一种各向异性湿法腐蚀邻近凸角的保护技术

本发明涉及一种凸角保护技术，特别是通过各向异性湿法腐蚀工艺腐蚀mems器件邻近凸角的保护技术，属于微电子机械系统(mems)领域。

背景技术：

1、各向异性湿法腐蚀是微机械加工技术的核心技术之一，是制造梁、膜片、喷嘴、台面和其它三维微结构的重要技术。各向异性湿法腐蚀技术存在的问题之一是：当微结构(如惯性传感器中使用的硅台面)被湿法腐蚀时，凸角处会发生底切。为了获得完美的凸角结构，人们设计了各种凸角补偿图案，如<110>晶向正方形、<110>晶向叠加正方形、<100>晶向补偿条、<110>晶向补偿条、三角形等。这些凸角补偿图案包围着凸角。在湿法腐蚀过程中腐蚀液按照特定的晶向底切凸角补偿图案。当达到设定的腐蚀深度时，腐蚀前沿刚好完成对凸角补偿图案的底切，得到保护完好的凸角结构。其中<110>晶向简单补偿条(如图1[1]所示)是一种常用的补偿图形，但需要很长的补偿图形。例如在80℃，40％koh溶液中，如果要求补偿深度(补偿图案被完全底切时的纵向腐蚀深度)是250微米，补偿条宽度设计为100微米时，需要长度675微米的补偿条长度。而这么长的补偿图形在80℃，25％tmah溶液中的补偿深度仅144微米，也就是说当纵向腐蚀深度144微米时，就会将长度675微米的<110>晶向简单补偿条完全底切。为了在有限的空间内增大<110>晶向补偿条的有效补偿长度，可以在离开凸角适当距离处将<110>晶向补偿条弯折90°。为了防止转弯处形成新的凸角，转弯处要设计为对称分枝(如图1[2]所示)或不对称分支(如图1[3]所示)。分支也是沿<110>晶向，也可以称为<110>晶向补偿条。这种带对称分枝和不对称分支的<110>晶向补偿条的补偿图案由主干和分支组成。这三种<110>晶向补偿条可以较好地保护孤立的凸角。但如果两个凸角距离很近，则<110>晶向补偿条及其分支可能会重叠或者交叉，不能得到理想的补偿效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于发明一种各向异性湿法腐蚀邻近凸角的保护技术，以避免<110>晶向补偿条及其分支的重叠或者交叉，从而得到理想的补偿效果。

2、为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：采用<110>晶向对称分支补偿邻近凸角，并将两个相邻的分支连接起来，使这2个端部自由分支变成1个两端连接在两个转弯处的<110>晶向两端固支分支(4)。另外2个<110>晶向自由分支(3)的一端固支在转弯处，另一端自由，如图2所示。

3、本发明提供的邻近凸角保护图形在腐蚀过程中的结构演变过程包括以下两个连续的步骤：

4、(1)在腐蚀的第一阶段，腐蚀液首先沿自由端底切<110>晶向自由分支(3)，与此同时横向底切<110>晶向两端固支分支(4)。当纵向腐蚀深度等于b/2λ时<110>晶向两端固支分支(4)被释放。其中b为<110>晶向两端固支分支(4)的宽度，λ为腐蚀液对<110>晶向两端固支分支(4)的横向底切速率与纵向腐蚀速率之比。当<110>晶向两端固支分支(4)被释放时，<110>晶向自由分支(3)刚好被完全底切。<110>晶向自由分支(3)的长度和宽度取决于<110>晶向两端固支分支(4)被释放时的纵向腐蚀深度，腐蚀液的种类和腐蚀温度，其设计原则与常规的<110>晶向简单补偿条设计原则相同。

5、(2)在腐蚀的第二阶段，各向异性腐蚀液底切<110>晶向主干(2)，与此同时无掩膜腐蚀<110>晶向两端固支分支(4)下面的硅楔(5)，最后留下保护完好的芯片凸角(1)。

6、本发明所涉及的各向异性湿法腐蚀工艺腐蚀mems器件时邻近凸角的保护技术具有以下优点：凸角保护图形占用面积小，避免<110>晶向补偿条及其分支的重叠或者交叉，从而获得理想的补偿效果。

技术特征：

1.一种各向异性湿法腐蚀邻近凸角的保护技术，其特征在于：采用<110>晶向对称分支补偿邻近凸角，并将两个相邻的分支连接起来，使这2个分支变成1个两端连接在转弯处、沿<110>晶向的两端固支分支(4)，另外2个<110>晶向自由分支(3)的一端固支在转弯处，另一端自由。

2.根据权利要求1所述的各向异性湿法腐蚀邻近凸角的保护技术，其特征在于：在腐蚀的第一阶段，腐蚀液沿自由端底切<110>晶向自由分支(3)，与此同时横向底切<110>晶向两端固支分支(4)，当纵向腐蚀深度等于b/2λ时<110>晶向两端固支分支(4)被释放，此时<110>晶向自由分支(3)刚好被完全底切；在腐蚀的第二阶段，各向异性腐蚀液底切<110>晶向主干(2)，并无掩膜腐蚀<110>晶向两端固支分支(4)下面的硅楔(5)；最后留下保护完好的芯片凸角(1)。

技术总结本文发明公开了一种各向异性湿法腐蚀邻近凸角的保护技术，其特征在于：采用<110>晶向对称分支补偿邻近凸角，并将两个相邻的分支连接起来，形成一个两端固支分支(4)。另外2个<110>晶向自由分支(3)的一端固支在转弯处，另一端自由。各向异性腐蚀液首先沿自由端底切<110>晶向自由分支(3)，与此同时横向底切<110>晶向两端固支分支(4)。然后底切<110>晶向主干(2)，并无掩膜腐蚀<110>晶向两端固支分支(4)下面的硅楔(5)，最后留下保护完好的芯片凸角(1)。这种凸角保护图形占用面积小，避免<110>晶向补偿条及其分支的重叠或者交叉，从而获得理想的补偿效果。技术研发人员：韩建强,徐宇翔,张智超受保护的技术使用者：中国计量大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15