MEMS中PZT铁电材料的雾化湿法刻蚀技术研究

摘要

锆钛酸铅(PZT)薄膜具有优异的压电性能，是微电子机械系统(MEMS)领域中一种重要的传感和驱动材料，在制备微传感器和微驱动器器件中具有广泛的应用。微图形化是PZT薄膜应用的关键技术之一，微图形的转化精度将直接影响到器件的性能。 目前，PZT铁电薄膜微图形化方法主要有三类：干法刻蚀、湿法刻蚀以及与PZT薄膜sol-gel制备相结合的微图形化法。干法刻蚀包括反应离子刻蚀、离子束刻蚀和等离子刻蚀等，刻蚀后横向侧蚀极小、图形转化精度高，但对光刻胶掩膜和底电极Pt的选择性差，刻蚀速率低(10-32nm/min)，且设备昂贵，刻蚀后易形成污染。新近发展起来的与PZT薄膜sol-gel制备相结合的微图形化法减少了工艺步骤，且不影响铁电薄膜的特性，但结果不够理想，需要进一步探索。湿法刻蚀实验设备简单、成本低、对光刻胶和衬底的选择性好、刻蚀速率快，适合于MEMS中PZT厚膜及块体材料的刻蚀，减小微图形的横向侧蚀是MEMS中PZT材料湿法刻蚀技术研究的重点。 本论文改变了传统的浸入湿法刻蚀方式，将雾化技术引入到湿法刻蚀中。根据实验需要，设计制作了雾化湿法刻蚀装置，并在此基础上详细分析了雾化湿法刻蚀的化学反应原理及物理作用过程。通过对PZT薄膜样品的雾化湿法刻蚀实验，将微图形的侧蚀比从原来的1.5∶l降低为0.5∶1，刻蚀速率从原来的0.016μm/sec提高到了0.028μm/sec，并减少了工艺步骤，提高了实验的可重复性和可操作性，得到的PZT微图形干净无残留物。实验表明，该工艺可用于MEMS领域中PZT薄膜的微图形化。 此外，我们还将雾化湿法刻蚀技术应用于PZT体材料的刻蚀。分别采用光刻胶和银作为PZT体材料的掩膜，对其进行了浸入法和雾化法湿法刻蚀。实验结果表明，光刻胶掩膜容易在刻蚀中发生脱落，而银掩膜粘附性较好，适合于PZT体材料的刻蚀。雾化法刻蚀得到的PZT样品表面干净，微图形的边缘清晰，图形转化精度明显高于浸入法刻蚀，且刻蚀速率快，在MEMS领域具有巨大的潜在应用价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章PZT薄膜雾化湿法刻蚀的理论

第3章实验方法与实验装置

第4章实验结果与讨论

第5章PZT体材料的雾化湿法刻蚀

第6章结论与展望

攻读硕士期间发表的有关论文

致 谢