專利名稱:圓形硅杯的電化學(xué)腐蝕的制作方法
本發(fā)明屬電化學(xué)腐蝕工藝，用以腐蝕得半導(dǎo)體硅壓阻式壓力傳感器中的園形硅彈性膜片(硅杯)。
目前半導(dǎo)體硅壓阻式壓力傳感器在設(shè)計(jì)上大都是把硅襯底材料加工成周邊固定支撐的彈性膜片，這種形狀的膜片稱之為硅杯。硅杯的加工是生產(chǎn)這類壓力傳感器的關(guān)鍵工藝。傳統(tǒng)的硅杯加工工藝是采用機(jī)械研磨的方法，但只適宜于較大的膜片。對(duì)微小型的壓力傳感器(如生物上應(yīng)用的，膜的直徑小于1mm)，為保證其靈敏度，彈性膜片必須很薄，約10微米左右，并且膜的均勻性要求較高，機(jī)械研磨已無能為力。這些年來發(fā)展的各向同性和各向異性腐蝕法，取得了良好的效果。為使這類壓力傳感器的體積更小，應(yīng)采用各向同性腐蝕法腐蝕出的園形硅杯。本發(fā)明涉及這類微小型園形硅杯的具體腐蝕工藝問題。
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)中介紹了一種用HF水溶液電化學(xué)腐蝕微小的園形硅杯的方法，并附有這種電化學(xué)腐蝕裝置的示意圖。Esashi等人采用流動(dòng)的5%稀HF溶液作電化學(xué)腐蝕液。由于HF溶液對(duì)SiO2的腐蝕性極強(qiáng)，用了高質(zhì)量的Si3N4作選擇性腐蝕掩膜(即在待腐蝕的硅表面生長一層Si3N4，光刻出待腐蝕的部分的硅的圖形)。在電場作用下F-跑到硅表面與硅作用生成(SiF6)-進(jìn)入溶液，達(dá)到腐蝕硅的目的。這種腐蝕有一種特性，即對(duì)摻雜濃度高的n+硅腐蝕快，對(duì)摻雜濃度低的n型硅幾乎不腐蝕。這樣，把待腐蝕的硅片作成n/n+結(jié)構(gòu)，即在n+襯底上外延一層n型硅，當(dāng)腐蝕進(jìn)行到外延層時(shí)，即自行停止(自停止效應(yīng))。這樣腐蝕結(jié)果，其膜厚度可由外延層的厚度得到控制，可以得到任意厚度的平整光滑的周邊固定支撐的硅彈性膜片(硅杯)。這是一種很好的方法，但在實(shí)際使用中，還存在許多技術(shù)上的困難點(diǎn)(1)所用HF水溶液對(duì)人體的毒害性較大;(2)很不容易制得能起良好掩蔽作用的Si3N4膜，未到予定的腐蝕時(shí)間，Si3N4膜已被HF所腐蝕，而造成掩膜破壞;(3)原電化學(xué)腐蝕裝置制作和加工復(fù)雜，要使在旋轉(zhuǎn)中的硅片背面不滲漏進(jìn)HF溶液很困難。
本發(fā)明的任務(wù)即在避免和克服上述的困難，采用一種對(duì)人體毒害性比HF小的新的電化學(xué)腐蝕液;用極易生長的SiO2作選擇性腐蝕掩膜;另外對(duì)原化學(xué)腐蝕裝置作簡化和改進(jìn)，使待腐蝕硅片不需旋轉(zhuǎn)，并且對(duì)腐蝕液的密封良好，其中零部件也便于加工。
本發(fā)明的任務(wù)是以如下方式完成的改用NH4F水溶液作電化學(xué)腐蝕液，它對(duì)人體毒害比HF小;它對(duì)n/n+硅片同樣具有良好的電化學(xué)腐蝕的自停止效應(yīng)，對(duì)n+硅的腐蝕速度相當(dāng)快;特別重要的是在電場作用下，它對(duì)SiO2幾乎沒腐蝕作用，所以可用極易生長的SiO2作選擇性腐蝕掩膜，效果也相當(dāng)好;另外NH4F水溶液對(duì)其他材料的腐蝕性也小，所以電化學(xué)腐蝕裝置中電極和其他零部件的材料也易于選擇。
