一种在001面硅片上腐蚀出111硅面的方法技术

一种在001面硅片上腐蚀出111硅面的方法，涉及半导体MEMS器件。包括以下步骤：将(001)面硅片清洗后，用BOE去除表面的氧化层，在(001)面硅片表面生长一层SiO2薄膜作为掩膜；光刻显影出沿(110)晶向的长方形和正方形图形，再后烘；把硅片放入BOE中去除没有光刻胶保护的部分SiO2掩膜；去除光刻胶；把样品放入KOH溶液中进行腐蚀；将腐蚀好的硅片放入硫酸和双氧水溶液中，反应后用水冲洗，即在001面硅片上腐蚀出111硅面。可克服低浓度KOH导致的腐蚀表面粗糙，还可克服高浓度KOH腐蚀率的慢的不利因素，且可以忽略侧向腐蚀，有效缩短工艺周期，降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体MEMS器件，尤其是涉及一种在001面硅片上腐蚀出111硅面的方法。
技术介绍
硅材料具有理想的弹性特性和传热特性、热膨胀系数小、易集成、强度高等卓越的特性。硅材料通过加工工艺设计出各种凹坑、沟槽等三维立体维结构，制备出相应的MEMS结构。硅的各向异性湿法腐蚀是制备MEMS结构中应用广泛的方法，KOH溶液腐蚀硅的表面平整度和腐蚀速率不能同时兼顾，也就是说用高浓度的KOH溶液腐蚀时可以得到较好的表面平整度但是速率太慢，而利用低浓度的KOH溶液可以提高腐蚀速率但是腐蚀出来的表面非常粗糙(IrenaZubel等人在SensorsandActuatorsA所发表的题为“Theeffectofisopropyhalcoholonetchingrateandroughnessof(100)SisurfaceetchedinKOHandTMAHsolutions.”第三页提到在80℃，当KOH浓度低于7mol/L时，腐蚀速率随浓度增大而增大，高于7mol/L时，腐蚀速率随浓度增大而减小，最大腐蚀速率为0.9um/min，腐蚀速率越快，得到的(111)面越粗糙。)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供采用超声和在KOH添加IPA的方法，不但可克服低浓度KOH导致的腐蚀表面非常粗糙，还可克服高浓度KOH腐蚀率的慢的不利因素，并且可以忽略侧向腐蚀，有效缩短工艺周期，降低成本的一种在001面硅片上腐蚀出111硅面的方法。本专利技术包括以下步骤：1)将(001)面硅片清洗后，用BOE去除表面的氧化层，在(001)面硅片表面生长一层SiO2薄膜作为掩膜；2)光刻显影出沿(110)晶向的长方形和正方形图形，再后烘；3)把硅片放入BOE中去除没有光刻胶保护的部分SiO2掩膜；4)去除光刻胶；5)把样品放入KOH溶液中进行腐蚀；6)将腐蚀好的硅片放入硫酸和双氧水溶液中，反应后用水冲洗，即在001面硅片上腐蚀出111硅面。在步骤1)中，所述清洗可用体积比为3∶1的硫酸和双氧水清洗；所述生长一层SiO2薄膜可采用干氧氧化(001)硅片的方法。在步骤2)中，所述光刻所用的光刻胶可采用正性光刻胶，所述光刻的工艺过程包括匀胶、前烘、曝光、显影。在步骤4)中，所述去除光刻胶的方法可将硅片放入用体积比为3∶1的硫酸和双氧水配制的溶液煮沸15min，去除表面的光刻胶，再用去离子水去离子冲洗干净并吹干。在步骤5)中，所述KOH溶液中可添加异丙醇(IPA)；所述腐蚀可采用超声装置，相比磁力搅拌能更快的让反应生成物离开腐蚀的表面，使腐蚀的表面更加光滑；所述KOH的质量百分浓度可为20％～30％，异丙醇(IPA)的质量百分浓度可为5％～10％。在步骤6)中，所述硫酸和双氧水的体积比可为3∶1，所述用水冲洗可采用去离子水冲洗。本专利技术提供了一种在(001)面硅片上快速高效腐蚀出光滑(111)硅面的方法，采用超声取代磁力搅拌和在在KOH中添加一定量IPA的方法，可以快速高效的腐蚀出光滑的(111)硅面，并且没有侧向腐蚀。