关键工艺技术优化措施

1.感应耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma，ICP）刻蚀技术

ICP刻蚀是反应离子刻蚀（RIE-Reactive Ion Etching）的一种，它采用ICP作为等离子源。

ICP刻蚀过程是刻蚀和保护的交替过程。等离子体对材料的刻蚀分为物理刻蚀和化学刻蚀。物理刻蚀是通过加速离子对基片表面的撞击，将基片表面的原子溅射出来，以离子能量的损失为代价，达到刻蚀目的。化学刻蚀是等离子体在放电过程中产生许多离子和许多化学活性中性物质，它们与基片发生化学反应，生成气态物离开基片表面。保护过程是在刻蚀基片表面淀积一层不参与化学反应的钝化层来对基片进行保护的过程。它们在刻蚀过程中交替进行，首先在基片上发生一个短促的刻蚀过程，暴露的硅衬底以接近各向同性的方式被刻蚀；接着转换到保护过程，整个基片表面被覆盖了一层聚合物钝化层；然后，结构底部的聚合物被离子轰击去除，刻蚀离子继续与暴露的硅衬底反应，由于入射离子的方向性，侧壁钝化层不易被轰击，从而保护了侧壁，避免其继续被刻蚀。这一过程循环进行，可以使刻蚀深度不断增加，而侧壁保持陡直。

刻蚀硅时采用SF6作为刻蚀气体，C4 F8作为钝化气体，用光刻胶作为掩膜，其选择比可达1∶100，刻蚀结构的深宽比可达25∶1，侧壁垂直度（90±2）°。图5.44是实验刻蚀的梳齿结构扫描电镜图。

图5.44　ICP刻蚀结构的SEM图

2.静电键合(www.xing528.com)

静电键合又称场助键合或阳极键合，由Wallis和Pomerantz于1969年提出，它可不用任何黏结剂将玻璃与硅片键合在一起，而且键合温度低、键合界面能保持良好的气密性和长期稳定性。

硅-玻璃键合技术是体硅MEMS加工工艺的关键技术之一，其原理是：玻璃在高温下（低于软化点）的行为类似电解质，其导电的离子是正离子，通常是Na+，当有外加电场作用时，Na+飘移到负电极的玻璃表面，而在紧临正电极的玻璃表面留下了固定电荷的O2-；因Na+的漂移（带电粒子的定向流动），外电路产生电流，使紧邻正电极硅片与玻璃表面形成一层极薄的空间电荷区（耗尽层）。与O2-相对应的硅片表面上将生成镜像电荷，两者相互作用，在耗尽层与硅片表面之间产生逐渐增强的静电场。最后，内外电势趋于平衡，外电流几乎消失，至此静电键合完成。静电力使玻璃和硅片产生微小变形，使两者的表面逐渐紧紧贴合，形成密封界面，同时，在高温环境下耗尽层中的氧与硅发生化学反应，生成牢固的化学键O-Si-O。

硅玻璃静电键合装置示意图如图5.45所示，键合时首先将清洗好的硅片和玻璃衬底叠放在一起，用探针压紧，加热至180～420℃，加载静电偏压600～1 500 V，观测回路电流，当电流下降到一个设定的电流值之下时，键合工艺完成。为了减小在键合过程中硅和玻璃热膨胀系数的不同而产生的残余应力，应选择与硅材料热膨胀系数近似匹配的Pyrex7740硼硅玻璃。

图5.45　静电键合装置示意图

另外，还需要在参与键合的玻璃面上溅射有金属引线（厚度为200～300 nm），该金属层对键合效果有较大影响，版图设计时要保证键合面积大于60×100μm2。