CN103964371B - 硅晶片的钝化层的腐蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅晶片的钝化层的腐蚀方法，包括往顶部开口的容器中倒入氢氟酸溶液、将硅晶片放置于容器的开口处，使硅晶片的形成有钝化层的一面与氢氟酸溶液相对，以及在常温下保持足够腐蚀的时间，氢氟酸溶液挥发产生氟化氢气体将硅晶片的钝化层腐蚀的步骤，其中，足够腐蚀的时间为(钝化层的厚度/腐蚀速率)×(1+0.2)。该利用氢氟酸挥发产生的氟化氢气体腐蚀硅晶片的钝化层，避免了一般的湿法腐蚀中由于液体的表面张力的作用，腐蚀液难以完全浸润钝化层的表面而使得腐蚀精度较低的问题，腐蚀精度较高。
Description
技术领域
本发明涉及微电子加工技术领域，特别是涉及一种硅晶片的钝化层的腐蚀方法。
背景技术
在微电子机械系统（Micro-electromechanicalSystems，MEMS）工艺中，经常需要去除硅晶片表面的介质层。例如去除硅晶片背腔底部的钝化层。钝化层一般为二氧化硅层或氮化硅层。传统的去除硅晶片背腔底部的钝化层的方法为湿法腐蚀，利用腐蚀液腐蚀二氧化硅或氮化硅以除去硅晶片的钝化层。硅晶片的背腔的尺寸一般为纳米或微米级，由于液体的表面张力作用导致腐蚀液难以进入到微纳结构的背腔中或难以完全浸润钝化层的表面，从而难以完全腐蚀背腔底部的钝化层，导致钝化层有部分残留，腐蚀精度较低。
发明内容
基于此，有必要提供一种腐蚀精度较高的硅晶片的钝化层的腐蚀方法。
一种硅晶片的钝化层的腐蚀方法，包括如下步骤：
往顶部开口的容器中倒入氢氟酸溶液；
将硅晶片放置于所述容器的开口处，使所述硅晶片的形成有钝化层的一面与所述氢氟酸溶液相对；及
在常温下保持足够的腐蚀时间，所述氢氟酸溶液挥发产生氟化氢气体将所述硅晶片的钝化层腐蚀，所述足够腐蚀的时间为：
(钝化层的厚度/腐蚀速率)×(1+0.2)。
在其中一个实施例中，所述容器的底部通入惰性气体。
在其中一个实施例中，所述惰性气体为氮气、氩气或氦气。
在其中一个实施例中，所述惰性气体流量为0.01～1000sccm。
在其中一个实施例中，所述氢氟酸溶液的液面至所述硅晶片的形成有钝化层的一面的距离5～30厘米。
在其中一个实施例中，所述氢氟酸溶液的质量浓度为20%～49%。
在其中一个实施例中，所述倒入氢氟酸溶液的步骤、将硅晶片放置于所述容器的开口处的步骤及在常温下保持足够腐蚀的时间的步骤均在通风的环境下进行。
在其中一个实施例中，所述硅晶片封闭所述容器的开口。
在其中一个实施例中，所述硅晶片的面积小于所述容器的开口的面积
上述硅晶片的钝化层的腐蚀方法利用氢氟酸挥发产生的氟化氢气体腐蚀硅晶片的钝化层，避免了一般的湿法腐蚀中由于液体的表面张力的作用，腐蚀液难以完全浸润钝化层的表面而使得腐蚀精度较低的问题，腐蚀精度较高。
附图说明
图1为一实施方式的硅晶片的钝化层的腐蚀方法流程图；
图2为图1所示的硅晶片的钝化层的腐蚀方法示意图；
图3为另一实施方式的硅晶片的钝化层的腐蚀方法示意图；
图4为又一实施方式的硅晶片的钝化层的腐蚀方法示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参阅图1，一实施方式的硅晶片的钝化层的腐蚀方法，包括如下步骤：
步骤S110：往顶部开口的容器中倒入氢氟酸溶液。
请同时参阅图2，氢氟酸溶液100具有强烈的腐蚀性。顶部开口的容器200为不被氢氟酸溶液100腐蚀的容器，如聚四氟乙烯容器等塑料容器。
