微结构湿法腐蚀和释放技术研究

【摘要】：湿法腐蚀是微机械加工技术中的关键工艺之一,具有腐蚀速率快、选择性和均匀性好、设备简单、可批量生产等优点,因此在微结构的释放技术中得到广泛应用。本论文针对微结构湿法腐蚀和释放技术中的110晶向微梁的正面释放、BHF-Gl溶液腐蚀特性和浓硼自停止腐蚀三种关键工艺技术进行研究。首先研究了电阻率为0.0087、0.015、1.6Ω·cm的三种硅片在25%TMAH溶液中的腐蚀特性,通过实验发现:在硅衬底掺杂浓度低于自停止腐蚀浓度的情况下,提高硅片的掺杂浓度,(100)面腐蚀速率不变,但(111)面的腐蚀速率显著增加。论文从硅的各向异性腐蚀机理出发,定性解释了这一异性腐蚀现象。基于这一异常腐蚀现象,实现了宽度85微米的110晶向微梁的正面释放,该微结构腐蚀释放技术可用于压力、加速度等基于压阻效应的微传感器制作。二氧化硅是微机械加工中常用的牺牲层材料,在腐蚀二氧化硅释放微结构时通常不希望腐蚀其上的铝电极及引线。BHF-Gl溶液对LPCVD二氧化硅和铝具有很好的腐蚀选择性,但尚未有文献报道该腐蚀液对其它常用MEMS材料腐蚀特性的研究。本论文研究了热氧化二氧化硅、LPCVD和PECVD氮化硅等绝缘材料、铝、钛、铬等金属材料及多晶硅薄膜在BHF-Gl溶液中的腐蚀特性,测试了这些材料在BHF-Gl溶液中的腐蚀速率。实验表明:在BHF-Gl腐蚀液中,热氧化二氧化硅、PECVD氮化硅、钛腐蚀较快,LPCVD氮化硅和铝的腐蚀极慢,铬和多晶硅几乎不腐蚀,这一结论对设计MEMS器件的结构和工艺流程具有一定的参考价值。浓硼扩散技术常被应用于实现微结构的自停止腐蚀,常规浓硼自停止腐蚀工艺采用低掺杂浓度硅衬底进行扩散,自停止腐蚀的微梁上、下表面杂质浓度差较大。本论文在P型、高掺杂浓度硅衬底上进行浓硼扩散,完成微悬臂梁的制作,减少了扩散层的上、下表面杂质浓度差,所制作的微悬臂端部挠度很小,表明该方法的有效性。