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本研究通過我們華林科納對使用液體二氧化碳和超臨界二氧化碳進行蝕刻和沖洗工藝的各種實驗結果，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率。通過基礎實驗證實丙酮是有效的，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。根據不同實驗條件下的結果，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)生毛細管力引起的結構粘著。
為了改善這種情況，我們使用了蝕刻液， 設計的工藝是將清潔液單獨注入容器中，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。 由于不是在有機溶劑中浸泡晶片，預計粘結的可能性將大大降低，蝕刻液和清潔液的使用量預計將減少。
對于上述超臨界二氧化碳的干法清潔工藝，可以實現(xiàn)晶片結構的無粘著干燥， 可以解決以往使用的高價超純和化學溶劑使用量的降低帶來的環(huán)境污染問題和經濟問題。 不僅如此，在今后具有30nm級以下微結構物的新一代半導體清潔、干燥技術中，將成為重要技術。
本研究對傳統(tǒng)的連續(xù)式工藝進行了改進實驗，確認利用超臨界二氧化碳對MEMS晶片的粘結及生產率的提高。 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晶片進行了分析。
實驗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%以上的半導體用高純度產品。 結構是一種薄而高寬比大的懸臂梁形式的結構，結構與晶片基板之間的高度為1.5微米，結構的最大高寬比約為500左右，共有4種形態(tài)模式。 犧牲層是***，實驗中利用Dyamond切割機將晶片切割成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果，但可知蝕刻時應利用超臨界二氧化碳，證實甲醇作為清潔液有效,此外,蝕刻液證實丙酮的實驗初期用量為465ml（烘干機的70%），但丙酮量為220ml時也沒有蝕刻問題； 以清潔液、甲醇為例，經初始465ml至150ml使用后，發(fā)現(xiàn)不發(fā)生粘著,根據上述結果和進一步的實驗，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，并以該工藝條件實現(xiàn)了蝕刻、清潔、干燥的連續(xù)工藝得到不粘結的MEMS-wafer。
審核編輯：符乾江
工商網監(jiān)
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