文章來源：芯學知

原文作者：芯啟未來

本文介紹了金屬鉻（Cr）在微機電系統領域中的應用。

在微機電系統（MEMS）領域，金屬鉻（Cr）因其獨特的物理化學性質和工藝兼容性而被廣泛應用。其物理化學性質表現為：具有較高的熔點約1907°C，良好的機械強度和硬度，楊氏模量范圍在190–230GPa之間，優異的化學穩定性，尤其在空氣中能形成致密的氧化鉻鈍化層而抗腐蝕，以及對多種襯底，如硅、二氧化硅、玻璃襯底，展現出極佳的黏附力。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，包括蒸發和磁控濺射。蒸發速度快，成本相對較低，但形成的薄膜臺階覆蓋性通常較差，且可能包含較多缺陷導致應力控制困難。磁控濺射則更為常用，它能提供更好的薄膜均勻性、可控的應力水平以及顯著改善的臺階覆蓋性。鉻膜通常呈現壓應力狀態，且本征應力常常到GPa級別，通常通過工藝優化（如調節濺射氣壓、偏壓、退火），應力可控制在-500MPa（拉應力）至+1GPa（壓應力） 之間。

圖Cr作為玻璃基底沉積Au的黏附層

在MEMS器件中，鉻的典型應用主要基于其核心特性：優異的黏附性和化學穩定性使其成為不可替代的黏附層，廣泛應用于金（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質的硬掩模材料，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（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域，但被鉻層阻擋。

Cr的厚度根據其在MEMS中的功能靈活設計，作為黏附層厚度為10-50nm，過厚（>50nm）可能增加界面應力或降低電導率；作為硬掩膜厚度為100-300nm，需根據腐蝕深度，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，需保證高光學密度。