硅基微機(jī)械加工技術(shù)

大慶市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 于周順澤

硅基微機(jī)械加工技術(shù)

大慶市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 于周順澤

就微電子機(jī)械系統(tǒng)而言，硅基微機(jī)械加工技術(shù)是其重要的實(shí)現(xiàn)技術(shù)之一。這種技術(shù)的應(yīng)用是微電子機(jī)械系統(tǒng)形成良好性能的重要保障。本文從硅基微機(jī)械加工技術(shù)的種類(lèi)入手，對(duì)這種加工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析和研究。

硅基；微機(jī)械加工技術(shù)；應(yīng)用

前言

從以往機(jī)械加工經(jīng)驗(yàn)可知，隨著待加工機(jī)械材料尺寸的降低，其加工難度會(huì)發(fā)生相應(yīng)提升。因此，相對(duì)于普通的加工技術(shù)而言，硅基微機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用難度更高。除此之外，硅基微機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用也是使得加工成品產(chǎn)生高精度、高效性能的主要原因。

一、硅基微機(jī)械加工技術(shù)

常見(jiàn)的硅基微機(jī)械加工技術(shù)主要包含以下幾種：

（一）表面微機(jī)械加工技術(shù)

這種加工技術(shù)是指運(yùn)用集成電路中的平面化制作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生成相關(guān)微機(jī)械裝置的目的。這種加工技術(shù)的應(yīng)用原理為，通過(guò)多層以硅為基礎(chǔ)的基礎(chǔ)層的形成，最后組裝成相應(yīng)的成品。在實(shí)際應(yīng)用中，表面微機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用流程為：利用這種技術(shù)在單晶硅基片上交替沉積出一層二氧化硅與一層具有低應(yīng)力特點(diǎn)的多晶硅。其中二氧化硅層的作用是用于后續(xù)加工操作中的腐蝕處理。當(dāng)由上述兩個(gè)沉積層組成的加工層產(chǎn)生之后，需要對(duì)該層進(jìn)行光刻摹制處理。當(dāng)上述操作結(jié)束之后，需要應(yīng)用CHF3對(duì)形成的二氧化硅層進(jìn)行蝕刻處理，進(jìn)行促進(jìn)顯影目的的實(shí)現(xiàn)。表面微機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用次數(shù)與所包含的層數(shù)相同，利用上述步驟重復(fù)對(duì)每一層進(jìn)行處理，最終可以獲得加工成品。

這種加工技術(shù)的應(yīng)用缺陷在于，應(yīng)用這種加工技術(shù)所獲得沉積薄膜的厚度是最終加工出微機(jī)械裝置厚度的主要影響因素，因此利用該技術(shù)獲得的微機(jī)械結(jié)構(gòu)全都處于二維維度中。除此之外，這種技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于，其可以實(shí)現(xiàn)與IC之間的百分百兼容。

（二）體微機(jī)械加工技術(shù)

這種技術(shù)是指，將一個(gè)完整的加工材料加工處理為基于微機(jī)械結(jié)構(gòu)的成品。通常情況下，基于微機(jī)械結(jié)構(gòu)成品的形成需要經(jīng)歷兩道處理工序：第一，選擇摻雜工序。以單晶硅基片為例，體微機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用首先需要完成該硅基片的選擇摻雜處理。當(dāng)該加工工序獲得合格的單晶硅基片處理質(zhì)量之后，才可以進(jìn)行后續(xù)工序的操作加工。第二，結(jié)晶化學(xué)腐蝕工序。該工學(xué)對(duì)化學(xué)腐蝕過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化的要求相對(duì)較高。

從整體角度來(lái)講，這種硅基微機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用劣勢(shì)在于：該技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)待加工零部件局部的平面化處理，因此，這種加工技術(shù)無(wú)法與微電子線(xiàn)路之間直接形成兼容狀態(tài)。

（三）復(fù)合微機(jī)械加工技術(shù)

