Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
家 » 用于微机电系统的体微加工技术

用于微机电系统的体微加工技术

1970
Bulk micromachining process for MEMS fabrication on silicon wafers.

(图片仅供参考)

体微加工是一种减材制造工艺,它能制造出 MEMS 蚀刻是通过选择性地在衬底(通常是硅片)上蚀刻来形成结构。它采用湿法或干法蚀刻技术来塑造基体材料。各向异性蚀刻剂(例如氢氧化钾 (KOH))很常用,因为它们以不同的速率蚀刻硅的不同晶面,从而能够形成精确的 V 形槽和凹槽。

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。

干法刻蚀,特别是深反应离子刻蚀(DRIE),已成为一种主流的体微加工技术。DRIE 能够制造出具有近乎垂直侧壁的超深、高纵横比结构,这是湿法刻蚀无法实现的。最常用的方法是“博世工艺”,该工艺交替进行刻蚀步骤(使用等离子体,例如 SF6)和…… passivation 步骤(使用聚合气体,例如 C4F8)。钝化层保护侧壁免受蚀刻,迫使蚀刻主要沿垂直方向进行。此循环重复数百或数千次,以达到数百微米的深度。DRIE 对于制造现代高性能惯性传感器至关重要。 microfluidic 器件,以及用于 3D 芯片堆叠的硅通孔 (TSV)。

UNESCO Nomenclature: 3313
– Industrial Engineering

类型

化学过程

中断

Foundational

用法

广泛使用

前体

  • 硅片中的晶体取向知识
  • 硅化学蚀刻剂的开发
  • 用于图案定义的光刻技术
  • 耐蚀刻剂的掩蔽材料(例如,氮化硅)

应用程序

  • 压力传感器膜片
  • 喷墨打印机喷嘴
  • 微流控通道
  • 原子力显微镜(AFM)悬臂梁
  • 用于光纤对准的V形槽

专利:

  • US4187139A
  • US5501893A

潜在创新理念

  • 高性能惯性导航装置,带有深蚀刻测试质量块
  • 用于便携式发电的微型涡轮机
  • 采用微通道散热片的先进CPU冷却系统
  • 具有复杂、深层流体网络的芯片实验室设备
  • 芯片上的光学平台,具有精确蚀刻的对准特征
  • 用于3D集成电路堆叠的硅通孔(TSV)
  • 用于定时应用的高品质因数机械谐振器
  • 用于无痛给药的微针阵列
  • 小型化质谱仪
  • fuel cell components with high surface area electrodes
Related to: bulk micromachining, MEMS, etching, silicon, anisotropic etching, KOH, DRIE, deep reactive-ion etching, subtractive process, microfabrication.

历史背景

用于微机电系统的体微加工技术

1970
1970
1970
1970
1972
1974
1975-06-01
1965-12-21
1970
1970
1970
1970
1974
1974
1978

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

只有注册会员才能免费获取完整尺寸的图片和下载内容。

> 登录 <