在MEMS器件的加工過(guò)程中，往往需要在襯底表面制備保護(hù)層、結(jié)構(gòu)層，或者需要通過(guò)摻雜來(lái)提高襯底的導(dǎo)電性能，二氧化硅由于其適用濕法腐蝕易與襯底區(qū)分，以及摻雜元素在其中具有較低的擴(kuò)散系數(shù)，在MEMS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用廣泛，下面介紹二氧化硅的制備方法以及襯底摻雜的主要方法：

常用的二氧化硅膜制備方法有熱氧化法、化學(xué)氣相沉積法、陰極濺射法、HF-HNO₃氣相鈍化法、真空蒸汽法、外延生長(zhǎng)法、陽(yáng)極氧化法等。其中，熱氧化法由于其產(chǎn)生最少數(shù)量的表面缺陷可以獲得最干凈的氧化層，被光泛的應(yīng)用于MEMS加工中。

硅熱氧化過(guò)程中，氧氣與硅反應(yīng)生成二氧化硅，常用的氧化氣體有高純氧氣、濕氧（高純氧加水蒸氣）、氫氧合成（氫氣和氧氣高溫下生成水），采用以上氣體各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中，高純氧氣可以得到的氧化層致密無(wú)孔，但無(wú)法制備較厚的氧化層；濕氧的氧化效率較高，但氫氣易被吸附在生成的二氧化硅中，成為氣泡缺陷；氫氧合成的優(yōu)點(diǎn)與濕氧相同，但是高溫反應(yīng)中的氫氣易爆，危險(xiǎn)性較大。每生長(zhǎng)1個(gè)單位的二氧化硅就要消耗掉0.46個(gè)單位的硅，其示意圖如圖1所示。

以下介紹摻雜：

由于硅材料中載流子數(shù)目極少，導(dǎo)電能力很低，故需要對(duì)其進(jìn)行摻入微量的雜質(zhì)，增加材料中載流子的數(shù)目，改善材料的導(dǎo)電性能，所謂摻雜，就是將可控?cái)?shù)量的雜質(zhì)摻入到襯底的特定區(qū)域內(nèi)。對(duì)硅來(lái)說(shuō)，硼是常見(jiàn)的p型（空穴，缺電子）摻雜源，砷和磷是常用的n型（可貢獻(xiàn)一個(gè)外層電子，又稱為施主）摻雜源。對(duì)于摻雜的主要方式有兩種：

1） 擴(kuò)散：

對(duì)于擴(kuò)散過(guò)程，在液相狀態(tài)下，當(dāng)兩種溶劑中的溶質(zhì)濃度存在差值時(shí)，溶劑分子自動(dòng)由高濃度一側(cè)過(guò)渡到低濃度一側(cè)，最終達(dá)到兩側(cè)濃度大致相同，其過(guò)程如圖1所示。

圖2.液體中溶質(zhì)分子的擴(kuò)散

而在硅材料的摻雜過(guò)程中的擴(kuò)散可以理解為以下兩種，一是在襯底中出現(xiàn)晶格空位時(shí)，雜質(zhì)原子有可能進(jìn)去占據(jù)這些空位，二是襯底晶體中存在間隙，雜質(zhì)原子可以進(jìn)入到間隙中，如圖3所示。而固體與液體的狀態(tài)環(huán)境有很大差異，在固體中原子以有序狀態(tài)進(jìn)行排列，液體中原子或分子以無(wú)序狀態(tài)分布，所以固體中的擴(kuò)散往往需要較高的熱才能實(shí)現(xiàn)，一方面促進(jìn)晶體產(chǎn)生大量的晶格空位，一方面增加雜質(zhì)原子的擴(kuò)散速度，對(duì)于硅而言，其常用的熱擴(kuò)散維度大約在1000℃。目前，常用的擴(kuò)散方法主要有固態(tài)源擴(kuò)散（BN、As₂O₃和P₂O₅）、液態(tài)源擴(kuò)散（BBr₃、AsCl₃、POCl₃）、乳膠源擴(kuò)散（摻雜B、P、As的SiO₂）和氣態(tài)源擴(kuò)散（B₂H₆、AsH₃和PH₃）。

圖3.兩種擴(kuò)散機(jī)理圖

2） 離子注入:

離子注入是將電離的雜質(zhì)原子經(jīng)靜電場(chǎng)加速后射入襯底，與熱擴(kuò)散摻雜相比，離子注入工藝可以通過(guò)測(cè)量離子流嚴(yán)格控制劑量和能量，從而控制摻雜的濃度和深度，對(duì)于擴(kuò)散來(lái)說(shuō)，其摻雜濃度從襯底表面到內(nèi)部呈下降趨勢(shì)，濃度分布主要由溫度和擴(kuò)散時(shí)間決定，一般用于制備深結(jié)，對(duì)注入來(lái)說(shuō)，其摻雜濃度先上升再下降，濃度分布由離子計(jì)量、電場(chǎng)強(qiáng)度和襯底晶向決定，一般用于形成淺結(jié)。

與熱擴(kuò)散相比，離子注入摻雜的優(yōu)點(diǎn)如下：可調(diào)節(jié)離子的能量和數(shù)量精準(zhǔn)控制摻雜的深度和濃度、雜質(zhì)分布橫向擴(kuò)展小可提高集成電路的成品率、實(shí)現(xiàn)大面積的均勻摻雜、能在任意溫度下進(jìn)行摻雜、達(dá)到高純度摻雜的要求。

圖4.擴(kuò)散和注入雜質(zhì)的濃度分布圖

在集成電路和MEMS的工藝過(guò)程中，如需要高精度的摻雜則采用離子注入的方式，但單次工藝的批量小，如需要大批量的生產(chǎn)則采用熱擴(kuò)散的方式進(jìn)行，可以大幅較低成本，但需要對(duì)設(shè)備不斷的優(yōu)化以提升產(chǎn)品良率，需要公司根據(jù)自身情況進(jìn)行選擇。