基于正向曲率极大值法的石英AT-cut、BT-cut刻蚀结构研究
发布时间：2021-08-18 03:13
石英目前是微机电系统重要的研究方向,但其晶面的多样性以及复杂的各向异性使得湿法刻蚀结果难以预测。论文通过石英半球以及不同晶面衬底湿法刻蚀实验并基于Wulff-Jaccodine法的思想,提出更为简单高效的石英刻蚀形貌计算方法。基于此法对石英不同晶面刻蚀出现的结构面进行深入的探索,得到不同晶面各向异性的内在规律,能有效缩减特定微结构的研发周期,节约实验成本。论文主要内容如下:首先,分析了石英晶体结构、刻蚀机理,以石英半球为对象,通过在五种不同刻蚀环境下的湿法刻蚀建立石英全晶面刻蚀速率库,并分析了石英在不同刻蚀环境中速率变化规律,为石英湿法刻蚀多种仿真方法提供数据支撑。其次,以AT-cut、BT-cut为对象,通过在80℃饱和NH4HF2溶液中的刻蚀获得衬底任意转角下的矩形凹槽侧壁结构。基于实验数据以及石英全晶面刻蚀速率,提出正向曲率极大值法,利用此法能够快速对石英任意切型晶面的刻蚀结构进行标定,并能够对石英不同切型晶面刻蚀出现特征晶面分布规律进行解释。再次,对AT-cut、BT-cut开展复杂结构湿法刻蚀实验,包括凹腔体、凸台、微针等结构,利用...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MEMS产品[5]
图 1-4 石英不同晶面刻蚀形貌：（a）Z-cut，（b）AT-cut，（c）BT-cut如果不借助于一些形貌计算方法，传统的湿法刻蚀工艺对一个参数的调整就需要很长的时间周期，这会导致成本极大的提高，而目前还没有一个完善的CAD软件能够对石英任意切型晶面的湿法刻蚀形貌进行准确的计算，如果依靠Micro-CAD技术来辅助产品设计将会极大降低成本并缩短产品开发周期[15; 16]1.2 国内外研究现状。因此在对石英湿法刻蚀规律研究的基础上提出可靠且精确的形貌模拟方法是MEMS研究的一个重要方向。1.2.1 石英各向异性湿法刻蚀研究现状石英属于三方晶系氧化物，化学式为SiO2，其单位晶胞中一个硅原子连接 4 个氧原子，一个氧原子由两个硅原子共享，结构如图 1-5 所示。石英不同晶面硅、氧原子形成的最小单元不一样，因而物理化学性能相差很大。相比较于硅，石英刻蚀慢面更多，除了Z-cut晶向外，其余晶向无对称性，刻蚀中出现的结构面更为复杂且无明显特征规律，这使得研究难度增大。
第二章 石英湿法刻蚀基础及速率变化特征表 2.3 石英半球刻蚀环境参数HF:NH4F 60℃70℃ 80℃3：2 140min 120min 95min1：1 — — 95min2：3 — — 95min刻蚀后采用每隔 2°测量石英球表面坐标，经度从 0°~358°，纬度从-10°~90°共计 9000 个点。将处理后得到的石英球速率以经纬度每隔 2°插值后存放在一个 181*49的二维矩阵中，其中行代表所在的经度，X 轴方向经度为 0°，绕 Z 轴逆时针旋转经度从 0°到 360°，列代表纬度，赤道纬度为 0°，北极点纬度为 90°，如图 2-8 所示。石英半球的坐标是以[0001]晶向作为北极点（Z 轴）、 [ 2110]晶向作为赤道上 X 轴，主要原因是为了减少误差以及实验数据校正，利用[0001]晶向的三对称性可获得三组石英半球速率，对此三组速率进行平均化处理以便精确数据，利用 [ 2110]晶向的旋转对称性可通过半球速率的旋转获得石英球全球速率，最终刻蚀后石英半球速率云图如图 2-9 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]混合进化算法的Metropolis蒙特卡罗MEMS单晶硅湿法刻蚀工艺模型[J]. 王树桥,幸研,田秘,仇晓黎,齐建昌. 机械工程学报. 2013(05)
[2]各向异性湿法刻蚀z切石英后结构侧壁形貌的预测[J]. 谢立强,邢建春,王浩旭,董培涛,吴学忠. 光学精密工程. 2012(02)
