CN1710705A - 一种硅湿法刻蚀工艺 - Google Patents
一种硅湿法刻蚀工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1710705A CN1710705A CN 200510019052 CN200510019052A CN1710705A CN 1710705 A CN1710705 A CN 1710705A CN 200510019052 CN200510019052 CN 200510019052 CN 200510019052 A CN200510019052 A CN 200510019052A CN 1710705 A CN1710705 A CN 1710705A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- etching
- mask
- silicon
- mask layer
- wet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Weting (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种硅湿法刻蚀工艺。其步骤为:①在洁净的硅片上溅射Cr膜,Cr膜厚度为50nm~600nm;②在Cr掩膜上,利用光刻工艺制备图形;③在(NH4) 2Ce(NO3) 5溶液中对Cr掩模层进行刻蚀,(NH4) 2Ce(NO3) 5溶液的成分配比为:每100ml的刻蚀液中,硝酸铈铵为:5~20克,高氯酸为:1.5~8毫升,余量为水;④使用KOH溶液对刻蚀后的硅片进行湿法刻蚀;⑤使用(NH4) 2Ce(NO3) 5刻蚀液,去除硅片上的Cr掩膜层。由于Cr与硅材料结合紧密,因此能在湿法刻蚀时保证足够的牢固性,并且Cr掩模在KOH刻蚀液中的选择性非常好。本发明具有毒性小,加工简单的特点。
Description
技术领域
本发明属于刻蚀掩模技术,具体涉及一种硅湿法刻蚀工艺。
背景技术
湿法刻蚀的核心工艺是选择性刻蚀,即利用掩模层和基底在刻蚀液中刻蚀速率相差很大的特点,在基底上得到需要的图形。因此,掩模层的制作是实现湿法的重要工艺环节。
目前硅的湿法刻蚀中比较常见的掩模材料是SiO2(二氧化硅)和Si3N4(氮化硅),而刻蚀液一般使用的是浓碱,如KOH等。使用SiO2(二氧化硅)和Si3N4(氮化硅)作为刻蚀掩膜,存在着一些问题,使得刻蚀的效果不是很好。因此,有必要寻找一种新的掩膜材料,并制定出相应的方案。
SiO2薄膜掩模对KOH刻蚀液的选择性不是很好,一般热生长的SiO2在50℃的KOH溶液中与硅的刻蚀速率之比大约为1∶100,而热生长形成的SiO2薄膜是各种SiO2膜中对KOH抗蚀性最好的。因此,SiO2掩模只能用于浅层的硅湿法刻蚀中;而且对SiO2的加工通常使用毒性较大的HF(氢氟酸),对环境和人体都有一定的危险性。
Si3N4掩模在KOH中的刻蚀速率极小,所以其选择性很好。但是Si3N4与硅的热膨胀系数相差较大,其薄膜在硅片上会出现裂纹,甚至脱落,根本不能起到掩模层的作用。因此,必须采用以SiO2层为中介层,先在硅圆片上生长一层SiO2,然后再低温沉积Si3N4,才能保证Si3N4掩模在刻蚀液中牢固可靠。而且,Si3N4的湿法刻蚀方法很复杂,一般只能使用RIE(反应离子刻蚀),工艺比较复杂,对设备要求高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处,提供一种硅湿法刻蚀工艺,该工艺具有毒性小,加工简单的特点。
本发明提供的一种硅湿法刻蚀工艺,其步骤包括:
(1)、在洁净的硅片上溅射Cr膜,Cr膜厚度为50nm~600nm;
(2)、在Cr掩膜上,利用光刻工艺制备图形;
(3)、在(NH4)2Ce(NO3)5溶液中对Cr掩模层进行刻蚀,(NH4)2Ce(NO3)5溶液的成分配比为:每100ml的刻蚀液中,硝酸铈铵为:5克~20克,高氯酸为:1.5毫升~8毫升,余量为水;
(4)、使用KOH溶液对刻蚀后的硅片进行湿法刻蚀,
(5)、使用(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液,去除硅片上的Cr掩膜层。
