硅(100)晶面各向异性腐蚀的凸角补偿方法
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proposed. The rectangle boss is compensated by \ 110) strips with different dimension and shape, and finally the expected compensation structure is obtained. The compensation method is used for design of overload protection structure in pressure sensor. Keywords: anisotropic etching； cutting angle etching； convex corner compensation； overload protection
图1硅〈100〉晶面凸角与凹角腐蚀 针对单晶硅各向异性腐蚀的凸角补偿问题已有很多研 究成果，通常在凸角位置增加三角形、条形或方形等补偿结 构使得腐蚀液优先腐蚀补偿图形。针对不同配比的 腐蚀液釆用适当尺寸的补偿图形，可以获得近乎理想的凸 直角结构。以方形补偿结构为例，在需要补偿的凸角两侧 增加叠加的两个正方形，正方形的边长a约为腐蚀深度//
阻式压力传感器芯片做技术储备。 1凸角补偿方法
在（100）硅片KOH各向异性腐蚀中，当有凹角结构 时，腐蚀会在（100）晶面与（111）晶面的相交处停止；当有 凸角结构时，凸直角掩模下方的硅表面被钻蚀，形成由 〈410〉线段构成的，夹角约为152。的钝角，出现削角腐蚀现 象尬切，如图1所示。实际腐蚀图形与设计图形会有较大 差异，因此要进行凸角结构的补偿。
1） 热氧化生长二氧化硅（SiO2）；
2） 低压化学气相沉积（low pressure chemical vapor
deposition, LPCVD）淀积氮化硅（Si3N4 ）;
3） 采用凸角补偿掩模板进行光刻，并刻蚀Si3N4和
2019年第38卷第3期
传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies)
25
DOI：10.13873/J. 1000-9787(2019)03-0025-03
硅（100）晶面各向异性腐蚀的凸角补偿方法
郭玉刚'，吴佐飞2,田雷2 （1.中国航发控制系统研究所，江苏无锡214063 ; 2.中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江哈尔滨150001）
收稿日期=2018-12-17
26 的2倍"，如图2所示。
传感器与微系统
第38卷
传感器芯片应用中，凸台主要用于过载保护以及提供应力 集中区，因此未特别考虑削角比问题。
O
正方形补偿结构具有补偿图形简单、尺寸计算简便等 优点，但补偿图形需占据凸角附近较大的区域，比较适合相 对孤立的凸角补偿。而在凸台加工时，需要同时针对相邻 的4个凸角进行补偿，大大增加了芯片的尺寸。采用正方 形补偿结构进行凸角补偿的实例如图3所示，图中所示为 凸角补偿腐蚀掩模板以及实际补偿加工样件。
o引言 在硅压阻式压力传感器芯片研制过程中，根据敏感膜
是否带有背岛结构将其分为c型膜和E型膜。在常规的 应用条件下,C型膜结构即可满足大部分要求，但当有高过 载、高线性度等特殊要求时，需要在敏感膜上增加背岛形成 E型结构，起到过载保护以及提高线性度的作用。
通常压阻式压力芯片以（100）单晶硅为材料，采用表 面或体硅微机械加工工艺进行加工，而在体硅微机械工艺 中，湿法腐蚀是较早被用于硅基传感器加工的方法，根据腐 蚀液的不同，可分为各向异性腐蚀和各向同性腐蚀。经过 多年的验证与优化，目前仍然广泛采用的是基于氢氧化 钾（KOH）,四甲基氢氧化钱（TMAH）等碱性腐蚀液的各向 异性湿法腐蚀3'4：0各向异性腐蚀利用单晶硅（100） 与（111）晶面上原子排列密度不同，因而在特定腐蚀液中 的腐蚀速度不同的特点，在衬底片掩蔽层上开窗口.即可在 衬底硅片上加工出硅杯、质量块、V型槽等结构。在各向异 性腐蚀工艺中.具有凸直角结构的质量块无法通过直角掩 模直接获得，需要考虑削角腐蚀问题。本文针对削角腐蚀 问题进行了凸角补偿试验，为研制具有过载保护结构的压
（a）方形补偿掩模板
（b）腐蚀后补偿效果
图3正方形补偿结构示例 2凸角补偿方案设计
在一种具有过载保护结构的E型压阻式压力传感器
芯片研制过程中,拟采用长方形结构的凸台保护结构，芯片
结构设计如图4所示。
Leabharlann Baidu
It
3实验
图5凸角补偿版
为验证设计方案的补偿效果，选用厚度为402 pirn的
N型（100）单晶硅试验陪片,按下述工艺步骤进行试验：
摘 要：针对单晶硅（100）晶面在氢氧化钾（KOH）腐蚀液中各向异性腐蚀时的削角问题,进行了一项凸
角补偿实验。通过不同尺寸与形状组合的〈110〉条形补偿结构，对长方形凸台进行补偿，最终获取具有期 望效果的补偿结构。该方法应用于压力传感器芯片的过载保护结构设计。
关键词：各向异性腐蚀；削角腐蚀；凸角补偿；过载保护
2. The 49th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Harbin 150001, China)
Abstract: A convex corner compensation experiment of anisotropic etching in ( 100 ) crystal surface of silicon is
中图分类号：TP212
文献标识码：A
