类金刚石薄膜的反应离子刻蚀实验
在微机电系统(MEMS) 中,利用微电子行业中的硅集成电路工艺和技术来制备硅基微型化传感器执行器以及微结构,在生命科学、汽车工业、航空航天、国防等领域得到广泛应用。但硅基的微运动部件摩擦力较大,对扭矩的消耗较大,由此造成的磨损降低了部件的可靠性和使用寿命。类金刚石薄膜(diamond2like carbon films,DLC)是一种极具发展潜力的新型功能材料,具有硬度高、导热性能好、摩擦系数小、耐磨损、耐腐蚀的特点,可在室温下制备,能沉积在包括低熔点在内的几乎所有基底上。在MEMS 领域有广阔的应用前景,引起了科技工作者的广泛兴趣 。
由于类金刚石薄膜具有极高的硬度和化学稳定性,使其难以用常规的方法进行加工。目前国内外存在类金刚石薄膜图形化的方法有:选择性生长、模型复制、激光刻蚀和等离子刻蚀。前三种方法都存在各种难以克服的困难,如选择性生长由于是各向同性生长,微结构的精度受到限制,尤其在生长较厚的微结构时,常会出现粘结现象;模型复制通常要破坏基体,与其它部分集成也有一定难度,后续加工也依赖于其它微加工技术,用途有限;激光刻蚀容易使金刚石薄膜发生石墨化,制备出微结构的性能降低,而且完全做到既刻蚀掉目标位置的类金刚石薄膜又不损伤基体和留下的微结构是当前一个题。等离子体刻蚀类金刚石薄膜存在很大优势,利用低能活性氧离子与碳发生化学反应进行类金刚石薄膜图形化,具有刻蚀率高、对基体损伤小的优点。基于此,本文对电子回旋共振(electron cyclotronresonance,ECR) 微波反应离子刻蚀类金刚石薄膜进行研究,研究了主要工艺参数对刻蚀率的影响,刻蚀出结构完整、失真度小、独立的微齿轮,并进行了组装。
本实验在ECR 微波反应离子刻蚀机上进行(如图1 示) ,该设备采用2145GHz 微波,外加磁场在ECR 区为B = 010875T,具有高的稳定性和电离率 。
图1 电子回旋共振微波等离子体反应装置
样品制备工艺(如图2 所示) :用丙酮和去离子水超声波清洗干净硅片后,用红外灯烘干,利用LPP2CVD 方法制备类金刚石薄膜,然后利用磁控溅射在类金刚石膜上镀铝膜作为掩护层,再在上面甩一层光刻胶,经光刻、化学腐蚀,把微图形转移到Al掩膜上,再用反应离子刻蚀,形成所需的类金刚石薄膜微结构,最后腐蚀硅片,得到“独立”的微器件,并进行组装。
图2 样品制备工艺
利用AlphaStep2500 型台阶仪测量薄膜的刻蚀深度,用扫描电境(LEQ2S440) 和6JA 干涉显微镜测量微齿轮的形貌和尺寸,由于类金刚石薄膜的导电性较差,用SEM测量时,做了喷金处理。
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