[发明专利]硅的腐蚀深度实时监控方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)加工工艺技术领域，涉及硅的各向异性湿法腐蚀深度监控，特别是涉及一种采用预图形化陪片来进行实时监控的方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)技术作为九十年代发展起来的一项跨学科新兴先进技术，对提高人们的生活水平以及增强国力起到了重要的作用。MEMS的跨学科特点，使其在发展过程中涉及的研究领域和加工技术种类繁多。近年来，随着MEMS器件不断向新颖性和多样化发展，器件的集成度和复杂性不断提高，器件的设计和加工已不再拘泥于二维尺度，而是进一步向三维拓展。硅的各向异性湿法腐蚀可以用于制备大尺寸的三维结构。

硅的各向异性湿法腐蚀工艺的使用已经非常普遍。但是这种湿法腐蚀的速率较快，受局部反应物浓度以及温度的影响较大，即腐蚀速率的波动可能较大，这就为腐蚀深度的控制带来了困难。

一般而言，对腐蚀深度进行控制有两种主要的方式：第一种方式是利用不同掺杂类型和掺杂浓度的硅的腐蚀速率不同这一特点进行自停止的腐蚀，这种方法能够精确地控制腐蚀深度，但是增加了工艺和设备的复杂度，对材料性质的改变可能造成与其他工艺步骤的不兼容，或者引入其他的不利因素(如应力)；第二种方式是采用控制反应时间的方法，在腐蚀过程中，需要多次将腐蚀片取出，并使用台阶仪等工具进行腐蚀深度的测量，使用这种方式时，腐蚀片和空气接触，会形成厚度为1nm左右的自然氧化层，而KOH等各向异性湿法腐蚀剂腐蚀硅和氧化硅的速率相差极大，这层不均匀的自然氧化层不仅会带来腐蚀均匀性的偏差，还会严重影响腐蚀速率的检测精度，而且每次硅片的腐蚀深度测量都必须经过多个步骤，效率很低。

发明内容

通过上面的分析可知：在对硅的腐蚀深度进行监控时，希望降低工艺和设备的复杂度，尽可能减少引入的其他因素以及对腐蚀片造成的影响；同时对深度测量的方法进行简化，减小外部环境对腐蚀片带来的影响。

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提出符合上述预期的硅的腐蚀深度实时监控方法。

为了实现这一目的，本发明使用预图形化的陪片进行实时的深度监控。采用陪片可以使得对腐蚀片的影响达到最小，而预图形化可以将纵向的腐蚀深度转换为横向的线位移进行检测，这样只需要使用显微镜即可进行精确度较高的监控，大大缩短了检测所需要的时间。

下面结合图1具体说明本发明采用的技术方案：

一种硅的腐蚀深度实时监控方法，其特征在于，在相同条件下对硅腐蚀片和用于监控硅腐蚀片的腐蚀深度的硅陪片同时进行腐蚀，所述硅陪片包括位于硅陪片表面1的腐蚀凹槽2，位于腐蚀凹槽2底面的腐蚀面3，和位于腐蚀凹槽2侧面的监控面4，所述腐蚀面3和监控面4的晶向相同，所述腐蚀凹槽2中盛放腐蚀液，腐蚀液浸没所述腐蚀面3，所述监控面4，以及所述监控面4和所述表面1相交的监控线5，在腐蚀过程中或腐蚀过程后，通过所述监控线5的位移d确定所述腐蚀深度h。

在上述技术方案中，假设腐蚀开始时，腐蚀面3位于S1处，监控面4位于S2处，腐蚀进行一段时间或者腐蚀完成后，腐蚀面3位于S1’处，监控面4位于S2’处，由于腐蚀面3和监控面4的晶向相同，因此它们在浸没于腐蚀液时的腐蚀速度相同，则S1和S1’之间的间距h必然等于S2和S2’之间的间距d，也就是表面1上的监控线5的位移。通过这一技术方案，本发明巧妙地将腐蚀深度h的测量转变为表面上的线位移，大大降低了测量难度。

在本发明的方法中，所述硅腐蚀片经过腐蚀后将用于其他用途，腐蚀仅仅是众多处理步骤中的一个步骤；而硅陪片则仅用于对其腐蚀深度进行监控，不作其他用途；所述“同时进行腐蚀”指的是硅腐蚀片和硅陪片在完全相同的条件下进行腐蚀(如图3所示)，腐蚀条件包括硅片的成分、腐蚀剂、腐蚀温度、腐蚀时间等等；同时进行腐蚀意在保证硅腐蚀片和硅陪片的腐蚀深度相同。

在本发明方法中，硅陪片可以包括多个所述腐蚀凹槽；每个腐蚀凹槽可以包括多个监控面。如图2所示，表面1上包括左右两个腐蚀凹槽3，左侧的腐蚀凹槽3包括一个监控面(在图2中体现为监控线5)，而右侧的腐蚀凹槽3则包括两个监控面。多个腐蚀凹槽或者多个监控面有利于进行平行测量，消除不同测量之间存在的误差。此外，由图2可见，腐蚀凹槽的形状(在图2中体现为腐蚀面3的轮廓，当然腐蚀凹槽除监控面之外的侧面未必一定竖直)没有特定要求。一个较大的腐蚀凹槽也可以理解为两个较小的腐蚀凹槽互相连通的结果。一个较大的监控面也可以理解为两个较小的监控面相互连接的结果。