由于微機電系統（MEMS）產品的三維（3D）結構及其與生俱來的機械特性，制造MEMS器件面臨著獨特的挑戰。此類產品需要特定的微機械結構，以便實現包括振動、旋轉或其他動作類型的MEMS功能（圖1）。為此，MEMS制造工藝流程要求在傳統的半導體器件制造工藝流程中增加一個維度（高度），因為傳統的工藝僅用于制造平面型電子器件。
圖1 MEMS器件的獨特工藝挑戰——在傳統平面型器件工藝流程中增加一個維度（高度）
氣相蝕刻通常是MEMS首選工藝，因為與濕法蝕刻相比，氣相蝕刻更為可控。這種優勢依賴于對MEMS制造工藝變量的深入了解，這也是memsstar的工藝設備優勢。
水與醇催化劑
圖2 HF蝕刻反應
在MEMS器件制造過程中，采用HF刻蝕SiO?非常常見。蝕刻反應需要水或醇類催化劑的作用。memsstar研究人員發現，當采用水或醇類（乙醇是醇基系統中最常用的工藝催化劑）催化劑時，為達到穩定的刻蝕速率，以水為催化劑時的刻蝕條件比使用醇催化劑時更為寬松。通常，醇類物質會吸收部分反應生成的水，因此需要更苛刻的蝕刻條件且只能提供低水平的蝕刻性能。所以，建議使用水作為工藝催化劑，以獲得更高的蝕刻速率和更好的工藝性能。
圖3 利用HF氣相蝕刻SiO?的理想和非理想反應機理
通過在高H?O蒸氣濃度中或在沒有醇類吸收H?O反應副產物的情況下，利用理想反應HF2?的形成，更容易與氧化物界面發生與HF2?的氫鍵結合。這種氫鍵的形成可以更有效的引發蝕刻。這種反應機理還可以用于增強氧化膜與其他材料（例如氮化硅）之間的選擇性。
工藝壓力
按照蝕刻反應機理，在工藝反應室內，可以利用反應副產物之一的氣態水（H?O）進一步向工藝流程輸送水，并最大程度地提升蝕刻速率。最佳方法是延長反應生成的水蒸氣的停留時間，而實現這一過程的最主要方法是壓力控制。鑒于特定類型的氧化膜蝕刻在不同的工藝壓力下發生，因此這是控制蝕刻工藝的首要技術。
工藝壓力同樣影響著選擇性，工藝壓力偏高時，在氧化膜和氮化膜之間的選擇余地將大大減少。該損失歸因于反應氣體停留時間的延長及產生的副產物，如SiFx分子。反應室內這些副產物停留時間的增加將導致氮化膜蝕刻速率較之氧化膜更快。通過保持較低的壓力，蝕刻速率可以得到進一步控制，并且可以使反應物的停留時間更短。由此在蝕刻氧化膜時，可以降低氮化膜所受到的影響。
氣體流量
當HF流量增加時，相對于HF，可用的H?O相對減少，因此HF的解離度也下降了。這將導致反常現象：添加更多的蝕刻物質HF，實際上反而會減慢蝕刻過程。許多用戶習慣于添加更多的蝕刻物質加速蝕刻過程，但是HF工藝恰好相反。
H?O流量的增加遵循更常規的原理。添加更多的工藝催化劑可以加快HF解離，從而更輕易地引發和維持蝕刻。如果提供的流量過高，則蝕刻速率最終將由工藝本身產生的H?O決定。這樣，蝕刻中產生的H?O量也很大。這將影響蝕刻開始及過程中的蝕刻性能。在memsstar氧化物蝕刻系統中，HF流和H?O流的壓力控制共同作用。用戶可以將二者視為一系列相互關聯的因素，輕松地調控這些條件以針對其特定器件選擇合適的穩定工藝，并且此過程具有不斷可重復的優點。
總之，memsstar可以幫助您把握工藝變量，如催化劑選擇、工藝壓力和氣體流量等，并幫助您充分掌控您的MEMS vHF工藝。
