MEMS中硅各向異性腐蝕特性研究

劉偉偉，呂 菲，常耀輝，李 聰，宋 晶

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所，天津 300220)

硅單晶的各向異性腐蝕在半導(dǎo)體材料的加工過程中占據(jù)重要地位，廣泛應(yīng)用于硅單晶片的腐蝕減薄、化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）、拋光片清洗、太陽能電池的制絨等領(lǐng)域。近年來隨著電子元器件向小型化發(fā)展，微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）已成為制作微機(jī)械、傳感器、控制電路等的關(guān)鍵技術(shù)。這種在微電子加工工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新興技術(shù)，不僅具備傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的優(yōu)點，而且通過加入一些適合制作微機(jī)械的技術(shù)拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。MEMS將硅平面工藝與體硅工藝有機(jī)結(jié)合，利用硅單晶堿性腐蝕各向異性的特點，用來制作三維結(jié)構(gòu)器件，如：薄膜聲腔諧振器的空腔、半導(dǎo)體激光器的諧振腔等，這些空腔、微管道的制作需要通過各向異性腐蝕來實現(xiàn)。因此各向異性腐蝕是MEMS器件制作中非常關(guān)鍵的工藝。

1 硅各向異性腐蝕機(jī)理

硅在堿性溶液中的腐蝕是各向異性腐蝕，即

在不同的晶向上腐蝕速率不同，對比硅的3個常用晶向，其腐蝕速率 ν<110>＞ν<100>＞ν<111>，在 KOH 溶液中這種腐蝕速率比可達(dá)到100左右。〈111〉方向的腐蝕速率最小，是最穩(wěn)定的晶向。關(guān)于腐蝕機(jī)理，Seidel等人提出了一個假設(shè)[1]，即Si原子的背面鍵的數(shù)量不同導(dǎo)致腐蝕速率出現(xiàn)差異。有報道提出用晶體生長的理論來分析單晶的化學(xué)腐蝕[2]，強(qiáng)調(diào)腐蝕速率與結(jié)晶方向有關(guān)。另有研究者認(rèn)為，各向異性腐蝕主要是由于在不同晶面的原子面密度不同導(dǎo)致，原子密排面比稀排面腐蝕速率慢。……