[发明专利]一种TMAH系各向异性硅蚀刻液及其制备方法

说明书

本发明涉及一种TMAH系各向异性硅蚀刻液及其制备方法，所述蚀刻液包括18～25％重量份电子级四甲基氢氧化铵，3～10％重量份电子级四乙基氢氧化铵，1.3～2.8％重量份添加剂，0.01～0.2％重量份表面活性剂和剩余组分高纯水，上述各组分重量份总和为100％，其中所述添加剂包括1～2％重量份挥发剂和0.3～0.8％重量份催化剂，所述催化剂包括0.1～0.3％重量份调整蚀刻速度的催化剂、0.2～0.5％重量份改善硅表面平整度的催化剂。其制备方法包括在混配釜中加入电子级四甲基氢氧化铵、在不断搅拌条件下加入电子级四乙基氢氧化铵、添加剂、表面活性剂和余量水，并循环过滤3h以上。本发明制备的一种TMAH系各向异性硅蚀刻液具有较好的蚀刻精细度、蚀刻速率及蚀刻后硅片表面平整度。

技术领域

本发明涉及半导体材料蚀刻领域，具体涉及一种TMAH系各向异性硅蚀刻液及其制备方法。

背景技术

随着信息社会的发展，微机械加工技术越来越广泛的应用于微电子机械系统(MEMS)中。体硅加工技术一般是指利用蚀刻工艺对块状硅进行准三维结构的微加工，其中体硅的各项异性腐蚀技术是微机械加工技术工艺主要技术之一，它被广泛的应用于加工各种各样的微结构如凹槽结构(带膜或者无膜的孔腔)、凸出结构(金字塔的针尖、台面结构)、到金字塔的孔腔结构以及悬臂结构等，近年来也被用于各种纳米结构的制作。一般各向异性硅蚀刻液采用碱性物质，以KOH、EDP(乙二胺邻苯二酚)和TMAH为主要体系，但KOH容易引入金属离子，玷污体硅，且工艺温度高、稳定性差，EDP为有毒物质对环境不利。TMAH硅蚀刻液具有性能较好、不引入金属离子、无毒等优势，但存在蚀刻速率过慢的问题，因此开发出一款蚀刻速率快、各向异性性能优异的高精细度TMAH系硅蚀刻液具有重要的意义。

现有技术中，专利号为ZL200880109890.2的中国专利公开了硅蚀刻液和蚀刻方法，该硅蚀刻液为氢氧化季铵和氨基胍盐的水溶液，可以达成对硅的高蚀刻速度，可以缩短蚀刻加工所需时间。专利号为ZL200980116681.5的中国专利公开了硅蚀刻液和蚀刻方法，该硅蚀刻液为含有碱金属氢氧化物、羟基胺和无机碳酸化合物的pH值12以上的碱性水溶液，其可在维持含有羟基胺的碱性水溶液的特长、即蚀刻速度快的基础上，抑制羟基胺的分解，从而抑制蚀刻速度的降低，实现含有羟基胺的硅蚀刻液的长寿命化。申请号为200980129912.6的中国专利公开了硅蚀刻液和蚀刻方法，硅蚀刻液为是含有(A)四甲基氢氧化铵、(B)羟基胺、以及(C)二氧化碳(CO₂)和/或四甲基碳酸铵盐的、pH值13以上的碱性水溶液，其可在维持含有羟基胺的碱性水溶液的特长、即蚀刻速度快的基础上，抑制羟基胺的分解，从而抑制蚀刻速度的降低，实现含有羟基胺的硅蚀刻液的长寿命化。专利号为ZL201280011143.1的中国专利公开了形成电容器结构的方法以及用于其的硅蚀刻液，该硅蚀刻液含碱化合物和羟胺化合物的组合，且其pH被调节为11或大于11，该蚀刻液能够有效移除待形成凹凸结构电容器内的单晶硅和多晶硅。申请号为201810568337.0的中国专利公开了一种蚀刻液组成物，该硅蚀刻液含四级铵盐碱性化合物和胺类化合物，该蚀刻液组成物对于硅的不同结晶方向具有接近的蚀刻速率，能降低不同结晶面的硅的蚀刻速率差。

《传感技术学报》2006第19期第3卷的第593-596页中公开了添加剂过硫酸铵有利于改善硅微腔表面平整度，《广西师范大学学报(自然科学版)》2014第32期第2卷的第55-59页中公开了异丙醇和氧化剂协同作用提高了硅刻蚀表面的光洁度。