# MEMS 释放粘连与图形坍塌：成因与超临界干燥

> MEMS释放粘连（stiction）与高深宽比图形坍塌的成因，五种防粘连做法对比，湿法释放后超临界CO2干燥的四个步骤，以及晶圆级干燥的洁净、载具与追溯要求。

- 网页：https://www.kimax-cpd.com/articles/mems-release-stiction.html
- 更新：2026-11-02

## MEMS 释放粘连与图形坍塌：成因与超临界干燥

湿法释放或清洗之后，冲洗液在结构之间蒸发，毛细力会把悬臂梁拉到基底上，把相邻的高深宽比线条拉到一起。超临界 CO₂ 干燥先把冲洗液换成液态 CO₂，再越过临界点、以气态排出，结构在整个干燥过程中不受界面拉力。

北京世安科林 · KiMax 极境 · 2026-11-02

- **两种失效**：释放粘连（stiction）、图形坍塌
- **冲洗液路径**：水 → IPA 或乙醇 → 液态 CO₂ → 超临界 CO₂ → 气态 CO₂
- **全程要求**：从冲洗到进仓，芯片和晶圆表面不干

### 冲洗液蒸发时，毛细力把悬空结构拉向基底

表面微加工的 MEMS 器件，常用湿法腐蚀去掉牺牲层，例如用 HF 溶液腐蚀氧化硅，让悬臂梁、膜片和梳齿悬空。腐蚀后用水冲洗，再干燥。

干燥时，冲洗液退到结构与基底之间的窄缝里，形成弯月面。表面张力沿弯月面把结构拉向基底；结构一旦碰到基底，范德华力、氢键等表面力就把它粘住，液体干了也弹不回来。这就是释放粘连（release stiction）。

结构越软、间隙越小，越容易粘。悬臂梁的弯曲刚度与厚度的三次方成正比、与长度的三次方成反比：长度加倍，刚度只剩八分之一。长而薄、离基底只有一两微米的梁，最难干。

![图形化晶圆与裸MEMS悬臂梁样本](https://www.kimax-cpd.com/assets/images/app-mems-chips.webp)

### 高深宽比图形在干燥时相互拉拢

光刻胶线条、刻蚀出的硅柱和深槽，在冲洗干燥时会遇到同样的问题。相邻两条线之间的液面高度不一致时，两侧的毛细力不再平衡，净力把线条推向一侧；线条越高、间距越小，这个力越大，图形倒塌、彼此粘在一起。

![蒸发干燥中相邻微柱被拉拢粘连](https://www.kimax-cpd.com/assets/images/micro-evaporation-pillars.webp)

![超临界干燥后微柱保持直立、彼此分开](https://www.kimax-cpd.com/assets/images/micro-supercritical-pillars.webp)

图形尺寸进入百纳米以下后，倒塌限制了光刻胶能做到的深宽比。1990 年代末，Namatsu 等人用超临界 CO₂ 干燥做出了不倒塌的纳米级抗蚀剂图形，这条路线随后用于半导体湿法清洗后的干燥。

### 防止粘连，有五种常见做法

释放与清洗后防止粘连的常见做法

| 做法 | 原理 | 局限 |
| --- | --- | --- |
| 低表面张力溶剂 | 冲洗液换成 IPA 等溶剂后蒸干，毛细力约为水的三分之一 | 弯月面仍在，软结构照样会被拉下 |
| 升华干燥 | 换成叔丁醇等可升华溶剂，冻结后在真空中升华 | 要冷冻和真空，流程长 |
| 防粘涂层 | 在表面接枝疏水单分子层，降低粘附力 | 增加涂层工艺，涂层要与器件兼容 |
| 气相 HF 释放 | 用 HF 蒸气腐蚀牺牲层，不经过液体 | 只适用于氧化硅等牺牲层，反应生成的水要防止凝结 |
| 超临界 CO₂ 干燥 | 冲洗液换成液态 CO₂，越过临界点后以气态排出，不形成弯月面 | 需要高压设备，冲洗液要先换成 IPA 或乙醇 |

超临界 CO₂ 干燥不改变湿法工艺本身，只替换最后的干燥一步，适合已有湿法释放或清洗流程的器件。

### 湿法释放后的超临界干燥分四步

1. **释放与冲洗**：湿法腐蚀牺牲层后，用去离子水冲洗干净。
2. **换成 IPA 或乙醇**：水与 CO₂ 几乎不互溶，这一步不能省。多次换液，最后用无水溶剂。
3. **带液转移**：芯片或晶圆浸在溶剂里放进承载件，再转入预先加好溶剂的样品仓，表面始终不干。
4. **临界点干燥**：液态 CO₂ 慢充、置换溶剂，加热越过临界点，再保持加热匀速泄压。

