大慶市實驗中學(xué) 于周順澤

硅基微機械加工技術(shù)

大慶市實驗中學(xué) 于周順澤

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

硅基；微機械加工技術(shù)；應(yīng)用

前言

從以往機械加工經(jīng)驗可知，隨著待加工機械材料尺寸的降低，其加工難度會發(fā)生相應(yīng)提升。因此，相對于普通的加工技術(shù)而言，硅基微機械加工技術(shù)的應(yīng)用難度更高。除此之外，硅基微機械加工技術(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、硅基微機械加工技術(shù)

常見的硅基微機械加工技術(shù)主要包含以下幾種：

（一）表面微機械加工技術(shù)

這種加工技術(shù)是指運用集成電路中的平面化制作技術(shù)，實現(xiàn)生成相關(guān)微機械裝置的目的。這種加工技術(shù)的應(yīng)用原理為，通過多層以硅為基礎(chǔ)的基礎(chǔ)層的形成，最后組裝成相應(yīng)的成品。在實際應(yīng)用中，表面微機械加工技術(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)由上述兩個沉積層組成的加工層產(chǎn)生之后，需要對該層進行光刻摹制處理。當(dāng)上述操作結(jié)束之后，需要應(yīng)用CHF3對形成的二氧化硅層進行蝕刻處理，進行促進顯影目的的實現(xiàn)。表面微機械加工技術(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)對每一層進行處理，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)勢在于，其可以實現(xiàn)與IC之間的百分百兼容。

（二）體微機械加工技術(shù)

這種技術(shù)是指，將一個完整的加工材料加工處理為基于微機械結(jié)構(gòu)的成品。通常情況下，基于微機械結(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)對化學(xué)腐蝕過程標(biāo)準(zhǔn)化的要求相對較高。

從整體角度來講，這種硅基微機械加工技術(shù)的應(yīng)用劣勢在于：該技術(shù)無法實現(xiàn)對待加工零部件局部的平面化處理，因此，這種加工技術(shù)無法與微電子線路之間直接形成兼容狀態(tài)。

（三）復(fù)合微機械加工技術(shù)

從上述三種硅基微機械加工技術(shù)的關(guān)系來看，復(fù)合微機械加工技術(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)用于待加工對象的同時，也促進加工對象完善化性能的產(chǎn)生。這種加工技術(shù)的優(yōu)勢在于，其在保留綜合上述兩種加工技術(shù)存在優(yōu)點的同時，還有效避免了加工技術(shù)實際應(yīng)用過程中產(chǎn)生的缺陷問題。

二、硅基微機械加工技術(shù)的實踐應(yīng)用

這里以硅基微機械加工技術(shù)為例，對其實踐應(yīng)用進行分析：（一）研究對象

這里選擇以表面微機械加工技術(shù)為主要處理技術(shù)的一種電容式麥克風(fēng)作為研究對象。該研究對象主要由音孔、移動、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

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

第一，針對厚度為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，并對該新形成的薄膜進行選擇刻蝕；

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

第四，針對高摻型p型硅片第三次應(yīng)用PECVD方法進行處理，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，需要對其進行刻蝕處理；刻蝕工序結(jié)束之后，在其上濺射出一層鋁元素薄膜，并對該元素進行選擇刻蝕。

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

第六，針對高摻型p型硅片利用ICP反應(yīng)離子刻蝕法進行深度刻蝕。對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，針對高摻型p型硅片的犧牲層進行刻蝕處理；

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

常用的硅基微機械加工技術(shù)主要包含表面微機械加工技術(shù)、體微機械加工技術(shù)及復(fù)合微機械加工技術(shù)等。這幾種硅基微機械加工的特點、應(yīng)用范圍不同。因此，在實際應(yīng)用過程中，應(yīng)該根據(jù)待加工對象的性質(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外延生長研究[D].中國科學(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：機械工程。