從上述三種硅基微機(jī)械加工技術(shù)的關(guān)系來(lái)看，復(fù)合微機(jī)械加工技術(shù)相當(dāng)于上述兩種技術(shù)的綜合。因此，其在基于較高難度應(yīng)用于待加工對(duì)象的同時(shí)，也促進(jìn)加工對(duì)象完善化性能的產(chǎn)生。這種加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，其在保留綜合上述兩種加工技術(shù)存在優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還有效避免了加工技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷問(wèn)題。

二、硅基微機(jī)械加工技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

這里以硅基微機(jī)械加工技術(shù)為例，對(duì)其實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行分析：（一）研究對(duì)象

這里選擇以表面微機(jī)械加工技術(shù)為主要處理技術(shù)的一種電容式麥克風(fēng)作為研究對(duì)象。該研究對(duì)象主要由音孔、移動(dòng)、固定電極、接放大器、支撐體、面板等要素組成。該電容式麥克風(fēng)的尺寸為5.1mmX7.8mmX0.1mm。

（二）表面微機(jī)械加工技術(shù)在該電容式麥克風(fēng)中的應(yīng)用流程

就該研究對(duì)象而言，表面微機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用主要包含以下幾個(gè)步驟：

第一，針對(duì)厚度為210μm的高摻雜p型硅片，利用PECVD方法在其上形成一層厚度為3.5μm的二氧化硅薄膜。

第二，利用相應(yīng)設(shè)備在二氧化硅膜上濺射出一層鉻薄膜，并對(duì)該新形成的薄膜進(jìn)行選擇刻蝕；

第三，當(dāng)上述加工工序完成之后，在此針對(duì)硅片利用相同的方法制作出第二層二氧化硅薄膜，這個(gè)第二層薄膜形成之后，立即對(duì)其進(jìn)行刻蝕處理，完成PI層的形成。

第四，針對(duì)高摻型p型硅片第三次應(yīng)用PECVD方法進(jìn)行處理，使得該硅片形成第三層二氧化硅薄膜，當(dāng)該薄膜完全形成之后，需要對(duì)其進(jìn)行刻蝕處理；刻蝕工序結(jié)束之后，在其上濺射出一層鋁元素薄膜，并對(duì)該元素進(jìn)行選擇刻蝕。

第五，對(duì)于電容式麥克風(fēng)加工品背部積淀的二氧化硅層而言，需要進(jìn)行選擇刻蝕；

第六，針對(duì)高摻型p型硅片利用ICP反應(yīng)離子刻蝕法進(jìn)行深度刻蝕。對(duì)于該加工材料犧牲層下部位置的二氧化硅層，將氧氣和CHF3這兩種氣體聯(lián)合作為其反應(yīng)氣體，完成該二氧化硅層的有效刻蝕；

第七，針對(duì)高摻型p型硅片的犧牲層進(jìn)行刻蝕處理；

第八，當(dāng)上述基礎(chǔ)工序全部應(yīng)用完成之后，需要將所有部件組裝到一起，最終得到具備良好使用性能的電容式麥克風(fēng)。

三、結(jié)論

常用的硅基微機(jī)械加工技術(shù)主要包含表面微機(jī)械加工技術(shù)、體微機(jī)械加工技術(shù)及復(fù)合微機(jī)械加工技術(shù)等。這幾種硅基微機(jī)械加工的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍不同。因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)待加工對(duì)象的性質(zhì)和加工要求，選擇適宜的加工技術(shù)。

[1]袁明權(quán).硅基微機(jī)械加工技術(shù)[J].半導(dǎo)體技術(shù),2001,08:6-10.

[2]王景雪.基于硅基微納結(jié)構(gòu)表面修飾的生化傳感特性的基礎(chǔ)研究[D].中北大學(xué),2013.

[3]王曦.硅基微結(jié)構(gòu)上的GaN外延生長(zhǎng)研究[D].中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所),2008.

[4]石艷玲.硅基微波共平面波導(dǎo)傳輸特性及其在微波移相器中的應(yīng)用研究[D].華東師范大學(xué),2002.

于周順澤（1999—），男，黑龍江大慶人，高中學(xué)歷，研究方向：機(jī)械工程。