本实施方式中，容器200的底部至开口端的横截面积相等。氢氟酸溶液100的液面低于容器200的开口端所在的平面。可以理解。在其他实施方式中，容器200的形状不限于此，只要保证需要腐蚀的钝化层与容器200中的氢氟酸溶液100相对即可，例如底部的横截面积小于顶部开口的面积的容器。
氢氟酸溶液100优选为质量百浓度为20%～49%的氢氟酸溶液。氢氟酸溶液100的质量浓度在20%以上，使氢氟酸溶液100在常温下能够挥发，以便腐蚀过程能够在常温下进行，条件温和，能耗低。
氟化氢对人体有害。容器200与排风装置（图未示）连通，以将多余的氟化氢蒸汽排走，保证操作安全。例如，在进行腐蚀时，将容器200放置于通风橱中，所有的操作都在通风橱中进行。
步骤S120：将硅晶片放置于容器的开口处，使硅晶片的形成有钝化层的一面与氢氟酸溶液相对。
将硅晶片300扣置于容器200顶部，位于容器200的开口处。如图2所示，硅晶片300包括硅晶片本体310，硅晶片本体310上形成有多个背腔312，背腔312的底部与硅晶片本体310之间形成有钝化层320。钝化层320为二氧化硅层或氮化硅层。
硅晶片300的形成有钝化层320的一面朝向容器200的内部，与氢氟酸溶液100相对。氢氟酸能够溶解二氧化硅或氮化硅，氢氟酸挥发产生的氟化氢气体能够很好地腐蚀二氧化硅层或氮化硅层。
由于氢氟酸溶液100的液面低于容器200的开口所在的平面，硅晶片300扣在容器200的顶部时，氢氟酸溶液100的液面低于硅晶片300的形成有钝化层320的一面，使得氢氟酸溶液100不与硅晶片300直接接触，避免氢氟酸溶液100中的水对硅晶片300产生不良影响。
本实施方式中，硅晶片300的尺寸与容器200的开口的尺寸相适配，以使硅晶片300扣在容器200的开口端时将容器200封闭，以减少氟化氢气体的损失，提高腐蚀速率。并且，腐蚀过程中，氟化氢腐蚀剂可以直接与钝化层320接触而直接对一个硅晶片300的钝化层320进行全面腐蚀，而无需移动硅晶片300以对钝化层320全面腐蚀，操作简单方便，腐蚀效率高。
并且，采用顶部开口的容器200，能够将硅晶片300直接固定于容器200的顶部，无需采用外部工具固定，操作方便，对设备要求低。
可以理解，在其他实施方式中，硅晶片300的尺寸也可以小于容器200的开口的尺寸，这种情况需要借助外部工具将硅晶片300固定于容器200的开口处，使钝化层320与氟化氢溶液100相对。当硅晶片300的尺寸较小而容器200的开口处的尺寸较大时，可以在开口处固定两个或两个以上硅晶片300，以对两个或两个以上的硅晶片300的钝化层200同时腐蚀，提高生产效率。
步骤S130：在常温下保持足够腐蚀的时间，氢氟酸溶液挥发产生氟化氢气体将硅晶片的钝化层腐蚀。
在常温下硅晶片300扣在容器200顶部保持足够腐蚀的时间。氢氟酸极易挥发，在常温下，质量浓度在20%以上的氢氟酸溶液100能够迅速挥发产生氟化氢气体，氟化氢气体能够充分与硅晶片300的钝化层320接触而腐蚀钝化层320。
足够腐蚀的时间为：(钝化层的厚度/腐蚀速率)×(1+0.2)。腐蚀速率根据实验确定。确定了腐蚀速率后，在以与确定腐蚀速率的实验相同的工艺条件对硅晶片300的钝化层320进行腐蚀。
（钝化层的厚度/腐蚀速率）即为腐蚀时间，但为了进一步保证完全腐蚀，腐蚀时间再加上20%的时间，即为足够腐蚀的时间。
氢氟酸溶液100的质量浓度为49%，钝化层与氢氟酸溶液100的距离为15厘米及常温条件下，当钝化层320为二氧化硅层时，腐蚀速率为1200A/min；当钝化层320为氮化硅时，腐蚀速率为20A/min。
