用于微机电系统的体微加工技术

体微加工是制造微机电系统（MEMS）最古老、最成熟的方法之一。作为一种减材制造工艺，它直接从衬底（通常是单晶硅晶片）的本体材料中雕刻出器件的特征。该技术高度依赖于蚀刻，蚀刻方法大致可分为湿法（化学蚀刻）和干法（等离子体蚀刻）。

湿法刻蚀是较为传统的刻蚀方法。它可以是各向同性的，即在所有方向上以相同的速率进行刻蚀，从而形成圆润的侧切结构。在微机电系统（MEMS）中，更常用的是各向异性湿法刻蚀。该方法利用了单晶硅的刻蚀速率取决于晶体取向的特性。氢氧化钾（KOH）、氢氧化四甲基铵（TMAH）和乙二胺邻苯二酚（EDP）等刻蚀剂对（100）和（110）晶面的刻蚀速度远快于（111）晶面。通过将掩模图案与（100）取向晶圆上的晶轴对齐，可以利用这一特性来创建具有倾斜侧壁的精确结构，例如用于光纤的V形槽或锥形凹坑。（111）晶面起到天然刻蚀停止的作用，从而可以精确控制最终的几何形状。压力传感器的隔膜是一种经典应用，它是通过从晶圆背面进行蚀刻，直到达到蚀刻停止层（例如重掺杂硼层或 pn 结处的电化学停止层）而形成的。

Dry etching, particularly Deep Reactive-Ion Etching (DRIE), has become a dominant bulk micromachining technique. DRIE allows for the creation of very deep, high-aspect-ratio structures with nearly vertical sidewalls, something not possible with wet etching. The most common method is the ‘Bosch process,’ which alternates between an etching step (using a plasma like SF6) and a passivation step (using a polymerizing gas like C4F8). The passivation layer protects the sidewalls from being etched, forcing the etch to proceed primarily in the vertical direction. This cycle is repeated hundreds or thousands of times to achieve depths of hundreds of microns. DRIE is essential for manufacturing modern high-performance inertial sensors, microfluidic devices, and through-silicon vias (TSVs) for 3D chip stacking.