在MEMS器件的加工過程中，往往需要在襯底表面制備保護層、結(jié)構(gòu)層，或者需要通過摻雜來提高襯底的導(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散系數(shù)，在MEMS的結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用廣泛，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、外延生長法、陽極氧化法等。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，其中，高純氧氣可以得到的氧化層致密無孔，但無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)點與濕氧相同，但是高溫反應(yīng)中的氫氣易爆，危險性較大。每生長1個單位的二氧化硅就要消耗掉0.46個單位的硅，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，故需要對其進行摻入微量的雜質(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，就是將可控數(shù)量的雜質(zhì)摻入到襯底的特定區(qū)域內(nèi)。對硅來說，硼是常見的p型（空穴，缺電子）摻雜源，砷和磷是常用的n型（可貢獻一個外層電子，又稱為施主）摻雜源。對于摻雜的主要方式有兩種：

1） 擴散：

對于擴散過程，在液相狀態(tài)下，當兩種溶劑中的溶質(zhì)濃度存在差值時，溶劑分子自動由高濃度一側(cè)過渡到低濃度一側(cè)，最終達到兩側(cè)濃度大致相同，其過程如圖1所示。

圖2.液體中溶質(zhì)分子的擴散

而在硅材料的摻雜過程中的擴散可以理解為以下兩種，一是在襯底中出現(xiàn)晶格空位時，雜質(zhì)原子有可能進去占據(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)進行排列，液體中原子或分子以無序狀態(tài)分布，所以固體中的擴散往往需要較高的熱才能實現(xiàn)，一方面促進晶體產(chǎn)生大量的晶格空位，一方面增加雜質(zhì)原子的擴散速度，對于硅而言，其常用的熱擴散維度大約在1000℃。目前，常用的擴散方法主要有固態(tài)源擴散（BN、As₂O₃和P₂O₅）、液態(tài)源擴散（BBr₃、AsCl₃、POCl₃）、乳膠源擴散（摻雜B、P、As的SiO₂）和氣態(tài)源擴散（B₂H₆、AsH₃和PH₃）。

圖3.兩種擴散機理圖

2） 離子注入:

離子注入是將電離的雜質(zhì)原子經(jīng)靜電場加速后射入襯底，與熱擴散摻雜相比，離子注入工藝可以通過測量離子流嚴格控制劑量和能量，從而控制摻雜的濃度和深度，對于擴散來說，其摻雜濃度從襯底表面到內(nèi)部呈下降趨勢，濃度分布主要由溫度和擴散時間決定，一般用于制備深結(jié)，對注入來說，其摻雜濃度先上升再下降，濃度分布由離子計量、電場強度和襯底晶向決定，一般用于形成淺結(jié)。

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

圖4.擴散和注入雜質(zhì)的濃度分布圖

在集成電路和MEMS的工藝過程中，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)則采用熱擴散的方式進行，可以大幅較低成本，但需要對設(shè)備不斷的優(yōu)化以提升產(chǎn)品良率，需要公司根據(jù)自身情況進行選擇。