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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

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Presentation Transcript

  1. BME Chapter 5 Silicon Micromachining: Bulk

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. (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：

  6. 故障分析： 矽微魔鬼沾故障模式的簡單懸臂模型

  7. 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

  8. 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：

  9. 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

  10. 傳統電化學蝕刻停止技術的優缺點： • four-electrode electrochemical cell：

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 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

  15. 範例 零件六： 含四個栓鏈矩形平板的浮接感測器

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