Si(100)晶片上平直的Si{111}与Si{110}面交线的制备方法与流程

本发明涉及半导体领域的mems器件结构制作技术，具体涉及一种si(100)晶片上平直的si{111}与si{110}面交线的制备方法。

背景技术

mems器件的制作常涉及通过刻蚀工艺制作硅结构。硅刻蚀工艺分为干法刻蚀和湿法刻蚀。与干法刻蚀相比，湿法刻蚀对设备要求低，片内均匀性、工艺稳定性和重复性好，适合批量生产。硅结构主要通过碱性溶液tmah、koh、naoh等各向异性刻蚀si(100)晶片后，si{111}面和si{100}面形成的平台构成mems器件的质量块、梁、边框等部件，其中{100}、{111}均为指晶面。当前硅刻蚀采用25%wttmah在80℃进行双向刻蚀，刻蚀终止后，两面刻蚀坑的侧壁相遇形成凸角，如图1所示；此外此工艺形成的si(111)面有较大的起伏，粗糙度较大。这种凸角和粗糙表面引起严重的应力集中，导致硅结构变形，质量块、梁和边框的尺寸、质量不对称性，这种不对称的部件制造缺陷，导致器件力学和电学方面的干扰，引起器件特征参数改变，误差变大，性能和灵敏度变差，同时部件的疲劳强度降低，器件寿命缩短。通过过刻蚀削去侧壁凸角，减小应力集中，一定程度提高了减小了硅结构变形，改善了器件性能和灵敏度。由于过刻蚀在25%tmah刻蚀液，80℃下进行，削去凸角后形成的过刻蚀面凹凸不平，si{111}面依然不平整，si{111}面与过刻蚀面面交线不平直。这种粗糙度大的刻蚀面使应力集中依然较大，所制备的mems器件的误差值绝大多数依然较大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，为了减小mems器件的误差、提高其性能，提供一种si(100)晶片上平直的si{111}与si{110}面交线的制备方法，通过本发明si(100)晶片上平直的si{111}与si{110}面交线的制备方法可使si(111)面和过刻蚀面光滑平整，si{111}面和过刻蚀si{110}面面交线平直度达到理想状态，减小因凸角和粗糙表面引起的应力集中和硅结构部件的变形，改善mems器件结构的对称性和平衡性，进一步减小了mems器件的误差，提高了mems器件性能和灵敏度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种si(100)晶片上平直的si{111}与si{110}面交线的制备方法，实施步骤包括：

1）准备添加有用于降低面刻蚀速率的添加剂的刻蚀液；

2）将用于制备si{111}与si{110}面交线的si(100)晶片放置在刻蚀液中进行刻蚀，且在刻蚀过程中定时往刻蚀液中补充添加剂使得刻蚀液的组分浓度恒定；

3）在si(100)晶片刻蚀作业达到指定时间后取出。

优选地，步骤1）中的添加剂为非离子表面活性剂tritonx-100和叔丁醇，步骤2）中在刻蚀过程中定时往往刻蚀液中添加添加剂具体是指添加叔丁醇。

优选地，步骤2）中往刻蚀液中补充添加剂具体是指每隔100min向刻蚀液中以[12+(t/100-1)]方式添加叔丁醇，其中t是刻蚀时间，且刻蚀时间t为100min的整数倍。

优选地，所述非离子表面活性剂tritonx-100的浓度为100～1000ppm。

优选地，所述叔丁醇的浓度范围在0～18%v/v。

优选地，步骤2）中si(100)晶片放置在刻蚀液中进行刻蚀时的刻蚀温度为70～75℃。

优选地，步骤2）中si(100)晶片放置在刻蚀液中进行刻蚀时si晶片表面与刻蚀液流动的方向平形，且在有搅拌的情况下进行，采用磁子搅拌时si(100)晶片表面与刻蚀液表面平形且位于距液面下侧2～3cm处。

优选地，步骤1）准备的刻蚀液为四甲基氢氧化铵tmah溶液。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明的刻蚀液添加有用于降低面刻蚀速率的添加剂，将用于制备si{111}与si{110}面交线的si(100)晶片放置在刻蚀液中进行刻蚀，通过降低面刻蚀速率能够有效改善刻蚀速率均匀性；本发明将用于制备si{111}与si{110}面交线的si(100)晶片放置在刻蚀液中进行刻蚀，且在刻蚀过程中定时往刻蚀液中补充添加剂使得刻蚀液的组分浓度恒定，从而使得使si{111}、si{100}和si{110}刻蚀速率均匀，获得刻蚀速率更加均匀且光滑平整的si{110}、si{100}和si{111}面，光滑平整的si{111}和si{110}晶面相交得到平直的面交线，保证了硅湿法刻蚀制作mems器件尺寸和质量分布均匀性。

