专利名称：利用液相外延技术制作微型硅构件的方法
技术领域：
本发明涉及微型半导体构件制造的方法。
微型硅构件是一种具有应用前景的微型机械部件，可应用于微型传感器，微型机器等方面。然而要制作尺度极小的构件(如微米或几十微米的机械构件)，用常规的切割、磨削、抛光工艺显然是很不合适也不方便。
本发明的目的是提供一种利用液相外延技术制作微型硅构件的方法，能方便地获得所需形状的微型硅构件。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是1)先将衬底硅片氧化，然后通过硅集成电路工艺中的光刻技术在氧化膜上开出与构件形状相似的窗口，露出衬底硅，保留其余部分的二氧化硅；2)将硅片浸入经硅饱和的金属熔体，降低熔体的温度，液相外延生长硅构件，并形成横向外延层，通过对生长时温度变化及外延时间的控制，可以获得所需的尺寸；3)利用外延构件与硅底层电阻率的不同，通过化学腐蚀，使外延生长的硅构件与硅衬底分离。
本发明与现有技术相比，具有的有益的效果是传统的机械加工很难加工象硅这样又硬又脆的微型构件，而纯粹的化学腐蚀加工微型构件十分费时。利用液相外延技术能方便地加工出形状各异，尺寸可小到几微米的机械构件，而且所用的衬底可以重复使用，使硅材料的利用率大大提高。
下面结合附图，对本发明作进一步的叙述。
图1是重掺P型衬底上外延构件图；图2是轻掺衬底上外延构件图。
首先把衬底硅片氧化，然后利用光刻技术在氧化膜上开出与构件形状相似(尺寸不相同)的窗口，如条状、方片状、圆盘状、圆环状、网栅状等等。露出衬底硅，保留其余部分的二氧化硅，然后将此硅片放入液相外延装置中(如坩埚)进行外延生长。由于开始时外延生长只在无氧化层的窗口处进行，而留有氧化膜的地方不会外延上硅，因此生长出的外延层的开头与窗口相同。但当外延层厚度超过氧化膜厚度后，依据所用硅片的取向及外延条件，会发生一定的横向生长，其横向尺寸与外延条件有关。实际操作中可以通过改变氧化层的厚度、窗口大小、外延条件控制横向生长速率，获得所需的尺寸。
液相外延生长要有合适的熔体，可以利用液态的锡、镓、铟等金属作为熔体。在高温下(对锡而言，此温度约960℃)把金属熔化，并放入硅片使金属熔体中的硅含量达到饱和。降低熔体的温度，熔体中的硅就处于过饱和状态。此时把经氧化光刻后的硅片放入此熔体中，并按一定规律降低熔体的温度，就会在硅片上开有窗口的地方不断地外延生长硅。达到所需的厚度后(数倍于氧化层厚度)，把硅片从熔体中提出，进入腐蚀工序。
外延生长结束后，可通过化学腐蚀方法(如氢氟酸，HF∶HNO3∶CH3COOH＝1∶3∶8)腐蚀掉二氧化硅膜，并将构件与衬底分离。由于横向生长，窗口附近二氧化硅上的外延硅层的尺寸可以比窗口宽度大得多(几倍至几十倍)，加上氧化层上横向生长的外延层厚度比窗口内外延层的厚度大得多，因此最先腐蚀完的地方为窗口内的外延层，这样就实现了构件与衬底分离。为了使分离更加容易，衬底4可以用重掺的P型硅(如电阻率小于0.01Ωcm)，而外延层2则不掺杂或轻掺杂，见图1。由于重掺P型硅的腐蚀速率较轻掺或不掺杂的硅高得多，因此可通过化学方法将衬底与外延好构件分离。如果衬底不是重掺P型，而采用轻掺杂硅衬底5，则可以预先在窗口1中生长一层重掺P型外延层6，然后再生长轻掺或不掺杂的构件，见图2。这样能更容易地通过择优化学腐蚀将构件与硅衬底分离。图1、图2中1为窗口，2为外延层，3为氧化层。
实施例在重掺P型(100)硅衬底(电阻率0.01Ωcm)上进行了条状微型硅构件试制。硅片经1050℃干氧氧化10小时，氧化层的厚度为0.35微米，光刻后窗口宽度为5微米，长度为1毫米。外延生长在经硅饱和的锡熔体中进行，开始外延生长温度为960℃，降温速率为每分钟0.25℃。外延生长时间为1小时，总厚度为50微米。生长结束后将硅片从熔体中去出，并用氢氟酸去除二氧化硅，然后在腐蚀液(HF∶HNO3∶CH3COOH＝1∶3∶8)中进行腐蚀，获得长1毫米宽40微米的细长条状的构件。
权利要求
1.利用液相外延技术制作微型硅构件的方法，其特征在于1)先将衬底硅片氧化，然后通过硅集成电路工艺中的光刻技术在氧化膜上开出与构件形状相似的窗口，露出衬底硅，保留其余部分的二氧化硅；2)将硅片浸入经硅饱和的金属熔体，降低熔体的温度，液相外延生长硅构件，并形成横向外延层，通过对生长时温度变化及外延时间的控制，可以获得所需的尺寸；3)利用外延构件与硅底层电阻率的不同，通过化学腐蚀，使外延生长的硅构件与硅衬底分离。
2.根据权利要求1所述的利用液相外延技术制作微型硅构件的方法，其特征在于衬底[4]用重掺的P型硅，而外延层[2]则不掺杂或轻掺杂。
3.根据权利要求1所述的利用液相外延技术制作微型硅构件的方法，其特征在于衬底[5]用轻掺硅衬底，预先在窗口[1]中生长一层重掺P型外延层[6]。
4.根据权利要求1所述的利用液相外延技术制作微型硅构件的方法，其特征在于所述的金属熔体为液态锡、镓、铟。
全文摘要
利用液相外延技术制作微型硅构件的方法,先将衬底硅片氧化,然后在氧化膜上开出所需构件形状的窗口,露出硅底层,将硅片浸入经硅饱和的金属熔体中,利用硅液相外延法在窗口上外延生长硅构件。由于外延构件与硅衬底电阻率的不同,通过化学腐蚀将构件与衬底分离,由此即可制造所需形状的微型硅的构件,而且所用的衬底可以重复使用,使硅材料的利用率大大提高。
文档编号H01L21/02GK1259761SQ99127558
公开日2000年7月12日 申请日期1999年12月29日 优先权日1999年12月29日
发明者季振国, 樊瑞新, 袁骏, 阙端麟 申请人:浙江大学