一种在001面硅片上腐蚀出111硅面的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体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。
【背景技术】
[0002]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糖(Irena Zubel等人在Sensors and Actuators A所发表的题为“The effect ofisopropyh alcohol on etching rate and roughness of(10)Si surface etched inKOH and TMAH solut1ns.”第三页提到在80°C，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。)。
【发明内容】
[0003]本发明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。
[0004]本发明包括以下步骤:
[0005]I)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S12薄膜作为掩膜；
[0006]2)光刻显影出沿(110)晶向的长方形和正方形图形，再后烘；
[0007 ] 3)把硅片放入BOE中去除没有光刻胶保护的部分S i02掩膜；
[0008]4)去除光刻胶；
[0009 ] 5)把样品放入KOH溶液中进行腐蚀；
[0010]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。
[0011]在步骤I)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S12薄膜可采用干氧氧化(001)硅片的方法。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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%。
[0015]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。
[0016]本发明提供了一种在(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】
[0017]图1为娃片截面示意图。
[0018]图2为光刻显影出图形的截面示意图。
[0019]图3为去胶后硅片截面示意图。
[°02°]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。
[0021 ]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】
[0022]下面将结合附图来详细说明本发明的工艺流程。
[0023]I)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 0C，时间4.5h，生长的二氧化硅的厚度为300nm。
[0024]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。
[0025]3)将去胶后的硅片进行腐蚀，腐蚀液按照200gK0H: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°C，(100)面腐蚀速率接近lum/min。
[0026]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，并用大量去尚子水冲洗干净。
[0027]5)如图4和5所不，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。
[0028]本发明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。
【主权项】
1.一种在OOl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S12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S12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娃面。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I)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I)中，所述生长一层S12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、前烘、曝光、显影。5.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4)中，所述去除光刻胶的方法是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。6.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5)中，所述KOH溶液中添加异丙醇。7.如权利要求6所述一种在001面硅片上腐蚀出111硅面的方法，其特征在于所述KOH的质量百分浓度为20%?30%，异丙醇的质量百分浓度为5%?10%。8.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5)中，所述腐蚀采用超声装置。9.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6)中，所述硫酸和双氧水的体积比为3: I。10.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6)中，所述用水冲洗采用去离子水冲洗。
【专利摘要】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。
【IPC分类】B81C1/00
【公开号】CN105668506
【申请号】CN201610044785
【发明人】张保平, 杨文 , 龙浩
【申请人】厦门大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月22日