ICP刻蚀在加速度计制造中的应用研究

摘要

近年来，感应耦合等离子体刻蚀(ICP刻蚀)技术随着MEMS的发展而变得愈加重要，得到了广泛的应用。比喻的说，现在ICP刻蚀还处在青少年时期，呈现出朝气蓬勃的势头，发展前景非常明朗，但是同时还不成熟，存在很多未知角落需要等待研究和发掘。为了使ICP刻蚀得到更好的发展和更广阔的应用，本文展开了研究。
　　本文针对较为成熟的博世过程(Bosch Process)进行了详细周密的实验，对几个重要的刻蚀参数都进行了研究分析。其中包括参与刻蚀的气体的流量、反应腔室内的压强、反应腔室内的温度、基板偏压功率、线圈功率和平板功率等参数。研究并绘制了这些参数对刻蚀速率，选择比，形貌等的影响，制作了直观的折线图。用正交试验的方法获得了优化的刻蚀参数，并进行了实验。
　　在采用博世过程刻蚀时，经常出现的现象包括Footing效应，Lag效应。Footing效应又称钻蚀效应。在SOI硅片的硅-绝缘体交接出，容易出现横向钻蚀。Lag效应又称负载效应，较宽的沟槽刻蚀速率快于较窄沟槽刻蚀速率的现象。由于博世过程的原理限制，侧壁上不可避免的会出现粗糙的细纹，需要一些解决办法来减小这些细纹，是侧壁变得更加光滑。上述问题在本文中都提到了解决方法。
　　与成熟的博世过程相比，还有一些应用比较广泛的ICP刻蚀工艺，这里面的佼佼者是低温硅刻蚀工艺(Cryogenic Silicon Etching)。低温硅刻蚀工艺能够获得比博世过程更光滑的侧壁，同时刻蚀速率相近。因为需要零下一百摄氏度左右的低温，所以在应用中不及博世过程广泛。但是其在加工纳米尺度的器件的突出表现，使其获得了新的机会。
　　ICP刻蚀的应用越来越广泛，比如加工纳米尺度的线条和沟槽，加工有一定倾角的光学微镜结构等。在微光机械系统(MOEMS)、纳机械系统(NEMS)中得到应用空间。随着MEMS、NEMS、MOEMS的发展，ICP刻蚀技术的应用也会更加广泛。ICP技术的发展，也会推动MEMS、NEMS、MOEMS的蓬勃发展。

目录

文摘

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致谢

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 MEMS的主要制作工艺

1.2.1 硅基MEMS加工技术简要介绍

1.2.2 非硅基MEMS加工技术简要介绍

1.3 微机械加速度传感器与国内外发展状况

1.3.1 硅微加速度传感器

1.3.2 ICP刻蚀在国内外发展状况

1.4 本文的主要工作

1.4.1 课题的来源和目的

1.4.2 内容安排

第二章 硅微加速度计的分类和工艺流程

2.1 MEMS加速度计的分类

2.1.1 压阻式MEMS加速度传感器

2.1.2 电容式MEMS加速度传感器

2.1.3 谐振式MEMS加速度传感器

2.1.4 基于隧道效应的MEMS加速度传感器

2.2 加速度传感器的制备流程

2.2.1 版图设计

2.2.2 工艺流程

2.2.3 工艺设计原则

2.2.4 工艺流程

2.2.5 工艺过程平面图

第三章 ICP刻蚀的基本原理与常见效应

3.1 ICP刻蚀设备

3.2 ICP刻蚀原理

3.2.1 Bosch ASETM过程中的ICP刻蚀原理

3.2.2 低温ICP等离子体刻蚀技术

3.2.3 氯基等离子体对硅进行高深宽比刻蚀

3.3 ICP刻蚀中常见的效应

3.3.1 Footing效应

3.3.2 Lag效应

3.3.3 刻蚀沟槽的侧壁光滑度问题

第四章 ICP参数对刻蚀的影响与实验

4.1 主要参数对刻蚀的影响

4.1.1 实验分析刻蚀气体的流量对刻蚀的影响

4.1.2 实验分析反应腔室的压强对刻蚀的影响

4.1.3 实验分析反应腔室内温度对刻蚀的影响

4.1.4 实验分析线圈功率对刻蚀的影响

4.1.5 实验分析平板功率对刻蚀的影响

4.2 硅基刻蚀正交试验

4.2.1 平板功率强度和持续时间的对应分配

4.2.2 平板功率对刻蚀的影响

4.2.3 正交试验优化刻蚀参数

第五章 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文