[3]多次掩模湿法腐蚀硅微加工过程的蒙特卡罗仿真[J]. 幸研,朱鹏,倪中华,汤文成. 机械工程学报. 2009(01)
博士论文
[1]大功率GaN基LED芯片设计与制造技术研究[D]. 周圣军.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]石英各向异性湿法刻蚀特性及模拟研究[D]. 蔡鹏鹏.东南大学 2016
本文编号：3349072
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MEMS产品[5]
图 1-4 石英不同晶面刻蚀形貌：（a）Z-cut，（b）AT-cut，（c）BT-cut如果不借助于一些形貌计算方法，传统的湿法刻蚀工艺对一个参数的调整就需要很长的时间周期，这会导致成本极大的提高，而目前还没有一个完善的CAD软件能够对石英任意切型晶面的湿法刻蚀形貌进行准确的计算，如果依靠Micro-CAD技术来辅助产品设计将会极大降低成本并缩短产品开发周期[15; 16]1.2 国内外研究现状。因此在对石英湿法刻蚀规律研究的基础上提出可靠且精确的形貌模拟方法是MEMS研究的一个重要方向。1.2.1 石英各向异性湿法刻蚀研究现状石英属于三方晶系氧化物，化学式为SiO2，其单位晶胞中一个硅原子连接 4 个氧原子，一个氧原子由两个硅原子共享，结构如图 1-5 所示。石英不同晶面硅、氧原子形成的最小单元不一样，因而物理化学性能相差很大。相比较于硅，石英刻蚀慢面更多，除了Z-cut晶向外，其余晶向无对称性，刻蚀中出现的结构面更为复杂且无明显特征规律，这使得研究难度增大。
第二章 石英湿法刻蚀基础及速率变化特征表 2.3 石英半球刻蚀环境参数HF:NH4F 60℃70℃ 80℃3：2 140min 120min 95min1：1 — — 95min2：3 — — 95min刻蚀后采用每隔 2°测量石英球表面坐标，经度从 0°~358°，纬度从-10°~90°共计 9000 个点。将处理后得到的石英球速率以经纬度每隔 2°插值后存放在一个 181*49的二维矩阵中，其中行代表所在的经度，X 轴方向经度为 0°，绕 Z 轴逆时针旋转经度从 0°到 360°，列代表纬度，赤道纬度为 0°，北极点纬度为 90°，如图 2-8 所示。石英半球的坐标是以[0001]晶向作为北极点（Z 轴）、 [ 2110]晶向作为赤道上 X 轴，主要原因是为了减少误差以及实验数据校正，利用[0001]晶向的三对称性可获得三组石英半球速率，对此三组速率进行平均化处理以便精确数据，利用 [ 2110]晶向的旋转对称性可通过半球速率的旋转获得石英球全球速率，最终刻蚀后石英半球速率云图如图 2-9 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]混合进化算法的Metropolis蒙特卡罗MEMS单晶硅湿法刻蚀工艺模型[J]. 王树桥,幸研,田秘,仇晓黎,齐建昌. 机械工程学报. 2013(05)
[2]各向异性湿法刻蚀z切石英后结构侧壁形貌的预测[J]. 谢立强,邢建春,王浩旭,董培涛,吴学忠. 光学精密工程. 2012(02)
[3]多次掩模湿法腐蚀硅微加工过程的蒙特卡罗仿真[J]. 幸研,朱鹏,倪中华,汤文成. 机械工程学报. 2009(01)
博士论文
[1]大功率GaN基LED芯片设计与制造技术研究[D]. 周圣军.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]石英各向异性湿法刻蚀特性及模拟研究[D]. 蔡鹏鹏.东南大学 2016
本文编号：3349072
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3349072.html
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