本发明使用金属Cr做掩模材料,具体而言,具有以下技术效果:
(1)、Cr与硅材料结合紧密,常用于在硅基底上沉积其他金属材料的中间层,因此能在湿法刻蚀时保证足够的牢固性。
(2)Cr的化学性质稳定,对强碱的抵抗性好,在KOH刻蚀液中几乎不反应,因此Cr掩模在KOH刻蚀液中的选择性非常好。
(3)、Cr在(NH4)2Ce(NO3)5(硝酸铈铵)溶液中能迅速溶解,同时(NH4)2Ce(NO3)5溶液不能刻蚀硅,而且基本无毒,对环境无害。因此可以利用(NH4)2Ce(NO3)5对Cr掩模进行图形加工。
(4)、可以利用标准光刻技术将模版图形转移到Cr掩模层上,工艺简单,对设备没有特殊的要求。
本发明与现有技术的对比结果如下:
表1各种掩模材料特性对比
掩模材料 | SiO2 | Si3N4 | Cr |
典型制备方式 | 热氧化 | CVD | 溅射 |
典型加工方式 | HF湿法刻蚀 | RIE干法刻蚀 | 硝酸铈铵湿法刻蚀 |
加工特点 | 刻蚀剂有毒 | 设备昂贵,工艺复杂 | 刻蚀剂无毒,工艺简单。 |
综上所述,本发明具有毒性小,加工工艺简单的特点,将极大地降低湿法刻蚀的生产成本,显著地提高生产效率。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图;
图2为30分钟刻蚀坑槽SEM图(边长4μm);
图3为30分钟刻蚀坑槽SEM图(边长40μm);
图4为60分钟刻蚀坑槽SEM图。
图5为Cr膜中心剥落的形貌图。
具体实施方式
本发明工艺流程如图1所示。对Cr掩模的图形加工利用标准的光刻工艺:首先将需要在硅片上刻蚀的图形制成模版,涂附光刻胶后进曝光显影。接着在刻蚀液中对Cr掩模层进行刻蚀。采用硝酸铈铵、70%高氯酸和水混合配成(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液,每100ml刻蚀液中,硝酸铈铵的含量为5克~20克,高氯酸的含量为:1.5毫升~8毫升,其余为水。刻蚀中,光刻胶可以保护所需要保留的图形,将模版上的图形转移到Cr掩模层上,最后,对带掩模层的硅片进行KOH湿法刻蚀。
在工艺流程方面,对Cr掩模的图形加工是利用标准的光刻工艺:首先将需要在硅片上刻蚀的图形制成模版,涂附光刻胶后进曝光显影。接着溶液中对Cr掩模层进行刻蚀,利用光刻胶保护需要保留的图形,将模版上的图形转移到Cr掩模层上,最后,对带掩模层的硅片进行KOH湿法刻蚀。
本发明的实质在于在硅湿法刻蚀工艺中使用Cr作为掩模材料,并使用(NH4)2Ce(NO3)5、高氯酸和水的混合液作为刻蚀液。
实例1:
a实验过程
1、清洁Si片;
2、制备溅射Cr膜,厚度200nm,溅射装置为ANELVA公司的高频磁控溅射系统;
3、在Cr掩膜上,利用光刻工艺制备图形,即将需要在硅圆片上刻蚀的图形制成模版,涂附光刻胶后进曝光显影;
4、在(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液中对Cr掩模层进行刻蚀,利用光刻胶保护需要保留的图形,将模版上的图形转移到Cr掩模层上。(NH4)2Ce(NO3)5溶液只会与未受光刻胶保护的Cr发生反应,而与光刻胶和Si均不反应。每100ml(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液中,硝酸铈铵的含量为15克,高氯酸的含量为:5毫升,其余为水。
5、模层的硅圆片使用KOH进行湿法刻蚀,使用的是浓KOH溶液(KOH:H2O=50g:100ml)。湿法刻蚀系统在HHS-1型水浴器中进行50℃的恒温加热,温控精度±1℃。使用的硅圆片Φ100mm,N型,厚度≥510μm,电阻率3Ω·cm,晶向<100>。
6、使用(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液将Cr掩膜层去除。
b试验结果