附圖1是本發(fā)明提出的經(jīng)簡化和改進(jìn)的電化學(xué)腐蝕裝置的示意圖。下面結(jié)合附圖1詳細(xì)說明該具體裝置的細(xì)節(jié)和工作情況本裝置包括一個(gè)用以盛放腐蝕液〔11〕的有機(jī)玻璃容器〔1〕;一個(gè)具有百葉窗式長孔〔3〕的旋轉(zhuǎn)的中空的攪拌器〔2〕;有機(jī)玻璃容器〔1〕下部牢固地連接一個(gè)U形體〔13〕;U形件〔13〕下部中心穿過一個(gè)固緊螺絲〔9〕，由于U形件〔13〕下部中心攻有相應(yīng)螺紋，所以固緊螺絲能因旋動(dòng)而上下移動(dòng);待腐蝕硅片〔6〕的作好SiO2選擇性掩膜的一面蓋上有足夠大內(nèi)徑的下橡皮圈〔5〕后，被夾在接向直流電源〔10〕負(fù)極的多孔銅電極〔7〕和接向直流電源〔10〕正極的銅電極〔8〕之間;當(dāng)然下橡皮圈〔5〕的內(nèi)徑還得小于待腐蝕硅片〔6〕的外徑，其厚度影響多孔銅電極〔7〕和銅電極〔8〕之間的距離，影響其間的電場強(qiáng)度大小;用固緊螺絲〔9〕把銅電極〔8〕、待腐蝕硅片〔6〕、下橡片圈〔5〕、多孔銅電極〔7〕和上橡皮圈〔4〕壓向有機(jī)玻璃容器〔1〕底部的園形開口〔12〕，進(jìn)行對(duì)腐蝕液〔11〕的密封;園形開口〔12〕的直徑比待腐蝕的硅片〔6〕直徑稍小;上橡皮圈的內(nèi)徑與園形開口〔12〕的直徑相等;具有百葉窗式長孔〔3〕的中空的攪拌器〔2〕的不斷旋轉(zhuǎn)，使腐蝕液〔11〕從中空的攪拌器〔2〕下部不斷噴出和受連續(xù)攪拌;從攪拌器〔2〕下部噴出的腐蝕液〔11〕，沖過多孔銅電極〔7〕直達(dá)待腐蝕的硅片〔6〕上，不斷沖入和不斷換取，同時(shí)去掉反應(yīng)生成的氣泡，免于阻礙進(jìn)一步的腐蝕;為使多孔銅電極〔7〕和銅電極〔8〕之間的電場均勻，多孔銅電極〔7〕上的孔要小而密，并且分布均勻;銅電板〔8〕要稍厚，不因固緊螺絲〔9〕擰緊而變形，以致壓碎待腐蝕硅片〔6〕，同時(shí)要求銅電板〔8〕與待腐蝕硅片〔6〕接觸的面平整光滑;固緊螺絲〔9〕擰緊時(shí)，只要達(dá)到腐蝕液〔11〕不致漏出的程度即可;與直流電源〔10〕連接的毫安表〔14〕用以監(jiān)視電化學(xué)腐蝕的過程。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)
(1)改用對(duì)人體毒害性比HF小的NH4F水溶液作電化學(xué)腐蝕液〔11〕。
(2)可用極易生長的SiO2膜代替難于生長的高質(zhì)量的Si3N4膜作選擇性腐蝕掩膜。
(3)NH4F水溶液對(duì)電化學(xué)腐蝕裝置中電極等另部件的腐蝕性小。
(4)整個(gè)電化學(xué)腐蝕裝置簡單和易于加工制作，所用材料普通、價(jià)廉。
(5)在本發(fā)明的電化學(xué)腐蝕裝置中，用待腐蝕硅片〔6〕本身作為主要的對(duì)噴射入腐蝕液〔11〕的密封和隔離物。待腐蝕硅片〔6〕的一個(gè)面被腐蝕，另一個(gè)面根本不接觸腐蝕液〔11〕，所以可以把不腐蝕面(正面)的其他工藝作好之后進(jìn)行腐蝕而不受影響，減少了另外再做電極等的其他附加工序，縮短了工藝周期。
