CN116169010A - 一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法 - Google Patents

一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，包括：步骤S1，将单晶硅零部件倾斜至第一水平角，将清洗溶液从所述单晶硅零部件的最上端喷淋，以冲洗所述单晶硅零部件正面；步骤S2，将冲洗后的所述单晶硅零部件竖直置入至少一个具有蚀刻溶液的循环池中浸泡，以对所述单晶硅零部件正面进行湿法蚀刻；步骤S3，将所述单晶硅零部件提离蚀刻溶液后倾斜至第二水平角，将清洗溶液从所述单晶硅零部件的最上端喷淋，以冲洗所述单晶硅零部件正面的残留，本发明一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，单晶硅零部件作为分隔与被蚀刻结构设置于循环池内，利用曝气的方式可促进浸泡溶液流动，可与单晶硅零部件表面反应，反应迅速、稳定、充分。

Description

一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法
技术领域
本发明涉及湿法蚀刻技术领域，具体涉及一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法。
背景技术
化学蚀刻技术做到了传统机械加工方式所不能完成的事情，现有的单晶硅湿法蚀刻主要有酸刻和碱刻，酸刻是将单晶硅放置在氢氟酸、硝酸、冰乙酸的混合溶液中，通过化学腐蚀的原理剥离表面破碎层，进行等向刻蚀，形成100晶格，碱刻是通过碱溶液在特定的温度下进行非等向刻蚀化学腐蚀形成111晶格，通过不同的需求，形成不同的微观状态和表面状态；
在国内半导体行业中，半导体器件在工作中需要能够承载较大电流的互连和高温所带来的风险，而半导体器件的化学刻蚀技术还不成熟，湿法蚀刻方式会导致蚀刻液与单晶硅零部件接触后形成反应层，不利于侵蚀过程继续进行，受侵蚀液不同部位置浓度及单晶硅零部件不同部位侵蚀进度影响，单晶硅零部件易出现蚀刻不均的情况，这会导致侵蚀不完全的情况，未完全蚀刻的部分附着在单晶硅零部件表面，容易导致产品破碎层清理不干净，表面状态不均匀，粗糙度较大，进而会影响到产品的使用和寿命；
为了解决上述问题，本发明中提出了一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明的目的在于克服湿法蚀刻方式会导致蚀刻液与单晶硅零部件接触后形成反应层，不利于侵蚀过程继续进行，受侵蚀液不同部位置浓度及单晶硅零部件不同部位反应进度影响，单晶硅零部件易出现蚀刻不均的情况，这会导致侵蚀不完全的情况，未完全蚀刻的部分附着在单晶硅零部件表面，容易导致产品破碎层清理不干净，表面状态不均匀，粗糙度较大，进而会影响到产品的使用和寿命的技术问题，为此本发明提供一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法。
(2)技术方案
为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：
一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，包括：
步骤S1，将单晶硅零部件倾斜至第一水平角，将清洗溶液从所述单晶硅零部件的最上端喷淋，以冲洗所述单晶硅零部件正面；
步骤S2，将冲洗后的所述单晶硅零部件竖直置入至少一个具有蚀刻溶液的循环池中浸泡，以对所述单晶硅零部件正面进行湿法蚀刻；
步骤S3，将所述单晶硅零部件提离蚀刻溶液后倾斜至第二水平角，将清洗溶液从所述单晶硅零部件的最上端喷淋，以冲洗所述单晶硅零部件正面的残留；
所述第二水平角大于第一水平角。
优选的，所述步骤S2包括：
步骤S21，将冲洗后的所述单晶硅零部件完全没入具有氢氟酸的循环池中浸泡，以侵蚀所述单晶硅零部正面；
