EE C247B—— Fabrication Process Modules I: lithography, etching

mems制造技术，包括lithography(光刻), etching(刻蚀), film deposition（薄膜沉积）, doping（掺杂）, diffusion（扩散） 。和半导体技术（晶体管等制造技术）中的过程相似。

以上是细化的处理过程，整体上可以把工艺划分为体微加工（bulk micromachining）和 表面微加工（surface micromachining），区别是是否进行深刻蚀。我们的终极目标是找到一个工艺顺序（包含以上基础工艺步骤），使得能精确的在一个可接受的成本下制作出期望的结构。

 

一，衬底

 常用单晶硅或者石英。硅片是一种薄而平整的硅材料，通常以6英寸、8英寸、12英寸等规格制造而成。单晶硅则是硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构，因此在不同方向上具有不同的性质，是一种良好的半导体材料，同时具有高纯度、高度均一性，常用直拉法或者区熔法制备。

单晶石英由于其压电特性，在mems中很重要，详细的石英研究可参考压电学文献。

在进行微电子工艺前，需要进行圆片清洗，标准组合称为RCA清洗，分步骤去除有机污染、无机污染、氧化层和各种离子性污染，RCA必须在各种高温工艺之前完成。

 

二，光刻

光刻的目的是为了在对应层次产生图案（pattern），该过程需要光刻胶（photoresist）和掩膜（mask），光刻胶是一种光敏有机聚合物，会对特定波长的光起反应。负胶被紫外线（UV）照射的部分发生变联反应，在显影液中不可溶解，正胶与其相反。

 

 故，光刻后PR光刻胶已经形成了固定的图案，下一步就是进行刻蚀。

 以上步骤成为掩膜步骤（masking step），通常可以通过masking step来衡量工艺的复杂性和成本。比如：

 mems工艺的masking step通常在4个左右，所以相对简单。

 

三，刻蚀

刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程，其基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩模图形。随着微制造工艺的发展，广义上来讲，刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的一种统称，成为微加工制造的一种普适叫法。

 即如课程所述，湿法刻蚀为左侧情况（各方向腐蚀速度相同），干法刻蚀为右侧情况（只在一个方向刻蚀）：

 因此可以对各向同性程度进行定义：

 第二个关键参数是选择性，

 

四，薄膜沉积

薄膜沉积是将一层材料以薄膜的形式覆盖在半导体基片（晶圆）的表面，以实现特定的功能或保护性能。

（1）物理气相淀积

简称PVD，包括两个方法：蒸发（evaporation）和溅射（sputtering）。蒸发在高真空下进行，主要用于金属材料，利用入射电子对其表面加热使其蒸发。溅射利用稳定性惰性气体电离后将目标靶中原子撞出从而溅射到衬底并淀积。

（2）化学气相淀积

简称CVD，指将材料导入加热反应炉通过衬底表面化学反应进行薄膜淀积的方法。

 

五，掺杂

是把少量杂志加到半导体晶体中以置换原来位置原子的工艺过程，因此掺杂会改变材料的导电特性，可分为n型和p型掺杂，净掺杂浓度决定了材料的导电类型。