文章來源：芯學(xué)知

原文作者：芯啟未來

本文介紹了金屬鉻（Cr）在微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

在微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）領(lǐng)域，金屬鉻（Cr）因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和工藝兼容性而被廣泛應(yīng)用。其物理化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為：具有較高的熔點(diǎn)約1907°C，良好的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，楊氏模量范圍在190–230GPa之間，優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，尤其在空氣中能形成致密的氧化鉻鈍化層而抗腐蝕，以及對(duì)多種襯底，如硅、二氧化硅、玻璃襯底，展現(xiàn)出極佳的黏附力。這些特性使其成為MEMS中重要的功能材料和工藝輔助材料。

Cr在MEMS中的沉積主要依賴物理氣相沉積（PVD）技術(shù)，包括蒸發(fā)和磁控濺射。蒸發(fā)速度快，成本相對(duì)較低，但形成的薄膜臺(tái)階覆蓋性通常較差，且可能包含較多缺陷導(dǎo)致應(yīng)力控制困難。磁控濺射則更為常用，它能提供更好的薄膜均勻性、可控的應(yīng)力水平以及顯著改善的臺(tái)階覆蓋性。鉻膜通常呈現(xiàn)壓應(yīng)力狀態(tài)，且本征應(yīng)力常常到GPa級(jí)別，通常通過工藝優(yōu)化（如調(diào)節(jié)濺射氣壓、偏壓、退火），應(yīng)力可控制在-500MPa（拉應(yīng)力）至+1GPa（壓應(yīng)力） 之間。

圖Cr作為玻璃基底沉積Au的黏附層

在MEMS器件中，鉻的典型應(yīng)用主要基于其核心特性：優(yōu)異的黏附性和化學(xué)穩(wěn)定性使其成為不可替代的黏附層，廣泛應(yīng)用于金（Au）、鉑（Pt）等貴金屬電極或互連線與硅、二氧化硅、氮化硅等基底之間，顯著提高這些功能層的附著力和可靠性。其次，其良好的抗蝕性使其成為優(yōu)質(zhì)的硬掩模材料，在深硅刻蝕或玻璃襯底的濕法刻蝕工藝中作為掩膜。第三，Cr的生物相容性和化學(xué)惰性也使其適用于某些生物MEMS器件的電極或表面功能化層。最后，在光刻掩模版中，由透明基板和不透明的鉻（Cr）薄膜組成，Cr層作為遮光層，在曝光過程中，特定波長(zhǎng)（如G-line, I-line, DUV, EUV）的光線照射到掩模版上，光線可以透過沒有鉻覆蓋的石英區(qū)域，但被鉻層阻擋。

Cr的厚度根據(jù)其在MEMS中的功能靈活設(shè)計(jì)，作為黏附層厚度為10-50nm，過厚（>50nm）可能增加界面應(yīng)力或降低電導(dǎo)率；作為硬掩膜厚度為100-300nm，需根據(jù)腐蝕深度，確保厚度足以阻擋刻蝕劑；作為光刻掩模版厚度為70-100nm，阻擋紫外光，需保證高光學(xué)密度。