[其他]圓形硅杯的電化學腐蝕

無效

• 申請號: 87103891
• 申請日: 1987-05-27
• 公開（公告）號: CN87103891A
• 公開（公告）日: 1988-03-30
• 發明（設計）人: 張聲良;劉恩科;周宗閩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C25F3/12
• 分類號: C25F3/12
• 代理公司: 西安交通大學專利事務所
• 代理人: 徐文權

本發明屬電化學腐蝕工藝，用以腐蝕得半導體硅壓阻式壓力傳感器中的園形硅彈性膜片（硅杯）。

目前半導體硅壓阻式壓力傳感器在設計上大都是把硅襯底材料加工成周邊固定支撐的彈性膜片，這種形狀的膜片稱之為硅杯。硅杯的加工是生產這類壓力傳感器的關鍵工藝。傳統的硅杯加工工藝是采用機械研磨的方法，但只適宜于較大的膜片。對微小型的壓力傳感器（如生物上應用的，膜的直徑小于1mm），為保證其靈敏度，彈性膜片必須很薄，約10微米左右，并且膜的均勻性要求較高，機械研磨已無能為力。這些年來發展的各向同性和各向異性腐蝕法，取得了良好的效果。為使這類壓力傳感器的體積更小，應采用各向同性腐蝕法腐蝕出的園形硅杯。本發明涉及這類微小型園形硅杯的具體腐蝕工藝問題。

在Esashi等人的文章（“Fabrication of Catheter-Tip and Sidewall Miniature Pressure Sensors”，IEEE-Transactions On Electron Devices，Vol.ED-29，NO.1，Jan.1982，P.57-63）中介紹了一種用HF水溶液電化學腐蝕微小的園形硅杯的方法，并附有這種電化學腐蝕裝置的示意圖。Esashi等人采用流動的5%稀HF溶液作電化學腐蝕液。由于HF溶液對SiO₂的腐蝕性極強，用了高質量的Si₃N₄作選擇性腐蝕掩膜（即在待腐蝕的硅表面生長一層Si₃N₄，光刻出待腐蝕的部分的硅的圖形）。在電場作用下F^-跑到硅表面與硅作用生成（SiF₆）^-進入溶液，達到腐蝕硅的目的。這種腐蝕有一種特性，即對摻雜濃度高的n⁺硅腐蝕快，對摻雜濃度低的n型硅幾乎不腐蝕。這樣，把待腐蝕的硅片作成n/n⁺結構，即在n⁺襯底上外延一層n型硅，當腐蝕進行到外延層時，即自行停止（自停止效應）。這樣腐蝕結果，其膜厚度可由外延層的厚度得到控制，可以得到任意厚度的平整光滑的周邊固定支撐的硅彈性膜片（硅杯）。這是一種很好的方法，但在實際使用中，還存在許多技術上的困難點：

（1）所用HF水溶液對人體的毒害性較大;（2）很不容易制得能起良好掩蔽作用的Si₃N₄膜，未到予定的腐蝕時間，Si₃N₄膜已被HF所腐蝕，而造成掩膜破壞;（3）原電化學腐蝕裝置制作和加工復雜，要使在旋轉中的硅片背面不滲漏進HF溶液很困難。

本發明的任務即在避免和克服上述的困難，采用一種對人體毒害性比HF小的新的電化學腐蝕液;用極易生長的SiO₂作選擇性腐蝕掩膜;另外對原化學腐蝕裝置作簡化和改進，使待腐蝕硅片不需旋轉，并且對腐蝕液的密封良好，其中零部件也便于加工。

本發明的任務是以如下方式完成的：

改用NH₄F水溶液作電化學腐蝕液，它對人體毒害比HF小;它對n/n⁺硅片同樣具有良好的電化學腐蝕的自停止效應，對n⁺硅的腐蝕速度相當快;特別重要的是在電場作用下，它對SiO₂幾乎沒腐蝕作用，所以可用極易生長的SiO₂作選擇性腐蝕掩膜，效果也相當好;另外NH₄F水溶液對其他材料的腐蝕性也小，所以電化學腐蝕裝置中電極和其他零部件的材料也易于選擇。

附圖1是本發明提出的經簡化和改進的電化學腐蝕裝置的示意圖。下面結合附圖1詳細說明該具體裝置的細節和工作情況：