專利名稱：硅(110)襯底各向異性腐蝕中直角結(jié)構(gòu)補償圖形生成方法
硅(110)襯底各向異性腐蝕中直角結(jié)構(gòu)補償圖形生成方法
駄領域
本發(fā)明提供了一種用于硅(no)襯底各向異性腐蝕中保護直角形式凸角結(jié)構(gòu)的彬嘗圖形生成方法， 屬于面向制造的硅各向異性腐蝕圖形設計技術(shù)領域。
背景獄
硅的各向異性腐蝕技術(shù)是指在硅的腐蝕過程中，硅的不同晶面具有不同的腐蝕速率，采用硅
各向異性腐蝕技術(shù)能夠制造多種微機電系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)。但正是因為腐蝕過程的各向異性，往 往得到的結(jié)構(gòu)和設計的掩膜不一致，典型情況是器件結(jié)構(gòu)中的凸角被切削。按照半導體理論與工 藝知識可知，在硅各向異性腐蝕工藝中，硅(110)襯底上有一些晶向腐蝕速度非?？?，稱為快 腐蝕晶向，有些晶向則非常慢，以至可以認為基本不腐蝕。圖l顯示了部分快腐蝕晶向和慢腐蝕 晶向，坐標系統(tǒng)的橫軸表示的是〈110〉晶向方向，縱軸表示的是〈100〉晶向方向。具有快腐蝕特性 的晶向是<100〉和<111〉，其中〈111〉族晶向有4條，分為兩個方向，以直線a廣a4表示，<100〉族 晶向有2條，以直線bl、 b2表示。具有慢腐蝕特性的晶向是<110〉和<211>，其中〈110〉族晶向有 2條，以直線cl、 c2表示，〈211〉族晶向有4條，也分為兩個方向，以直線d廣d4表示。丙為硅 襯底上每個平行的晶向之間有許多條平行的晶列，因此，實際上al、 a3是一對平行的晶列，a2、 a4是一對平行的晶列，bl、 b2是一對平行的晶列，cl、 c2是一對平行的晶列，dl、 d3是一對平 行的晶列，d2、 d4也是一對平行的晶列，圖上的坐標刻度只表示了相關晶向的相對位置關系和角 度關系。在器件設計中，希望采ffl不腐蝕的晶向作為器件結(jié)構(gòu)的直邊，例如這里的〈110〉晶向和 〈211>晶向，以保證器^^直邊的形狀。但是，在結(jié)構(gòu)上直邊相交的凸角處，岡為受〈100〉晶向和(或) <111>晶向快腐蝕速度的影響而將被切削為鈍角。為了得到所需的結(jié)構(gòu)，必須在設計時有意使掩 膜圖形偏離目標圖形，利用腐蝕過程的各向異性，最終得到目標結(jié)構(gòu)。凸角補償圖形的設計是典 型的補償設計技術(shù)，所謂凸角補償是指對于目標圖形上的凸角，在設計掩膜時增加一些輔助的圖 形，隨著腐蝕進行，這些多余部分被腐蝕去除，當腐蝕結(jié)束時，得到所需的目標圖形。顯然，如 果需要在(110)襯底上制作直角結(jié)構(gòu)，不論釆用<211〉、 <110>或者它們的組合，都不可能構(gòu)成 完全由不腐蝕邊形成的直角。閃此，在制作具有直角形狀的結(jié)構(gòu)時，必須對腐蝕邊也設計補償圖 形。本發(fā)明提供的補償圖形設計方法是針對采用一對〈110〉晶向作為矩形對邊，以〈100〉晶向作為 另一對邊的矩形結(jié)構(gòu)。
目前，對于硅(110)襯底上的直角補償圖形t常少，且主耍來源于實驗結(jié)論，缺乏具有共 性的補償圖形生成方法，在設計中無法根據(jù)A體的需耍對補償圖形進行變化，以滿足兒何結(jié)構(gòu)的 要求，而實際上，直角補償圖形有許多可能的形狀。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提供了一種在硅(110)襯底上制作直角形式凸角結(jié)構(gòu)時補償圖形的生成 方法。提供了一種補償圖形的拓撲結(jié)構(gòu)，由此柘撲結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生山多種多樣的直角形式凸角補償 圖形(下面簡稱為直角補償圖形)，大大增加了設計直角補償圖形的靈活性。
技術(shù)方案本發(fā)明提出的直角補償圖形生成方法分為兩個主要技術(shù)步驟建立直角補償圖形 的拓撲結(jié)構(gòu)并確定拓撲邊界到直角頂點的垂直距離；根據(jù)一定的規(guī)則生成具體的直角補償圖形。 下面具體對技術(shù)步驟進行介紹。