附图说明图1为硅片截面示意图。图2为光刻显影出图形的截面示意图。图3为去胶后硅片截面示意图。图4为用扫描电子显微镜表征腐蚀后的表面形貌SEM正面图。图5为用扫描电子显微镜表征腐蚀后的表面形貌SEM截面图。具体实施方式下面将结合附图来详细说明本专利技术的工艺流程。1)如图1所示，在2英寸的硅片上干氧氧化生长300nm的二氧化硅掩膜，干氧氧化的条件为1100℃，时间4.5h，生长的二氧化硅的厚度为300nm。2)然后在硅片上旋涂一层1.5um的星泰克sun-115P浓度为25cp正性光刻胶，前烘时间90s，曝光时间6s，显影45s，形成长200um宽20um矩形图形和150um的正方形图形，如图2所示，后烘时间为15min，再用BOE腐蚀掉没有光刻胶保护的二氧化硅，最后去胶，形成图3结构。3)将去胶后的硅片进行腐蚀，腐蚀液按照200gKOH：200g异丙醇：600g去离子水的比例配制而成，采用超声取代磁力搅拌，利用双加热系统维持水浴的温度为80℃，(100)面腐蚀速率接近1um/min。4)将腐蚀好的硅片放入体积比为3∶1的浓硫酸和双氧水配制的溶液中停止反应，并用大量去离子水冲洗干净。5)如图4和5所示，用扫描电子显微镜表征腐蚀后的表面形貌，可以看出腐蚀的表面非常的光滑，并且基本没有侧向腐蚀。本专利技术通过水浴加热和超声作用，在KOH溶液中添加一定比例的异丙醇，可以快速高效腐蚀出光滑的(111)硅面。由于加入了异丙醇(IPA)，降低了KOH的浓度，提高了腐蚀速率，同时减小了侧向腐蚀，达到降低了成本的目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在001面硅片上腐蚀出111硅面的方法，其特征在于包括以下步骤：1)将(001)面硅片清洗后，用BOE去除表面的氧化层，在(001)面硅片表面生长一层SiO2薄膜作为掩膜；2)光刻显影出沿(110)晶向的长方形和正方形图形，再后烘；3)把硅片放入BOE中去除没有光刻胶保护的部分SiO2掩膜；4)去除光刻胶；5)把样品放入KOH溶液中进行腐蚀；6)将腐蚀好的硅片放入硫酸和双氧水溶液中，反应后用水冲洗，即在001面硅片上腐蚀出111硅面。

【技术特征摘要】
1.一种在001面硅片上腐蚀出111硅面的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将(001)面硅片清洗后，用BOE去除表面的氧化层，在(001)面硅片表面生长一
层SiO2薄膜作为掩膜；
2)光刻显影出沿(110)晶向的长方形和正方形图形，再后烘；
3)把硅片放入BOE中去除没有光刻胶保护的部分SiO2掩膜；
4)去除光刻胶；
5)把样品放入KOH溶液中进行腐蚀；
6)将腐蚀好的硅片放入硫酸和双氧水溶液中，反应后用水冲洗，即在001面硅片上腐蚀
出111硅面。
2.如权利要求1所述一种在001面硅片上腐蚀出111硅面的方法，其特征在于在步骤1)
中，所述清洗是用体积比为3∶1的硫酸和双氧水清洗。
3.如权利要求1所述一种在001面硅片上腐蚀出111硅面的方法，其特征在于在步骤1)
中，所述生长一层SiO2薄膜采用干氧氧化(001)硅片的方法。
4.如权利要求1所述一种在001面硅片上腐蚀出111硅面的方法，其特征在于在步骤2)
中，所述光刻所用的光刻胶采用正性光刻胶，所述光刻的工艺过程包括匀胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保平，杨文，龙浩，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35