用于释放 MEMS 的二氟化氙

 

二氟化氙 (XeF 2 ) 可用于各向同性蚀刻Si、Mo和Ge，是蚀刻牺牲层以“释放”MEMS（MEMS是Micro-Electro-MechanicalSystem的缩写，中文名称是微机电系统。MEMS芯片简而言之，就是用半导体技术在硅片上制造电子机械系统，再形象一点说就是做一个微米纳米级的机械系统，这个机械系统可以把外界的物理、化学信号转换成电信号。）器件内移动组件的理想解决方案。与湿式和SF 等离子蚀刻选项相比，它提供了许多独特的优势和功能。

 

由于 XeF2是一种干气相蚀刻，因此在通过小孔或狭窄空间进行蚀刻时，不存在与表面张力或气泡相关的问题。XeF2已用于蚀刻直径小至25nm的通孔。同样，XeF2避免了粘附问题，这些问题通常与湿法蚀刻工艺相关，湿法蚀刻工艺会在释放/干燥后导致永久性器件损坏。

 

随着MEMS变得越来越复杂，它们包含由多种或非标准材料制成的组件。没有其他各向同性蚀刻对这么多材料具有选择性。可以使用二氧化硅、氮化硅、聚合物以及大多数金属和电介质的任意组合来制造设备。

 

由于其选择性和出色的覆盖范围，XeF2可用于制作非常长的底切，而蚀刻停止层、掩模或器件层几乎没有或没有退化。例如，二氧化硅是一种非常流行的掩模材料，其Si:oxide选择性 >1,000:1。二氧化硅掩模已用于实现非常长的底切（远超过 100µm，见图 1）并保护极小或极薄的设备（尺寸小于 30nm）。

图 1 使用非常薄的 XeF2氧化物掩模层在硅微镜下形成非常长的底切 

 

XeF2对不同材料的高选择性使设计人员能够轻松地加入蚀刻停止或使用现有的掩埋结构作为蚀刻停止以进行底切。由于几乎不会对蚀刻停止或被释放的设备造成影响，因此可以在不损坏的情况下进行过蚀刻。这意味着由于未释放和过度蚀刻的设备而导致的产量损失可以减少到零。

 

低成本光刻胶可用作扩展蚀刻的经济高效掩模，因为 XeF2在聚合物上的附着力极小。类似地，XeF2不会侵蚀聚合物钝化层，该聚合物钝化层保留在使用深反应离子蚀刻 (DRIE) 创建的孔或沟槽的侧壁上。此特性可用于在硅晶片的垂直沟槽或孔的底部创建管或圆形空腔（见图 2）。

图 2 C 4 F 8钝化层用于掩蔽 DRIE 的侧面

 

XeF2不会腐蚀大多数通常用于包装或晶圆切割的材料。因此，XeF2可以通过将MEMS器件的发布延迟到切割或封装插入和引线键合之后来提高产量。XeF2已成功用于在切割框架上的切割晶圆和封装内的芯片上释放MEMS器件。