步骤S22，向所述具有氢氟酸的循环池底部一侧曝气，以在所述单晶硅零部件两侧形成氢氟酸流体循环，静置30s～300s；
步骤S23，将所述单晶硅零部件提离氢氟酸溶液，静置沥干。
优选的，所述步骤S2还包括：
步骤S24，将沥干后的所述单晶硅零部件完全没入具有侵蚀溶液的循环池中浸泡，以侵蚀所述单晶硅零部正面；
步骤S25，向所述具有侵蚀溶液的循环池底部一侧曝气，以在所述单晶硅零部件两侧形成侵蚀溶液流体循环，静置300s～600s；
步骤S26，每隔一定反应时长将所述单晶硅零部件提离侵蚀溶液，观测单晶硅零部正面的侵蚀效果；
步骤S27，将观测后的所述单晶硅零部件完全没入具有侵蚀溶液的循环池中浸泡，并根据所观测的侵蚀效果调整所述单晶硅零部件与循环池内壁之间的间距；
步骤S28，将所述单晶硅零部件提离侵蚀溶液，静置沥干。
优选的，步骤S27包括：
步骤S271，若所述单晶硅零部件正面的侵蚀效果较差，则缩短所述单晶硅零部件正面与循环池内壁之间的距离；
步骤S272，若所述单晶硅零部件正面上下部位的侵蚀效果不一致，则缩短所述单晶硅零部件正面受侵蚀效果较差的一端与循环池内壁之间的距离。
优选的，所清洗溶液由苟性碱与水混合而成，且成分配比为1：4～1：10。
优选的，所述第一水平角为15～30度，所述第一水平角为75～90度。
优选的，所述氢氟酸的浓度为0.5mol/L～1mol/L。
优选的，所述侵蚀溶液由氢氟酸、硝酸、冰乙酸混合而成，且成分配比为1：5：3～1：5：8。
优选的，将所述单晶硅零部件提离侵蚀溶液所需的反应时长为30s～300s。
优选的，所述单晶硅零部件与循环池两侧内壁之间的间距比例为1:1～1:2。
(3)有益效果：本发明一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，单晶硅零部件作为分隔与被蚀刻结构设置于循环池内，利用曝气的方式可促进浸泡溶液流动，可与单晶硅零部件表面反应，反应迅速、稳定、充分，调整单晶硅零部件相对于循环池内壁的位置及角度，可控制单晶硅零部件表面不同部位的流速，进而能够掌握单晶硅零部件不同部位的蚀刻速率，使得单晶硅零部件各分部倾向于均匀蚀刻，表面洁净度可以达到半导体行业标准，使得破碎层去除较为干净，操作简单易于控制，产品合格率高。
附图说明
图1为本发明一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法的流程示意图；
图2为本发明一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法中，将冲洗后的单晶硅零部件竖直置入至少一个具有氢氟酸的循环池中浸泡，以对单晶硅零部件正面进行湿法蚀刻的流程示意图；
图3为本发明一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法中，将冲洗后的单晶硅零部件竖直置入至少一个具有侵蚀溶液的循环池中浸泡，以对单晶硅零部件正面进行湿法蚀刻的流程示意图；
图4为本发明一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法中，将观测后的单晶硅零部件完全没入具有侵蚀溶液的循环池中浸泡，并根据所观测的侵蚀效果调整单晶硅零部件与循环池内壁之间的间距的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
下面结合附图1-4和实施例对本发明进一步说明：
参照图1-4，一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，包括：
步骤S1，将单晶硅零部件倾斜至第一水平角，将清洗溶液从所述单晶硅零部件的最上端喷淋，以冲洗所述单晶硅零部件正面；
步骤S2，将冲洗后的所述单晶硅零部件竖直置入至少一个具有蚀刻溶液的循环池中浸泡，以对所述单晶硅零部件正面进行湿法蚀刻；
