法蚀刻相比，技术的运行成本很高。如果关注薄膜结构中的特征分辨率，或者需要垂直侧壁以在基板中进行深蚀刻，则必须考虑干蚀刻。如果担心工艺和设备的价格，则可能需要最大程度地减少干法蚀刻的使用。长期以来，集成电路行业一直采用干法刻蚀来实现小的特征，但在许多情况下，特征尺寸在MEMS中并不那么重要。干蚀刻是使能技术，有时成本很高。