[發明專利]硅的腐蝕深度實時監控方法

無效

• 申請號: 201010232641.1
• 申請日: 2010-07-16
• 公開（公告）號: CN101922008A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 嚴遠;張大成;王瑋;楊芳;李婷;王穎;羅葵;田大宇
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C23F1/02
• 分類號: C23F1/02;C23F1/08;B81C1/00
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 俞達成

技術領域

本發明屬于微電子機械系統(MEMS)加工工藝技術領域，涉及硅的各向異性濕法腐蝕深度監控，特別是涉及一種采用預圖形化陪片來進行實時監控的方法。

背景技術

微電子機械系統(MEMS)技術作為九十年代發展起來的一項跨學科新興先進技術，對提高人們的生活水平以及增強國力起到了重要的作用。MEMS的跨學科特點，使其在發展過程中涉及的研究領域和加工技術種類繁多。近年來，隨著MEMS器件不斷向新穎性和多樣化發展，器件的集成度和復雜性不斷提高，器件的設計和加工已不再拘泥于二維尺度，而是進一步向三維拓展。硅的各向異性濕法腐蝕可以用于制備大尺寸的三維結構。

硅的各向異性濕法腐蝕工藝的使用已經非常普遍。但是這種濕法腐蝕的速率較快，受局部反應物濃度以及溫度的影響較大，即腐蝕速率的波動可能較大，這就為腐蝕深度的控制帶來了困難。

一般而言，對腐蝕深度進行控制有兩種主要的方式：第一種方式是利用不同摻雜類型和摻雜濃度的硅的腐蝕速率不同這一特點進行自停止的腐蝕，這種方法能夠精確地控制腐蝕深度，但是增加了工藝和設備的復雜度，對材料性質的改變可能造成與其他工藝步驟的不兼容，或者引入其他的不利因素(如應力)；第二種方式是采用控制反應時間的方法，在腐蝕過程中，需要多次將腐蝕片取出，并使用臺階儀等工具進行腐蝕深度的測量，使用這種方式時，腐蝕片和空氣接觸，會形成厚度為1nm左右的自然氧化層，而KOH等各向異性濕法腐蝕劑腐蝕硅和氧化硅的速率相差極大，這層不均勻的自然氧化層不僅會帶來腐蝕均勻性的偏差，還會嚴重影響腐蝕速率的檢測精度，而且每次硅片的腐蝕深度測量都必須經過多個步驟，效率很低。

發明內容

通過上面的分析可知：在對硅的腐蝕深度進行監控時，希望降低工藝和設備的復雜度，盡可能減少引入的其他因素以及對腐蝕片造成的影響；同時對深度測量的方法進行簡化，減小外部環境對腐蝕片帶來的影響。

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，提出符合上述預期的硅的腐蝕深度實時監控方法。

為了實現這一目的，本發明使用預圖形化的陪片進行實時的深度監控。采用陪片可以使得對腐蝕片的影響達到最小，而預圖形化可以將縱向的腐蝕深度轉換為橫向的線位移進行檢測，這樣只需要使用顯微鏡即可進行精確度較高的監控，大大縮短了檢測所需要的時間。

下面結合圖1具體說明本發明采用的技術方案：

一種硅的腐蝕深度實時監控方法，其特征在于，在相同條件下對硅腐蝕片和用于監控硅腐蝕片的腐蝕深度的硅陪片同時進行腐蝕，所述硅陪片包括位于硅陪片表面1的腐蝕凹槽2，位于腐蝕凹槽2底面的腐蝕面3，和位于腐蝕凹槽2側面的監控面4，所述腐蝕面3和監控面4的晶向相同，所述腐蝕凹槽2中盛放腐蝕液，腐蝕液浸沒所述腐蝕面3，所述監控面4，以及所述監控面4和所述表面1相交的監控線5，在腐蝕過程中或腐蝕過程后，通過所述監控線5的位移d確定所述腐蝕深度h。

在上述技術方案中，假設腐蝕開始時，腐蝕面3位于S1處，監控面4位于S2處，腐蝕進行一段時間或者腐蝕完成后，腐蝕面3位于S1’處，監控面4位于S2’處，由于腐蝕面3和監控面4的晶向相同，因此它們在浸沒于腐蝕液時的腐蝕速度相同，則S1和S1’之間的間距h必然等于S2和S2’之間的間距d，也就是表面1上的監控線5的位移。通過這一技術方案，本發明巧妙地將腐蝕深度h的測量轉變為表面上的線位移，大大降低了測量難度。

在本發明的方法中，所述硅腐蝕片經過腐蝕后將用于其他用途，腐蝕僅僅是眾多處理步驟中的一個步驟；而硅陪片則僅用于對其腐蝕深度進行監控，不作其他用途；所述“同時進行腐蝕”指的是硅腐蝕片和硅陪片在完全相同的條件下進行腐蝕(如圖3所示)，腐蝕條件包括硅片的成分、腐蝕劑、腐蝕溫度、腐蝕時間等等；同時進行腐蝕意在保證硅腐蝕片和硅陪片的腐蝕深度相同。

在本發明方法中，硅陪片可以包括多個所述腐蝕凹槽；每個腐蝕凹槽可以包括多個監控面。如圖2所示，表面1上包括左右兩個腐蝕凹槽3，左側的腐蝕凹槽3包括一個監控面(在圖2中體現為監控線5)，而右側的腐蝕凹槽3則包括兩個監控面。多個腐蝕凹槽或者多個監控面有利于進行平行測量，消除不同測量之間存在的誤差。此外，由圖2可見，腐蝕凹槽的形狀(在圖2中體現為腐蝕面3的輪廓，當然腐蝕凹槽除監控面之外的側面未必一定豎直)沒有特定要求。一個較大的腐蝕凹槽也可以理解為兩個較小的腐蝕凹槽互相連通的結果。一個較大的監控面也可以理解為兩個較小的監控面相互連接的結果。