上述硅晶片的钝化层的腐蚀方法利用氢氟酸挥发产生的氟化氢气体腐蚀硅晶片300的钝化层320，避免了一般的湿法腐蚀中由于液体的表面张力的作用，腐蚀液难以完全浸润钝化层320的表面而导致钝化层320部分残留的问题，氟化氢气体能够与钝化层320完全接触而完全腐蚀钝化层320，腐蚀精度较高。
即使硅晶片300的背腔312的孔径很小，如其仅为纳米级，氟化氢气体也能够进入背腔312底部腐蚀背腔312底部的钝化层320。在这种情况下，如采用腐蚀液进行腐蚀液，腐蚀液难以进入背腔312底部而不能刻蚀纳米级的硅晶片300的背腔312底部的钝化层320。
在优选的实施方式中，为了提高氢氟酸的挥发性能，以产生较多的氢氟酸气体腐蚀硅晶片300的钝化层320，提高腐蚀速率，向容器200的底部通入惰性气体400，如图3所示。
惰性气体400为氮气、氩气或氦气。惰性气体400的流量优选为0.01～1000sccm，以提高氟化氢的蒸汽量的同时，避免氢氟酸溶液100液面过度翻腾而使水珠飞溅到硅晶片300的表面。
优选地，氢氟酸溶液100的液面至硅晶片300的形成有钝化层320的一面的距离为5～30厘米，进一步防止气泡破裂产生水珠飞溅到硅晶片300的表面。
在氢氟酸溶液100的质量浓度为20%～49%，氢氟酸溶液100的液面与钝化层320的距离为5～30厘米，容器200的底部通入流量为0.01～1000sccmsccm的惰性气体及常温的条件下，当钝化层320为二氧化硅层时，腐蚀速率为1000～1500A/min；当钝化层320为氮化硅层时，腐蚀速率为15～30A/min。
在其他实施方式中，可以对容器200进行加热，以增加氟化氢气体的蒸汽量而提高腐蚀效率。在这种实施方式中，氢氟酸大量挥发，产生大量的氟化氢气体，优选采用底部的横截面积较小、开口端的横截面积较大的容器200，在容器200的开口端可以同时平铺几个硅晶片300，同时进行腐蚀，提高生产效率。
更优选地，对容器200进行加热并保持氢氟酸溶液100的温度恒定，以保持恒定的腐蚀速率。
可以理解，对氢氟酸溶液100进行加热应使氢氟酸溶液100温度的远低于水和氢氟酸溶液100的沸点，以防止氢氟酸溶液100沸腾而产生水蒸汽而对硅晶片300产生不良影响或影响腐蚀速率。
上述硅晶片的钝化层的腐蚀方法所需的设备简单，工艺简单，成本低。所有的步骤均在通风的环境中进行，保障安全。
采用该方法不仅能够提高腐蚀精度，而且能够解决湿法腐蚀时，对微小深槽无法腐蚀的问题，且比使用干法腐蚀具有设备简易，成本低廉。
上述硅晶片的钝化层的腐蚀方法不仅能够用于腐蚀硅晶片300的背腔312底部的钝化层320，也可以用于腐蚀其他硅晶片的二氧化硅介质层或氮化硅介质层。
在湿法腐蚀中，将待腐蚀的硅晶片完全浸泡于腐蚀液中以达到腐蚀的效果。这种方法不仅会腐蚀需要腐蚀的钝化层，对需要保留的硅晶片300的其他部分可能也会产生腐蚀作用。采用上述硅晶片的钝化层的腐蚀方法能够避免腐蚀需要保留的部分。请参阅图4，硅晶片500包括硅晶片主体510及分别位于硅晶片主体510的相对两侧的第一介质层520和第二介质层530，需要腐蚀掉第一介质层520而保留第二介质层530。采用上述硅晶片的钝化层的腐蚀方法，将硅晶片500的第一介质层520与氢氟酸溶液100相对，使氟化氢气体腐蚀掉第一介质层520，需要保留的第二介质层530完全不与氟化氢气体接触。因此，腐蚀过程中，需要保留的第二介质层530不受到任何不良影响。采用该方法腐蚀硅晶片的二氧化硅介质层或氮化硅介质层，有利于提高产品良率。