本發(fā)明硅(110)襯底各向異性腐蝕中直角結(jié)構(gòu)補償圖形生成方法，其特征是，對下-硅(110) 襯底上制作的含有直角形式凸角，且該直角由〈110〉晶向和〈100〉晶向為直邊構(gòu)成的目標器件結(jié) 構(gòu)，其直角補償圖形生成的過程由兩個步驟實現(xiàn)首先建立直角補償圖形的拓撲結(jié)構(gòu)，然后根據(jù) 直角補償圖形生成方法產(chǎn)生具體的直角補償圖形。
直角補償圖形拓撲結(jié)構(gòu)是由表示硅(110)襯底表面〈100>、 <111>和<211>晶向的5條直線交 織而成的網(wǎng)格，其中，<100>族晶向的直線1條，2個不同方向〈111〉族晶向的直線各1條，2個 不同方向〈211〉族晶向的直線各1條；<100>族晶向直線到目標器件結(jié)構(gòu)良邊的間距，以及<111> 族晶向直線到目標器件結(jié)構(gòu)上直角的間距由腐蝕深度和具體丄藝決定；2條<211 >族晶向直線中， 一條直線起始于直角， 一條直線則過直角頂點，即直角頂點是該直線上的一個點。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的砘(110)襯底各向異性腐蝕中直角結(jié)構(gòu)補償圖形生成方法，其特 征在P所有直角補償圖形的外輪廓均起始丁-〈100〉族晶向直線，并且具體圖形可以由下列方法之 一生成
C. 對每個需要補償?shù)闹苯牵a償圖形由該直角補償圖形拓撲結(jié)構(gòu)中的部分或全部晶向的直 線連接而成，要求連接晶向直線時的第一個拐點必須是< 100>族晶向直線和< 111 >族晶向 直線的交點。
D. 補償圖形是由〈110〉族晶向的良線和〈100〉族晶向直線所圍成的多邊形，要求該多邊形的 所有凸角頂點都落在表示〈111〉族晶向的直線上。
本發(fā)明的技術(shù)實現(xiàn)過程是，利用硅(110)襯底上腐蝕速度快慢不同的晶向，形成能夠生成 具體直角補償圖形的結(jié)構(gòu)，即拓撲結(jié)構(gòu)。以該拓撲結(jié)構(gòu)為基礎，按照上述方法，選擇一定的兒何 線條產(chǎn)生具體的補償圖形，其原理是利W不同晶向腐蝕速度的差異控制腐蝕發(fā)生的方向和位置， 從而達到控制最終目標圖形的目的。
有益效果與現(xiàn)有的補償圖形來源于實驗的技術(shù)途徑不同，本發(fā)明所提供的技術(shù)方法來源于
硅各向異性腐蝕的機制與原理，能夠靈活地產(chǎn)生多種多樣的具體直角補償圖形。在具體的器件結(jié)
構(gòu)設計中，可以根據(jù)實際器件的結(jié)構(gòu)要求選擇所需要的補償圖形，同時能夠根據(jù)具體的加T工藝
設計補償圖形的具體尺寸。大量的模擬與實驗驗證表明，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方法所產(chǎn)生的各種補 償圖形，都能有效地保護目標直角結(jié)構(gòu)，得到符合耍求的宵.角。同時，大多數(shù)目前由實驗所得到 的補償圖形也都能夠通過本發(fā)明所提供的技術(shù)產(chǎn)生。
基于-以上特點，本發(fā)明具有理論原理清晰，具體補償結(jié)構(gòu)生成方便、靈活的優(yōu)點。同時，閃 為本發(fā)明所提供的技術(shù)方法具有明確的技術(shù)路徑，非常適合應用到計算機輔助設計系統(tǒng)中，ffl"以自動產(chǎn)生直角補償圖形。


圖l硅(110)襯底上<100>、 〈110〉、 <111>晶向和<211>晶向。 圖2直角補償圖形的拓撲結(jié)構(gòu)。
圖3右上直角處的拓撲結(jié)構(gòu)。其〈111〉邊到直角頂點的距離都是115.4//肌<100>邊到直邊 的距離是100〃肌
圖4補償圖形示例1。該圖形的生成采用了直角補償圖形生成方法A。圖中拓撲結(jié)構(gòu)以虛線
表示，具體直角補償圖形用實線表示。
