CN111876157A - 一种tmah蚀刻液的制备蚀刻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种TMAH蚀刻液的制备蚀刻方法。所述的蚀刻液为组合物,包括四甲基氢氧化铵、醇类和水。所述的蚀刻对象为单晶硅。所述的蚀刻方法首先将单晶硅片上待蚀刻图形表面的氧化硅腐蚀干净,之后将单晶硅片浸入加热后的TMAH硅蚀刻液中完成蚀刻。通过本发明的TMAH蚀刻液及蚀刻方法获得硅片无表面金字塔、橘皮效应等缺陷。本发明的TMAH单晶硅蚀刻液应用在MEMS微加工工艺中，蚀刻后硅片无表面金字塔、橘皮效应，满足了半导体客户的需求。本发明的蚀刻液改变了对单晶硅的传统湿法蚀刻特性,具有操作简单、可精确控制蚀刻深度、重复性强、低毒性低污染、易于实现批量化的优点。
Description
技术领域
本发明涉及TMAH蚀刻液领域，具体为一种TMAH蚀刻液的制备蚀刻方法。
背景技术
最近这几年来，电子技术得到了空前的发展。随着市场经济中对于半导体器件与大量的集成电路的需求数量的不断增多，这也就要求了其性能性与可靠性的标准需要及时提升。
MEMS是继微电子技术之后发展起来的又一代新兴技术,它在许多方面具有传统机电技术所不具备的优势包括体积和能耗大大减小、可实现许多全新的功能、可实现大批量和高精度生产、单件成本低、可扩展性好等。MEMS 技术涉及多个学科,其发展将有力地带动这些领域以及相关高技术产业的发展因此国外科技界与工业界普遍认为微机械工程将形成21世纪的一门新兴产业。
MEMS加工技术主要有从半导体加工工艺中发展起来的硅平面工艺和体硅工艺。20世纪80年中期,利用X射线光刻、电铸及注塑的(LIGALithograph Galvanformung undAbformug)技术诞生形成了MEMS加工的另一个体系。总的说来MEMS工艺是在传统的微电子加工工艺基础上发展起来的,后又发展了一些适合制作微机械的独特技术这些独特技术和常规集成电路工艺相结合实现了MEMS。
在MEMS微加工工艺中,蚀刻是不可或缺的环节。蚀刻技术包括干法蚀刻和湿法蚀刻两种类型,对于湿法蚀刻而言理论上PH值超过12的碱性溶液都可以作为蚀刻液。但是综合考虑到各向异性蚀刻的要求如对硅具有较高的蚀刻速率、良好的晶向依赖性、光滑的蚀刻表面、低毒易控制对CMOs的工艺兼容性等等。在MEMS工艺中,常用的是(KOH fu TMAHTetramet hyl AmmoniumHydroxide),由于KOH会对硅片和净化室环境造成污染,一般会将KOH 的蚀刻过程移到最后一步工序或者用TMAH取代KOHl。因此,TMAH蚀刻硅是 MEMS工艺中的重要技术。但TMAH在蚀刻过程中会形成表面小丘,影响表面光滑性因此本项目重点研究了MEMS工艺中的TMAH湿法蚀刻获得光滑蚀刻表面的工艺。各向异性腐蚀是硅微机械加工技术的重要手段,目前已得到广泛应用的硅各向异性腐蚀液有氢氧化钾水溶液和邻苯二酚乙二胺的水溶液EPW等,后者腐蚀过程的可控性较差,且毒性也大,因此近年来使用越来越少而KOH水溶液有毒性小、表面质量好和腐蚀速率容易控制的优点,因此应用最为广泛但 KOH引起离子沾污的可能性较大,与MOS集成电路工艺的相容性差,因此在应用上也受到一定的限制。四甲基氢氧化铵TMAH是一种具有优良的蚀刻性能的各向异性蚀刻液,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 OxideSemiconductor)工艺相兼容,符合片上***(soC,System On A Chip)的发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述的问题，提供一种TMAH蚀刻液的制备蚀刻方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种TMAH蚀刻液制备蚀刻方法，其特征在于，包括以下步骤:
(a)称取一定量的TMAH溶液盛放至聚四氟乙烯桶中，然后加入一定量的醇类, 搅拌均匀后成为TMAH+醇溶液，然后置于水浴中,并将TMAH+醇溶液加热至一定温度并保持。
(b)用HDPE称量瓶称取一定量的氢氟酸；
(c)称取超纯水并盛放至开口的聚四氟乙烯桶中
(d)将称好的氢氟酸小心倒入用聚四氟乙烯桶盛装的超纯水中，把桶盖密闭，摇匀，使氢氟酸溶液浓度为0.1％-5％。
(e)用聚四氟乙烯夹小心取出1片硅片。
(f)将硅片用聚四氟乙烯夹小心斜放(正面向上)入氢氟酸溶液中并完全浸没，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。
