TMAH溶液中的(110)硅各向异性湿法腐蚀及其在不同添加剂下的腐蚀特性研究

研究了TMAH溶液中(110)硅片在不同几何形状掩膜窗口下的各向异性湿法腐蚀行为,探讨了(110)硅在TMAH与不同添加剂(过硫酸铵、异丙醇等)构成的腐蚀系统下的腐蚀特性。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)观测(110)硅的腐蚀坑腔结构,利用扫描探针显微镜(SPM)测量(110)硅腐蚀的表面粗糙度。结果表明:(110)硅片腐蚀的坑腔结构与掩膜窗口的大小和腐蚀时间有关;在充分腐蚀的情况下,(110)硅片腐蚀的坑腔结构是由四个与表面垂直的(111)面和另外两个与表面成35.26°夹角的(111)面围成的结构;过硫酸铵和异丙醇能显著改善腐蚀表面质量。

单晶硅各向异性湿法腐蚀机理的研究进展

介绍了硅各向异性腐蚀的含义、特点、用途以及常用的腐蚀剂等基本要素 ;着重论述了试图解释硅各向异性腐蚀行为的几种典型机理 。

TMAH+Triton中Si湿法腐蚀机理研究现状

在微机电系统(MEMS)领域硅各向异性湿法腐蚀是制作许多元器件的一项重要技术,加入非离子型表面活性剂的腐蚀液可以在硅基片上制作出各种形状,但是对于真正的腐蚀机理还有待进一步研究。介绍了硅湿法腐蚀机理的研究现状,通过不同腐蚀条件下得出的不同腐蚀结果分析其腐蚀机理。介绍了当非离子型表面活性剂加入碱性溶液时固体表面的活性剂吸附层结构,重点介绍了表面活性剂Triton X-100加入各向异性碱性腐蚀剂四甲基氢氧化铵(TMAH)后对活性剂吸附状态和硅腐蚀速率产生影响的根本原因。不同晶向硅表面的H基和OH基数量会影响其表面活性剂的吸附能力,硅在纯TMAH腐蚀液和加入活性剂Triton后的TMAH腐蚀液中的腐蚀速率存在一定差异,高质量分数的TMAH下加入不同体积分数的Triton时,不同晶面在活性剂吸附和腐蚀速率上也存在不同,给出了出现这些现象的机理分析。研究硅腐蚀机理可以为器件设计提供有效的理论支持,有助于制作更多新的MEMS结构。

基于原子模型的各向异性腐蚀模拟方法对比分析

分析了蒙特卡罗方法和元胞自动机法在微加工中各项异性腐蚀的特点和过程,开发了仿真系统,分别使用两种方法模拟使用掩模下的硅微加工过程.通过使用掩模获得的两个微结构的仿真结果,对元胞自动机和蒙特卡罗法的基本结果和特性进行了讨论和分析.两种方法在一定程度上都能正确地反映了实验的结果,元胞自动机在系统结构初步设计中能发挥更大的作用,而蒙特卡罗法能获得细致的表面结构,粗糙度等数据,在小尺度分析上具有更强的模拟能力.

电化学湿法腐蚀法制备硅微柱阵列

采用TMAH (Tetramethyl Ammonium Hydroxide)腐蚀液在P(100)硅片上制备倒棱台,进而采用电化学湿法刻蚀法制备具有微柱结构的阵列器件。借鉴N型多孔硅的形成理论,提出了微柱的形成模型,分析了微柱的形成条件,并对其主要的几何结构参数之间的关系进行了探讨。结果表明微柱的形成与倒棱台的结构参数、孔的结构参数以及空间电荷区等因素相关。倒棱台的底面尺寸决定了微柱的结构,且倒棱台开口的大小需要大于平均孔径。微柱直径始终小于2倍的空间电荷区宽度。微柱内载流子的耗尽是微柱未被刻蚀的主要原因。

TMAH湿法腐蚀工艺制备微台面结构

针对目前四甲基氢氧化铵（TMAH）湿法腐蚀工艺制备微台面结构工艺可控性差、需要添加添加剂、溶液使用周期短及工艺维护繁琐、无法实现大尺寸晶圆工程化应用等问题,研究了无添加剂时,微台面的腐蚀形貌与TMAH溶液质量分数和循环速率之间的关系,提升了大尺寸晶圆凸角腐蚀尺寸的均匀性及表面质量,6英寸（1英寸=2.54 cm）硅晶圆内,凸角腐蚀尺寸不均匀性小于5%,台面高度不均匀性小于3%,且腔体底部平整光亮,腐蚀速率较快,实现了工程化应用。当TMAH溶液pH值为12.2-12.6时,微台面结构制备工艺稳定可控、维护简单,实现了高质量微台面结构的可批量化生产。

(100)面硅片各向异性腐蚀中的凸角补偿方式

为了避免微加速度计在加工过程中,由于湿法腐蚀的各向异性而造成的凸角处产生削角现象,必须根据各个晶向的腐蚀快慢特性和腐蚀深度的要求,在腐蚀开始前设计好补偿的掩膜图形,使之在特定的腐蚀时间后显现出理想的凸角形状.以一种梁-质量块结构的加速度计为模型,为了在加工过程中,得到完整的质量块结构,使结构具有更好的对称性,对各种凸角补偿方式进行了研究.利用(100)面硅片各向腐蚀速率的快慢特性和一定的几何知识,计算出各种凸角补偿方式最佳的补偿几何尺寸模型.这样,在设计加速度计制造工艺时,就可以直接利用这些尺寸模型,得到最佳的结构.

