[发明专利]一种单晶硅刻蚀方法及刻蚀液

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，具体涉及一种单晶硅刻蚀方法及刻蚀液。

背景技术

在微机电系统工艺中，依据单晶硅的各向异性刻蚀特性所发展起来的湿法刻蚀技术在制作微型器件，特别是惯性器件如加速度计的过程中发挥了巨大的作用。刻蚀技术主要分为干法刻蚀和湿法刻蚀。这两种刻蚀技术的发展一直伴随着硅基微型传感器和执行器的进步。与反应离子刻蚀（RIE, Reactive-Ion Etching）等干法刻蚀相比较，湿法刻蚀技术的刻蚀深度均一，三维结构丰富，生产效率高，工艺制作过程相对简单，且加工成本也更为低廉。由于一般传感器的输出信号（电流或电压）很弱，若将它连接到外部电路，则寄生电容、电阻等的影响会彻底掩盖有用的信号。因此采用灵敏元件外接处理电路的方法已不可能得到质量很高的传感器。只有把两者集成在一个芯片上，才能具有最好的性能。因此，实际微机电系统的加工越来越考虑系统的集成化。四甲基氢氧化铵TMAH是一种具有优良的刻蚀性能的各向异性刻蚀液，选择性好，低毒性低污染，最重要的是TMAH与互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺相兼容，符合片上系统(SOC，System On A Chip)的发展趋势。

为了进一步改善单一TMAH刻蚀液的刻蚀特性，获得良好的刻蚀表面和凸角保护，开发新型微结构，科研人员提出并研究了一些方法，如：在单一TMAH刻蚀液中添加金属、添加剂（主要是表面活性剂类添加剂和酒精类添加剂）、超声波等。但是添加金属会带入杂质，对刻蚀液造成污染，超声波会破坏器件结构。添加剂修饰的TMAH湿法刻蚀液具有一定的优势，但仍然存在一些问题，目前选用的任何一种添加剂都不能在获得光滑刻蚀表面的同时对凸角进行有效保护。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种单晶硅刻蚀方法，本发明要解决的另一个技术问题是提供一种单晶硅刻蚀方法用的刻蚀液。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种单晶硅刻蚀方法，其特点是，包括以下步骤：

(a).在单晶硅片表面采用热氧化方法生长一层1μm厚度的氧化硅，之后在氧化硅表面涂覆光刻胶，获得待刻蚀的单晶硅片；

(b).在待刻蚀的单晶硅片的表面通过光刻方法刻制图形，图形线条深度略大于光刻胶的厚度，去除图形上的光刻胶；

(c).将步骤(b)获得的单晶硅片浸入氢氟酸和氟化铵配比为1:4的溶液中，去除图形上的氧化硅；

(d).将步骤(c)获得的单晶硅片，先浸入丙酮，去除单晶硅片上图形以外区域的光刻胶，随后取出，浸入乙醇去除单晶硅片表面残留的丙酮，最后取出，用去离子水清洗；

(e).将步骤(d)获得的单晶硅片浸入5%的氢氟酸溶液1~3分钟，去除单晶硅片表面图形的自然氧化层，保留图形以外区域的氧化硅，随后取出，用去离子水清洗、干燥；

(f).将刻蚀液置于聚四氟乙烯容器中，采用水浴加热法将容器中的刻蚀液温度控制在70℃ ~80℃；

(g)将步骤(e)获得的单晶硅片浸入步骤(f)水浴加热后的刻蚀液中，刻蚀时间2 ~3小时，随后取出，用去离子水清洗、干燥。

所述的步骤(a)中的单晶硅片的晶向为晶向(100)。

单晶硅刻蚀方法用的刻蚀液，其特点是，所述的刻蚀液按重量百分比包括以下组分：

四甲基氢氧化铵      15%~30%

曲拉通              0~1%

异丙醇              0~30%

水                  50%~80%。

所述的刻蚀液中的四甲基氢氧化铵的含量为19%~22%。

所述的刻蚀液中的曲拉通的含量为0.1%~0.4%。

所述的刻蚀液中的异丙醇的含量为13%~25%。

经大量试验确定，同时含有合适比例的四甲基氢氧化铵TMAH、曲拉通Triton X-100和异丙醇IPA的单晶硅刻蚀液，能同时获得光滑的刻蚀表面和极小的凸角侧蚀。若刻蚀液只含有TMAH和水，不含Triton X-100和IPA，不仅刻蚀表面很粗糙，凸角侧蚀也非常严重；若刻蚀液含有TMAH、Triton X-100和水，不含IPA，则刻蚀表面会变光滑，但凸角侧蚀仍然比较严重；若刻蚀液含有TMAH、IPA和水，不含Triton X-100，刻蚀表面变得很粗糙，但凸角侧蚀非常小，基本可以忽略。