(g)取出氢氟酸中硅片并用超纯水反复清洗，将氢氟酸清洗干净(测试清洗水 PH同超纯水PH值，显中性即可)。
(h)将清洗干净的硅片吹干，用聚四氟乙烯夹小心斜放(正面向上)至一定温度TMAH+醇的溶液中并完全浸没一定时间。
(i)取出TMAH+醇溶液中的硅片用超纯水反复清洗，将TMAH清洗干净(测试清洗水PH同超纯水PH值，显中性即可)。
(j)用电吹风小心将硅片吹干(离硅片远一些，温度不能过高)，将硅片按取出方位装入原包装盒。
优选地，步骤(f)中的单晶硅片的晶向为晶向(100)。
优选地，所述的蚀刻液按重量百分比包括以下组分：四甲基氢氧化铵 2％～37％，醇类5％～30％，水50％～80％。
优选地，所述的蚀刻液按重量百分比包括以下组分：所述醇类为甲醇、乙醇、异丙醇、PEG、乙二醇、丙三醇、苯甲醇。
优选地，所述氢氟酸的浓度为5-50％的氢氟酸溶液。
优选地，所述水浴温度为20-98℃。
优选地，所述的TMAH+醇溶液温度为20-98℃。
优选地，所述的TMAH+醇溶液中的蚀刻时间为10-400分钟。
优选地，所述硅片用聚四氟乙烯夹小心斜放(正面向上)入氢氟酸溶液中并完全浸没时间为0.1-10分钟。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的TMAH蚀刻液通过改变添加剂配比来控制蚀刻形貌,使蚀刻后的单晶硅片的凸角形状和蚀刻表面粗糙度同时发生变化,不仅具有光滑的蚀刻表面,而且凸角保护效果明显,有效改善了凸角补偿问题,也很好的解决了硅片表面金字塔、橘皮效应等缺陷，满足了针对具体应用的微结构加工对粗糙度和凸角保护的要求,为高性能集成化微机电***的研制提供了技术支持。本发明的蚀刻液改变了对单晶硅的传统湿法蚀刻特性,具有操作简单、可精确控制蚀刻深度、重复性强、低毒性低污染、易于实现批量化的优点。
图1为本发明的实验结果对比图；
图2为本发明的实验结论图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种TMAH蚀刻液制备蚀刻方法，其特征在于，包括以下步骤:
(a)称取25％TMAH溶液4000g盛放至聚四氟乙烯桶中，然后加入500g的IPA, 再加入500g超纯水，搅拌均匀后成为20％TMAH+10％IPA溶液，然后置于水浴中,并将TMAH+IPA溶液加热至50℃并保持。
(b)用HDPE称量瓶称取280g的50％氢氟酸；
(c)称取2540g超纯水并盛放至开口的聚四氟乙烯桶中
(d)将称好的氢氟酸小心倒入用聚四氟乙烯桶盛装的超纯水中，把桶盖密闭，摇匀，使氢氟酸溶液浓度为5％。
(e)用聚四氟乙烯夹小心取出1片硅片。
(f)将硅片用聚四氟乙烯夹小心斜放(正面向上)入氢氟酸溶液中并完全浸没，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。
(g)取出氢氟酸中硅片并用超纯水反复清洗，将氢氟酸清洗干净(测试清洗水 PH同超纯水PH值，显中性即可)。
(h)将清洗干净的硅片吹干，用聚四氟乙烯夹小心斜放(正面向上)至一定温度TMAH+IPA的溶液中并完全浸没2小时。
(i)取出TMAH+IPA溶液中的硅片用超纯水反复清洗，将TMAH清洗干净(测试清洗水PH同超纯水PH值，显中性即可)。
(j)用电吹风小心将硅片吹干(离硅片远一些，温度不能过高)，将硅片按取出方位装入原包装盒。
单晶硅片蚀刻完成后用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM,scanningelectronmicroscope)或扫描探针显微镜(AFM,atomic force microscope)观察凸角侧蚀与蚀刻深度比和蚀刻表面粗糙度、蚀刻厚度,表面金字塔和橘皮效应等Surfacecondition。说明书附图中列出了本实施例的单晶硅片浸入 25％TMAH、20％TMAH+10％IPA后的Surface condition情况
实施例2
一种TMAH蚀刻液制备蚀刻方法，其特征在于，包括以下步骤:
(a)称取25％TMAH溶液4000g盛放至聚四氟乙烯桶中，然后置于水浴中,加入 200g异丙醇，加入800g水，混匀，并将TMAH溶液加热至50℃并保持。
(b)用HDPE称量瓶称取280g的50％氢氟酸；
(c)称取2540g超纯水并盛放至开口的聚四氟乙烯桶中
(d)将称好的氢氟酸小心倒入用聚四氟乙烯桶盛装的超纯水中，把桶盖密闭，摇匀，使氢氟酸溶液浓度为5％。
