MEMS 器件刻蚀工艺优化

从广义来讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。它可以把运动、光、声、热、磁等自然界信号转化为电信号，还可以通过电路系统控制这些信号发出指令。MEMS很多基本结构都是在厚多晶的基础上加工的，本文要介绍的硅基电容式传感器就是其中一种。

1.光刻工艺流程

在涂胶之前，硅片先放入一个充满N2的真空腔内，去除硅片表面水汽，然后用表面处理剂(HMDS)对硅片表面进行处理，是硅表面疏离水分子并增加其与光刻胶的结合力。一般在150℃-200℃之间加热1-2分钟。HMDS处理原理如下图所示。

显影采用进口MF320 显影液对硅片进行显影，显影液的主要成分为一种弱碱性的四甲基氢氧化铵，与曝光区域的光刻胶进行化学反应，溶解于显影液中，依据试验确定最佳显影时间为1 分钟。

2.刻蚀工艺

产品需要经过六次光刻及腐蚀，分别是正面声孔区、背面腔孔区、正面二氧化硅、正面多晶硅、正面孔、正面铝。下面介绍在光刻及刻蚀工艺的改进方面。

（1）正面声孔区光刻：光刻胶选择方面，由于本次实验采用六氟化硫进行刻蚀，而普通的光刻胶抗蚀性差，另一方面，如果有细线条的话对光刻胶的腐蚀速率更大，所以选用耐腐蚀性强且分辨率较高的进口SPＲ6818 型光刻胶；此外，还调整了匀胶机的转速，优化涂胶程序，以满足显影精度的要求。

（2）正面声孔区腐蚀：由于六氟化硫对硅的腐蚀速率很快，要深槽腐蚀的时候，会出现侧蚀太大及扒胶的问题，如下图：

为了解决这一问题，在腐蚀剂中掺入了氦气，这样增加了F的活性，也使腐蚀更加均匀，如下图：

（3）背面腔孔区：要注意对准标记要放在视场的中间位置进行对准曝光，越在中间对准精度越高，否则出现偏差。本次刻蚀可以留出背面腔孔释放区域图形，为以后的腔体释放做准备。

（4）通过光刻腐蚀正面二氧化硅、正面多晶硅、正面孔形成产品结构，如下图：

（5）正面铝光刻：刻蚀的目的是做出电容极板的电极，该引线槽较深，因此应加大涂胶量。也应加大曝光量，并采取二次曝光。如下图：

结束语

阐述了在制造硅基电容式传感器时改进的工艺流程，解决了MEMS 器件在深沟槽刻蚀过程中光刻胶的耐腐蚀性及深沟显影等难点。此工艺流程简单，可以大批量进行MEMS 器件的生产加工，具有良好的应用前景。