PSG在MEMS中所扮演的"角色"

PSG在MEMS中所扮演的"角色"

磷硅玻璃（phosphorosilicate glass，PSG）是1993年公布的电子学名词。某些资料上显示PSG为磷酸盐玻璃是不对的，磷酸盐玻璃（phosphate glass）是以五氧化二磷为主要成分的玻璃。二氧化硅原有的有序网络结构由于磷杂质的加入而变得疏松，在高温条件下某种程度上具有像液体一样的流动能力( Reflow )。因此，PSG薄膜具有卓越的填孔能力，在高温下的流动性较好，能够提高整个硅片表面的平坦化，从而为光刻及后道工艺提供更大的工艺范围，广泛用作为半导体芯片表面平坦性好的层间绝缘膜。

图 PSG淀积的流动性示意

PSG一般两种方法制备，LPCVD和PECVD。气源包括SH4、N2O、N2和PH3，其中PECVD在350~500°C进行，而LPCVD在680°C进行。同样的条件下，PSG的淀积应力比二氧化硅小。

在CMOS工艺中，加入的磷掺杂剂增加了玻璃对湿气的阻挡特性，可动离子污染物被磷吸附，防止进入晶圆表面，该反应称为“吸杂（gettering）”。磷的含量一般限制在8at%，高于这一水平，玻璃变得吸水，湿气与磷反应，生成磷酸，腐蚀下面的金属线。

在MEMS器件中，PSG结构疏松，流动性较好，与多晶硅的刻蚀选择比大，常常作为牺牲层使用。LPCVD法或PECVD法制作的PSG薄膜均可作为牺牲层使用，常规厚度可以做到3μm，如果需要更厚的牺牲层，可以多次淀积至几十微米。

图 HF水溶液释放悬臂梁器件示意图

PSG可在氢氟酸(HF)水溶液中以较快的腐蚀速率去除，而HF水溶液中多晶硅的腐蚀速度非常慢，长时间腐蚀PSG多晶硅结构层不会发生明显腐蚀。主要的反应是HF与SiO2形成H2SiF6，PSG掺P量越大，腐蚀速率越快，原因是P提供了疏松结构加快钻蚀速率。一般情况，采用49%HF水溶液，腐蚀速率大于1μm/min，横向钻蚀距离超过500μm。