硅的晶向及工艺理论简介

硅晶态硅又分为单晶硅和多晶硅， 它们均具有金刚石晶格， 晶体硬而脆， 具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。晶态硅的熔点 1410C, 沸点 2355C, 密无定形硅是一种黑灰色的粉末。用硅来做 MEMS 产品，主要应用 (100)或（ 110）的晶圆，在各向异性腐蚀法实现腐蚀的过程中， 采用湿法腐蚀和干法腐蚀， 其中干法刻蚀与晶体的晶向没有直接的关系， 仅靠轰击硅片表面的高能粒子的方向来实现控制， 而湿法腐蚀则主要依靠不同晶面的腐蚀速率之间的差异来实现的。例如，在诸如悬臂梁、桥、凹坑结构的实现中，采取 100 面的晶圆加工，沿 晶向做掩膜，然后在碱性溶液 KOH或 NaOH 中腐蚀，可以实现与 100 面夹角为 54.7°的 {111}光滑面，这在压力传感器等结构的制作中经常用到。另外，也有采用（ 110）硅片加工（ 110）面是 MEMS 中用途最广泛的晶面之一，而且湿法腐蚀（ 110）硅片时，表现出与（ 100）硅片不同的特性，在（１１０）硅片上腐蚀制作出垂直于衬底的 ｛１１１｝面， 可以提供大面积／高质量的光学表面，在光学领域具有广泛的应用。下图给出（ 110）硅片上存在 {111}面方位及其各向异性掩膜腐蚀截面， （ 1） （ 2） （ 3）分别表示了 （ 110） 硅片中存在 {111}面的三个方位， 沿着这三个方位做定向掩膜腐蚀， 方位 （ 1）和（ 2）形成 U 型沟槽，而（ 3）方位则形成 V型沟槽。 U 型沟槽的侧壁是与表面（ 110）面相垂直的 {111}面，分别是（ 111） （ 111 ） （ 11 1）和（ 111）面，这四个 {111}面两两平行，彼此间夹角为 70.53°， V 型槽的两侧壁为 （ 111） 面和 （ 111 ） 面， 与 （ 110） 面的夹角为 35.26°。形成 V 型沟槽的方位（ 3）与（ 110）硅片定位面（ 111）面的夹角为 54.5°。两面夹角计算公式：