(e)用聚四氟乙烯夹小心取出1片硅片。
(f)将硅片用聚四氟乙烯夹小心斜放(正面向上)入氢氟酸溶液中并完全浸没，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。
(g)取出氢氟酸中硅片并用超纯水反复清洗，将氢氟酸清洗干净(测试清洗水 PH同超纯水PH值，显中性即可)。
(h)将清洗干净的硅片吹干，用聚四氟乙烯夹小心斜放(正面向上)至一定温度TMAH的溶液中并完全浸没2小时。
(i)取出TMAH溶液中的硅片用超纯水反复清洗，将TMAH清洗干净(测试清洗水PH同超纯水PH值，显中性即可)。
(j)用电吹风小心将硅片吹干(离硅片远一些，温度不能过高)，将硅片按取出方位装入原包装盒。
说明书附图中列出了本对比例的单晶硅片浸入25％TMAH蚀刻液后的 Surfacecondition情况。
本实施例2与实施例1的不同之处是,单晶硅蚀刻液各组分含量按重量百分比为四甲基氢氧化铵TMAH为25％,其余为水。首先将单晶硅片浸入5％的氢氟酸溶液1分钟,去除单晶硅片表面自然氧化层,随后取出,用去离子水清洗、干燥；将蚀刻液置于聚四氟乙烯容器中,采用水浴加热法将容器中的蚀刻液温度控制在50℃将获得的单晶硅片浸入水浴加热后的蚀刻液中,蚀刻时间2小时, 随后取出,用去离子水清洗、干燥。说明书附图中列出了本对比例的单晶硅片浸入25％TMAH+4％IPA溶液后的表面状况(Surface condition)情况。
由图1和图2可以看出：20％TMAH+10％IPA的配比很好的解决了硅片表面金字塔和橘皮效应等缺陷。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非只包含一个的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种TMAH蚀刻液制备蚀刻方法，其特征在于，包括以下步骤:
(a)称取一定量的TMAH溶液盛放至聚四氟乙烯桶中，然后加入一定量的醇类,搅拌均匀后成为TMAH+醇溶液，然后置于水浴中,并将TMAH+醇溶液加热至一定温度并保持。
(b)用HDPE称量瓶称取一定量的氢氟酸；
(c)称取超纯水并盛放至开口的聚四氟乙烯桶中
(d)将称好的氢氟酸小心倒入用聚四氟乙烯桶盛装的超纯水中，把桶盖密闭，摇匀，使氢氟酸溶液浓度为0.1％-5％。
(e)用聚四氟乙烯夹小心取出1片硅片。
(f)将硅片用聚四氟乙烯夹小心斜放(正面向上)入氢氟酸溶液中并完全浸没，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。
(g)取出氢氟酸中硅片并用超纯水反复清洗，将氢氟酸清洗干净(测试清洗水PH同超纯水PH值，显中性即可)。
(h)将清洗干净的硅片吹干，用聚四氟乙烯夹小心斜放(正面向上)至一定温度TMAH+醇的溶液中并完全浸没一定时间。
(i)取出TMAH+醇溶液中的硅片用超纯水反复清洗，将TMAH清洗干净(测试清洗水PH同超纯水PH值，显中性即可)。
(j)用电吹风小心将硅片吹干(离硅片远一些，温度不能过高)，将硅片按取出方位装入原包装盒。
2.根据权利要求1所述的一种TMAH蚀刻液制备蚀刻方法，其特征在于，步骤(f)中的单晶硅片的晶向为晶向(100)。
3.根据权利要求1所述的一种TMAH蚀刻液制备蚀刻方法，其特征在于，所述的蚀刻液按重量百分比包括以下组分：四甲基氢氧化铵2％～37％，醇类5％～30％，水50％～80％。
4.根据权利要求3所述的一种TMAH蚀刻液制备蚀刻方法，其特征在于，所述醇类为甲醇、乙醇、异丙醇、PEG、乙二醇、丙三醇、苯甲醇。
5.根据权利要求1所述的一种TMAH蚀刻液制备蚀刻方法，其特征在于，所述氢氟酸的浓度为5-50％的氢氟酸溶液。
6.根据权利要求1所述的一种TMAH蚀刻液制备蚀刻方法，其特征在于，所述水浴温度为20-98℃。
7.根据权利要求1所述的一种TMAH蚀刻液制备蚀刻方法，其特征在于，所述的TMAH+醇溶液温度为20-98℃。
8.根据权利要求1所述的一种TMAH蚀刻液制备蚀刻方法，其特征在于，所述的TMAH+醇溶液中的蚀刻时间为10-400分钟。
9.根据权利要求1所述的一种TMAH蚀刻液制备蚀刻方法，其特征在于，所述硅片用聚四氟乙烯夹小心斜放(正面向上)入氢氟酸溶液中并完全浸没时间为0.1-10分钟。
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2020
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