一文读懂硅的晶向及应用

一文读懂硅的晶向及应用

(110)晶向硅

在MEMS加工里,(110)晶向的使用场景比(100)少很多。这里以在(110)硅片上制作MEMS光开关为例,通过KOH溶液各向异性腐蚀得到光开关的微反射镜,其质量高于用同样方法在(100)硅片上制作的器件。(110)硅片上难以实现(100)硅片上的V型槽,沿着与微反射镜 面成70.53°的方向上,用 KOH 定向腐蚀液在(110)硅片上制作出一列错开的成70.53°的平行四边形蚀坑。这一列并置的平行四边形蚀坑构成了一个锯齿状沟槽,光纤就置于该沟槽内,其位置由沟壁两侧的齿尖限定而准确定位。(引用:贾翠萍,《(110)硅基 MEMS 光开关光纤定位槽的设计》)

图 采用(110)硅制备微反射镜的示意图

另外,在(110)衬底上可以将掩膜图形与(110)和(100)面交线方向成适当角度,得到与(110)面垂直的(111)面,利用该腐蚀方法可以获得类似干法刻蚀所制备的高深宽比的腐蚀槽。

图 (110)晶向硅各向异性湿法腐蚀示意图

(111)晶向硅

用干法刻蚀出一定深度的两条长方形微槽,如下图(a)深色区域所示,对其进行侧壁保护后再刻蚀牺牲层,然后进行KOH或TMAH各向异性湿法腐蚀。湿法腐蚀将沿单晶硅片内部横向进行腐蚀,最终腐蚀终止面为 (111)面,释放完全后形成的嵌入式腔体投影如下图(a)中六边形阴影部分所示。下图(b)~(d)分别为释放完全后的 A-A',B-B'和 C-C'三个截面图。只要合理设计可动结构以及优化可动结构晶向排布方式,并对结构进行侧壁保护,即可实现硅片内部选择性横向腐蚀释放可动结构。此项技术由中科院微系统所团队发明,并在压力传感器、加速度传感器制备上有相关专利保护。(引用:赵忆《基于(111)硅单片集成三轴加速度计的工艺研究》

图 (111)晶向硅各向异性湿法腐蚀示意图

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