專利名稱：氫氧化鉀溶液對(100)硅上<100>晶向的凸角補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫氧化鉀溶液對(100)硅上<100>晶向的凸角補(bǔ)償方法，屬于微機(jī)械領(lǐng)域。
隨著微機(jī)械光學(xué)器件的發(fā)展，硅(100)被用來制作豎直反射微鏡。微鏡的制作是從硅(100)面上制作長方形掩膜開始的，然后在KOH腐蝕液中各向異性腐蝕。該長方形掩膜的邊沿<100>，稱為<100>晶向掩膜。<100>晶向掩膜有凸角。在掩膜的凸角也存在凸角削角問題。形成凸角削角腐蝕的快腐蝕晶面是411面。兩個411面的交線和<100>晶向成45°或14.04°夾角。411面的位置見圖1。凸角削角導(dǎo)致豎直反射微鏡的反射面不是預(yù)期的長方形，而是大致呈底角約為45°的梯形。這樣使豎直微鏡反射面上沿的橫向尺寸減小，面積減小。應(yīng)用于光開關(guān)，則可導(dǎo)致有效切換光束的位移小于光開關(guān)的最大位移，切換光束的效率降低。
由此可見，由于硅(100)豎直反射微鏡出現(xiàn)，使得硅(100)用KOH各向異性腐蝕液腐蝕時，<100>晶向掩膜的凸角補(bǔ)償成為必要。微鏡的補(bǔ)償，除考慮微鏡形狀方正外，還需考慮由補(bǔ)償引起的殘余，不影響光的傳播。另外，制作形狀規(guī)則的質(zhì)量塊，也是微機(jī)械加速度傳感器等微機(jī)械器件所需的。硅的各向異性腐蝕的機(jī)理是一個復(fù)雜的問題，至今仍有不同的各向異性腐蝕理論報道。對掩膜邊沿<100>方向的補(bǔ)償，很少有報道。
本發(fā)明的目的是通過下述“工”形和“Y”形補(bǔ)償兩種補(bǔ)償方案，KOH溶液對(100)硅上的<100>晶向掩膜的凸角削角做補(bǔ)償。掩膜可用SiO2或Si3N4KOH溶液濃度25-60％。
(1)“工”型補(bǔ)償對于制作高度為h，，寬度為m的微鏡，無補(bǔ)償情況掩膜是四邊沿<100>晶向的長方形。長方形長是l，寬是2h+m?！肮ぁ毙窝a(bǔ)償是在長方形的兩端加長條形補(bǔ)償掩膜，其長條形補(bǔ)償掩膜的長d，寬c由下面公式確定cR(411)cos(γ)sin(β)=hR(100)---(1)]]>0.5d-0.5m-0.25h+0.25cR(411)cos(γ)cos(β)=hR(100)---(2)]]>R(411)，R(100)分別表示411面，硅100)面的腐蝕速率，γ是411面法線與硅100)面的夾角，為3.47°，β是〈410〉腐蝕前沿和〈100〉晶向的夾角，為14.04°。需要指出的是，按上面公式補(bǔ)償腐蝕出的結(jié)構(gòu)，在硅的上表面是方正的，但在微鏡的正面，由于(411)面不能消除所有的(111)慢腐蝕面，導(dǎo)致微鏡的反射面高度減小。彌補(bǔ)的方法是在補(bǔ)償腐蝕結(jié)束后，再腐蝕幾個小時，使底部的(111)面再削去一些，提高光學(xué)反射面的高度；而對微鏡的形狀不產(chǎn)生太大的影響。
(2)“Y”形補(bǔ)償對于長是l，寬是2h+m的長方形掩膜，采用所謂的“Y”形補(bǔ)償方法，是添加關(guān)于四角的補(bǔ)償條?！癥”形補(bǔ)償見圖3。腐蝕結(jié)束后，微鏡如圖5中的虛框所示，微鏡的一個頂點(diǎn)在未補(bǔ)償掩膜的角平分線上的Q點(diǎn)，PQ長度是 h。GE沿<110>晶向且長度為 h。E點(diǎn)距RQ的距離ht，由下式確定h+0.75htR(411)cos(γ)cos(β)=hR(100)---(3)]]>式中R(411)，R(100)分別表示411面，100面的腐蝕速率，γ是411面法線與100面的夾角，為3.47°，β是〈410〉腐蝕前沿和〈1005〉晶向的夾角，為14.04°。由于G點(diǎn)是關(guān)于QP對稱的，可根據(jù)E點(diǎn)算出。同樣的方法可得到其他各處的補(bǔ)償圖案。
利用“工”形補(bǔ)償，可得到方正的反射面，反射面的最小高度為82μm，適合于光束直徑小于80μm的光開關(guān)。在這種情況下，削角引起的有效位移小于實(shí)際位移問題得到了完全解決。在補(bǔ)償耗盡之后，繼續(xù)腐蝕幾個小時，可增加反射面的高度，適用于光束直徑大于80μm的情況；此時微鏡的方正受到一定的影響。“Y”形補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)是反射面高度大，適合在大直徑光束的情況下應(yīng)用，反射面是底角為75.96。的梯形?！吧鲜鰞煞N補(bǔ)償方式，能消除或減輕KOH腐蝕的微鏡削角問題，提高光開關(guān)的有效位移，從而降低驅(qū)動的電壓或電流。Y”形補(bǔ)償還和獲得形狀較為規(guī)則的質(zhì)量塊，可用于微機(jī)械加速度計的質(zhì)量塊的制作。