多次掩模湿法腐蚀硅微加工过程的蒙特卡罗仿真

探讨利用蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)法模拟硅微加工各向异性湿法腐蚀的仿真,实现连续多次掩模,多步硅微加工工艺过程的仿真。介绍MC法的使用特点及其在湿法腐蚀硅微加工中的应用,仿真使用腐蚀概率方程确定表面原子适当的MC转移概率,模拟方法支持氧化硅和氮化硅掩模层作用下的各向异性腐蚀加工和多次掩模的传递过程。编制的仿真程序通过模拟一个原子力显微镜探针阵列多掩模连续6步工艺的硅微加工过程验证了MC法的正确性。

Metropolis蒙特卡罗模拟湿法腐蚀算法研究及应用

探讨了Metropolis蒙特卡罗方法模拟硅微加工各向异性湿法腐蚀仿真算法.在台阶流动(step flow)模型上引入了腐蚀概率方程,确定了蒙特卡罗转移概率.通过对不同相位晶面(vicinal surface)在掩模下的腐蚀模拟对提出的方法进行了校验分析,解释了蒙特卡罗法处理复杂晶面的原理和过程.模拟测试中,仿真程序能正确地再现不同晶向腐蚀速率特性以及凸角腐蚀的结构形态,经过与目前报道的元胞自动机以及其他种类蒙特卡罗法比较分析,模型具有较高的仿真效率和结果精度.最后,该系统模拟一个实际的微加速度传感器设计中的凸角补偿问题,在震动岛块的掩模补偿设计中验证了模型的正确性.

“集成电路工艺原理”课程中湿法腐蚀实验安排

为了形象演示"集成电路工艺原理"课程中的各向异性湿法腐蚀,笔者指导学生设计了一组(100)硅片上以SiO2正方薄膜为掩膜的腐蚀实验。学生自主配置KOH了溶液,改变水浴温度进行各向异性腐蚀实验,并利用金相显微镜对样品实时观察并测量。学生在动手过程中可以理解各向异性相关工艺,加强了教学效果。

复合湿法腐蚀工艺制备硅基三维曲面

提出了将各向异性湿法腐蚀与各向同性湿法腐蚀相结合的复合工艺,通过控制刻蚀工艺参数进行体硅加工,成功刻蚀了硅基材料三维曲面回转体结构。在各向同性腐蚀过程中,由各向异性刻蚀得到的多面体结构的表面垂直腐蚀速率与刻蚀液浓度呈指数关系,而搅拌使得多面体结构表面峰值与谷底的刻蚀液存在流速差,基于此原理可得到光滑的三维曲面。刻蚀过程中,通过各向异性湿法腐蚀控制结构深度,通过各向同性湿法腐蚀"抛光"结构曲面。最后,采用实验优化湿法腐蚀过程的工艺参数,基于直径为600～1 000μm的圆形掩模板,在硅材料表面制备得到了高度为100～200μm的三维曲面回转结构。提出的工艺简单、有效且便于操作,有望用于制作不同曲面形状的三维硅结构及聚合物光学器件模具。

湿法腐蚀硅片并生长氧化锌纳米棒作为太阳能电池减反层研究

在硅基太阳能电池表面制备减反层可以有效降低硅表面的反射率,提高吸收率,从而提高硅基太阳能电池的光电转换效率。本研究利用四甲基氢氧化铵(Tetramethyl Ammonium Hydroxide TMAH)溶液对(100)单晶硅进行各向异性腐蚀,在表面腐蚀出金字塔结构,得到了最低为6%左右的反射率。然后采用水热法在该衬底生长氧化锌纳米棒,得到了最低小于3%的反射率,比单采用腐蚀或者ZnO纳米棒生长的硅表面的反射率更低。这种减反方法工艺简单、高效,有望得到应用。

微薄膜结构的湿法腐蚀技术研究

通过对流量传感器制造工艺中微薄膜结构的研究,分别介绍了采用氢氧化钾和四甲基氢氧化铵(TMAH)交替腐蚀实现感应薄膜释放的基本原理、工艺方法、工艺参数,及在制作流量芯片中的具体应用实例,实现了微米级厚度薄膜释放,为流量传感器和其它需要超薄薄膜微结构的制作奠定了基础。

