MEMS中PZT鐵電材料的霧化濕法刻蝕技術(shù)研究.pdf

1、鋯鈦酸鉛(PZT)薄膜具有優(yōu)異的壓電性能，是微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域中一種重要的傳感和驅(qū)動(dòng)材料，在制備微傳感器和微驅(qū)動(dòng)器器件中具有廣泛的應(yīng)用。微圖形化是PZT薄膜應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一，微圖形的轉(zhuǎn)化精度將直接影響到器件的性能。 目前，PZT鐵電薄膜微圖形化方法主要有三類：干法刻蝕、濕法刻蝕以及與PZT薄膜sol-gel制備相結(jié)合的微圖形化法。干法刻蝕包括反應(yīng)離子刻蝕、離子束刻蝕和等離子刻蝕等，刻蝕后橫向側(cè)蝕極小、圖形轉(zhuǎn)化精度高

2、，但對(duì)光刻膠掩膜和底電極Pt的選擇性差，刻蝕速率低(10-32nm/min)，且設(shè)備昂貴，刻蝕后易形成污染。新近發(fā)展起來的與PZT薄膜sol-gel制備相結(jié)合的微圖形化法減少了工藝步驟，且不影響鐵電薄膜的特性，但結(jié)果不夠理想，需要進(jìn)一步探索。濕法刻蝕實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單、成本低、對(duì)光刻膠和襯底的選擇性好、刻蝕速率快，適合于MEMS中PZT厚膜及塊體材料的刻蝕，減小微圖形的橫向側(cè)蝕是MEMS中PZT材料濕法刻蝕技術(shù)研究的重點(diǎn)。 本論文改變

3、了傳統(tǒng)的浸入濕法刻蝕方式，將霧化技術(shù)引入到濕法刻蝕中。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，設(shè)計(jì)制作了霧化濕法刻蝕裝置，并在此基礎(chǔ)上詳細(xì)分析了霧化濕法刻蝕的化學(xué)反應(yīng)原理及物理作用過程。通過對(duì)PZT薄膜樣品的霧化濕法刻蝕實(shí)驗(yàn)，將微圖形的側(cè)蝕比從原來的1.5∶l降低為0.5∶1，刻蝕速率從原來的0.016μm/sec提高到了0.028μm/sec，并減少了工藝步驟，提高了實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性和可操作性，得到的PZT微圖形干凈無殘留物。實(shí)驗(yàn)表明，該工藝可用于MEMS領(lǐng)域中