(6)如將整個(gè)電化學(xué)腐蝕裝置擴(kuò)大，多做幾個(gè)電極和采取一些附加措施，一次就可同時(shí)腐蝕多片，便于較大規(guī)模生產(chǎn)。
(7)本電化學(xué)腐蝕裝置安全可靠，換片操作方便，也便于觀察，如發(fā)現(xiàn)有漏液現(xiàn)象，就不通電，停止腐蝕，裝好后再進(jìn)行腐蝕，不會(huì)造成整片報(bào)廢。
(8)運(yùn)用了攪拌器〔2〕的邊噴射邊攪拌的特點(diǎn)，使腐蝕出的硅杯的各部位均勻一致，園度也良好，適于制造這類微小型硅杯。
采用附圖1的電化學(xué)腐蝕裝置，腐蝕液〔11〕采用5～6重量百分比的NH4F水溶液，電場強(qiáng)度為75V/cm左右，攪拌器〔2〕的轉(zhuǎn)速約300～400轉(zhuǎn)/分，可達(dá)到8～10μm/min的腐蝕速度，對(duì)制造膜的直徑小于1mm、膜厚小于16μm的硅杯能取得最好效果。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體硅壓阻式壓力傳感器中園形硅杯的電化學(xué)腐蝕，采用含氟的腐蝕液[11]，在n+襯底上外延一層n型層，并在n+面上作好選擇性掩膜圖形的待腐蝕硅片[6]與腐蝕液[11]之間有不斷的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在外加電場作用下達(dá)到腐蝕n+的目的，其特征是腐蝕液[11]采用NH4F水溶液；用SiO2作選擇性腐蝕掩膜；待腐蝕硅片[6]的作好SiO2選擇性腐蝕掩膜的一面蓋上有足夠大內(nèi)徑的下橡皮圈[5]后，被夾在接向直接電源[10]負(fù)極的多孔銅電極[7]和接向直流電源[10]正極的銅電極[8]之間；腐蝕液[11]不斷噴射入多孔銅電極[7]，直達(dá)待腐蝕硅片[6]進(jìn)行腐蝕。
2.按照權(quán)利要求
1所述的園形硅杯的電化學(xué)腐蝕，其特征是腐蝕液〔11〕存放在有機(jī)玻璃容器〔1〕中;具有百葉窗式長孔〔3〕的中空的攪拌器〔2〕的不斷旋轉(zhuǎn)，使腐蝕液〔11〕從中空的攪拌器〔2〕下部不斷噴出和受連續(xù)攪拌;有機(jī)玻璃容器〔1〕的下部牢固連接一個(gè)U形件〔13〕;靠上橡皮圈〔4〕，用穿過U形件〔13〕的固緊螺絲〔9〕，把銅電極〔8〕、待腐蝕硅片〔6〕、下橡皮圈〔5〕和多孔銅電極〔7〕四者壓向有機(jī)玻璃容器〔1〕下部的園形開口〔12〕進(jìn)行對(duì)腐蝕液〔11〕的密封。
3.按照權(quán)利要求
1或2所述的園形硅杯的電化學(xué)腐蝕，其特征是腐蝕液〔11〕采用5～6重量百分比的NH4F水溶液;電場強(qiáng)度為75V/cm;攪拌器〔2〕轉(zhuǎn)速約300～400轉(zhuǎn)/分，可達(dá)8～10μm/min腐蝕速度。
專利摘要
本發(fā)明公開一種電化學(xué)腐蝕工藝，用以腐蝕得半導(dǎo)體硅壓阻式壓力傳感器中的圓形硅杯(周邊固定支撐的硅彈性膜)。采用對(duì)人體毒害性較小的NH
文檔編號(hào)C25F3/00GK87103891SQ87103891
公開日1988年3月30日 申請(qǐng)日期1987年5月27日
發(fā)明者張聲良, 劉恩科, 周宗閩 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan