体硅微加工工艺是硅微加工工艺的主要方法之一, 也是目前制备MEMS器件的主要加工方法。体硅微加工工艺主要是指在硅衬底上选择性去除特定位置的硅材料来获得微结构的方法,属于一种典型的三维结构加工方法。
体硅微加工工艺是硅微加工工艺的主要方法之一, 也是目前制备MEMS器件的主要加工方法。体硅微加工工艺主要是指在硅衬底上选择性去除特定位置的硅材料来获得微结构的方法,属于一种典型的三维结构加工方法。
体硅微加工工艺主要包括利用特定化学试剂对硅衬底的晶向选择性而实现的各向异性腐蚀(常用的腐蚀液有氢氧化钾、四甲基氢氧化铵)和利用外加定向场所强化的物理/化学反应而实现各向异性刻蚀(如深反应离子刻蚀,即DRIE)两种方法。此外,各向同性腐蚀(如HNA腐蚀液,即氢氟酸、硝酸与冰醋酸的组合)/刻蚀(不加偏压下的气态腐蚀,如XeF2等)也常被用于制备三维体硅结构与器件。
体硅微加工工艺的一个重要参数是掩模与衬底在腐蚀/刻蚀环境下的选择比,该选择比直接决定了体硅微加工工艺的几何参数特征,它不仅受到掩模材质与制备方法、衬底材质与制备质量,以及腐蚀液/刻蚀剂配比、腐蚀刻蚀温度、搅拌程度和偏压等诸多参数的影响,也受所使用的设备机台影响。通过组合具有合适的选择比的掩板/村底,可以实现精确的目标结构几何参数控制,从而制备出满足要求的三维结构。通过特定的掩模衬底组合甚至可以获得具有自停止特征的腐蚀/刻蚀,从而可以进一步提高结构几何参数的控制精度和鲁棒性。
由于硅属于晶体结构,因此在进行各向异性湿法腐蚀时,还要针对衬底晶向进行结构的凸角保护设计,以保证能够按预定的设计获得目标结构。不同类型的硅片(抛光表面具有不同晶面)需要相应的凸角保护设计。
近年来,随着硅微加工能力的快速提升,以及对硅基物理化学性质的深入理解,体硅微加工工艺主要朝着更快速、更高尺寸控制能力和三维曲面微结构加工方向发展。据SPTS公司2016年数据,基于Bosch刻蚀原理的硅刻蚀速率可以超过37μm/min。
常见的体硅微加工工艺制备的器件包括梳齿型微陀螺仪和加速度计、薄膜压力计等。