附图说明

图1是现有技术双向刻蚀后两面刻蚀坑侧壁相遇后成的凸角示意图。

图2为本发明实施例制备方法的基本流程示意图。

图3是样品现有工艺刻蚀后侧壁在10倍的立体光学显微镜下的形貌。

图4是样品经本实施例工艺刻蚀后侧壁在10倍的立体光学显微镜下的形貌。

具体实施方式

如图2所示，本实施例si(100)晶片上平直的si{111}与si{110}面交线的制备方法的实施步骤包括：

1）准备添加有用于降低面刻蚀速率的添加剂的刻蚀液；

2）将用于制备si{111}与si{110}面交线的si(100)晶片放置在刻蚀液中进行刻蚀，且在刻蚀过程中定时往刻蚀液中补充添加剂使得刻蚀液的组分浓度恒定；si{111}是指一组晶面为111的si(111)晶面，si{110}是指一组晶面为110的si(110)晶面；

3）在si(100)晶片刻蚀作业达到指定时间后取出。

本实施例中，步骤1）中的添加剂为非离子表面活性剂tritonx-100和叔丁醇，步骤2）中在刻蚀过程中定时往往刻蚀液中添加添加剂具体是指添加叔丁醇。

本实施例中，步骤2）中往刻蚀液中补充添加剂具体是指每隔100min向刻蚀液中以[12+(t/100-1)]方式添加叔丁醇，其中t是刻蚀时间，且刻蚀时间t为100min的整数倍，例如100，200，300，400，……min等，通过以上措施，可确保整个工艺的重复性和稳定性。

本实施例中，所述非离子表面活性剂tritonx-100的浓度为100～1000ppm。

本实施例中，所述叔丁醇的浓度范围在0～18%v/v。

本实施例中，步骤2）中si(100)晶片放置在刻蚀液中进行刻蚀时的刻蚀温度为70～75℃，相对现有技术的刻蚀温度有所降低，从而能够进一步降低面刻蚀速率，从而使得使si{111}、si{100}和si{110}刻蚀速率均匀，获得刻蚀速率更加均匀且光滑平整的si{110}、si{100}和si{111}面，光滑平整的si{111}和si{110}晶面相交得到平直的面交线，保证了硅湿法刻蚀制作mems器件尺寸和质量分布均匀性。

本实施例中，步骤2）中si(100)晶片放置在刻蚀液中进行刻蚀时si晶片表面与刻蚀液流动的方向平形，且在有搅拌的情况下进行，采用磁子搅拌时si(100)晶片表面与刻蚀液表面平形且位于距液面下侧2～3cm处，使得整个si(100)晶片各处与刻蚀液接触程度相同。

本实施例中，步骤1）准备的刻蚀液为四甲基氢氧化铵tmah溶液，此外也可以根据需要使用其他类型的刻蚀液。

作为对比，图3是样品在现有技术的25%的四甲基氢氧化铵tmah溶液、82℃下过刻蚀后，放在54.7°倾角的样品架上，在立体光学显微镜下的侧壁形貌（10倍）。

图4是样品经本实施例si(100)晶片上平直的si{111}与si{110}面交线的制备方法过刻蚀后，放在54.7°倾角的样品架上，在立体光学显微镜下侧壁形貌（10倍），参见图4可知，si{111}光滑平整，si{111}面与过刻蚀si{110}面（呈现均匀的黑色）面面交线呈理想的平直状态，用本实施例si(100)晶片上平直的si{111}与si{110}面交线的制备方法制作硅结构的mems器件的误差值从饱和降至0.4，灵敏度和其它性能大大改善。对比图3和图4可知，本实施例si(100)晶片上平直的si{111}与si{110}面交线的制备方法能够制作平整光滑的si{111}，si{100}和si{110}晶面，光滑平整的si{111}和si{110}晶面相交得到平直的面交线，保证了硅湿法刻蚀制作mems器件尺寸和质量分布均匀性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。