150 likes | 336 Views
BME. Chapter 5 Silicon Micromachining: Bulk. 5.1 Introduction. 體型微加工 ( bulk micromachining ) 一詞表示這個型式的微加工是用來在單晶矽 (SCS) 晶圓的基體內,以選擇性移除晶圓材料來實現微機械結構。 製造微機械結構: Beam Diaphragm Groove Orifice Spring Gear suspension 在體型微加工中利用的蝕刻製程包含一種或多種下列的技巧: 1. 濕式等向性蝕刻 2. 濕式非等向性蝕刻 3. 電漿等向性蝕刻
E N D
BME Chapter 5 Silicon Micromachining: Bulk
5.1 Introduction • 體型微加工 (bulk micromachining)一詞表示這個型式的微加工是用來在單晶矽 (SCS) 晶圓的基體內,以選擇性移除晶圓材料來實現微機械結構。 • 製造微機械結構: • Beam • Diaphragm • Groove • Orifice • Spring • Gear • suspension • 在體型微加工中利用的蝕刻製程包含一種或多種下列的技巧: 1.濕式等向性蝕刻 2.濕式非等向性蝕刻 3.電漿等向性蝕刻 4. 反應離子蝕刻 (RIE) 5. 蝕刻停止技巧
5-2 Isotropic and orientation-dependent wet etching • 大部分的濕式蝕刻是等向性的,但有些濕式蝕刻是非等向性的 • 濕式蝕刻液對單晶矽的非等向性蝕刻特性
範例 零件一:Mechanical Velcro • 接合矽「魔鬼沾」包含的基本步驟 • 製作矽微魔鬼沾的製程流程
(a) 受插入壓力的損壞面積和 (b) 對損壞面積的拉伸強度 • 機械測試:
故障分析: 矽微魔鬼沾故障模式的簡單懸臂模型
製作懸臂所需的罩幕 • 範例 零件二:Cantilever Beam • 製作和釋放懸臂的四個製程步驟
5-3 Etch-stop techniques • 濕式蝕刻反應是一種電荷傳輸現象 • 蝕刻速率的影響因素: • 使蝕刻停止的方法: • Doping-selective etching(DSE) • Bias-dependent etching(BSE) 5-3-1 Doping-selective etching • 用於矽膜的製作 • 方法:磊晶成長或由擴散或佈植硼進到淡摻雜的基板,產生薄的重摻雜硼層 • 優缺點:
5-3-2 Bias-Dependent etching (Electrochemical Etch-stop) • 電化學蝕刻機制的基本步驟如下: 1. 電洞入射到半導體內以提升它到更高的氧化狀態Si+ 2. 帶負電荷的氫氧族(OH-) 連接到帶正電荷的Si+ 3. 氫化的矽和溶液中的錯合劑反應 4. 反應產物在反應物溶液中溶解 • 電化學蝕刻停止機制: 在KOH中n-Si和p-Si的電流-電壓特性: 在 OCP 及 PP 上 I=0
傳統電化學蝕刻停止技術的優缺點: • four-electrode electrochemical cell:
製作薄隔膜陣列的方法:(a) 氧化層罩幕設計(b) 電化學電池提供背面蝕刻。 • 範例 零件三:An Array of Thin Membranes • 範例 零件四:Cantilever Beam of Thin Membranes
5-4 Dry etching:single-crystal reactive etching and metallization, SCREAM • 用於製造濕式蝕刻所無法製造的suspended mechanical structures and actuators • 範例 零件五:Cantilever Beam with integrated aluminum electrodes
矽蝕刻參數 5-5 Silicon Fusion Bonding In micromachining, bonding techniques are used to assemble individually micromachined parts to form a complete structure. 親水化 晶圓接合 回火
5-6 Anodic Bonding 上晶圓 濺鍍玻璃膜 上晶圓與 支撐晶圓接合 陽極接合 研磨
範例 零件六: 含四個栓鏈矩形平板的浮接感測器