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摘要
在濕法體微機(jī)械加工中，蝕刻特性取決于取向。Si{100}和Si{110}晶片上任何幾何形狀的掩模開(kāi)口的延長(zhǎng)蝕刻導(dǎo)致由最慢蝕刻平面限定的結(jié)構(gòu)。為了制造高尺寸精度的微結(jié)構(gòu)，對(duì)準(zhǔn)沿著晶體方向的掩模邊緣包括這些最慢的蝕刻平面。因此，掩模邊緣的精確對(duì)準(zhǔn)在微/納米制造中很重要。因此，確定精確的晶體方向至關(guān)重要，事實(shí)上，這是確保微結(jié)構(gòu)尺寸精確以提高性能的第一步。在這篇綜述文章中，我們對(duì)精確確定晶體學(xué)方向的不同技術(shù)進(jìn)行了綜合分析。我們已經(jīng)介紹了在二十多年的時(shí)間里提出的確定Si{100}和Si{110}晶片上的結(jié)晶方向的各種技術(shù)。除了詳細(xì)討論每種技術(shù)及其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)之外，我們還對(duì)相關(guān)的限制、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行了批判性分析。我們還總結(jié)了每種技術(shù)的關(guān)鍵方面，并以表格的形式呈現(xiàn)，以方便讀者參考。這篇綜述文章由詳盡的討論組成，對(duì)于在濕法各向異性蝕刻領(lǐng)域中的新手或想了解晶體方向測(cè)定技術(shù)的研究人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)方便的參考。
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介紹
微機(jī)械加工是MEMS/NEMS工業(yè)中微/納米制造的一個(gè)組成部分。有兩種微加工方法，即表面微加工和體微加工。顧名思義，表面微加工技術(shù)利用襯底(例如晶片)的表面，并且使用表面上沉積的薄膜來(lái)制造微/納米結(jié)構(gòu)。沉積的薄膜用作結(jié)構(gòu)層和犧牲層。另一方面，體微加工選擇性地蝕刻體以制造三維特征、懸梁、薄膜等。體微加工進(jìn)一步分為兩類:干法和濕法蝕刻。干法蝕刻主要使用氣相等離子體進(jìn)行，但聚焦離子束和激光加工也用于某些特殊情況。如果使用濕化學(xué)藥品進(jìn)行蝕刻，則稱為濕蝕刻?；诓煌较虻奈g刻速率，濕法蝕刻可以進(jìn)一步細(xì)分為各向同性和各向異性蝕刻。在各向同性蝕刻中，蝕刻速率在所有方向上都是相同的，并且不取決于結(jié)晶方向，然而在各向異性蝕刻的情況下，蝕刻速率是結(jié)晶取向的函數(shù)。普通硅濕各向同性蝕刻劑是HF、HNO3和CH3COOH的混合物，而氫氧化鉀(KOH)和四甲基氫氧化銨蝕刻劑最廣泛地用于濕法各向異性蝕刻。還有一些其它的堿性溶液已經(jīng)被研究用于硅濕法各向異性蝕刻，例如乙二胺鄰苯二酚水(EDP或EPW)氫氧化銨，和氫氧化銫(CsOH)。在濕法各向異性蝕刻中，面是所有類型的各向異性蝕刻劑中蝕刻速率最慢的面。因此，硅晶片中穩(wěn)定的蝕刻輪廓(或延長(zhǎng)的蝕刻輪廓)由{111}面形成，例如，Si{100}晶片上的任意形狀的掩模開(kāi)口導(dǎo)致在四個(gè)相互垂直的方向上由面組成的正方形/矩形v形槽，如圖2所示。1 而在Si{110}晶片上，它給出六邊形溝槽型結(jié)構(gòu)，包括在?110?和?112?方向上的{111}面。
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圖?2
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預(yù)蝕刻圖案
解理邊緣方法依賴于晶片平面的精度以及處理器沿劃線解理(或切割)晶片的精度。此外，它還取決于劃線方向的準(zhǔn)確性。因此，這不是確保精確確定結(jié)晶方向的最佳方法。因此，需要更精確的技術(shù)來(lái)精確確定晶體方向。過(guò)去，研究人員已經(jīng)使用各向異性蝕刻來(lái)制作圖案，以高精度確定結(jié)晶方向(例如，?110?、?100?)。這些圖案被蝕刻在晶片的外圍，因此可用的晶片空間不會(huì)受到顯著影響。這些預(yù)蝕刻的圖案有助于隨后對(duì)準(zhǔn)掩模邊緣。這種對(duì)準(zhǔn)方法在精確確定結(jié)晶方向方面是精確的，精確度高達(dá)0.01°。這有助于研究人員為不同的應(yīng)用制造尺寸精確的微結(jié)構(gòu)。以前已經(jīng)提出了許多關(guān)于對(duì)準(zhǔn)技術(shù)及其精度的設(shè)計(jì)。
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結(jié)論
這篇綜述文章旨在將迄今為止提出的精確確定Si{100}和Si{110}晶片結(jié)晶方向的不同技術(shù)集中在一個(gè)地方。討論了不同的技術(shù)，包括解理邊緣法和使用預(yù)蝕刻圖案來(lái)確定晶體方向。根據(jù)不同幾何圖形在Si{100}或Si{110}晶片上的適用性，對(duì)它們進(jìn)行了分析。沿著晶體方向?qū)?zhǔn)掩模邊緣的基本技術(shù)是使用晶片平面作為參考。然而，考慮到確定晶片平面的不確定性，當(dāng)需要高尺寸精度時(shí)，這是不夠的。
因此，開(kāi)發(fā)了替代方法。其中之一是通過(guò)使用晶片平面作為參考制造結(jié)構(gòu)，然后使用具有最小底切長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)邊緣作為精確的晶體方向。然而，測(cè)量這種在某些情況下非常小的底切長(zhǎng)度是一項(xiàng)繁瑣的任務(wù)，并且需要復(fù)雜的設(shè)備。為了克服這些缺點(diǎn)，已經(jīng)提出了不需要任何測(cè)量的其他技術(shù)。一種是通過(guò)選擇在蝕刻后拐角合并的結(jié)構(gòu)，另一種是通過(guò)選擇具有對(duì)稱底切的結(jié)構(gòu)等。雖然這些技術(shù)不需要測(cè)量，但是由于晶片上不同位置的底切率不同，難以確定底切對(duì)稱的目標(biāo)結(jié)構(gòu)等，仍然會(huì)帶來(lái)相關(guān)的誤差。最近，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，由于結(jié)構(gòu)的自對(duì)準(zhǔn)性質(zhì)，該技術(shù)使得晶體方向看起來(lái)很明顯。這些技術(shù)在無(wú)需測(cè)量、魯棒性、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單以及減少識(shí)別方向所需的努力方面克服了所有先前技術(shù)的缺點(diǎn)。這些技術(shù)可以在不使用任何復(fù)雜設(shè)備的情況下使用。