本研究通過我們?nèi)A林科納對使用液體二氧化碳和超臨界二氧化碳進(jìn)行蝕刻和沖洗工藝的各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇合適的共溶劑，獲得最佳的工藝條件，以提高工藝效率和生產(chǎn)率。通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)證實(shí)丙酮是有效的，并作為本研究中mems晶圓蝕刻的蝕刻溶液，以液體二氧化碳為溶劑，以丙酮為蝕刻溶液，這兩種組分混合不均勻，呈相分離現(xiàn)象，下層的液體二氧化碳干擾了蝕刻過程中丙酮與毫米晶片的接觸，沖洗和干燥后的效果不佳。根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)條件下的結(jié)果，建立了以超臨界二氧化碳為溶劑、丙酮為蝕刻溶液、甲醇為沖洗溶液處理MEMS-晶圓的最佳工藝。

通過調(diào)節(jié)溫度和壓力，可以表現(xiàn)出與液體相同的密度，因此在洗凈工藝時對污染物的溶解能力很好，從而表現(xiàn)出優(yōu)秀的洗凈效率； 即使在干燥過程中，對于超臨界流體，表面張力接近于零，清潔液沒有從液體到氣體的相變，不會發(fā)生毛細(xì)管力引起的結(jié)構(gòu)粘著。

為了改善這種情況，我們使用了蝕刻液， 設(shè)計(jì)的工藝是將清潔液單獨(dú)注入容器中，讓超臨界流體通過蝕刻液或清潔液容器，使蝕刻液及清潔液與助溶劑作用，完成蝕刻、清潔及干燥工序。 由于不是在有機(jī)溶劑中浸泡晶片，預(yù)計(jì)粘結(jié)的可能性將大大降低，蝕刻液和清潔液的使用量預(yù)計(jì)將減少。

對于上述超臨界二氧化碳的干法清潔工藝，可以實(shí)現(xiàn)晶片結(jié)構(gòu)的無粘著干燥， 可以解決以往使用的高價(jià)超純和化學(xué)溶劑使用量的降低帶來的環(huán)境污染問題和經(jīng)濟(jì)問題。 不僅如此，在今后具有30nm級以下微結(jié)構(gòu)物的新一代半導(dǎo)體清潔、干燥技術(shù)中，將成為重要技術(shù)。

本研究對傳統(tǒng)的連續(xù)式工藝進(jìn)行了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)利用超臨界二氧化碳對MEMS晶片的粘結(jié)及生產(chǎn)率的提高。 與現(xiàn)有工藝一樣，用于消除犧牲層的蝕刻用共溶劑有:丙酮； 采用了異丙醇(IPA)或IPA+丙酮溶液，并采用丙酮、IPA或甲醇作為清潔共溶劑，將溶解在蝕刻液中的犧牲層從MEMS晶片中去除。利用各不同型號的全系發(fā)射型掃描顯微鏡，JEOL公司，JSM-7500F，J SM-6390，對清潔和干燥后MEMS晶片進(jìn)行了分析。

實(shí)驗(yàn)使用的二氧化碳純度為99.5%，蝕刻用公用劑丙酮、IPA以及清潔用公用劑甲醇采用99.9%以上的半導(dǎo)體用高純度產(chǎn)品。 結(jié)構(gòu)是一種薄而高寬比大的懸臂梁形式的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與晶片基板之間的高度為1.5微米，結(jié)構(gòu)的最大高寬比約為500左右，共有4種形態(tài)模式。 犧牲層是***，實(shí)驗(yàn)中利用Dyamond切割機(jī)將晶片切割成1cm x 1cm使用，蝕刻和清潔用溶劑和液體二氧化碳（L-CO2）使用超臨界二氧化碳（ScCO2）對MEMS晶片進(jìn)行蝕刻、清潔干燥的工藝度為圖1顯示。

本研究利用的MEMS-wafer蝕刻液，甲醇、IPA、乙醇無效，而丙酮有效，可見在蝕刻后不清洗的情況下，晶片表面存在異物，需要清洗,如果使用液態(tài)二氧化碳，則與丙酮混合不充分，阻礙蝕刻，以清潔,干燥后未取得良好結(jié)果，但可知蝕刻時應(yīng)利用超臨界二氧化碳，證實(shí)甲醇作為清潔液有效,此外,蝕刻液證實(shí)丙酮的實(shí)驗(yàn)初期用量為465ml（烘干機(jī)的70%），但丙酮量為220ml時也沒有蝕刻問題； 以清潔液、甲醇為例，經(jīng)初始465ml至150ml使用后，發(fā)現(xiàn)不發(fā)生粘著,根據(jù)上述結(jié)果和進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，將丙酮作為超臨界流體和蝕刻用的共溶劑； 建立了用甲醇作為清潔用溶劑處理MEMS-wafer的最佳工藝，并以該工藝條件實(shí)現(xiàn)了蝕刻、清潔、干燥的連續(xù)工藝得到不粘結(jié)的MEMS-wafer。

審核編輯：符乾江