研究生: |
張淙豪 Tsung-Hao Chang |
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論文名稱: |
多孔矽蝕刻的研究 A Study on Porous Silicon Etching |
指導教授: |
黃瑞星
Ruey-Shing Huang |
口試委員: | |
學位類別: |
碩士 Master |
系所名稱: |
電機資訊學院 - 電子工程研究所 Institute of Electronics Engineering |
論文出版年: | 2003 |
畢業學年度: | 91 |
語文別: | 中文 |
論文頁數: | 53 |
中文關鍵詞: | 多孔矽 、陽極蝕刻 、氫氟酸溶液 |
外文關鍵詞: | porous silicon, anodic etching, HF solution |
相關次數: | 點閱:92 下載:0 |
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自從多孔矽會發光的現象被人們發現以來,其吸引了眾多研究者投入對多孔矽的研究。而發展至目前,使用化學蝕刻方法蝕刻多孔矽已經變成一項很有名的技術。而就多孔矽其結構大小而言,可以分成小於2nm的micropore、大於2nm小於2um的mesopore和大於2um的macropore的多孔矽結構。
目前將多孔矽蝕刻技術運用於微機電的領域還算是剛開始而已,所以下面我們將大略的介紹一下其在微機電方面的運用:其在微結構的運用上,多孔矽可以直做出高深寬比在250以上的結構,這比使用反應性離子蝕刻方法(reactive ion etching,RIE)所產生的洞還來的高上許多。此外,多孔矽其鬆散的結構,也可以當作犧牲層來運用,而製作出懸浮的結構。
而多孔矽本身是一種很好的絕緣材料,其絕緣的特性不只在於電性的絕緣,對於熱,其仍有很好的絕熱特性,所以多孔矽也被拿來做成元件的的絕熱層,而把多孔矽當作絕熱層的優點是:只需成長一層很薄的的多孔矽層(奈米級的),就可以產生很好的絕熱效果。而就電性的絕緣來說:多孔矽的電阻值大約是106Ω-cm,所以可以拿來形成SOI(silicon on insulator)的絕緣層,如1986年時,Benjamin等人利用控制陽極電流方向來控制多孔矽的形成位置,再經由氧化形成SOI。而加上由於多孔矽的結構其仍屬於單晶結構,所以仍可以繼續在多孔矽上沈積單一晶格材質,此種特性更能增加多孔矽其運用性。
而多孔矽其超大的孔洞表面面積,對於感測器是一種重要的特性,Richter等人就曾利用其吸收大量水氣而改變電阻的特性來製作濕氣檢測器。
本論文的目的是觀察在不同製版(pattern)下,討論其對多孔矽蝕刻的影響,並在欲蝕刻的矽晶片背面,對金屬層使用雙面對準技術(double-side align),來控制電蝕刻反應時所需要的電洞來源,觀察其對蝕刻過程的影響。並且在本研究中發現,當蝕刻電壓高於某特定值時,則產生不同的蝕刻結果。
此外,值得一提的是:在經過長時間的蝕刻,其結果是能將矽晶片給蝕穿,這與有些理論所說:因孔洞內電解液濃度隨孔洞深度增加而下降,因而無法蝕穿晶片的理論結果是不同的。
所以,若是能設計適當的光罩(Mask)、加上對於照光區域的控制、以及蝕刻參數的調整如:蝕刻電壓、蝕刻電流、蝕刻溶液濃度等,我們便可以做出適合於微電機應用的孔洞結構,如:穿透晶片的連接金屬線所需要的孔洞、以至於用此方法代替電感耦合式電漿蝕刻(ICP)來挖出高深寬比的結構。
在本文的第二章裡,介紹一些較為大家所能接受的多孔矽理論,而在第三章則介紹研究過程中所需要的一些製程和設備,第四章則提出實驗的結果並加以分析和討論,最後提出未來的發展以及改進之道。
The anodic etching of silicon in HF solution is a useful technique for MEMS(Micro-electrical Mechanical Systems) . We can use some structures or characters of porous silicon for MEMS technology. This paper studies how different porous silicon generalized by different masks, and uses the Double-side technique to improve undesired lateral etching during processing. Consequently, it has been demonstrated that porous silicon layers can be formed completely through the thickness of a 500 um wafer, and even thicker one.
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