搜索
第五讲：自停止技术及湿法硅加工技术的应用单从刻蚀反应的均匀性考虑，利用体硅刻蚀制备微米级硅薄膜是困难的。单晶硅薄膜结构拥有广泛的用途：谐振腔的梁或者壁膜，压力传感器的形变膜，加速度传感器的梁，微泵阀的运动腔壁膜及阀膜等，它们的厚度直接影响或者决定了器件的工作性能。除此之外，膜的均匀性和完整性同样重要，所以必须开发能够精确控制膜厚的自停止刻蚀技术。H：N：A＝1：3：8刻蚀液1．轻掺杂自停止技术特点：工艺简单，操作性好，易于得到结晶性良好的大面积硅膜，但是缺陷会导致不均匀甚至腐蚀坑2．重掺杂自停止技术：在各向异性腐蚀中，腐蚀速度会因重掺杂而受到抑制，遂构成了一种自终止技术的基础。可以得到大面积平滑硅膜，但是重掺杂使之电学性能不能再制作有源器件。3．电化学自停止在稀的氢氟酸体系中，重掺杂往往先腐蚀，所以，其中的电化学终止层只能是轻掺杂，从上图可见，N型硅在没有光照的条件下阳极化不产生电流，所以，可以作为电化学刻蚀的终止层。借助外延生长轻掺杂硅膜，便可以借助轻度阳极化实现薄膜硅制备。在碱性体系中，硅的极化电流曲线如下：它们都有阳极化钝化的特征。当偏置电压达到电流最大值电位之后，刻蚀界面迅速钝化，形成保护，阻止反应继续。钝化的特征参数与掺杂浓度有关重掺杂阳极化很难活化，直接进入过钝化区，这与重掺杂硅各向异性刻蚀自终止现象相一致影响自终止的因素除了掺杂，晶面，温度，刻蚀液的浓度和类型等都会发挥作用。电化学自终止的控制装置是常规的三电极电化学电解池体系，其中研究电极接待刻蚀的硅，参比电极多采用Hg/Hg2O电极，辅助电极一般采用Pt片电极。控制研究电极与参比电极之间的电位差，就可以设定硅片的电位，使之需要的部分处于钝化状态。其实，选择性的自终止刻蚀多与PN结有关，更为重要的是PN结控制的选择性终止层技术PN结控制腐蚀终止层该方法实质上利用的仍然是各向异性刻蚀的电化学钝化现象，只是利用PN结使一部分硅结构处于反应活化状态，而另一部分则处于钝化电位。该方法有别于电钝化之处在于界面确定可靠，不一定与偏压直接对应。三种电化学刻蚀体系：四电极体系：将研究电极接到被刻蚀的P型部分，而研究电极和N型硅部分之间施加固定的电压，这样可以确保N型部分完全处于钝化电位而不会受PN结反向漏电流的影响，因此它的控制精度更高。注入损伤终止：借助注入损伤使硅的表层形成一层空穴寿命很短的变异层，它的刻蚀速率会大幅度降低，由于注入可以精确控制厚度，所以可以得到非常薄的硅膜。通常是在酸性腐蚀液中完成，但是，有时大剂量的氩注入也会使硅可以在碱性刻蚀剂中存留下来。制备完成的注入损伤层可以借助热处理修复。SOI终止：借助SOI硅片能够实现绝对终止，因为在碱性刻蚀剂中，氧化硅的抗腐蚀能力有充分保障，这一点不难理解。111面终止：借助注入键合工艺将111面于硅片结合，这样，当腐蚀到结合面后，刻蚀几乎会终止，但该方法极少用。利用Au与硅的电极电位差（在刻蚀液中），使P型硅相对于N型硅处于更负电位，也就是N型硅略处于正电位，自动处于钝化状态。一些典型结构的加工技巧：前开口悬臂梁：根据凸角腐蚀的现象，只要不形成桥式结构，最后悬臂梁下面的归就一定会被底切清除，直到形成完全由111面包围的槽，但是这有一个条件，留下来的部分必须十分顽强，因为刻蚀的时间会因此大为延长。所以背后的腐蚀还是最常用的。借助电化学控制刻蚀第二步借助正面的各向同性刻蚀