硅的濕法刻蝕工藝研究現(xiàn)狀.doc

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1、大連理工大學(xué)研究生試卷類別標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)實(shí)得分?jǐn)?shù)平時(shí)成績10作業(yè)成績90總分100授課教師劉沖簽字系別：機(jī)械工程學(xué)院課程名稱：微制造與微機(jī)械電子系統(tǒng)學(xué)號(hào)：21204135姓名：范振喜考試時(shí)間：2013年1月15日硅的濕法刻蝕工藝研究現(xiàn)狀范振喜（大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院大連）摘要：硅的濕法刻蝕技術(shù)是微機(jī)械加工中最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的技術(shù)。本文系統(tǒng)的總結(jié)了近年來硅的濕法刻蝕工藝的研究內(nèi)容，包括硅的深槽刻蝕工藝、硅刻蝕均勻性技術(shù)、超聲波技術(shù)及Cr掩膜在硅刻蝕中的應(yīng)用以及用動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅法仿真刻蝕過程。關(guān)鍵詞：硅；濕法刻蝕；深槽刻蝕；刻蝕均勻性；超聲技術(shù)；Cr掩膜；蒙特卡羅C

2、urrentStudyonSiliconWetEtchingTechnologyFANZhenxi(DepartmentofMechanicalEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian,China)Abstract:Siliconwetetchingisthemostfundamentalandkeytechnologyinmicro—mechanicalprocessing.Thispapersummarizestheresearchcontentsofsiliconwetetchingtechnol

3、ogyduringtherecentyears,includingsiliconetchingprocessofdeepgroove,siliconetchinguniformitytechnology,theapplicationofultrasonictechnologyandCrmaskinsiliconetchingandthesimulationofetchingprocessingwithdynamicMonteCarlomethod.Keywords:Silicon;wetetching;deepetching;etchuniformity;

4、ultrasonic;Crmask;MonteCarlo0前言隨著電子元器件的小型化發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)已成為制作微機(jī)械、傳感器、控制電路等微器件及其集成于芯片的關(guān)鍵技術(shù)。由于芯片的集成和制造多以硅為基體，作為硅基體加工中最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵技術(shù)的硅的濕法刻蝕工藝被廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。本文主要對(duì)近年來的硅的濕法刻蝕工藝研究現(xiàn)狀進(jìn)行了匯總，主要從深槽刻蝕工藝、刻蝕均勻性技術(shù)、超聲波技術(shù)及Cr掩膜在刻蝕中的應(yīng)用及用動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅法仿真刻蝕工藝方面進(jìn)行介紹。1深槽濕法刻蝕工藝[1,2,3]MEMS器件的機(jī)械元件部分需要很大的刻蝕深度(5～500um),而通常

5、加工出的深槽深度為100～200um,隨著深度的進(jìn)一步增加,硅的表面將出現(xiàn)不平整的小丘,掩蔽層也逐漸脫落,對(duì)器件的性能影響極為嚴(yán)重。但通過對(duì)腐蝕液的濃度、溫度、添加劑種類及其濃度做相應(yīng)的設(shè)定便可解決以上難題。1.1刻蝕速率圖1所示為刻蝕速率與KOH溶液濃度的關(guān)系,刻蝕速率在30%(wt)處出現(xiàn)峰值。由圖2可知,刻蝕速率隨溫度升高急劇增大。圖1刻蝕速度與腐蝕液濃度的關(guān)系圖2刻蝕速率與溶液溫度的關(guān)系刻蝕速率與表面活化劑SDSS(sodiumdihexylsulfosuccinate)和IPA(異丙醇)添加濃度關(guān)系如圖3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明,異丙醇的添加對(duì)刻蝕速

6、率的提升效果較SDSS更為顯著。圖3刻蝕速率與添加劑濃度的關(guān)系1.2表面粗糙度在刻蝕過程中,常常會(huì)由于生成的氫氣氣泡吸附在硅片表面,形成“偽掩膜”而產(chǎn)生錐狀小丘,致使表面粗糙.為改善表面粗糙度,實(shí)驗(yàn)中采取了攪拌、添加不同濃度的SDSS與IPA等措施,刻蝕后硅表面的SEM形貌如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,平整度最優(yōu)的添加劑濃度與刻蝕速率峰值時(shí)的添加劑濃度有很好的對(duì)應(yīng)。(a)不攪拌(b)攪拌(c)攪拌+0.1%(wt)SDSS(d)攪拌+7.5%(wt)圖4刻蝕表面形貌1.3深度刻蝕利用優(yōu)化的刻蝕條件:30%(wt)KOH,100℃,7.5%(wt)IPA,攪拌,

7、進(jìn)行深度刻蝕,可得到圖形度完好的刻蝕窗口,其光學(xué)顯微圖如圖5所示?？涛g窗口深度達(dá)236um,較常用刻蝕條件,刻蝕速率可提高約2倍,各向異性明顯,窗口四壁呈倒口坡面,斜坡角度與理論的54.37°較為吻合。圖5深度刻蝕窗口2濕法刻蝕均勻性技術(shù)[4]刻蝕均勻性是一種衡量刻蝕工藝在整個(gè)硅片上，或整個(gè)一批，或批與批之間刻蝕能力的參數(shù)。保持硅片的均勻性是保證制造性能一致的關(guān)鍵。由于濕法刻蝕是晶片浸泡在腐蝕液中完成的，因此要保證刻蝕均勻性，就必須保證腐蝕液各參數(shù)在工藝槽內(nèi)各處的一致性。相關(guān)參數(shù)主要有:溶液溫度、溶液流場、藥液濃度等。2.1攪拌在刻蝕槽內(nèi)設(shè)置攪拌裝置，使工

8、藝處理過程中溶液不斷攪拌，從而使溶液的溫度、濃度等均勻性提高，進(jìn)而