圖1是411面的位置。
圖2是“工”型補(bǔ)償示意圖。
圖3是“Y”型補(bǔ)償示意圖。
實(shí)施例1用硅片(100)(n型，3～8Ω.cm-1)，熱氧化生長1μm的SiO2，掩膜長度L＝1000μm。設(shè)定h＝250μm，m＝40μm，補(bǔ)償圖形參數(shù)由公式(1)，(2)計算出長條形掩膜的寬度C和長度d。用“工”型補(bǔ)償圖案，光刻后在50％KOH，溫度50°，腐蝕250μm深度。得到方正的反射面，反射面的高度約80μm。可用于光開關(guān)，消除凸角削角引起的切換光束的效率降低。本實(shí)施例所用掩膜為O、SiO2。
實(shí)施例2(100)硅片上與掩膜相關(guān)的參數(shù)分別是，L＝2000μm，h＝250μm，m＝10μm，用“Y”型補(bǔ)償公式(3)，確定補(bǔ)償圖形參數(shù)。光刻后，在40℃，50％KOH中腐蝕，腐蝕250μm深度。可得到反射面呈底角為75.96的梯形的微鏡，反射面的高度大于100μm。可用于光開關(guān)，減輕凸角削角引起的切換光束的效率降低問題，本實(shí)施例所用掩膜為SiN4。
實(shí)施例3用“Y”型補(bǔ)償圖案，l＝2000μm，t＝250μm，m＝30μm，用“Y”型補(bǔ)償公式(3)，確定補(bǔ)償圖形參數(shù)。掩膜為二氧化硅，光刻后在50％KOH腐蝕，溫度40°，腐蝕250μm深度。得到形狀較為規(guī)則的質(zhì)量塊，可用于微機(jī)械加速度質(zhì)量塊的制作。
權(quán)利要求
1．一種氫氧化鉀溶液對(100)硅上<100>晶向的凸角補(bǔ)償方法，其特征在于制作高度為h，寬度為m的微鏡采用“工”形補(bǔ)償時，長條形補(bǔ)償掩膜加在長方形的兩端加，其長條形補(bǔ)償掩膜的長d，寬c由下面公式確定cR(411)cos(γ)sin(β)=hR(100)---(1)]]>0.5d-0.5m-0.25h+0.25cR(411)cos(γ)cos(β)=hR(100)---(2)]]>R(411)，R(100)分別表示(411)面，硅100)面的腐蝕速率，γ是(411)面法線與硅100)面的夾角，為3.47°，β是<410>腐蝕前沿和<100>晶向的夾角，為14.04°。
2．按權(quán)利要求1所述的氫氧化鉀溶液對(100)硅上<100>晶向的凸角補(bǔ)償方法，其特征在于長方形掩膜長度L＝1000μm，h＝250μm，m＝10μm，“工”字形補(bǔ)償后反射面高度為80μm。
3．按權(quán)利要求1所述的氫氧化鉀溶液對(100)硅上<100>晶向的凸角補(bǔ)償方法，其特征在于制作高度為h，寬度為m的微鏡或質(zhì)量塊時采用“Y”形補(bǔ)償時，補(bǔ)償掩膜加在長方形的四角；腐蝕結(jié)束后，微鏡的一個頂點(diǎn)在未補(bǔ)償掩膜的角平分線上的Q點(diǎn)，PQ長度 h，GE沿<110>晶向且長度為 h；E點(diǎn)距RQ的距離ht由下式確定h+0.75htR(411)cos(γ)cos(β)=hR(100)---(3)]]>式中R(411)，R(100)分別表示(411)面，硅100)面的腐蝕速率，γ是(411)面法線與硅(100)面的夾角，為3.47°，β是<410>腐蝕前沿和<100>晶向的夾角，為14.04°。
4.按權(quán)利要求4或5所述的氫氧化鉀溶液對(100)硅上<100>晶向的凸角補(bǔ)償方法，其特征在于所述長方形長度度L＝000μm，h＝250μm，m＝10μm，經(jīng)Y形補(bǔ)償，反射面呈底角為75.96的梯形微鏡，高度大于100μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氫氧化鉀溶液對(100)硅上<100>晶向的凸角補(bǔ)償方法，屬于微機(jī)械領(lǐng)域。其特征在于本發(fā)明提出了“工”字形和“Y”形二種凸角補(bǔ)償方法，給出相應(yīng)的計算公式。“工”形補(bǔ)償可獲得方正的反射面，“Y”形補(bǔ)償?shù)奈㈢R，反射面呈底角為75.96°的圖形。經(jīng)補(bǔ)償后的微鏡，能消除或減輕KOH腐蝕的微鏡削角問題，可提高光開關(guān)切換光束效率。
文檔編號G02B5/08GK1442511SQ0311637
公開日2003年9月17日 申請日期2003年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
發(fā)明者李昕欣, 王浙輝, 王躍林 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所