MEMS工艺中粘附层如何选择

本文我们介绍薄膜淀积工艺评价指标：粘附力。薄膜粘附性直接影响产品的性能和寿命，提高薄膜粘附性是薄膜工艺重点要考虑的问题。

图 不同金属在不同膜层上的粘附力定性描述示意图

粘附力一般只存在于金属和介质层或金属与聚合物之间，在实际MEMS加工中，通常要在其中的界面处淀积一层粘附层提高附着力。

大部分金属材料可以直接附着在硅上; 金、铜、铂与二氧化硅、氮化硅和聚酰亚胺的附着力较差。这里有人会问什么样的材料可以作为粘附层使用呢？目前可以使用的黏附层材料为Ti、Cr和TiW。这几种材料可以作为粘附层使用是因为，它们更容易氧化，淀积过程中下表面氧化与下层介质层或聚合物层形成共价键，形成晶格匹配，从而提高粘附力。

Al在硅、二氧化硅、氮化硅和聚酰亚胺粘附力都是好的，为什么不能用作粘附层？第一，是因为Al存在电迁移和热迁移，薄层Al容易迁移到其它膜层造成孔洞，带来可靠性问题；第二，Al和其氧化硅具有双性特性，酸和碱都可以对它们造成腐蚀。

图 CMOS工艺TiW作为Al的黏附层

Ti、Cr和TiW经常用作非常薄（5-20 nm）的粘附层，用于对硅、二氧化硅和氮化硅粘附性较差的金属。那Ti、Cr和TiW这三种可以任意选择吗？答案是否定的。在MEMS工艺中，对于Ti和Cr的选择，主要考虑的是膜层之间的匹配。例如，在后续需要用到HF、BOE或氨水+双氧水的腐蚀，就不能采用Ti作为粘附层。再例如，在需要调控应力，需要比较Cr（σ≈1000MPa）和Ti（σ≈500MPa）对整体芯片膜层结构的影响。另外，在玻璃和石英衬底上使用Cr做粘附层效果更好。TiW比Ti，除了更好的粘附性，还具有耐高温、耐腐蚀性和扩散系数低的特性，在CMOS工艺中Al作为重布线使用，TiW既作为粘附层，也是阻挡层。