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硼源片的MEMS终止蚀刻的应用
---微细加工
在过去的几年里，使用硅片制作而成的传感器和微型设备已经成为许多公司和大学里研究的课题了。例如，重力传感器的薄膜，加速传感器的悬臂梁，用于测量流体流率的横梁，筛孔，微型电机的各个部分等，都是由硅片制成，可以应用到工业的各个领域。
通过标准的硅处理技术，利用硼源片的扩散，可以在硅片上形成高浓度的硼区域。这些区域可以终止硅蚀刻剂的蚀刻，并且是成功地从硅晶片蚀刻出薄膜和各种微机械部件的关键。
许多学者都用我们的硼源片扩散到硅片上，作为硅蚀刻剂的蚀刻平台。硼源片是理想的获取硼的材料，因为他们操作安全易行，且能够提供充足的硼。我们的硼源片也能在有氧的情况下使用,在温度从沉积温度逐渐冷却的同时，硅片表面的硼硅会被氧化（现场氧化）。这份说明总结了一些多年来在硼源片终止蚀刻应用方面的经验。
典型的沉积循环
表一概述了典型的作为蚀刻终止应用方面扩散的沉积循环：
１沉积温度和时间
沉积温度经常介于1100°--1200°之间，由于：
ａ．硅片上的硼必须大出1E20原子/cc,以便终止各向异性腐蚀。
ｂ．硅片表面及以下几微米硼的浓度必须都是1E20.
较高的沉积温度是因为硅片对硼浓度的需求，温度较高就会聚集在硅片表面的高浓度的硼向硅片里面扩散。 表一显示了不同温度下硼浓度达到1E20（蚀刻停止层）的深度与时间关系。
这些数据能够相当精确的推断出大面积沉积膜的厚度，其他一些别的因素对沉积膜的形状和尺寸影响较大。这些因素包括：硅片上硼的径向扩散，目标沉积膜的厚度，场氧化层的扩散窗尺寸等等。
如果硅传感器要含有激活装置区的话，那么一定要在“蚀刻终止”扩散之前明确这个区域。隔离这些激活区域以及把MOS设备与此区域合并的工艺已经研究出来了，并且很成功。
2.插入温度与倾斜率
对于大多数“蚀刻终止”扩散来说，插入率5-10℃/分，插入温度850℃都是可行的。对于大多数蚀刻扩散来说倾斜率为5-10°C/min插入温度约为850°C是被接受的。然而，据报道，倾斜率少于5°C/min,插入温度低至500°C有利于减少翘曲，并使硅翘曲的不到10微米。
3.气体成分
硼沉积循环中的气体可以是氮气或者氩气。尽管已经有报道指出，使用氩气能够使硅表面的损伤达到最小，但是如果这两种气体混合少量的氧气，就能控制硅表面的损害。氧气一般的比例都是2-5%，但是如果是温度过高，沉积时间过长的话，氧气的比例也可以达到10%。在冷却硅片时，一般都是50%的氧气，另外50%的氮气或者氩气。氧气沿着沉积玻璃膜扩散，以硅--硼相位存在。残余应力会引起悬臂梁的偏向和薄膜的屈曲，当然这能通过适当的应用原位低温氧化循环来控制。消除硼硅相位的另一个办法就是应用传统的低温氧化循环[27]。低温氧化循环的第一步：在稀薄的HF气体中，在硅片上蚀刻沉积玻璃。然后，把硅片放回到没有源片，850度左右的扩散炉中，在氧蒸汽中置放足够的时间已达到氧化整个硼-硅相位的效果。硅片的氧化一直继续到在硅片上形成氧化层，或者可以把硅片从扩散炉中移除，重新放到稀有HF气体中蚀刻掉薄的玻璃膜。HF的蚀刻过程提供了一个清洁、疏水的硅片表面，对后续的硅片加工处理有很大的裨益。
4.扩散舟
产品手册515中提到的标准扩散石英舟已经广泛的应用在了硼的蚀刻扩散过程中。但是， 蚀刻扩散往往需要较高的温度，而石英舟在这样高的温度下往往会变形，出现裂纹甚至破碎。虽然碳化硅和多晶硅舟比石英舟贵许多，但是研究表明他们都能耐高温。
各向异性蚀刻剂
少量掺杂硼元素的硅片在各向异性蚀刻剂【氢氧化钾，EDP（乙二胺/邻苯二酚/水）和联氨】的作用下，能够很快的再<100>和<110>方向达成蚀刻。<111>方向几乎不会再蚀刻剂的作用下蚀刻，
而且，当硅片中的硼的浓度大于1E20，所有方向的蚀刻过程都会停止。各向异性蚀刻剂的有利和不利因素将在本文中进行讨论，不同的因素，例如：安全因素，二氧化硅腐蚀率，硅的腐蚀率等等将决定在特定的蚀刻过场中用哪一种蚀刻剂。
传感器包装
当剥离传感器膜置于空气中时，为了闭合传感器电路，已经研发出了把两个硅片密封在一起的工艺。在1075度时，应用图2的步骤，在一个硅片上沉积一层厚厚的GS139硼源玻璃膜。这层膜就相当于胶水的作用，当两个硅片放在一起的时候就会被粘在一起，这个反应在450度的时候就会发生。为了在450度时硅片能够粘在一起，硅表面必须无磷，没有悬浮粒子。如果过程中存在磷的话，硅片在900度左右才会粘合在一起。粘合的硅片或者储存600度的氮气环境中，或者粘合过程应该在玻璃膜沉积后立刻进行。更多粘合信息将会在本文中详细介绍。
总结
许多硅传感器和微型设备的厂商都会用硼源蚀刻停止层来在选择性的在适当的地方终止对硅的各向异性蚀刻。研究已经表明我司的硼源片是硅片中蚀刻停止层的最佳选择。当然，利用硼源在低温下把两片硼源片粘合在一起的技术也已经研发出来。