類金剛石薄膜的反應(yīng)離子刻蝕實驗

2009-03-07 吳衛(wèi)東中國工程物理研究院激光聚變研究中心

　在微機電系統(tǒng)(MEMS) 中,利用微電子行業(yè)中的硅集成電路工藝和技術(shù)來制備硅基微型化傳感器執(zhí)行器以及微結(jié)構(gòu),在生命科學(xué)、汽車工業(yè)、航空航天、國防等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但硅基的微運動部件摩擦力較大,對扭矩的消耗較大,由此造成的磨損降低了部件的可靠性和使用壽命。類金剛石薄膜(diamond2like carbon films,DLC)是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦凸δ懿牧?具有硬度高、導(dǎo)熱性能好、摩擦系數(shù)小、耐磨損、耐腐蝕的特點,可在室溫下制備,能沉積在包括低熔點在內(nèi)的幾乎所有基底上。在MEMS 領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景,引起了科技工作者的廣泛興趣。

由于類金剛石薄膜具有極高的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性,使其難以用常規(guī)的方法進行加工。目前國內(nèi)外存在類金剛石薄膜圖形化的方法有:選擇性生長、模型復(fù)制、激光刻蝕和等離子刻蝕。前三種方法都存在各種難以克服的困難,如選擇性生長由于是各向同性生長,微結(jié)構(gòu)的精度受到限制,尤其在生長較厚的微結(jié)構(gòu)時,常會出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象;模型復(fù)制通常要破壞基體,與其它部分集成也有一定難度,后續(xù)加工也依賴于其它微加工技術(shù),用途有限;激光刻蝕容易使金剛石薄膜發(fā)生石墨化,制備出微結(jié)構(gòu)的性能降低,而且完全做到既刻蝕掉目標(biāo)位置的類金剛石薄膜又不損傷基體和留下的微結(jié)構(gòu)是當(dāng)前一個題。等離子體刻蝕類金剛石薄膜存在很大優(yōu)勢,利用低能活性氧離子與碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進行類金剛石薄膜圖形化,具有刻蝕率高、對基體損傷小的優(yōu)點。基于此,本文對電子回旋共振(electron cyclotronresonance,ECR) 微波反應(yīng)離子刻蝕類金剛石薄膜進行研究,研究了主要工藝參數(shù)對刻蝕率的影響,刻蝕出結(jié)構(gòu)完整、失真度小、獨立的微齒輪,并進行了組裝。

本實驗在ECR 微波反應(yīng)離子刻蝕機上進行(如圖1 示) ,該設(shè)備采用2145GHz 微波,外加磁場在ECR 區(qū)為B = 010875T,具有高的穩(wěn)定性和電離率。

圖1 　電子回旋共振微波等離子體反應(yīng)裝置

樣品制備工藝(如圖2 所示) :用丙酮和去離子水超聲波清洗干凈硅片后,用紅外燈烘干,利用LPP2CVD 方法制備類金剛石薄膜,然后利用磁控濺射在類金剛石膜上鍍鋁膜作為掩護層,再在上面甩一層光刻膠,經(jīng)光刻、化學(xué)腐蝕,把微圖形轉(zhuǎn)移到Al掩膜上,再用反應(yīng)離子刻蝕,形成所需的類金剛石薄膜微結(jié)構(gòu),最后腐蝕硅片,得到“獨立”的微器件,并進行組裝。