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薄膜刻蚀技术

薄膜刻蚀技术是采用化学方法、物理方法、或者利用物理化学方法，有选择地将相应的薄膜去除，从而在衬底上留下设计的相应图形。刻蚀技术包括干法刻蚀和湿法腐蚀工艺，干法刻蚀技术是一种利用反应离子刻蚀技术对硅或者介质薄膜进行各项异性刻蚀加工的技术。其利用刻蚀设备将刻蚀气体等离子化，通过设备内部电磁场的耦合作用，粒子定向加速运动，轰击所要刻蚀表面，进行材料的去除。湿法刻蚀技术是一种利用材料与溶液之间的化学反应，从而将材料进行刻蚀的技术。在工艺加工过程中，刻蚀技术的选择需要根据材料在器件中的位置和材料之间的相互关系来选择。根据技术特点，干法刻蚀具有横向刻蚀小、线条保行性好的特点，常用来对精细结构的刻蚀或器件纵向厚度的精确刻蚀。湿法刻蚀具有各向同性的特点，特别地，对于硅腔体的刻蚀、金属种子层的去除等，具有工艺简单、成本低的优点。因此，刻蚀技术的选择与器件刻蚀结构的特点有关系。

干法薄膜刻蚀技术

对于MEMS器件结构中介质层薄膜，常采用干法刻蚀技术。根据等离子体的不同，分为电容耦合等离子体（CCP）刻蚀和电感耦合等离子体（ICP）刻蚀。为了得到较高的刻蚀速率，通常采用ICP机进行刻蚀，采用13.56MHz的射频电源，施加偏置电压，形成电场对离子进行加速。为了保证刻蚀的方向性，要对刻蚀腔内压力、加速电场强等因素进行控制。

一方面，对于所设计器件中的介质薄膜，实验中采用反应离子刻蚀（Reactive Ion Ething）的方法进行刻蚀，其是一种物理化学过程，依靠电场加速的离子对加工表面进行轰击和溅射刻蚀。RIE的刻蚀速率约为几微米每分钟。刻蚀气体通常是几种气体的组合，不同的气体提供多种功能。为了实现良好的结构形貌，当在刻蚀气体中添加氧化剂时，能够增加刻蚀成分的浓度，抑制聚合物的产生；添加阻挡层形成剂，可以促进侧壁阻挡层的形成，提高选择比等。采用CF₄和CHF₃的混合气体作为刻蚀气体，其刻蚀的主要过程如下。
CHF₃→CHF*₂、CF*₃、F*、H*
CF₄→CF*₃+CF*₂+CF*+F*
F*+H*→HF↑
Si+F*→SiF₄↑
Si₃N₄+F*→SiF₄↑+N₂↑
采用干法刻蚀技术刻蚀后的氮化硅薄膜如下图1所示。

图1 干法刻蚀后标记形貌图

湿法薄膜刻蚀技术

另一方面，所设计器件中封装帽的腔体刻蚀、种子层的去除、电极的制备等工艺采用湿法刻蚀技术。其中溶液的选择要注意对结构的选择性。例如在RF MEMS开关的封装帽制备中采用氢氧化钾（KOH）溶液湿法刻蚀工艺对硅帽进行湿法刻蚀。在RF MEMS开关的电极制备中采用50℃的磷酸（H₃PO₄）对制备的铝电极进行腐蚀，得到所需要的电极图形，如图2所示。

电极图