CN102484060A - 用于硅表面蚀刻的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于硅表面蚀刻的方法，包括下列步骤：提供50℃至95℃温度的包含至少一种水胶体的含水碱性水胶体蚀刻液，将所述硅表面与所述水胶体蚀刻液接触一段指定的时间，以及从所述硅表面去除所述水胶体蚀刻液。

Description

用于硅表面蚀刻的方法
技术领域
本发明涉及一种用于硅表面蚀刻的方法，特别是用于硅晶圆表面的湿化学、金字塔纹理蚀刻的方法。
背景技术
EP 0 944 114B1描述了一种硅表面的湿化学、金字塔纹理蚀刻的方法，在用于该方法的蚀刻液中除了其他成分还添加了异丙醇和乙二醇。使用这种已知的蚀刻液在硅表面上制成金字塔蚀刻纹理需要至少25至30分钟相对长的处理时间以及80℃至85℃相对高的处理温度。此外，利用已知的蚀刻液制成的金字塔蚀刻纹理不具有特别良好的同质性。处理后的硅表面在由此产生的多个金字塔的密度、尺寸和粒度分布方面尤其相异。
这种已知蚀刻液的另一缺陷在于在蚀刻反应期间由蒸发的异丙醇和释放的氢会形成爆炸性混合物。由于这个原因，必须不断地吸掉容纳该蚀刻液的处理池上方的空气。
这种已知蚀刻液的又一缺陷在于，在使用蚀刻液8至10次之后，金字塔蚀刻纹理的质量明显降低。为了保证足够的蚀刻纹理质量，需要相对频繁地更换蚀刻液。
发明内容
本发明的目的是消除现有技术的一些缺陷。特别地，具体提供一种能够在硅表面上快速且容易地制成同质的金字塔蚀刻纹理的方法。特别地，提高了金字塔蚀刻纹理的质量和工艺效率。根据本发明的又一目的，提出一种新的应用。
该目的由权利要求1、13和15的特征解决。本发明的有益实施例源于权利要求2至12、14以及16和17的特征。
根据本发明，所提出的一种用于硅表面蚀刻的方法具有下列步骤：
提供具有50℃至95℃温度的包含至少一种水胶体的含水碱性水胶体蚀刻液，
将所述硅表面与所述水胶体蚀刻液接触一段指定的时间，以及
从所述硅表面去除所述水胶体蚀刻液。
使用根据本发明提出的所述水胶体蚀刻液，可以减少或避免添加异丙醇。令人惊讶的结果是水胶体的添加缩短了蚀刻工艺的持续时间，同时金字塔蚀刻纹理能够获得出色的均质质量。
在本发明的意义中，“多种水胶体”应理解为作为胶体溶解在水中并且表现出很强的凝胶化能力的多糖和蛋白质组。“一种水胶体”应理解为由某个化学成分定义的水胶体。
所提出的方法特别适用于在硅晶圆的硅表面上制备金字塔蚀刻纹理。但除此之外，本发明提供的方法还适用于光学或电化学传感器的湿化学结构蚀刻、催化剂、电极等。
待处理的硅表面具有(100)取向。利用本发明提供的方法制备的蚀刻金字塔具有(111)表面。水胶体蚀刻液与硅表面相接触的持续时间影响所形成的蚀刻金字塔的尺寸。本领域技术人员将根据待形成的蚀刻金字塔的尺寸选择适当的持续时间。
根据本发明的有利实施例，所述水胶体蚀刻液中包含的所述至少一种水胶体的浓度为0.01至2.0克/升、优选地0.01至0.99克/升。所述水胶体蚀刻液的温度有利地设置在65℃至90℃、优选地68℃至85℃。此外，已证明所述硅表面与水胶体蚀刻液相接触的时间为5至25分钟、优选地10至20分钟是有利地。在10分钟的接触时间以及65℃至70℃内的温度范围下已经能够获得出色的结果。所形成的金字塔蚀刻纹理在蚀刻金字塔的密度、尺寸和粒度分布方面呈现优异的同质性。
根据又一有利实施例，该水胶体蚀刻液通过将至少一种水胶体添加到含水蚀刻液中制成。因此，该含水蚀刻液可以通过将碱金属氢氧化物溶解在水中制成。特别地，KOH或NaOH可以用作该碱金属氢氧化物。也可以使用前述碱金属氢氧化物的混合物。
有利地，所述水胶体蚀刻液中包含的所述碱金属氢氧化物的浓度为10至90克/升、优选地15至30克/升。
