一种用于硅各向异性腐蚀的装置制造方法及图纸

一种用于硅各向异性腐蚀的装置，包括：磁力搅拌器、腐蚀容器、电阻丝加热的金属板或陶瓷裹覆的金属板、冷凝回流器、控制腐蚀液温度的温度控制仪和ｐＨ值测量仪。本发明专利技术装置结构的优点是：腐蚀参数和腐蚀状态可控制，保证了被腐蚀样品腐蚀结果的可重复性和满足样品设计要求的微细结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子机械系统制造工艺中所用的装置，具体是指一种用于硅各向异性腐蚀的装置。
技术介绍
硅的各向异性腐蚀技术是硅微电子机械系统(MEMS)制造技术中的一项重要内容。通常，可选用碱金属氢氧化物，有机二元胺或氢氧化铵三类溶液中的一种作为腐蚀液，进行体硅的微细加工，以实现所要求的微细结构。硅的各向异性湿法腐蚀通常是在高温下(T＞80℃)进行的，以保证硅的腐蚀具有一定的腐蚀速率。腐蚀速率的大小和被腐蚀表面的形貌紧密地依赖于腐蚀液的温度，腐蚀液的浓度，腐蚀液在硅表面的流动速度，腐蚀过程中腐蚀液的均匀性，腐蚀液中的添加剂等参数和状态。要保证得到一个可控制的腐蚀过程，保证得到可重复的满足设计要求的微细结构，使用专门的，能够对腐蚀条件加以控制、监控，并利于腐蚀过程中操作的装置就显得十分重要。1986年12月3日授权的刘振芳等的中国专利85203849，公布了一种附着于腐蚀容器盖子上的平板式回流系统的腐蚀装置，它的腐蚀容器上也有放置温度计的套管，可以在腐蚀过程中测量腐蚀液的温度，但无恒温控制，并且缺少对腐蚀液的搅拌和对腐蚀液PH值的监控。1998年7月14日公布的5,779,927号美国专利，发布了一种带回流和PH值监控的腐蚀器，只是它是针对用磷酸腐蚀氮化硅的应用，无气体保护和搅拌装置。
技术实现思路
基于上述已有装置存在的缺陷，本专利技术的目的是提出一种能对腐蚀参数和腐蚀状态控制的，并利于腐蚀过程中操作的硅各向异性腐蚀装置。本专利技术的硅各向异性腐蚀装置包括磁力搅拌器1、腐蚀容器2，在磁力搅拌器和腐蚀容器之间有一可通过电阻丝301加热的金属板3或陶瓷裹覆的金属板3，该金属板用于腐蚀液加热。腐蚀容器由腐蚀容器本体201和容器盖202组成。其特征在于在容器盖顶上还有一冷凝回流器4，冷凝回流器的进气管401与容器盖中间通孔202-1联接，回流管404通过容器盖旁边通孔202-2插入腐蚀液里。在腐蚀容器本体内有一样品夹具5，在边上还有测量腐蚀液温度的测温探头601，测量腐蚀液PH值的探头702，它们分别通过容器盖周边通孔与控制仪6和PH值测量仪7联接。本专利技术的优点如下1.由于本专利技术的腐蚀装置的腐蚀参数和腐蚀状态可控制，保证了被腐蚀样品腐蚀结果的可重复性，保证了被腐蚀样品具有满足设计要求的微细结构。2.由于本专利技术的腐蚀装置将保护气路，搅拌装置，测量监控系统集合在一起，使得该腐蚀装置可以依需要选用碱金属氢氧化物，有机二元胺或氢氧化铵三类溶液任一种作为腐蚀液，拓宽了普通腐蚀装置的适用范围。附图说明图1为腐蚀装置的结构示意图。图2为磁力搅拌器和加热温控部分的结构示意图。图3A为腐蚀容器的结构示意图，图3B为容器盖的俯视图。图4为冷凝回流器的结构示意图。图5为PH值测量仪的结构示意图。图6为样品夹具的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明 控制仪6由为磁力搅拌器1提供的交变电源，为电阻丝301提供的电源和控制腐蚀液温度的控温部分组成。