在MEMS器件的加工过程中，往往需要在衬底表面制备保护层、结构层，或者需要通过掺杂来提高衬底的导电性能，二氧化硅由于其适用湿法腐蚀易与衬底区分，以及掺杂元素在其中具有较低的扩散系数，在MEMS的结构设计中使用广泛，下面介绍二氧化硅的制备方法以及衬底掺杂的主要方法：

常用的二氧化硅膜制备方法有热氧化法、化学气相沉积法、阴极溅射法、HF-HNO₃气相钝化法、真空蒸汽法、外延生长法、阳极氧化法等。其中，热氧化法由于其产生最少数量的表面缺陷可以获得最干净的氧化层，被光泛的应用于MEMS加工中。

硅热氧化过程中，氧气与硅反应生成二氧化硅，常用的氧化气体有高纯氧气、湿氧（高纯氧加水蒸气）、氢氧合成（氢气和氧气高温下生成水），采用以上气体各有优缺点，其中，高纯氧气可以得到的氧化层致密无孔，但无法制备较厚的氧化层；湿氧的氧化效率较高，但氢气易被吸附在生成的二氧化硅中，成为气泡缺陷；氢氧合成的优点与湿氧相同，但是高温反应中的氢气易爆，危险性较大。每生长1个单位的二氧化硅就要消耗掉0.46个单位的硅，其示意图如图1所示。

以下介绍掺杂：

由于硅材料中载流子数目极少，导电能力很低，故需要对其进行掺入微量的杂质，增加材料中载流子的数目，改善材料的导电性能，所谓掺杂，就是将可控数量的杂质掺入到衬底的特定区域内。对硅来说，硼是常见的p型（空穴，缺电子）掺杂源，砷和磷是常用的n型（可贡献一个外层电子，又称为施主）掺杂源。对于掺杂的主要方式有两种：

1） 扩散：

对于扩散过程，在液相状态下，当两种溶剂中的溶质浓度存在差值时，溶剂分子自动由高浓度一侧过渡到低浓度一侧，最终达到两侧浓度大致相同，其过程如图1所示。

图2.液体中溶质分子的扩散

而在硅材料的掺杂过程中的扩散可以理解为以下两种，一是在衬底中出现晶格空位时，杂质原子有可能进去占据这些空位，二是衬底晶体中存在间隙，杂质原子可以进入到间隙中，如图3所示。而固体与液体的状态环境有很大差异，在固体中原子以有序状态进行排列，液体中原子或分子以无序状态分布，所以固体中的扩散往往需要较高的热才能实现，一方面促进晶体产生大量的晶格空位，一方面增加杂质原子的扩散速度，对于硅而言，其常用的热扩散维度大约在1000℃。目前，常用的扩散方法主要有固态源扩散（BN、As₂O₃和P₂O₅）、液态源扩散（BBr₃、AsCl₃、POCl₃）、乳胶源扩散（掺杂B、P、As的SiO₂）和气态源扩散（B₂H₆、AsH₃和PH₃）。

图3.两种扩散机理图

2） 离子注入:

离子注入是将电离的杂质原子经静电场加速后射入衬底，与热扩散掺杂相比，离子注入工艺可以通过测量离子流严格控制剂量和能量，从而控制掺杂的浓度和深度，对于扩散来说，其掺杂浓度从衬底表面到内部呈下降趋势，浓度分布主要由温度和扩散时间决定，一般用于制备深结，对注入来说，其掺杂浓度先上升再下降，浓度分布由离子计量、电场强度和衬底晶向决定，一般用于形成浅结。

与热扩散相比，离子注入掺杂的优点如下：可调节离子的能量和数量精准控制掺杂的深度和浓度、杂质分布横向扩展小可提高集成电路的成品率、实现大面积的均匀掺杂、能在任意温度下进行掺杂、达到高纯度掺杂的要求。

图4.扩散和注入杂质的浓度分布图

在集成电路和MEMS的工艺过程中，如需要高精度的掺杂则采用离子注入的方式，但单次工艺的批量小，如需要大批量的生产则采用热扩散的方式进行，可以大幅较低成本，但需要对设备不断的优化以提升产品良率，需要公司根据自身情况进行选择。