表面微結構機械加工技術(Surface micromachining) 其它頭條網

2017-12-07 11:31:14 諾鉑

諾鉑智造：表面微結構機械加工技術(Surface micromachining)，最近接觸了一個新的加工技術名詞，對這個瞭解比較少，查閱網絡相關資料也比較少，在別的地方看到了這樣一篇文章，給大家分享一下。

表面微結構機械加工技術的定義

利用黃光微影、摻雜技術、蝕刻技術、薄膜成長等半導體制程技術，在硅晶圓「表面」製作機械元件稱為「表面微機械加工技術（Surface micromachining）」，通常只能製作很淺的表面元件，元件的厚度小於5μm（微米），因此這種元件只能承受較小的機械力量，如果承受較大的機械力量可能會折斷或變形。表面微機械加工技術可以應用在許多MEMS元件的製作，例如：數位光源處理器（DLP）、重力加速度感測器（G sensor）、微加速度計（Micro accelerometer）、等元件。

表面微機械加工結構

厚度小於1μm的元件稱為「薄膜（Thin film）」，而厚度大於1μm的元件稱為「厚膜（Thick film）」，薄膜通常使用在電子元件，因為電子元件不需要承受任何機械力量，但是MEMS元件通常都是機械元件，必須承受較大的機械力量，因此大多使用厚膜來製作。其實薄膜與厚薄的製作方式完全相同，只要使用半導體制程的「薄膜成長技術」將薄膜長得厚一點即可。＜圖4-3（a）＞是使用表面微機械加工技術所製作的「懸臂樑（Cantilever）」，懸臂樑是機械工程上所使用的結構，必須具有機械強度，可以單獨騰空形成類似橫樑的構造；＜圖4-3（b）＞是使用表面微機械加工技術所製作可以翻轉的「微鏡面（Micro mirror）」。科技臺灣www.hightech.tw

＜圖4-3＞使用表面微機械加工技術所製作的元件。

數據源：Stephan T. Koev et al.，Lab on a Chip，7，103（2007）、www.sandia.gov。

表面微機械加工技術

表面微機械加工技術的製作流程如＜圖4-4＞所示，包括製作犧牲層、製作構造層、移除犧牲層等三大步驟：

＞製作犧牲層：在硅晶圓的表面先以厚膜技術成長一層氧化硅，如＜圖4-4（a）＞所示；接著使用黃光微影進行圖形轉移，包括：光阻塗布、光罩曝光、化學顯影、蝕刻技術，將不需要區域的氧化硅去除，如＜圖4-4（b）與（c）＞所示；最後再將光阻去除，如＜圖4-4（d）＞所示。

＞製作構造層：接著以厚膜技術成長一層多晶硅，如＜圖4-4（e）＞所示；再使用黃光微影進行圖形轉移，包括：光阻塗布、光罩曝光、化學顯影、蝕刻技術，將不需要區域的多晶硅去除，如＜圖4-4（f）與（g）＞所示；再將光阻去除，如＜圖4-4（h）＞所示。

＞移除犧牲層：將完成的MEMS元件放入化學藥品（氫氟酸水溶液）中，將犧牲層氧化硅溶解掉，最後得到如＜圖4-4（i）＞的立體構造。

＜圖4-4＞表面微機械加工技術的製作流程。

數據源：www.swri.org。

由於一般MEMS元件都是使用氧化硅製作犧牲層，因此都是使用「氫氟酸水溶液」來溶解氧化硅。＜圖4-4＞中可以看出構造層是由「多晶硅（Poly silicon）」形成，，主要是由於多晶硅硬度較高，容易形成具有機械強度的微懸臂立體結構，所謂「構造層」就是最後要保留下來的機械構造部分；而犧牲層是由「氧化硅（Silicon oxide）」形成，所謂「犧牲層」就是最後要使用化學藥品犧牲去掉的部分。科技臺灣www.hightech.tw

【注意】多晶硅與氧化硅

＞多晶硅（Poly silicon）：在電子元件中通常用來取代MOS閘極上方的金屬製作「導電層」，但是在MEMS元件中通常用來製作「構造層」。

＞氧化硅（Silicon oxide）：在電子元件中通常用來製作「絕緣層」，但是在MEMS元件中通常用來製作「犧牲層」。

表面微結構機械加工技術(Surface micromachining)