慢充经微调阀缓慢进液，减小液流对悬空结构的冲击。晶圆之间、芯片之间要留出让 CO₂ 流过的间隙，溶剂才换得干净。每一步的作用和起始参数见[九步干燥程序](https://www.kimax-cpd.com/articles/critical-point-drying.html#program)。

### 晶圆级干燥还要管洁净、载具和追溯

- **洁净**：接液部件用 316L，流路带洁净过滤，过滤等级与晶圆工艺匹配。
- **载具**：KM-V8 配 8″ 晶圆提篮；KM-S 的晶圆与方形基板载具按工艺定制，单批片数随载具确定。
- **自动化与追溯**：KM-S 自动升降釜盖，闭盖后周向锁紧；配方、运行记录与报警日志按批次保存，可对接 MES 及现场系统。

![KM-S晶圆超临界干燥系统在洁净车间](https://www.kimax-cpd.com/assets/images/kms-cleanroom-nocart.webp)

### 芯片用 KM-P，晶圆用 KM-V 或 KM-S

芯片级样品和研发阶段的释放验证用 [KM-P](https://www.kimax-cpd.com/products/km-p.html)，桌面机身，样品仓 2.5–3.4″。8″ 晶圆和小批量工艺验证用 [KM-V](https://www.kimax-cpd.com/products/km-v.html)，KM-V8 为 8.5″ × 32 mm 标准仓，工作压力 0–2000 psi。8/12″ 晶圆、方形基板和洁净产线用 [KM-S](https://www.kimax-cpd.com/products/km-s.html)，13″ 级高压仓，工作压力 0–3500 psi。

### 视频讲解

- [1:28 三个关键 · 01 样品笼与装样方式](https://www.kimax-cpd.com/assets/video/drying-key-01-sample-cage.mp4)
- [1:28 三个关键 · 03 临界点与泄压控制](https://www.kimax-cpd.com/assets/video/drying-key-03-critical-point.mp4)

### 常见问题

#### 什么是MEMS释放粘连？

牺牲层腐蚀释放后，冲洗液在悬空结构与基底之间蒸发，毛细力把结构拉到基底上；接触后表面力把结构粘住，液体干了也弹不回来。

#### 用IPA冲洗后直接干燥，能避免粘连吗？

能减轻，不能消除。IPA的表面张力约为水的三分之一，弯月面仍然存在；结构越长越薄、间隙越小，越容易被拉下。超临界CO2干燥不形成弯月面。

#### 晶圆从清洗设备到干燥仪怎么转移？

带液转移：晶圆浸在IPA或乙醇中放入载具，转移途中表面不能干。进仓后先用液态CO2慢充、置换，再越过临界点。

#### 光刻胶图形能用超临界CO2干燥吗？

可以，超临界CO2干燥最早就用来解决纳米级抗蚀剂图形的倒塌。冲洗液要先换成能与CO2互溶的溶剂；PMMA等部分光刻胶会吸收CO2而溶胀，工艺条件要据此选择。

#### KM-S能处理方形基板吗？

可以。KM-S面向8/12英寸晶圆，方形玻璃基板、微球阵列等载体可按外形与厚度定制载具和仓体深度。

样品测试

### 样品测试与工艺评估

您提供样品与目标形貌，我们在 KiMax 极境干燥仪上完成置换、越过临界点与受控泄压的完整流程，反馈处理后的样品状态与选型建议。

需求沟通 寄样与方案确认 工艺测试 结果反馈与选型建议

[预约样品测试](https://www.kimax-cpd.com/guestbook.html#guestbook-form) [电话 400-009-7890](tel:4000097890) [邮件 sales@kimax-cpd.com](mailto:sales@kimax-cpd.com?subject=%E4%B8%B4%E7%95%8C%E7%82%B9%E5%B9%B2%E7%87%A5%E6%A0%B7%E5%93%81%E6%B5%8B%E8%AF%95)

[KM-P 紧凑型超临界干燥仪 电镜、气凝胶与微纳结构制样](https://www.kimax-cpd.com/products/km-p.html) [KM-V 立式超临界干燥仪 块体材料与小批量验证](https://www.kimax-cpd.com/products/km-v.html) [KM-S 晶圆超临界干燥系统 8/12 英寸晶圆级干燥](https://www.kimax-cpd.com/products/km-s.html)

## 联系方式

- 电话：400-009-7890
- 邮箱：sales@kimax-cpd.com
- 在线留言：https://www.kimax-cpd.com/guestbook.html
- 北京实验室：固安世安实验室设备有限公司，河北省廊坊市固安县固安镇南开发区正兴路5号
- 无锡实验室：联东U谷(金山智造科技园)，江苏省无锡市江阴市城东街道金山路