由于微機電系統(tǒng)（MEMS）產(chǎn)品的三維（3D）結(jié)構(gòu)及其與生俱來的機械特性，制造MEMS器件面臨著獨特的挑戰(zhàn)。此類產(chǎn)品需要特定的微機械結(jié)構(gòu)，以便實現(xiàn)包括振動、旋轉(zhuǎn)或其他動作類型的MEMS功能（圖1）。為此，MEMS制造工藝流程要求在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件制造工藝流程中增加一個維度（高度），因為傳統(tǒng)的工藝僅用于制造平面型電子器件。

圖1 MEMS器件的獨特工藝挑戰(zhàn)——在傳統(tǒng)平面型器件工藝流程中增加一個維度（高度）

氣相蝕刻通常是MEMS首選工藝，因為與濕法蝕刻相比，氣相蝕刻更為可控。這種優(yōu)勢依賴于對MEMS制造工藝變量的深入了解，這也是memsstar的工藝設(shè)備優(yōu)勢。

水與醇催化劑

圖2 HF蝕刻反應(yīng)

在MEMS器件制造過程中，采用HF刻蝕SiO?非常常見。蝕刻反應(yīng)需要水或醇類催化劑的作用。memsstar研究人員發(fā)現(xiàn)，當采用水或醇類（乙醇是醇基系統(tǒng)中最常用的工藝催化劑）催化劑時，為達到穩(wěn)定的刻蝕速率，以水為催化劑時的刻蝕條件比使用醇催化劑時更為寬松。通常，醇類物質(zhì)會吸收部分反應(yīng)生成的水，因此需要更苛刻的蝕刻條件且只能提供低水平的蝕刻性能。所以，建議使用水作為工藝催化劑，以獲得更高的蝕刻速率和更好的工藝性能。

圖3 利用HF氣相蝕刻SiO?的理想和非理想反應(yīng)機理

通過在高H?O蒸氣濃度中或在沒有醇類吸收H?O反應(yīng)副產(chǎn)物的情況下，利用理想反應(yīng)HF2?的形成，更容易與氧化物界面發(fā)生與HF2?的氫鍵結(jié)合。這種氫鍵的形成可以更有效的引發(fā)蝕刻。這種反應(yīng)機理還可以用于增強氧化膜與其他材料（例如氮化硅）之間的選擇性。

工藝壓力

按照蝕刻反應(yīng)機理，在工藝反應(yīng)室內(nèi)，可以利用反應(yīng)副產(chǎn)物之一的氣態(tài)水（H?O）進一步向工藝流程輸送水，并最大程度地提升蝕刻速率。最佳方法是延長反應(yīng)生成的水蒸氣的停留時間，而實現(xiàn)這一過程的最主要方法是壓力控制。鑒于特定類型的氧化膜蝕刻在不同的工藝壓力下發(fā)生，因此這是控制蝕刻工藝的首要技術(shù)。

工藝壓力同樣影響著選擇性，工藝壓力偏高時，在氧化膜和氮化膜之間的選擇余地將大大減少。該損失歸因于反應(yīng)氣體停留時間的延長及產(chǎn)生的副產(chǎn)物，如SiFx分子。反應(yīng)室內(nèi)這些副產(chǎn)物停留時間的增加將導(dǎo)致氮化膜蝕刻速率較之氧化膜更快。通過保持較低的壓力，蝕刻速率可以得到進一步控制，并且可以使反應(yīng)物的停留時間更短。由此在蝕刻氧化膜時，可以降低氮化膜所受到的影響。

氣體流量

當HF流量增加時，相對于HF，可用的H?O相對減少，因此HF的解離度也下降了。這將導(dǎo)致反?，F(xiàn)象：添加更多的蝕刻物質(zhì)HF，實際上反而會減慢蝕刻過程。許多用戶習(xí)慣于添加更多的蝕刻物質(zhì)加速蝕刻過程，但是HF工藝恰好相反。

H?O流量的增加遵循更常規(guī)的原理。添加更多的工藝催化劑可以加快HF解離，從而更輕易地引發(fā)和維持蝕刻。如果提供的流量過高，則蝕刻速率最終將由工藝本身產(chǎn)生的H?O決定。這樣，蝕刻中產(chǎn)生的H?O量也很大。這將影響蝕刻開始及過程中的蝕刻性能。在memsstar氧化物蝕刻系統(tǒng)中，HF流和H?O流的壓力控制共同作用。用戶可以將二者視為一系列相互關(guān)聯(lián)的因素，輕松地調(diào)控這些條件以針對其特定器件選擇合適的穩(wěn)定工藝，并且此過程具有不斷可重復(fù)的優(yōu)點。

總之，memsstar可以幫助您把握工藝變量，如催化劑選擇、工藝壓力和氣體流量等，并幫助您充分掌控您的MEMS vHF工藝。