微纳加工的六大核心工艺

1. 腐蚀工艺

技术分类

• 湿法腐蚀
  ▶ 原理：液态化学试剂与材料发生化学反应
  ▶ 特点：各向同性（HF/HNO₃）或各向异性（KOH/TMAH）
  ▶ 典型应用：V 型槽（<100> 硅片 KOH 蚀刻）、微通道
  ▶ 优势：低成本、高选择比
  ▶ 局限：受晶向限制、难以控制侧向腐蚀
• 干法刻蚀
  ▶ 原理：等离子体物理轰击 + 化学气相反应
  ▶ 分类：
  ・RIE（反应离子刻蚀）：化学主导
  ・DRIE（深反应离子刻蚀）：Bosch 工艺实现高深宽比
  ▶ 典型应用：高深宽比沟槽（MEMS 加速度计）、垂直电极
  ▶ 优势：高精度、可控性强
  ▶ 局限：设备成本高、存在等离子体损伤

2. 键合技术

核心工艺

• 硅 - 玻璃键合
  ▶ 阳极键合：
  ・条件：300-500℃，1000-2000V
  ・机制：玻璃中 Na⁺迁移形成静电键合
  ・应用：微流控芯片密封、压力传感器腔体
• 硅 - 硅键合
  ▶ 直接键合：
  ・步骤：表面活化→亲水键合→高温退火（1000℃）
  ・机制：Si-O-Si 共价键形成
  ・应用：SOI 晶圆制备、三维微结构集成
• 金属键合
  ▶ 共晶键合：Au-Si 共晶（363℃）实现气密性封装

3. 光刻技术

工艺流程图

涂胶 → 前烘 → 曝光 → 显影 → 坚膜 → 刻蚀 → 去胶

关键技术

• 曝光方式：
  ・接触式（分辨率 < 1μm）
  ・投影式（步进扫描，分辨率 0.1μm）
  ・EUV（极紫外，7nm 以下）
• 光刻胶类型：
  ・正胶（曝光区溶解）
  ・负胶（未曝光区溶解）

4. 氧化工艺

生长机制对比

5. 扩散工艺

杂质分布模型

• 恒定表面源扩散
  ▶ 分布曲线：余误差函数（误差函数互补）
  ▶ 典型场景：PN 结形成（磷扩散）
• 限定源扩散
  ▶ 分布曲线：高斯函数
  ▶ 典型场景：浅结制备（硼扩散）

6. 溅射沉积

与蒸发对比

协同应用案例

1. 氧化：生长 SiO₂作为掩膜

2. 光刻：定义扩散窗口

3. 扩散：硼扩散形成压敏电阻

4. 腐蚀：KOH 各向异性蚀刻形成硅膜片

5. 键合：硅 - 玻璃键合封装腔体

6. 溅射：淀积金属引线

技术发展趋势

1. 腐蚀：激光辅助蚀刻突破晶向限制

2. 键合：室温键合技术（如金 - 金热压键合）

3. 光刻：纳米压印技术降低成本

4. 氧化：原子层沉积（ALD）实现纳米级厚度控制

5. 扩散：离子注入替代高温扩散（减少热预算）

6. 溅射：磁控溅射提升薄膜均匀性