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本文介紹了用于研究硅基板各向異性濕法蝕刻后微懸臂梁取向與微橋取向相關(guān)性的實驗結(jié)果。在二氧化硅微懸臂梁或微橋的制造過程中，在二氧化硅薄膜下的硅襯底的各向異性濕式蝕刻創(chuàng)造了獨立的結(jié)構(gòu)。

用于這些實驗的二氧化硅微懸臂梁是在具有（100）取向的n型（硼摻雜）sc硅晶片上制備的，硅晶片經(jīng)過鏡面拋光，電阻率值在5~3Ωcm之間，在以水蒸汽飽和的氧環(huán)境下，在硅襯底上生長了約1微米的熱氧化物，該氧化硅的生長溫度為1115°C，設(shè)計的結(jié)構(gòu)使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)繪制圖案，二氧化硅中的開口使用緩沖氧化物蝕刻法進行蝕刻。懸臂梁圖案與（100）Si襯底上的主晶片平面排列，即沿著該方向排列。研究了兩種類型的懸臂梁和微橋方向：一種平行于質(zhì)片平面或?qū)?zhǔn)方向，另一種方向是距質(zhì)片晶片平面45°。設(shè)計的懸臂梁和微橋的尺寸寬度分別為25、50或100微米，長度分別為100、200、300或500微米。

蝕刻過程采用了兩種在MEMS處理中最常用的堿性溶液，兩種溶液都保存在高溫高溫玻璃容器中，蝕刻溫度為80°C(溫度穩(wěn)定±0.5°C)中。容器用蓋子上的螺絲密封，其中包括一個自來水冷卻冷凝器，以減少蝕刻過程中的蒸發(fā)，在蝕刻過程中，晶圓被固定在磁力攪拌棒上方的水平位置的特氟隆支架中，將溶液在700rpm下進行電磁攪拌。蝕刻過程后，將蝕刻晶片從溶液中取出，用去離子水徹底沖洗，不應(yīng)用任何防止釋放的開裂或微懸臂附著的程序。

釋放的結(jié)構(gòu)在高功率光學(xué)顯微鏡的情況下進行顯微鏡觀察，允許縱向平面測量，為了估計檢測晶體平面的刻蝕速率，使用一種特殊的微規(guī)刻蝕的深度被測量，眾所周知，硅具有金剛石立方結(jié)構(gòu)，其各向異性的刻蝕行為強烈地依賴于晶體的取向，在各向異性濕式化學(xué)蝕刻過程中，側(cè)壁的平面形成是與掩模邊緣對齊的蝕刻速率最慢的一種，所有這些可能性都如圖所示1。?

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圖1

為了實現(xiàn)壁，圖案邊必須在方向上，這也是（100）Si晶片的質(zhì)數(shù)平面方向，在這項工作中研究的兩種解決方案中，平面都是最慢的蝕刻平面，當(dāng)圖案邊沿方向?qū)R，即距質(zhì)數(shù)平面45°時，墻的邊界圖案的選擇取決于{110}和{100}平面的相對蝕刻率，這兩種蝕刻速率之間的差異很小，它們對所使用的溶液、蝕刻條件、溫度、添加劑、溶液中的雜質(zhì)等非常敏感。

對某些晶體平面的蝕刻速率的評價方法如圖所示2，用微米計測量Si（100）襯底上的蝕刻深度(d)，并在光學(xué)顯微鏡下測量橫向距離。

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圖2

不同寬度和長度的微懸臂梁在25wt上被蝕刻，%TMAH水溶液，用于兩種不同的蝕刻時間，這些照片說明了硅的壓切過程和二氧化硅微懸臂梁的釋放，微懸臂梁的側(cè)面都有最慢的蝕刻平面，其釋放過程實際上是通過向下切割微懸臂梁頂部的凸角來實現(xiàn)的。

從定向微懸臂梁釋放過程中硅下切的演變可以看出，晶體平面阻止了微懸臂梁邊緣的下切。因此，對于定向的微懸臂梁，由于凸角效應(yīng)的下切割結(jié)果，它沿著懸臂梁的長度擴散。兩種解決方案的下切機制是相同的，唯一的區(qū)別在于最快的蝕刻平面的類型，它結(jié)合了微懸臂梁前面的凸角，這意味著圖中所示的角度，每個解決方案是不同的，當(dāng)微懸臂梁是由硅本身制成時，了解結(jié)合硅凸角的平面的確切方向是非常重要的，在這種情況下，必須避免為了使微懸臂梁保持其預(yù)定的形狀，對凸角的下切。

本文介紹了在硅（100）基板上制備不同取向的熱生長二氧化硅微懸臂梁的一些方面，在微加工技術(shù)中最常用的兩種溶液中，硅下切割釋放的二氧化硅微懸臂梁取向為25wt。%TMAH和30wt，%氫氧化鉀水溶液，兩種溶液的蝕刻溫度均為80°C，通過對Si（100）襯底沿其寬度進行下切，制備了面向其方向的二氧化硅微懸臂梁，定向微懸臂梁的釋放只取決于它們的寬度，而不是它們的長度，這種定向的二氧化硅微懸臂梁的截面大致保持矩形，有利于進一步應(yīng)用，只有在（100）取向的硅襯底上，才可以通過濕式化學(xué)蝕刻法制備二氧化硅微橋。