圖5補償圖形示例2。該圖形的生成也采用了直角補償圖形生成方法A。圖中拓撲結(jié)構(gòu)以虛 線表示，具體直角補償圖形用實線表示。
圖6補償圖形示例3。該圖形的生成采用了直角補償圖形生成方法B。圖中拓撲結(jié)構(gòu)以虛線 表示，具體直角補償圖形用實線表示。
圖7補償圖形示例4。該圖形的生成采用了直角補償圖形生成方法B。圖中拓撲結(jié)構(gòu)以虛線 表示，具體直角補償圖形用實線表示。
具體 ^式 1.拓撲結(jié)構(gòu)
本發(fā)明提出的直角補償圖形的拓撲結(jié)構(gòu)是由表示硅(110)襯底表面<100>、 <111>和<211〉
晶向的5條直線(下面簡稱為〈xxx〉晶向的直線)交織而成的網(wǎng)格，其中，〈100〉族晶向的直線1
條，2個不同方向〈111〉族晶向的直線各1條，2個不同方向〈211〉族晶向的直線各1條。拓撲結(jié)
構(gòu)圍繞需要補償?shù)闹苯峭膺吔?，圖2給出了這樣的基本結(jié)構(gòu)。因為本發(fā)明所針對的矩形器件結(jié)構(gòu)
中有一對直邊采用了〈100〉晶向，而〈100〉是快腐蝕晶向，必須預留一定的腐蝕補償距離，W此，
在補償圖形的柘撲結(jié)構(gòu)中包含了〈100〉晶向的直線，表示〈100〉晶向的直線bl、 b2到目標器件結(jié)
構(gòu)直邊的間距為hl。 〈111〉晶向也是快腐蝕晶向，以直線ar"a4表示的〈lll〉晶向到g標器件結(jié)構(gòu)
上直角的間距為h2。 〈211〉是慢腐蝕晶向，以K線d廣d4表示的〈211〉晶向在每個直角上有兩個方
向的直線，其中一條直線起始于直角， 一條直線則過直角，即直角頂點是該直線上的一個點，并
且，由圖l中的兒何關系可知，這兩條<211〉晶向的直線還分別與兩條<111>晶向的直線垂直。閃
為目標直角在空間有4個可能的位置和方向，不失一般性，每個直角由〈110〉和〈100〉晶向構(gòu)成，
因此，圖2給出了 4個位置和方向的直角補償拓撲結(jié)構(gòu)圖形。
具體補償圖形中的直線距離直角頂點的距離hl、 h2由下兩式?jīng)Q定
W = 〃
V<〃7> W〃"
其中，W是腐蝕深度，n,、 R川〉分別表示〈100〉、 <111>晶向的平面腐蝕速率，r(,m表示(110)襯底腐蝕深度方向的腐蝕速率，它們的大小由具體的腐蝕工藝決定。 2.具體直角補償圖形的生成方法
對于以一對aio〉晶向作為矩形對邊，以〈ioo〉晶向作為另一對邊的矩形結(jié)構(gòu)，所有直角補償
圖形的外輪廓均起始于bl (或b2),具體圖形生成有下列方法
A. 對每個需要補償?shù)牧冀?，補償圖形由該直角補償圖形拓撲結(jié)構(gòu)中的部分或全部晶向的直
線連接而成，要求連接晶向直線時的第一個拐點必須是aoo〉族晶向直線和aii〉族晶向 直線的交點。
B. 補償圖形是由<110>族晶向的直線和<100>晶向的直線所圍成的多邊形，要求該多邊形的
所有凸角頂點都落在表示〈iii〉族晶向的直線上。
下面以圖2所示拓撲結(jié)構(gòu)的右上直角的補償圖形生成說明具體圖形結(jié)構(gòu)。 假設釆用30%的KOH腐蝕液在70° C下腐蝕，要求腐蝕深度^7W/z肌r<,n>=l. 632 ( //w/分A n咖產(chǎn)1.414 (///z /分A=1. 414 ( P/z /分A所以，
/.W4 丄W
圖3顯示了該直角補償圖形的拓撲結(jié)構(gòu)，其中，每條〈11D直線到直角頂點的距離h2都是 115.4///B,而補償圖形上〈100〉直線(bl、 b2)到目標圖形上以a00〉對準的直邊距離hl為100#肌 首先給出按照具體直角補償圖形生成方法A所產(chǎn)生的兩個補償圖形示例。 圖4顯示的是釆用bl和al連接而圍成的補償圖形，該圖形添加在目標圖形上就成為右上直 角結(jié)構(gòu)的補償圖形。顯然，該晶向連接只用了<100〉和<111〉，只有唯一的連接拐點且是〈100〉和 <111>的交點。
