基于金硅腐蚀自停止技术的亚微米梁制作研究

作     者：陆荣 

作者单位：中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 

学位级别：硕士

导师姓名：杨恒

授予年度：2008年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：亚微米梁 自停止腐蚀 电化学腐蚀 原电池 

摘      要：特征尺度在亚微米和纳米梁结构是多种纳微机电器件的基本结构。由于纳米梁对结构中的内应力非常敏感,所以一般采用单晶材料制作。纳米结构加工的控制精度要求较高,浓硼自停止所需的浓硼扩散层和电化学自停止腐蚀所需的pn结由于浅结制作难度高,导致制作亚微米和纳米厚度结构比较困难,往往需要使用SOI硅片等昂贵的衬底材料。 本论文研究了利用无电极电化学腐蚀自停止实现亚微米梁结构的制作方法。此方法利用无电极电化学腐蚀自停止技术中存在金、硅阈值暴露面积比的特点,通过控制腐蚀过程中梁结构暴露面积的变化实现腐蚀自停止,即当亚微米梁形成前暴露面积比小于阈值面积比,而当亚微米梁形成后金电极与梁的暴露面积比大于阈值面积比,腐蚀停止。此工艺流程有如下特点:首先,此方法可实现亚微米甚至纳米厚度的梁结构,避免了浅结扩散;其次,亚微米梁的厚度由干法浅刻蚀梁区台阶深度决定,可以精确地控制;第三,亚微米梁由金引线提供力学支撑,金引线与衬底间电学绝缘;第四,梁被完全释放时就发生腐蚀自停止现象,继续腐蚀梁的厚度也不发生变化。最后,基于此无电极电化学腐蚀自停止现象的亚微米梁制作工艺具有加工精度高、一致性高、重复性好的特点。该方法此前未见报道,为本论文独创。 本文针对(100)硅片与(111)硅片分别设计了制作亚微米梁释放结构的工艺流程。并在(111)硅片上制作出与衬底间电学绝缘的厚度为235nm的亚微米梁。其厚度不随腐蚀时间的延长而变薄。同样,在(100)硅片上也成功制作出亚微米梁结构。 本论文同时对无电极电化学自停止腐蚀技术进行了研究。对25%TMAH溶液,金,硅三种物质组成的原电池腐蚀特性进行了实验分析,测量了此原电池结构中金电极的极化曲线以及60℃,70℃,80℃下25%TMAH溶液中n型和p型硅电极的极化曲线。用分立电极实验和芯片级实验验证了原电池钝化引起的腐蚀自停止现象。