单晶硅各向异性刻蚀技术

引言

作为单晶硅IC、LSI电子材料，用于小型机械部件的材料，结构材料的新用途已经开发出来。原因是除了单晶SI除了强大的机械性外，它还在于利用只能用于单晶晶体取向的各向异性烯酸，精确地加工出妙的三维形状。随着各向异性烯酸半导体加工技术的发展，在晶圆上形成微妙的机械结构，然后在20世纪70年代下半年机械地驱动结构Stanford大学，IBM在公司的研究中，这些技术的总称被用作微机械。在本稿中，关于各向异性烯酸技术在微机械中占有重要地位，描述其研究趋势和加工实例的同时，也谈到了微机械未来的发展方向。

实验

已知作为化学各向异性蚀刻的蚀刻剂KOH水溶液、乙烯胺水溶液等1}。当使用这些蚀刻时，与其他晶体表面相比，具有轮胎蒙特晶体结构的硅（111）的蚀刻率显示出非常小的值。例如，在40℃下对40%KOH测量水溶液各方向的蚀刻率的结果如图1所示。2)。用等高线表示布。蚀刻率最大值为(110)，最小值为(111)。两者的蚀刻率比约为1801.另一方面，S1的氧化膜（S102），氮化膜（S13N4)此外，还掺杂了大量杂质S蚀刻速率与S1相比也非常小。利用这样的性质，可以制作各种各样的立体形状。

图2是深沟加工后晶圆的截面照片。在加工过程中，晶圆表面形成S1O2膜作为掩膜，在<112>在方向上设置细长的条形开口进行蚀刻。由于与深沟侧{111}一致，位点蚀刻非常缓慢，可以进行如图所示的深沟处理。

图2(110)晶片深槽加工

图3(100)悬臂梁振子在晶片上

悬臂梁振动器。悬臂梁尖端质量大，结构由细梁支撑。由于梁侧的斜面与{111}一致，梁侧的蚀刻很少，宽度较窄的梁可以高精度加工。根据本加工方法，如上所示，各向同性蚀刻不能完成的形状可以加工，干蚀刻不能完成数百个μm深加工。

硅的各向异性蚀刻现在被广泛应用于压力传感器领域。（100）如果从晶圆的一侧进行各向异性蚀刻，如图4所示，可以形成高尺寸和精度的膜。将膜作为压力表面，以检测其变形，以及特定压力的大小。随着加工技术的进步，膜的小型化，以及与增长电路的集成和集成正在发展，最近进入体内的导管（1×0.6×5mm）血压传感器血压传感器3)

图4膜片的形成

图5是微室5细胞融合的放大照片。直径76mm的Si晶圆上有大约2000个储存细胞的房间。捕捉20~60颗粒径与水一起运输的粒径μm房间底部设置的植物细胞宽度为10μm扒手。房间的空间和狭缝分别从晶圆的正面和背面用各向异性蚀刻处理。在上述应用例中，包括微腔，最好在产品形状中发挥晶体表面形成的蚀刻轮廓±o此外，所有加工对象都要求精度排列规则形状。充分发挥了环形印刷技术最好的地方图案的排列 精度。这种加工特性 单晶Si屈服强度高于钢，可充分利用其 弹性变形在晶片上形成运动部件.

图5用微腔融合细胞

图6是为激光磁 盘装置开发的激光束扫描镜 .反射器和支撑 反射器的扭杆使轮廓线呈各向异性反射器通过在 接近背面的电极之间施加交流电压被静电激励 ，并在共振点附近产生约2个。.此外，开发了与图3相同的悬臂梁结构加速度传感器 .在晶片表面沿垂直方向施加加速度后，反射 镜会膨胀，可以使用设置在悬臂梁根部的应变片来检测 加速度。另一方面，作者和其他人发现图3中的悬臂 梁振动因静电而振动。结果表明，由于大气 的衰减，共振点附近悬臂梁的振动状态发生了变化。真空压力可用于测量。

图6激光扫描扭转镜

图7显示了形成SiO2悬臂梁的过程。除去面方位为（100）的Si晶圆表面形成的氧化膜相当于梁轮廓的部分KOH露出水溶液Si表面蚀刻，如图所示，在{111}或杂质掺杂层中停止蚀刻。

图8 SiO2杠杆式开关

超声波传感器、振动传感器等。，并如图8所示，Sio2.悬臂梁的尖端还试制了以端为接头的杠杆开关9）。开关动作是通过在梁与梁相对孔底之间加载电压来弯曲梁静电。

结果和讨论

Si各向异性蚀刻技术与光刻、膜形成等技术的结合已成为实现晶圆上各种结构的有力手段。从精密加工的角度来看，研究的进展是值得期待的。此外，为了将以平面加工为前提的半导体加工技术扩展到三维形状的微机加工，还需要在蚀刻以外的光刻工艺、曝光工艺等方面开发新技术。此外，未来微部件的连接、组装等技术也将变得重要。

总结

在微机械技术的发展中，对传感器、生物技术、医疗、信息机械等领域寄予厚望。由于微处理器也广泛应用于汽车和家用电器中，测量各种物理量的微传感器和LSI强烈期待着大量的供应。在生物技术领域，细胞和病毒等小颗粒的精确操作和选择变得越来越重要。另一方面，生物传感器也需要微妙的三维结构。在医学领域，人们期待着用于人体治疗和检查的小型机器和人工内脏器官的进步。在信息机中，以光学装置的光学系统为首，在超高集成计算机系统的布线、供电、冷却等方面出现了前所未有的小型机器。