根据本发明提供的方法的又一实施例，下列多种水胶体的至少一种作为水胶体被添加到含水溶液中：淀粉、纤维素、纤维素醚、果胶、阿拉伯胶、琼脂、海藻酸钠、右旋糖酐、明胶、黄原胶。在这个意义上，已证明将含水溶液中的至少一种水胶体添加到蚀刻液中来制备水胶体蚀刻液是特别有利的。由此，该含水溶液有利地是碱性的。
该水胶体蚀刻液也可以包含异丙醇。令人惊讶的结果是，将水胶体添加到包含异丙醇的传统蚀刻液中引起蚀刻纹理的显著改进。特别地，被认为是已经失效无法再用的传统蚀刻液可以通过添加至少一种水胶体而被再生，从而能够显著延长使用时间。换句话说，可以显著增加待处理衬底的数量，由此提高传统蚀刻液的效率。
根据本发明的另一方案，提出包含至少一种水胶体以及KOH或NaOH的含水溶液的水胶体蚀刻液的应用，用以调节容纳用于硅表面蚀刻的蚀刻液的池。所提出的对该池的调节或预处理惊人地导致随后加入的含异丙醇的传统蚀刻液的效率显著增加。
用于调节该池的水胶体蚀刻液中包含的水胶体的浓度有利地为0.01至2.0克/升、优选地0.01至0.99克/升。
根据本发明的又一方案，提出至少一种水胶体作为添加剂添加到用于硅表面蚀刻的包含异丙醇的含水碱性蚀刻液中的应用。由此，所述至少一种水胶体能够以一定数量添加到所述蚀刻液中，使得所获得的水胶体溶液的浓度为0.01至2.0克/升、优选地0.01至0.99克/升。所提出的将水胶体作为添加剂添加到用于硅表面蚀刻的传统蚀刻液中的应用特别是在硅表面的金字塔纹理蚀刻方面获得惊人的出色结果。
根据前述的应用，所述至少一种水胶体有利地选自以下组中：淀粉、纤维素、纤维素醚、果胶、阿拉伯胶、琼脂、海藻酸钠、右旋糖酐、明胶、黄原胶。
当然，还可以使用几种水胶体的混合物制备水胶体蚀刻液。
附图说明
现在将基于附图使用实例更详细地描述本发明。附图列出如下：
图1是在硅表面(50×50μm)上的第一金字塔蚀刻纹理；以及
图2是在硅表面(50×50μm)上的第二金字塔蚀刻纹理。
具体实施方式
为了制备如图1中所示的金字塔蚀刻纹理，所使用的水胶体蚀刻液由含水蚀刻液和包含水胶体的含水碱性溶液制成。该含水蚀刻液通过将1250克的KOH溶解在90升的水中制成。该包含水胶体的含水溶液通过将羧甲基纤维素和果胶溶解在4升的水中制成。羧甲基纤维素和果胶的重量比为约8∶1。随后，包含多种水胶体的含水溶液与该含水蚀刻液混合。将硅晶圆浸泡在80℃温度下的由此制备的水胶体蚀刻液中持续20分钟的处理时间。如图1中所示，以此方法制成的表面所具有的蚀刻金字塔的尺寸在约2至5μm的范围内。在该硅晶圆的每个硅表面上蚀刻共10μm。
对于另一种水胶体蚀刻液，该含水蚀刻液通过将3600克的KOH颗粒溶解在90升的水中制成。包含多种水胶体的含水溶液，即优选6∶1比例的羧甲基纤维素和果胶添加到该含水蚀刻液中。由此制备的水胶体蚀刻液被加热到75℃。在10分钟的处理过程中，在硅表面上可以形成金字塔蚀刻纹理，其中蚀刻金字塔具有约12μm的平均尺寸。图2示出在硅表面上制成的金字塔蚀刻纹理。在图1和图2中所示的硅表面的截面尺寸均为50×50μm。
为了制备用于使例如包含异丙醇的传统蚀刻液再生的添加剂，制备含0.3至0.9克/升、优选地0.5至0.7克/升的多种水胶体的含水溶液。例如为羧甲基纤维素和果胶的混合物。所述羧甲基纤维素和果胶的重量比可以为6∶1至约8∶1。所提出的添加剂按照一定的数量被添加到传统蚀刻液中，使得该蚀刻液含有约10至30毫克、优选地15至20毫克的水胶体。由于该添加剂的作用，与传统蚀刻液相比，被处理的硅晶圆的数量增加一倍，同时保持相同的蚀刻质量。使用该添加剂能够多次使该蚀刻液再生。
在前述实例中，包含多种水胶体的含水溶液中羧甲基纤维素与果胶的混合比例有利地为6∶1至8∶1。水胶体蚀刻液中的水胶体的浓度有利地为0.1至2.0克/升。
