從廣義來講,MEMS是指集微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統。它可以把運動、光、聲、熱、磁等自然界信號轉化為電信號,還可以通過電路系統控制這些信號發出指令。MEMS很多基本結構都是在厚多晶的基礎上加工的,本文要介紹的硅基電容式傳感器就是其中一種。
在涂膠之前,硅片先放入一個充滿N2的真空腔內,去除硅片表面水汽,然后用表面處理劑(HMDS)對硅片表面進行處理,是硅表面疏離水分子并增加其與光刻膠的結合力。一般在150℃-200℃之間加熱1-2分鐘。HMDS處理原理如下圖所示。顯影采用進口MF320 顯影液對硅片進行顯影,顯影液的主要成分為一種弱堿性的四甲基氫氧化銨,與曝光區域的光刻膠進行化學反應,溶解于顯影液中,依據試驗確定最佳顯影時間為1 分鐘。 產品需要經過六次光刻及腐蝕,分別是正面聲孔區、背面腔孔區、正面二氧化硅、正面多晶硅、正面孔、正面鋁。下面介紹在光刻及刻蝕工藝的改進方面。(1)正面聲孔區光刻:光刻膠選擇方面,由于本次實驗采用六氟化硫進行刻蝕,而普通的光刻膠抗蝕性差,另一方面,如果有細線條的話對光刻膠的腐蝕速率更大,所以選用耐腐蝕性強且分辨率較高的進口SPR6818 型光刻膠;此外,還調整了勻膠機的轉速,優化涂膠程序,以滿足顯影精度的要求。
(2)正面聲孔區腐蝕:由于六氟化硫對硅的腐蝕速率很快,要深槽腐蝕的時候,會出現側蝕太大及扒膠的問題,如下圖:為了解決這一問題,在腐蝕劑中摻入了氦氣,這樣增加了F的活性,也使腐蝕更加均勻,如下圖:(3)背面腔孔區:要注意對準標記要放在視場的中間位置進行對準曝光,越在中間對準精度越高,否則出現偏差。本次刻蝕可以留出背面腔孔釋放區域圖形,為以后的腔體釋放做準備。(4)通過光刻腐蝕正面二氧化硅、正面多晶硅、正面孔形成產品結構,如下圖:(5)正面鋁光刻:刻蝕的目的是做出電容極板的電極,該引線槽較深,因此應加大涂膠量。也應加大曝光量,并采取二次曝光。如下圖:闡述了在制造硅基電容式傳感器時改進的工藝流程,解決了MEMS 器件在深溝槽刻蝕過程中光刻膠的耐腐蝕性及深溝顯影等難點。此工藝流程簡單,可以大批量進行MEMS 器件的生產加工,具有良好的應用前景。