步骤S3，将所述单晶硅零部件提离蚀刻溶液后倾斜至第二水平角，将清洗溶液从所述单晶硅零部件的最上端喷淋，以冲洗所述单晶硅零部件正面的残留；
所述第二水平角大于第一水平角。
具体地，本实施例中，将单晶硅零部件倾斜放置，清洗溶液可从上至下均匀流过单晶硅零部件正面，使得单晶硅零部件正面能够被清洗完全。
本发明的较佳的实施例中，所述步骤S2包括：
步骤S21，将冲洗后的所述单晶硅零部件完全没入具有氢氟酸的循环池中浸泡，以侵蚀所述单晶硅零部正面；
步骤S22，向所述具有氢氟酸的循环池底部一侧曝气，以在所述单晶硅零部件两侧形成氢氟酸流体循环，静置30s～300s；
步骤S23，将所述单晶硅零部件提离氢氟酸溶液，静置沥干。
具体地，本实施例中，单晶硅零部件完全没入氢氟酸溶液内后，单晶硅零部件一侧氢氟酸溶液受曝气作用影响而液面上升，受重力影响会流至单晶硅零部件的另一侧，另一侧的氢氟酸溶液下沉不断补充，可形成流体循环，流动的氢氟酸溶液可带走反应层，使得单晶硅零部件表面的侵蚀过程高效。
本发明的较佳的实施例中，所述步骤S2还包括：
步骤S24，将沥干后的所述单晶硅零部件完全没入具有侵蚀溶液的循环池中浸泡，以侵蚀所述单晶硅零部正面；
步骤S25，向所述具有侵蚀溶液的循环池底部一侧曝气，以在所述单晶硅零部件两侧形成侵蚀溶液流体循环，静置300s～600s；
步骤S26，每隔一定反应时长将所述单晶硅零部件提离侵蚀溶液，观测单晶硅零部正面的侵蚀效果；
步骤S27，将观测后的所述单晶硅零部件完全没入具有侵蚀溶液的循环池中浸泡，并根据所观测的侵蚀效果调整所述单晶硅零部件与循环池内壁之间的间距；
步骤S28，将所述单晶硅零部件提离侵蚀溶液，静置沥干。
具体地，本实施例中，流动的侵蚀溶液可带走反应层，使得单晶硅零部件表面的侵蚀过程高效，待侵蚀溶液反应300s～600s后，部分的单晶硅零部件表面被侵蚀，肉眼可见单晶硅零部件剩余部分的侵蚀情况，剩余分布较多的区域则代表反应效果较差。
本发明的较佳的实施例中，步骤S27包括：
步骤S271，若所述单晶硅零部件正面的侵蚀效果较差，则缩短所述单晶硅零部件正面与循环池内壁之间的距离；
步骤S272，若所述单晶硅零部件正面上下部位的侵蚀效果不一致，则缩短所述单晶硅零部件正面受侵蚀效果较差的一端与循环池内壁之间的距离。
具体地，本实施例中，侵蚀溶液在循环池内循环，若单晶硅零部件与循环池内壁之间距离缩短，而曝气提升的溶液量不变，会相应增大单晶硅零部件正面与循环池内壁之间间隙内的流体流速，促进反应进行，也可通过增大曝气量的方式提高反应速率。
本发明的较佳的实施例中，所清洗溶液由苟性碱与水混合而成，且成分配比为1：4～1：10。
本发明的较佳的实施例中，所述第一水平角为15～30度，所述第一水平角为75～90度。
具体地，本实施例中，单晶硅零部件的倾斜角度越大，则清洗溶液流过的流速越大，相应地冲击力越大，易于带走蚀刻残余，单晶硅零部件的倾斜角度越小，则清洗溶液流过的流速越慢，可提高反应效果，值得说明的是，改变单晶硅零部件的倾斜方向进行喷淋，可提高冲洗的效果。
本发明的较佳的实施例中，所述氢氟酸的浓度为0.5mol/L～1mol/L。
本发明的较佳的实施例中，所述侵蚀溶液由氢氟酸、硝酸、冰乙酸混合而成，且成分配比为1：5：3～1：5：8。
具体地，本实施例中，侵蚀溶液为不同配比、不同浓度可以得到不同的微观状态与蚀刻速率，让反应过程可控。
本发明的较佳的实施例中，将所述单晶硅零部件提离侵蚀溶液所需的反应时长为30s～300s。
本发明的较佳的实施例中，所述单晶硅零部件与循环池两侧内壁之间的间距比例为1:1～1:2。
具体地，本实施例中，若单晶硅零部件上部侵蚀效果不佳，单晶硅零部件上部靠近循环池内壁会形成较小的间隙，曝气形成的侵蚀溶液聚集加速，可提高局部的流速，提高该部位的侵蚀速率，值得说明的是，改变单晶硅零部件置入侵蚀溶液的侧边，进而能够调节单晶硅零部件不同方向的蚀刻速率，使得单晶硅零部件各分部倾向于均匀蚀刻。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，其特征在于，包括：