特别地，水胶体果胶与另一水胶体、优选地纤维素、特别是羧甲基纤维素的组合物被认为是有利的，这是因为当使用具有最大为2.0克/升的相对低的水胶体总浓度的水胶体蚀刻液时，金字塔纹理蚀刻已经获得出色的效率和质量。多种水胶体纤维素/果胶的组合物可以包含50％(重量)以上、优选地60％(重量)以上、特别优选地70％(重量)以上的纤维素。其余的由果胶构成。

Claims (17)

1.用于硅表面蚀刻的方法，包括下列步骤：
提供50℃至95℃温度的包含至少一种水胶体的含水碱性水胶体蚀刻液，
将所述硅表面与所述水胶体蚀刻液接触一段指定的时间，以及
从所述硅表面去除所述水胶体蚀刻液。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述水胶体蚀刻液中包含的所述至少一种水胶体的浓度为0.01至2.0克/升、优选地0.01至0.99克/升。
3.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述水胶体蚀刻液的温度设置在65℃至90℃。
4.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述硅表面与所述水胶体蚀刻液接触的时间为5至25分钟、优选地10至20分钟。
5.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述水胶体蚀刻液通过将至少一种水胶体添加到含水蚀刻液中制成。
6.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述含水蚀刻液通过将碱金属氢氧化物溶解在水中制成。
7.如前述任一权利要求所述的方法，其中KOH或NaOH用作所述碱金属氢氧化物。
8.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述水胶体蚀刻液中包含的所述碱金属氢氧化物的浓度为10至90克/升、优选地15至30克/升。
9.如前述任一权利要求所述的方法，其中下列水胶体的至少一种作为水胶体被添加到含水蚀刻液中：淀粉、纤维素、纤维素醚、果胶、阿拉伯胶、琼脂、海藻酸钠、右旋糖酐、明胶、黄原胶。
10.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述水胶体蚀刻液中含有异丙醇。
11.如前述任一权利要求所述的方法，其中在含水溶液中的所述至少一种水胶体被添加到所述蚀刻液中以制备所述水胶体蚀刻液。
12.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述含水溶液是碱性的。
13.包含至少一种水胶体以及KOH或NaOH的含水溶液的水胶体蚀刻液的应用，用以调节容纳用于硅表面蚀刻的蚀刻液的池。
14.如权利要求13所述的应用，其中所述水胶体蚀刻液中包含的所述至少一种水胶体的浓度为0.01至2.0克/升、优选地0.01至0.99克/升。
15.至少一种水胶体作为添加剂添加到用于硅表面蚀刻的包含异丙醇的含水碱性蚀刻液中的应用。
16.如权利要求13至15任一所述的应用，其中所述至少一种水胶体选自以下组中：淀粉、纤维素、纤维素醚、果胶、阿拉伯胶、琼脂、海藻酸钠、右旋糖酐、明胶、黄原胶。
17.如权利要求15或16所述的应用，其中所述至少一种水胶体以一定数量添加到所述蚀刻液中，使得所获得的水胶体溶液的浓度为0.01至2.0克/升、优选地0.01至0.99克/升。
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