硅(100)晶面各向异性腐蚀的凸角补偿方法.docx

2019年第38卷第3期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)25

DOI：10.13873/J.1000—9787(2019)03—0025—03

硅(100)晶面各向异性腐蚀的凸角补偿方法郭玉刚1,吴佐飞2,田雷2

(1.中国航发控制系统研究所，江苏无锡214063;2.中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江哈尔滨150001)

摘要：针对单晶硅(100)晶面在氢氧化钾(KOH)腐蚀液中各向异性腐蚀时的削角问题，进行了一项凸角补偿实验。通过不同尺寸与形状组合的〈110〉条形补偿结构，对长方形凸台进行补偿，最终获取具有期望效果的补偿结构。该方法应用于压力传感器芯片的过载保护结构设计。

关键词：各向异性腐蚀；削角腐蚀；凸角补偿；过载保护

中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000—9787(2019)03—0025—03

Convexcornercompensationmethodofanisotropicetchingin

(100)crystalsurfaceofsilicon

GUOYu-gang1,WUZuo-fei2,TIANLei2

(1.AECCAeroEngineControlSystemInstitute,Wuxi214063,China;

2.The49thResearchInstituteofChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation,Harbin150001,China)

Abstract:Aconvexcornercompensationexperimentofanisotropicetchingin(100)crystalsurfaceofsiliconisproposed.Therectanglebossiscompensatedby〈110〉stripswithdifferentdimensionandshape,andfinallytheexpectedcompensationstructureisobtained.Thecompensationmethodisusedfordesignofoverloadprotectionstructureinpressuresensor.

Keywords:anisotropicetching;cuttingangleetching;convexcornercompensation;overloadprotection

0引言

在硅压阻式压力传感器芯片研制过程中，根据敏感膜是否带有背岛结构将其分为C型膜和E型膜。在常规的应用条件下，C型膜结构即可满足大部分要求，但当有高过载、高线性度等特殊要求时，需要在敏感膜上增加背岛形成E型结构，起到过载保护以及提高线性度的作用[1,2]。

通常压阻式压力芯片以(100)单晶硅为材料，采用表面或体硅微机械加工工艺进行加工，而在体硅微机械工艺中，湿法腐蚀是较早被用于硅基传感器加工的方法，根据腐蚀液的不同，可分为各向异性腐蚀和各向同性腐蚀。经过多年的验证与优化，目前仍然广泛采用的是基于氢氧化钾(KOH),四甲基氢氧化铵(TMAH)等碱性腐蚀液的各向异性湿法腐蚀[3,4]。各向异性腐蚀利用单晶硅(100)与(111)晶面上原子排列密度不同，因而在特定腐蚀液中的腐蚀速度不同的特点，在衬底片掩蔽层上开窗口，即可在衬底硅片上加工出硅杯、质量块、V型槽等结构。在各向异性腐蚀工艺中，具有凸直角结构的质量块无法通过直角掩模直接获得，需要考虑削角腐蚀问题。本文针对削角腐蚀问题进行了凸角补偿试验，为研制具有过载保护结构的压

万方数据收稿日期：2018—12—17

阻式压力传感器芯片做技术储备。1凸角补偿方法

在(100)硅片KOH各向异性腐蚀中，当有凹角结构时，腐蚀会在(100)晶面与(111)晶面的相交处停止；当有凸角结构时，凸直角掩模下方的硅表面被钻蚀，形成由〈410〉线段构成的，夹角约为152°的钝角，出现削角腐蚀现象