控温部分采用XMT-C型“比例积分微分(PID)”反馈闭环控制方式。磁力搅拌器1通过控制仪提供的交流电产生交变磁场，并将搅拌子101置于交变磁场中，搅拌子随交流电频率变化而发生转动，当搅拌子处于腐蚀液中时，即带动腐蚀液转动，使腐蚀液各部分浓度趋于一致。搅拌子101是由永磁材料制作的圆柱体或纺垂体，其外部由氟塑料，如聚氟乙烯包裹。可以满足在强酸，强碱溶液环境下工作。腐蚀液的加热是由控制仪6提供的电源通过电阻丝301加热金属板3或陶瓷裹覆的金属板实现的，可以达到高于80℃的工作温度。腐蚀液的温度是由控制仪中控温部分通过测温探头601得的温度进行控制，测温探头可以是热电偶或白电阻。图3A显示了腐蚀容器2，由容器本体201和容器盖202组成。容器和容器盖均选用石英玻璃材料，可以满足在强碱溶液中基本保证不被腐蚀。容器本体201的侧面有刻度203，用于显示腐蚀容器中腐蚀液的量。图3B为容器盖202的俯视图，容器盖上有6个通孔，用于连接冷凝器，保护气体，温度测量用探头和PH值测量探头。通孔202-1位于容器盖的中部，联接冷凝器的进气管401，是腐蚀液蒸汽的进气通道，通孔202-2位于容器盖的边缘，用于插入冷凝器的回流管404，是腐蚀液蒸汽冷凝后返回容器的通道。通孔202-3和202-4是保护气体的进口和出口，位于容器盖边缘，相互对应且处于容器盖直径的两端。通孔202-5和202-6也处于容器盖边缘，分别用于连接测温探头601和PH值测量探头702。各个通孔均配有石英玻璃塞子，以在不测量时作通孔密封用。容器本体和容器盖之间的接触面及通孔塞子的密封面均采用磨砂口密封。图4显示了冷凝回流器4，由2根蛇形冷凝管401和402，冷凝管连接头403，冷却水连接管405和回流管404构成。蛇形冷凝管401接于容器盖中间通孔202-1，用于腐蚀液蒸气的进入；回流管404通过容器盖旁边通孔202-2插入腐蚀液里，用于冷凝后腐蚀液的正常返回。405为蛇形冷凝管冷却水的进出口，两支蛇形冷凝管的冷却水管道通过橡胶管406连接。冷凝回流器4设计的主要考虑和着重点在于1.将冷凝器配置在盖子上部，由于冷凝水的存在，可以起到盖子的配重效果，保证工作中腐蚀液蒸汽限制在容器中。2.选用两只直式蛇形冷凝管，既由于该型冷凝管为普通型，易于采购；又实现了冷凝回路的闭合，且保证了冷凝通道足够长，有足够的冷凝效率。3.冷凝管接口和探头接口都放置在腐蚀容器盖子的边缘，是要保证放入探头后腐蚀容器内留有足够的样品夹角放置空间。硅的各向异性腐蚀通常是在碱性溶液环境中进行的。腐蚀效果紧密依赖于腐蚀液中OH离子的浓度。所以，对溶液PH值的监控是非常必要的。PH值测量仪7的选取要使其同实际工作状态相匹配，即满足高温下应用和宽工作动态范围的要求。图5显示了梅特勒-托利多Delta 320型PH值测量仪，由测量主机701和测量探头702构成。测量时探头702浸入腐蚀液内。它的PH值可测范围为0-14，工作温度范围为80-120℃。PH值测量仪7的温度补偿应具有同样的动态范围。图6显示了样品夹具5，材料也同样选用石英玻璃，形状为方形或圆形吊篮。内部排有多块直立的弧形分隔板504，用于使被腐蚀硅片直立。分隔板为弧形可以保证放入的硅片表面不会与吊篮相接触。把手503方便吊篮的放入与取出。