步骤S1，将单晶硅零部件倾斜至第一水平角，将清洗溶液从所述单晶硅零部件的最上端喷淋，以冲洗所述单晶硅零部件正面；
步骤S2，将冲洗后的所述单晶硅零部件竖直置入至少一个具有蚀刻溶液的循环池中浸泡，以对所述单晶硅零部件正面进行湿法蚀刻；
步骤S3，将所述单晶硅零部件提离蚀刻溶液后倾斜至第二水平角，将清洗溶液从所述单晶硅零部件的最上端喷淋，以冲洗所述单晶硅零部件正面的残留；
所述第二水平角大于第一水平角。
2.如权利要求1所述的一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21，将冲洗后的所述单晶硅零部件完全没入具有氢氟酸的循环池中浸泡，以侵蚀所述单晶硅零部正面；
步骤S22，向所述具有氢氟酸的循环池底部一侧曝气，以在所述单晶硅零部件两侧形成氢氟酸流体循环，静置30s～300s；
步骤S23，将所述单晶硅零部件提离氢氟酸溶液，静置沥干。
3.如权利要求2所述的一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，其特征在于：所述步骤S2还包括：
步骤S24，将沥干后的所述单晶硅零部件完全没入具有侵蚀溶液的循环池中浸泡，以侵蚀所述单晶硅零部正面；
步骤S25，向所述具有侵蚀溶液的循环池底部一侧曝气，以在所述单晶硅零部件两侧形成侵蚀溶液流体循环，静置300s～600s；
步骤S26，每隔一定反应时长将所述单晶硅零部件提离侵蚀溶液，观测单晶硅零部正面的侵蚀效果；
步骤S27，将观测后的所述单晶硅零部件完全没入具有侵蚀溶液的循环池中浸泡，并根据所观测的侵蚀效果调整所述单晶硅零部件与循环池内壁之间的间距；
步骤S28，将所述单晶硅零部件提离侵蚀溶液，静置沥干。
4.如权利要求3所述的一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，其特征在于，步骤S27包括：
步骤S271，若所述单晶硅零部件正面的侵蚀效果较差，则缩短所述单晶硅零部件正面与循环池内壁之间的距离；
步骤S272，若所述单晶硅零部件正面上下部位的侵蚀效果不一致，则缩短所述单晶硅零部件正面受侵蚀效果较差的一端与循环池内壁之间的距离。
5.如权利要求1所述的一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，其特征在于：所清洗溶液由苟性碱与水混合而成，且成分配比为1：4～1：10。
6.如权利要求1所述的一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，其特征在于：所述第一水平角为15～30度，所述第一水平角为75～90度。
7.如权利要求2所述的一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，其特征在于：所述氢氟酸的浓度为0.5mol/L～1mol/L。
8.如权利要求3所述的一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，其特征在于，所述侵蚀溶液由氢氟酸、硝酸、冰乙酸混合而成，且成分配比为1：5：3～1：5：8。
9.如权利要求3所述的一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，其特征在于，将所述单晶硅零部件提离侵蚀溶液所需的反应时长为30s～300s。
10.如权利要求3或4所述的一种单晶硅零部件的高效湿法蚀刻方法，其特征在于，所述单晶硅零部件与循环池两侧内壁之间的间距比例为1:1～1:2。
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