[发明专利]一种硅片表面图形刻蚀方法及其硅片

说明书

技术领域

本发明涉及一种自组装的硅片表面图形刻蚀方法及其硅片。

背景技术

半导体是制造电脑的重要元件，更先进的半导体制造工艺，可以生产出体积更小、速度更快的芯片。因此半导体技术的发展，特别是半导体制造工艺的发展，对CPU和芯片的性能起相当重要的作用。从1995年以来，芯片制造工艺的发展十分迅速，先后从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米一直发展到目前的0.09微米，而新一代的65纳米工艺也已初显端倪。

不断先进的半导体工艺，不仅意味着不断减小的最小图形实现能力，而且也意味着成本的不断提高。目前，以90纳米工艺为例来说，如果用该技术代工艺制备纳米尺度的硅线条，虽然能够成功制备而得90纳米的硅线条，但是由于已经达到了该工艺的极限，会引入一系列的误差和无法遇见的工艺不确定性。而且由于采用的是该技术代最为苛刻的条件，制备过程要求极高，耗费大量的成本和设备。

此外，传统的硅工艺主要是传统的硅表面图形刻蚀技术。以制备纳米尺度的硅线条为例，首先需要制备与所期望形成图形相同尺度的光刻版，然后通过光刻、刻蚀工艺在硅表面形成所需要的图形。这样的做法不仅对光刻要求水平非常苛刻，而且需要在工艺中满足对准精度、小尺寸刻蚀等一系列高要求的工艺，因此成本高昂，且制备效率较低。

因此，如果利用微米级的低成本工艺制备纳米级的材料，同时在制备纳米尺度图形的时候能够在所期望成形的位置形成所期望的结构图形，即自组装技术，业已成为集成电路工艺中关注的焦点问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅片表面图形刻蚀方法。

本发明所提供的硅片表面图形刻蚀方法，包括如下步骤：

1)在硅片表面沉积氮化硅层，然后，刻蚀氮化硅层，在硅片表面形成若干刻蚀区域；每个所述刻蚀区域的尺度为0.5-4微米；

2)将所述带有刻蚀区域的硅片固定于加有腐蚀液的腐蚀槽中，通电进行阳极氧化反应，在所述刻蚀区域处形成刻蚀图形；所述腐蚀液为氢氟酸和乙醇的混和液或者氢氟酸和二甲基甲酰胺的混和液；通电进行阳极氧化反应的电流密度为5-100mA/cm²。

优选的，刻蚀孔的尺度为2微米。

在本发明的阳极氧化反应过程中，所选的腐蚀液与硅片的电阻率有关，当硅片电阻率小于5Ω·cm时，腐蚀液为氢氟酸和乙醇的混和液，其中氢氟酸与乙醇的体积比为1∶10-10∶1，优选为1∶1；当硅片电阻率大于5Ω·cm时，腐蚀液为氢氟酸和二甲基甲酰胺的混和液，其中氢氟酸与二甲基甲酰胺的体积比为1∶10-10∶1，优选为1∶4。优选的，通电进行阳极氧化反应的电流密度为30mA/cm²。通电进行阳极氧化反应的时间为1-60分钟，优选为15分钟。

采用本发明方法所得到的硅片也属于本发明的保护范围。

本发明自组装的硅片表面图形刻蚀方法能够非常简便而且有效地在硅表面刻蚀出所需要的图形，所得图形的尺寸在亚微米尺度至纳米尺度范围内，制备过程不需要使用现有光刻技术刻蚀如此量级尺寸所必须的高精密设备，设备、条件要求简单，成本低；而且图形的形成是自组装的，是在腐蚀槽中利用阳极氧化反应完成的，具有非常好的确定性，成品率高；另外，本发明方法具有很好的兼容性，能够与现有CMOS工艺兼容，非常适用于基于CMOS工艺的硅基图形的加工技术(如MEMS)。

附图说明

图1a和图1b分别为实施例1中硅片表面孔状结构的俯视图、侧剖面图；图1c和图1d为实施例1中自组装形成的硅岛结构的俯视图、侧剖面图。

图2为所用腐蚀槽的结构示意图。

图3a、3b为实施例1得到的硅表面自组装硅岛结构的扫描电镜(SEM)照片。

图4a和图4b分别为实施例2中硅片表面槽状结构的俯视图、侧剖面图；图4c和图4d为实施例2中自组装形成的孤墙结构的俯视图、侧剖面图。

图5a为实施例2得到的硅表面自组装孤墙结构的扫描电镜(SEM)照片，图5b为孤墙结构的局部放大照片。

具体实施方式

本发明自组装的硅片表面图形刻蚀方法，主要包括如下步骤：

1)如图1a-1d和图4a-4d，在硅片(包括硅衬底层11和SiO₂层12)表面沉积氮化硅层13，然后，利用光刻技术刻蚀氮化硅层形成光刻槽，再利用离子刻蚀(RIE)方法对硅片进行刻蚀，使硅片表面形成刻蚀区域2；刻蚀区域2的尺度在0.5-4微米。