吊篮底部有3或4条支撑腿501，支撑吊篮使搅拌子有旋转的工作空间。吊篮的底部和侧面以及分隔板上，均开有小通孔502，以使腐蚀中吊篮内外腐蚀液进行交换。吊篮的大小除了满足它的直径大小不影响回流管位置及测温探头和PH值探头的放入外，也满足其高度不影响容器盖子的封闭。样品夹具的设计的主要考虑和着重点在于1.夹具应使得样品固定，且被腐蚀表面不同腐蚀容器相碰撞，以避免表面所要求的微结构的损坏；2.夹具应满足使得腐蚀液能够在夹具内外充分交换；3.夹具应不影响搅拌转子的转动；4.夹具应方便操作，利于向腐蚀容器的放入和放出。对于某些各向异性腐蚀液，如有机二元胺EDP，还需要通入保护气体，以保证腐蚀液的化学稳定性。所以，本专利技术还设计有保护气体的通路。保护气路部分由保护气体钢瓶和气体管道构成。通过腐蚀容器盖子上部的通孔202-3进气于腐蚀容器中，通过通孔202-4排出气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于硅各向异性腐蚀的装置，包括：磁力搅拌器（１）、腐蚀容器（２），在磁力搅拌器和腐蚀容器之间有一可通过电阻丝（３０１）加热的金属板（３）或陶瓷裹覆的金属板（３），腐蚀容器由腐蚀容器本体（２０１）和容器盖（２０２）组成；其特征在于 ：在容器盖顶上还有一冷凝回流器（４），冷凝回流器的进气管（４０１）与容器盖中间通孔（２０２－１）联接，回流管（４０４）通过容器盖旁边通孔（２０２－２）插入腐蚀液里；在腐蚀容器本体内有一样品夹具（５），在边上还有测量腐蚀液温度的测温探头（６０１），测量腐蚀液ＰＨ值的探头（７０２），它们分别通过容器盖周边通孔与控制仪（６）和ＰＨ值测量仪（７）联接。

【技术特征摘要】
1.一种用于硅各向异性腐蚀的装置，包括磁力搅拌器(1)、腐蚀容器(2)，在磁力搅拌器和腐蚀容器之间有一可通过电阻丝(301)加热的金属板(3)或陶瓷裹覆的金属板(3)，腐蚀容器由腐蚀容器本体(201)和容器盖(202)组成；其特征在于在容器盖顶上还有一冷凝回流器(4)，冷凝回流器的进气管(401)与容器盖中间通孔(202-1)联接，回流管(404)通过容器盖旁边通孔(202-2)插入腐蚀液里；在腐蚀容器本体内有一样品夹具(5)，在边上还有测量腐蚀液温度的测温探头(601)，测量腐蚀液PH值的探头(702)，它们分别通过容器盖周边通孔与控制仪(6)和PH值测量仪(7)联接。2.根据权利要求1的一种用于硅各向异性腐蚀的装置，其特征在于所说的样品夹具(5)形状为方形或圆形吊篮，内部有多块用于被腐蚀硅片直立的与吊篮底部固定的直立弧形分隔板(504)，吊篮上面有便于吊篮放入与取出的把手(503)，吊篮底部有支撑吊篮使搅拌子(101)有旋转的工作空间的3或4条支撑腿(501)，吊篮的底部和侧面以及分隔板上均开有小通孔(502)。3.根据权利要求1的一种用于硅各向异性腐蚀的装置，其特征在于所说的冷凝回流器由2根蛇形冷凝管(401)和(402)，冷凝管连接头(403)，冷却水连接管(405)和回流管(404)构成；蛇形冷凝管(401)接于容器盖中间通孔(202-1)，回流管(404)通过容器盖旁边通孔(202-2)插入腐蚀液里，(405-1)为蛇形...

【专利技术属性】
技术研发人员：司俊杰，马斌，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]