[其他]圆形硅杯的电化学腐蚀

说明书

本发明属电化学腐蚀工艺，用以腐蚀得半导体硅压阻式压力传感器中的园形硅弹性膜片（硅杯）。

目前半导体硅压阻式压力传感器在设计上大都是把硅衬底材料加工成周边固定支撑的弹性膜片，这种形状的膜片称之为硅杯。硅杯的加工是生产这类压力传感器的关键工艺。传统的硅杯加工工艺是采用机械研磨的方法，但只适宜于较大的膜片。对微小型的压力传感器（如生物上应用的，膜的直径小于1mm），为保证其灵敏度，弹性膜片必须很薄，约10微米左右，并且膜的均匀性要求较高，机械研磨已无能为力。这些年来发展的各向同性和各向异性腐蚀法，取得了良好的效果。为使这类压力传感器的体积更小，应采用各向同性腐蚀法腐蚀出的园形硅杯。本发明涉及这类微小型园形硅杯的具体腐蚀工艺问题。

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）中介绍了一种用HF水溶液电化学腐蚀微小的园形硅杯的方法，并附有这种电化学腐蚀装置的示意图。Esashi等人采用流动的5%稀HF溶液作电化学腐蚀液。由于HF溶液对SiO₂的腐蚀性极强，用了高质量的Si₃N₄作选择性腐蚀掩膜（即在待腐蚀的硅表面生长一层Si₃N₄，光刻出待腐蚀的部分的硅的图形）。在电场作用下F^-跑到硅表面与硅作用生成（SiF₆）^-进入溶液，达到腐蚀硅的目的。这种腐蚀有一种特性，即对掺杂浓度高的n⁺硅腐蚀快，对掺杂浓度低的n型硅几乎不腐蚀。这样，把待腐蚀的硅片作成n/n⁺结构，即在n⁺衬底上外延一层n型硅，当腐蚀进行到外延层时，即自行停止（自停止效应）。这样腐蚀结果，其膜厚度可由外延层的厚度得到控制，可以得到任意厚度的平整光滑的周边固定支撑的硅弹性膜片（硅杯）。这是一种很好的方法，但在实际使用中，还存在许多技术上的困难点：

（1）所用HF水溶液对人体的毒害性较大;（2）很不容易制得能起良好掩蔽作用的Si₃N₄膜，未到予定的腐蚀时间，Si₃N₄膜已被HF所腐蚀，而造成掩膜破坏;（3）原电化学腐蚀装置制作和加工复杂，要使在旋转中的硅片背面不渗漏进HF溶液很困难。

本发明的任务即在避免和克服上述的困难，采用一种对人体毒害性比HF小的新的电化学腐蚀液;用极易生长的SiO₂作选择性腐蚀掩膜;另外对原化学腐蚀装置作简化和改进，使待腐蚀硅片不需旋转，并且对腐蚀液的密封良好，其中零部件也便于加工。

本发明的任务是以如下方式完成的：

改用NH₄F水溶液作电化学腐蚀液，它对人体毒害比HF小;它对n/n⁺硅片同样具有良好的电化学腐蚀的自停止效应，对n⁺硅的腐蚀速度相当快;特别重要的是在电场作用下，它对SiO₂几乎没腐蚀作用，所以可用极易生长的SiO₂作选择性腐蚀掩膜，效果也相当好;另外NH₄F水溶液对其他材料的腐蚀性也小，所以电化学腐蚀装置中电极和其他零部件的材料也易于选择。

附图1是本发明提出的经简化和改进的电化学腐蚀装置的示意图。下面结合附图1详细说明该具体装置的细节和工作情况：