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【2h】

Deep Reactive Ion Etching of Z-Cut Alpha Quartz for MEMS Resonant Devices Fabrication

机译：用于MEMS谐振装置制造的Z-Cutα石英的深反应离子蚀刻

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摘要

Quartz is widely used in microelectromechanical systems (MEMS). Especially, MEMS quartz resonators are applied to sensors and serve as sensitive elements. The capability of deep etching is a limitation for the application. Presented in this paper is a deep and high accuracy reactive ion etching method applied to a quartz resonator etching process with a Cr mask. In order to enhance the capability of deep etching and machining accuracy, three kinds of etching gas (C F /Ar, SF /Ar and SF /C4F /Ar), bias power, inductively coupled plasma (ICP) power and chamber pressure were studied in an industrial reactive ion etching machine (GDE C200). Results indicated that the SF /C F /Ar chemistry gas is the suitable and optimal choice. Experiment results indicate that Cr (chromium) mask can obtain a higher selectivity than aluminum and titanium mask. A “sandwich” structure composed of Al layer-Cr layer-Al layer-Cr layer was proposed. The Al (aluminum) film can play the role of releasing stress and protecting gold electrodes, which can enhance the thickness of metal mask. An optimized process using SF /C F /Ar plasmas showed the quartz etching rate of 450 nm/min. Meanwhile, a microchannel with a depth of 75.4 µm is fabricated, and a nearly vertical sidewall profile, smooth surface is achieved.
机译：石英广泛用于微机电系统（MEMS）。特别地，MEMS石英谐振器应用于传感器并用作敏感元件。深度蚀刻的能力是对应用的限制。本文介绍，是一种深度高精度的反应离子蚀刻方法，其应用于具有CR掩模的石英谐振器蚀刻工艺。为了提高深度蚀刻和加工精度的能力，研究了三种蚀刻气体（CF / Ar，SF / AR和SF / C4F / AR），偏置功率，电感耦合等离子体（ICP）功率和腔室压力工业反应离子蚀刻机（GDE C200）。结果表明，SF / C F / Ar化学气体是合适且最佳的选择。实验结果表明Cr（铬）掩模可以获得比铝和钛掩模更高的选择性。提出了由Al层Cr层-Al层Cr层组成的“夹层”结构。 Al（铝）膜可以起到释放应力和保护金电极的作用，这可以增强金属掩模的厚度。使用SF / C F / AR等离子体的优化过程显示了450nm / min的石英蚀刻速率。同时，制造深度为75.4μm的微通道，实现了几乎垂直的侧壁轮廓，实现了光滑的表面。

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