以下为具体实施例。
实施例1
预先实验确定腐蚀速率，在相同的工艺条件下对硅晶片的钝化层进行腐蚀。具体方法如下：在通风橱中，向顶部开口的容器倒入质量浓度为49%的氢氟酸溶液，将硅晶片放置于容器的开口处，扣在容器上，并使硅晶片的形成有钝化层的一面朝向容器的内部，与氢氟酸溶液相对。钝化层为二氧化硅层，厚度为5000A，氢氟酸溶液的液面至硅晶片的形成有钝化层的一面的距离为15厘米。保持3分钟，氢氟酸挥发产生氟化氢气体将硅晶片的钝化层腐蚀，腐蚀速率为1200A/min。
实施例2
预先实验确定腐蚀速率，在相同的工艺条件下对硅晶片的钝化层进行腐蚀。具体方法如下：在通风橱中，向顶部开口的容器倒入质量浓度为35%的氢氟酸溶液，将硅晶片放置于容器的开口处，扣在容器上，并使硅晶片的形成有钝化层的一面朝向容器的内部，与氢氟酸溶液相对。钝化层为二氧化硅层，厚度为10000A。氢氟酸溶液的液面至硅晶片的形成有钝化层的一面的距离为6厘米。向容器的底部通入氮气，氮气的流量为100sccm。保持5钟，氢氟酸挥发产生氟化氢气体将硅晶片的钝化层腐蚀，腐蚀速率为1500A/min。
实施例3
预先实验确定腐蚀速率，在相同的工艺条件下对硅晶片的钝化层进行腐蚀。具体方法如下：在通风橱中，向顶部开口的容器倒入质量浓度为30%的氢氟酸溶液，将硅晶片放置于容器的开口处，扣在容器上，并使硅晶片的形成有钝化层的一面朝向容器的内部，与氢氟酸溶液相对。钝化层为氮化硅层，厚度为1000A氢氟酸溶液的液面至硅晶片的形成有钝化层的一面的距离为10厘米。向容器的底部通入氦气，氦气的流量为100sccm。保持10分钟，氢氟酸挥发产生氟化氢气体将硅晶片的钝化层腐蚀，腐蚀速率为20A/min。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种硅晶片的钝化层的腐蚀方法，其特征在于，包括如下步骤：
往顶部开口的容器中倒入氢氟酸溶液；
将硅晶片放置于所述容器的开口处，使所述硅晶片的形成有钝化层的一面与所述氢氟酸溶液相对；及
在常温下保持足够腐蚀的时间，所述氢氟酸溶液挥发产生氟化氢气体将所述硅晶片的钝化层腐蚀，所述足够腐蚀的时间为：
(钝化层的厚度/腐蚀速率)×(1+0.2)；
所述钝化层为氮化硅层；
所述氢氟酸溶液的液面至所述硅晶片的形成有钝化层的一面的距离5～30厘米；
所述氢氟酸溶液的质量浓度为20％～49％。
2.根据权利要求1所述的硅晶片的钝化层的腐蚀方法，其特征在于，所述容器的底部通入惰性气体。
3.根据权利要求2所述的硅晶片的钝化层的腐蚀方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气、氩气或氦气。
4.根据权利要求2或3所述的硅晶片的钝化层的腐蚀方法，其特征在于，所述惰性气体流量为0.01～1000sccm。
5.根据权利要求1所述的硅晶片的钝化层的腐蚀方法，其特征在于，所述倒入氢氟酸溶液的步骤、将硅晶片放置于所述容器的开口处的步骤及在常温下保持足够腐蚀的时间的步骤均在通风的环境下进行。
6.根据权利要求1所述的硅晶片的钝化层的腐蚀方法，其特征在于，所述硅晶片封闭所述容器的开口。
7.根据权利要求1所述的硅晶片的钝化层的腐蚀方法，其特征在于，所述硅晶片的面积小于所述容器的开口的面积。
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