MEMS湿法工艺对硅衬底性能要求的探讨

通过对比MEMS各向异性腐蚀中硅材料表现出的各类缺陷,研究硅材料性能对腐蚀工艺的影响。研究中发现,硅中原生缺陷是影响腐蚀效果的重要因素,而原生缺陷与晶体初始氧含量密切相关。同时,掺杂原子会造成晶格畸变,继而导致腐蚀缺陷的产生。

体硅湿法加工中凸角切削现象的分析

以硅(100)衬底为基础,详细介绍了一种针对体硅湿法加工中各向异性腐蚀带来的凸角切削现象的理论分析方法,指出了凸角切削现象具有唯一性和方向性的结论。该方法首先对凸角侧边类型进行划分,再利用现有理论资源,对凸角侧边和切削方向在凸角顶点的折算速率进行严格的数学计算和比较,最终确定腐蚀结束后的形变结构。选择了正五边形以及不规则六边形为代表,展示了该方法的实现过程,最后给出的模拟和实验结果都证实了该方法的正确有效。

加速度传感器芯片湿法加工技术研究

本文主要研究了加速度传感器芯片的湿法加工技术,主要包括KOH腐蚀中凸角补偿图形设计,引线电极保护技术,TMAH腐蚀技术等内容。本文设计了合理的凸角补偿图形,能够制作出完整的凸角结构。本文结合实际工艺中遇到的问题,讨论了湿法加工技术中引线电极的保护方法,包括TMAH腐蚀技术的应用。制作出的加速度传感器芯片灵敏度大于0.1mV/g,非线性优于1%,横向灵敏度比小于3%。

KOH和TMAH基腐蚀液中凸角补偿结构的研究

目的:在湿法各向异性腐蚀MEMS微结构过程中常出现凸角底切现象,需要设计凸角补偿图案以获得完整的凸角结构。方法:实验测量了不同电阻率的硅片在KOH和TMAH基腐蚀液中的底切率和八种凸角补偿图案的补偿深度,并与理论预测的补偿深度进行对比。结果:1)在KOH腐蚀液中加入IPA,底切率没有变化;但在TMAH腐蚀液中加入IPA,底切率显著降低;2)对KOH、KOH-IPA和TMAH溶液,硼掺杂浓度对底切率的影响不大。但在TMAH-IPA腐蚀液中,随着硼掺杂浓度增加,底切率减小;3)使用叠加正方形、<100>补偿条、<100>宽梁和窄梁作为凸角补偿图案,可以获得完整的凸角;其它补偿图案在凸角处出现了削角,但占用的补偿面积较小。结论:完善了凸角补偿理论体系。

含IPA的TMAH溶液对湿法腐蚀硅倒金字塔阵列微观形貌演化的研究

采用含异丙醇(IPA)的TMAH溶液腐蚀经Si_3N_4掩膜形成10μm×10μm窗口的单晶硅片。在硅片表面得到了内壁光滑的倒金字塔V型口阵列.研究发现:与纯TMAH对硅的各向异性腐蚀特性相比,添加IPA使TMAH溶液对硅各个晶面的腐蚀速率减小,致使含IPA的TMAH溶液对硅的腐蚀速率和各向异性因子比在纯TMAH中要小,通常认为,腐蚀形成的倒金字塔结构侧壁晶面为(111)面,但本研究表明,由各向异性腐蚀形成倒金字塔的侧壁晶面随腐蚀时间发生了一系列转化。在腐蚀开始时,倒金字塔侧面由(567)面逐渐向(111)面转化;继续腐蚀时,腐蚀面偏离(111)面,向(443)面转化。

一种面向MEMS矢量水听器的硅纳米线制备方法

为了进一步提高MEMS矢量水听器灵敏度,把硅纳米线作为压敏单元,将硅纳米线工艺引入到MEMS矢量水听器制备过程中,利用其所具有的巨压阻效应来提高MEMS矢量水听器的灵敏度.本文提出了一种自上而下的微加工工艺方法,将TMAH(四甲基氢氧化铵)各向异性腐蚀和干法刻蚀法结合来制备出硅纳米线,其中TMAH腐蚀形成屋檐结构,干法刻蚀形成氧化硅掩模图形以及硅纳米线.该制备方法与半导体工艺相兼容,能够实现与MEMS水声传感器的集成.

MEMS矢量水听器敏感结构的后CMOS释放工艺研究

纤毛式微机电系统(MEMS)矢量水听器可探测水下质点振速等矢量信息,与互补金属氧化物半导体(CMOS)集成能够很大程度地提升其性能。针对纤毛式MEMS矢量水听器的CMOS集成提出了一种方案,该方案在MEMS后处理工艺中,利用侧墙保护和各向异性湿法腐蚀从正面释放水听器的十字梁敏感结构。整个后处理过程不需要光刻,降低加工难度的同时,保证了加工结构的精确性。设计出了一种验证性的工艺流程,具体分析了4种不同结构的湿法腐蚀过程。最终完成了这4种结构的工艺流片,对实验结果进行了分析。实验验证了该方案的可行性,为纤毛式MEMS矢量水听器的CMOS集成奠定了基础。