http://www.paper.edu.cn微电子机械系统用高几何精度扩散片的研制佟丽英，王聪，史继祥中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津（300220）摘要：选取高几何精度的硅片进行硼扩散，硼扩散工艺采用双面扩散，然后经过单面磨削后，加工成单面扩散片，在此过程中，扩散片的几何参数有很大变化。本篇论文通过研究影响扩散片几何参数变化的各种因素，制定相应的方案，使扩散片几何参数基本恢复到扩散前的水平。关键词：硼扩散片，几何参数，单面减薄，双面抛光片1.前言微电子机械系统（MEMS）的起源可以追溯到20世纪60年代。在1989年后，MEMS技术的研究开发日益成为国际上的一个热点。我国MEMS的研究始于90年代初期，经过10年的发展，我国已有数十家科研机构在进行MEMS的研究，已研制出了微型加速度计和微陀螺等多种样品和样机[1]。硅具有较好的光电机械性能，适合制造各种传感器。硅的这种特性使得MEMS和微电子加工技术兼容。因此，硅基MEMS构造技术是MEMS构造技术的主流。当前，硅基MEMS构造技术可分为表面微机械加工技术和体微机械加工技术。体微机械加工有很多方法，其中最为常用的是利用硅的[100]、[111]面的腐蚀速率有极大差异的特性，可精确地、重复性地腐蚀出所需的微结构。因为这种方法制作的机械运动元件在硅内，所以称为体微机械加工技术。表面微机械加工技术是把MEMS的机械部分，包括运动元件或传感器等，制作沉积在硅晶体的表面薄膜上，表面薄膜可以是高杂质浓度硅、多晶硅、氮化硅等，然后使其局部与硅本体分离，呈现可运动的机械性能。在微机械元件释放之前，可以制造有关电子器件部分。因此可实现微电子和机械集成在一个芯片上[2]。本篇论文研究的是制造微机电系统用的浓硼扩散片，器件的制造过程采取表面微机械加工技术。利用KOH溶液对重掺杂硅的腐蚀速率与轻掺杂硅的腐蚀速率相差较大的特点，用KOH溶液腐蚀后只留下浓硼扩散层，采用浓硼扩散层作为微机电系统的机械结构部分，因此对扩散片的几何参数提出较高要求。2.实验过程实验采用CZ硅片，单面抛光，型号为N型，晶向<100>，直径100mm，电阻率为3～9Ω·cm，厚度为490±10μm,TTV＜10μm,Warp＜30μm,BOW＜30μm。为了抵消由于杂质扩散引入的不均匀应力，采用双面扩散的方式，扩散层高浓度区厚度控制在30±2μm。在扩散过程中，优化工艺，减少扩散过程中由于骤冷骤热对硅片引入应力。扩散后采取硅片背面减薄的方式，研制成单面扩散片。背面减薄后硅片厚度为430～450μm，对背面进行抛光，研制成双面抛光片，厚度为400±10μm。双面扩散硅片经背面减薄后成为单面扩散片，单面扩散片的TTV控制很好，数值为0.6～3μm，弯曲度和翘曲度增加很多，Warp数值为20～80μm，BOW数值为30～150μm。扩散片的高浓度层用于制作微机电系统的机械传感部件，扩散片的几何参数及应力大小直接影响微机电系统的性能，因此，在扩散片研制过程中，尽量控制扩散片的几何参数，减-1-http://www.paper.edu.cn少扩散片体内的应力。为了恢复单面减薄后扩散片的几何参数，采用适当浓度的KOH溶液腐蚀的方法，KOH溶液浓度为重量百分比。采取的方案如表1。表1实验方案方案1方案2方案1-1方案1-2方案1-310%KOH10%KOH10%KOH13%KOH75℃3min75℃5min80℃5min80℃5min实验选用两组硅片，共40片。第一组硅片20片，经过方案1-1，1-2和1-3的实验后，用MS103测试系统测量几何参数，记录各步的实验测试数据。第二组硅片20片，进行改进后的方案2实验，只进行一步腐蚀，用MS103测试系统测量几何参数，记录实验测试数据。3.结果与分析各步实验完成后，根据对几何参数TTV、WARP、BOW的测试结果，进行综合汇总，绘制几何参数变化图，如图1，图2，图3所示。图1为总厚度变化示意图。经过方案1-1，方案1-2，方案1-3实验后，TTV逐步增大，这是由于在KOH溶液腐蚀过程中，由于各处应力不同，硅片背面的腐蚀去除量不一致，造成各处厚度不同。经过方案2实验后，由于只进行一步碱腐蚀，TTV变化很小，基本小于4μm，优于方案一中的三步过程达到的结果。TTV变化情况数值（μm）65方案1-14方案1-23方案1-32方案二10135791113151719晶片数图1总厚度变化图图2为翘曲度变化示意图。经过方案1-1、1-2、1-3实验后，WARP逐步减小，这是由于在KOH溶液腐蚀过程