文章编号：1000-9787（2019）03-0025-03
Convex corner compensation method of anisotropic etching in
(100) crystal surface of silicon
GUO Yu-gang1 , WU Zuo-fei2, TIAN Lei2 (1. AECC Aero Engine Control System Institute, Wuxi 214063,China；
图1硅〈100〉晶面凸角与凹角腐蚀 针对单晶硅各向异性腐蚀的凸角补偿问题已有很多研 究成果，通常在凸角位置增加三角形、条形或方形等补偿结 构使得腐蚀液优先腐蚀补偿图形。针对不同配比的 腐蚀液釆用适当尺寸的补偿图形，可以获得近乎理想的凸 直角结构。以方形补偿结构为例，在需要补偿的凸角两侧 增加叠加的两个正方形，正方形的边长a约为腐蚀深度//
阻式压力传感器芯片做技术储备。 1凸角补偿方法
在（100）硅片KOH各向异性腐蚀中，当有凹角结构 时，腐蚀会在（100）晶面与（111）晶面的相交处停止；当有 凸角结构时，凸直角掩模下方的硅表面被钻蚀，形成由 〈410〉线段构成的，夹角约为152。的钝角，出现削角腐蚀现 象尬切，如图1所示。实际腐蚀图形与设计图形会有较大 差异，因此要进行凸角结构的补偿。
1） 热氧化生长二氧化硅（SiO2）；
2） 低压化学气相沉积（low pressure chemical vapor
deposition, LPCVD）淀积氮化硅（Si3N4 ）;
3） 采用凸角补偿掩模板进行光刻，并刻蚀Si3N4和
2019年第38卷第3期
传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies)
25
DOI：10.13873/J. 1000-9787(2019)03-0025-03
硅（100）晶面各向异性腐蚀的凸角补偿方法
郭玉刚'，吴佐飞2,田雷2 （1.中国航发控制系统研究所，江苏无锡214063 ; 2.中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江哈尔滨150001）
收稿日期=2018-12-17
26 的2倍"，如图2所示。
传感器与微系统
第38卷
传感器芯片应用中，凸台主要用于过载保护以及提供应力 集中区，因此未特别考虑削角比问题。
O
正方形补偿结构具有补偿图形简单、尺寸计算简便等 优点，但补偿图形需占据凸角附近较大的区域，比较适合相 对孤立的凸角补偿。而在凸台加工时，需要同时针对相邻 的4个凸角进行补偿，大大增加了芯片的尺寸。采用正方 形补偿结构进行凸角补偿的实例如图3所示，图中所示为 凸角补偿腐蚀掩模板以及实际补偿加工样件。
o引言 在硅压阻式压力传感器芯片研制过程中，根据敏感膜
是否带有背岛结构将其分为c型膜和E型膜。在常规的 应用条件下,C型膜结构即可满足大部分要求，但当有高过 载、高线性度等特殊要求时，需要在敏感膜上增加背岛形成 E型结构，起到过载保护以及提高线性度的作用。
通常压阻式压力芯片以（100）单晶硅为材料，采用表 面或体硅微机械加工工艺进行加工，而在体硅微机械工艺 中，湿法腐蚀是较早被用于硅基传感器加工的方法，根据腐 蚀液的不同，可分为各向异性腐蚀和各向同性腐蚀。经过 多年的验证与优化，目前仍然广泛采用的是基于氢氧化 钾（KOH）,四甲基氢氧化钱（TMAH）等碱性腐蚀液的各向 异性湿法腐蚀3'4：0各向异性腐蚀利用单晶硅（100） 与（111）晶面上原子排列密度不同，因而在特定腐蚀液中 的腐蚀速度不同的特点，在衬底片掩蔽层上开窗口.即可在 衬底硅片上加工出硅杯、质量块、V型槽等结构。在各向异 性腐蚀工艺中.具有凸直角结构的质量块无法通过直角掩 模直接获得，需要考虑削角腐蚀问题。本文针对削角腐蚀 问题进行了凸角补偿试验，为研制具有过载保护结构的压
（a）方形补偿掩模板
（b）腐蚀后补偿效果
图3正方形补偿结构示例 2凸角补偿方案设计
在一种具有过载保护结构的E型压阻式压力传感器
芯片研制过程中,拟采用长方形结构的凸台保护结构，芯片
结构设计如图4所示。
Leabharlann Baidu
It
3实验
图5凸角补偿版
为验证设计方案的补偿效果，选用厚度为402 pirn的
N型（100）单晶硅试验陪片,按下述工艺步骤进行试验：
摘 要：针对单晶硅（100）晶面在氢氧化钾（KOH）腐蚀液中各向异性腐蚀时的削角问题,进行了一项凸
角补偿实验。通过不同尺寸与形状组合的〈110〉条形补偿结构，对长方形凸台进行补偿，最终获取具有期 望效果的补偿结构。该方法应用于压力传感器芯片的过载保护结构设计。
关键词：各向异性腐蚀；削角腐蚀；凸角补偿；过载保护
2. The 49th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Harbin 150001, China)
Abstract: A convex corner compensation experiment of anisotropic etching in ( 100 ) crystal surface of silicon is
中图分类号：TP212
文献标识码：A
文章编号：1000-9787（2019）03-0025-03
Convex corner compensation method of anisotropic etching in
(100) crystal surface of silicon
GUO Yu-gang1 , WU Zuo-fei2, TIAN Lei2 (1. AECC Aero Engine Control System Institute, Wuxi 214063,China；