圖5顯示的是采用bl、 a2、 al、 d2所構(gòu)成的補償圖形，同理，該圖形添加在目標圖形邊界 上也成為右上直角結(jié)構(gòu)的補償圖形。連接時第一個拐點是是<100>和<111>的交點。 下面，再按照具體直角補償圖形生成方法B產(chǎn)生兩個補償圖形示例。
圖6顯示了一個以<100>、 <110>和<100〉晶向所對應的直線構(gòu)成的補償圖形，起始Tbl，所 有凸角都落在表示〈111〉晶向的直線上。
圖7則給出了另一個以〈100〉、 <110>和<100〉晶向所對應直線構(gòu)成的補償圖形的例子，補償 圖形起始于bl，所有凸角也都落在表示〈111〉晶向的直線上。
以上的4個示例都經(jīng)各向異性腐蝕模擬軟件ACES的分析驗證，表明這些補償結(jié)構(gòu)能夠有效 的對直角進行保護，可以最終得到直角目標圖形。
權(quán)利要求
1、一種硅(110)襯底各向異性腐蝕中直角結(jié)構(gòu)補償圖形生成方法，其特征是，對于硅(110)襯底上制作的含有直角形式凸角，且該直角由<110>晶向和<100>晶向為直邊構(gòu)成的目標器件結(jié)構(gòu)，其直角補償圖形生成的過程由兩個步驟實現(xiàn)首先建立直角補償圖形的拓撲結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)直角補償圖形生成方法產(chǎn)生具體的直角補償圖形。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅(110)襯底各向異性腐蝕中直角結(jié)構(gòu)補償圖形生成方法，其特 征在于直角補償圖形拓撲結(jié)構(gòu)是由表示硅(110)襯底表面<100>、 <111>和<211>晶向的5條.苴線 交織而成的網(wǎng)格，其中，<100>族晶向的直線1條，2個不同方向〈111〉族晶向的直線各1條，2 個不同方向〈211〉族晶向的直線各1條；<100>族晶向直線到目標器件結(jié)構(gòu)直邊的間距，以及<111> 族晶向直線到目標器件結(jié)構(gòu)上直角的間距由腐蝕深度和貝.體1:藝決定；2條〈211〉族晶向直線中，一條直線起始亍直角， 一條直線則過直角頂點，即直角頂點是該直線上的一個點。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅(110)襯底各向異性腐蝕中直角結(jié)構(gòu)補償圖形生成方法，其特征在丁-所有直角補償圖形的外輪廓均起始于〈ioo〉族晶向直線，并且具體圖形可以由下列方法之一生成A. 對每個需要補償?shù)闹苯?，補償圖形由該直角補償圖形拓撲結(jié)構(gòu)中的部分或全部晶向的直 線連接而成，要求連接晶向直線時的第一個拐點必須是〈100〉族晶向直線和〈111〉族晶向直線的交點。B. 補償圖形是由〈110〉族晶向的直線和〈100〉族晶向直線所圍成的多邊形，要求該多邊形的 所有凸角頂點都落在表示〈111 >族晶向的直線上。
全文摘要
硅(110)襯底各向異性腐蝕中直角結(jié)構(gòu)補償圖形生成方法，其特征是，對于硅(110)襯底上制作的含有直角形式凸角，且該直角由<110>晶向和<100>晶向為直邊構(gòu)成的目標器件結(jié)構(gòu)，其直角補償圖形生成的過程由兩個步驟實現(xiàn)首先建立直角補償圖形的拓撲結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)直角補償圖形生成方法產(chǎn)生具體的直角補償圖形。所有直角補償圖形的外輪廓均起始于表示<100>晶向的直線b1(或b2)，并且具體圖形可以由下列方法之一生成本發(fā)明具有理論原理清晰，具體補償生成方便、靈活的優(yōu)點。同時，因為本發(fā)明所提供的技術(shù)方法具有明確的技術(shù)路徑，非常適合應用到計算機輔助設計系統(tǒng)中。
文檔編號H01L21/306GK101510508SQ20091002982
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者涵 張, 李偉華 申請人:東南大學