PVD溅射技术在MEMS器件制作中的应用

　　物理气相沉积( PVD ) 作为微机电系统( MEMS) 薄膜加工工艺中的一种重要加工方法, 是体加工( 如刻蚀等) 技术和复合膜加工技术的基础.PVD 技术借助加热和粒子撞击等物理方法, 使金属挥发或离子化, 借以在基材上得到所要求的金属或化合物. 溅射沉积的薄膜致密度高, 与衬底的粘附性好, 薄膜的成分与靶材具有较好的一致性[ 1] .PVD 溅射过程可良好受控, 适应于沉积所有材料:金属、合金、半导体和绝缘材料等. 溅射过程可分为:RF 溅射、DC 溅射和DC 磁控管溅射等. 上述三种溅射可被用于金属溅射; 对于绝缘材料, 脉冲DC 反应溅射经常被应用; 合金也能通过在反应的环境中溅射金属被沉积[ 2] .

　　1 PVD 原理及各主要工艺参数

　　1. 1 溅射原理简介

　　溅射沉积时, 靶材( 纯度99. 99% [ 3] ) 被电离的高能粒子轰击, 电离的粒子传递能量给靶材表面的原子( 或分子) , 以至于使接受到足够能量的原子被溅射出来. 溅射的原子扩散到相邻的基片表面, 沉积成薄膜. 实验采用北京创微纳公司JS3X-100B 型溅射台, 如图1 所示. 将溅射气体通入真空反应室, 加在电极板上的直流( 或射频) 电场使溅射气体被激发而产生高能的电子和活性离子, 电离的粒子传递能量给靶材表面的原子并使之溅射出来. 溅射的靶材原子扩散到相邻的基片表面, 沉积成薄膜.

　　1. 2 PVD主要工艺参数

　　对PVD 溅射技术而言薄膜的沉积速率的控制是非常重要而复杂的, 因为在时间一定时, 薄膜厚度由速率决定, 并且沉积速率的大小对薄膜的表面质量大有影响. 影响沉积速率的主要因素有溅射功率、反应室的工作压强和溅射气体的流速等.笔者正从事冲击片雷管的关键部件—— 爆炸箔的MEMS 加工工艺研究. 由于铜具有优良的溅射沉积性能[ 4] 和电爆性能[ 5] , 本文的实验都是围绕铜材爆炸箔的溅射工艺展开. 在微晶玻璃基片光刻加工出爆炸箔的掩膜图形是溅射的前道工序. 清洁光滑的基片表面和好的光刻模板是沉积合格爆炸箔的基础. 要求爆炸箔表面致密、光滑, 与基底黏附性好, 去胶彻底而不影响爆炸箔完整. 实验采用高纯Ar 气( 99. 999%) 作为溅射气体, 研究了不同工艺参数下Cu 膜的沉积速率的变化情况, 通过优化工艺参数加工出了合格( 厚度E 5 um、电阻≤0. 5欧 ) 的爆炸箔.

　　2 实验与结果

　　2. 1 工艺流程设计

　　溅射镀膜是一项多步骤的工作, 图2 列出了根据工艺要求设计出的工艺流程图. 实际上, 整个制作过程还牵涉到许多其它的工艺步骤, 例如清洗、烘干、镜检等, 这里不一一列举. 其主要工艺流程是: 制作掩膜板、甩胶→光刻( 曝光) →显影→溅射→去胶,详细流程见图2.