如图2的SEM图形所示,经过了30分钟的刻蚀,边长4μm的正方形坑槽已经腐蚀出了倒金字塔型结构,而且塔尖已经出现。根据单晶硅湿法刻蚀的特点,倒金字塔的四壁应该是<111>晶向面,与<100>晶向面呈53.7°的倾角。图3的坑槽边长为40μm,<111>面在<100>平面的投影大约是15μm,那么可以推导出此时深度大约为15×tan53.7°=20.42μm。经过台阶仪的测量,此时刻蚀深度为21.74μm;而图4是刻蚀60分钟后的坑槽SEM图,<111>面在<100>平面的投影大约是28μm,同理可推出,此时的刻蚀深度为38.12μm,而台阶仪测试出的深度为41.01μm。如前文所述,试验所用的刻蚀液为50℃的KOH(KOH∶H2O=50g∶100ml),理论上刻蚀速度为一分钟1μm,60分钟的刻蚀应该能够刻蚀出深度60μm左右的图形。试验刻蚀速率与理论有比较大的差距,而是否因为使用Cr掩模使刻蚀速度减慢还有待进一步的研究。
坑槽中比较大的白色颗粒可能是未冲洗干净的KOH结晶,而絮状物应该是K2SiO3(硅酸钾)等反应生成物,其不溶于有机溶剂中,又很容易粘附在硅片表面,后续清洗时未能将其冲下,干燥后就残留在坑槽表面。同时,刻蚀液中未加入IPA(异丙醇),因此刻蚀表面不太光滑。
实例2
a实验过程
1、清洁Si片;
2、制备溅射Cr膜,厚度50nm,溅射装置为ANELVA公司的高频磁控溅射系统;
3、在Cr掩膜上,利用光刻工艺制备图形,即将需要在硅圆片上刻蚀的图形制成模版,涂附光刻胶后进曝光显影;
4、在(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液中对Cr掩模层进行刻蚀,利用光刻胶保护需要保留的图形,将模版上的图形转移到Cr掩模层上。(NH4)2Ce(NO3)5溶液只会与未受光刻胶保护的Cr发生反应,而与光刻胶和Si均不反应。每100ml(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液中,硝酸铈铵的含量为5克,高氯酸的含量为:1.5毫升,其余为水。
5、模层的硅圆片使用KOH进行湿法刻蚀,使用的是浓KOH溶液(KOH∶H2O=50g∶100ml)。湿法刻蚀系统在HHS-1型水浴器中进行50℃的恒温加热,温控精度±1℃。使用的硅圆片Φ100mm,N型,厚度≥510μm,电阻率3Ω·cm,晶向<100>。
6、使用(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液将Cr掩膜层去除。
b实验结果
50nm的Cr膜的实验结果于实例1十分相象,只是由于膜厚相对较薄,所以刻蚀出来的图形不及使用100nm的Cr膜清晰。此外,刻蚀液中经过60分钟的刻蚀以后中心处未发现明显的裂纹。
此例中,由于(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液浓度不高,所以刻蚀速度较慢。即将图形从光刻胶转移到Cr掩膜上需要较长的时间。
实例3
a实验过程
1、清洁Si片;
2、制备溅射Cr膜,厚度600nm,溅射装置为ANELVA公司的高频磁控溅射系统;
3、在Cr掩膜上,利用光刻工艺制备图形,即将需要在硅圆片上刻蚀的图形制成模版,涂附光刻胶后进曝光显影;
4、在(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液中对Cr掩模层进行刻蚀,利用光刻胶保护需要保留的图形,将模版上的图形转移到Cr掩模层上。(NH4)2Ce(NO3)5溶液只会与未受光刻胶保护的Cr发生反应,而与光刻胶和Si均不反应。每100ml(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液中,硝酸铈铵的含量为20克,高氯酸的含量为:8毫升,其余为水。
5、模层的硅圆片使用KOH进行湿法刻蚀,使用的是浓KOH溶液(KOH∶H2O=50g∶100ml)。湿法刻蚀系统在HHS-1型水浴器中进行50℃的恒温加热,温控精度±1℃。使用的硅圆片Φ100mm,N型,厚度≥510μm,电阻率3Ω·cm,晶向<100>。
6、使用(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液将Cr掩膜层去除。
b实验结果
采用600nm的溅射膜,在不需要很长时间的刻蚀工艺中,可以取得较为不错的效果,类似于实例1,并且图形较为清晰。但是由于600nm的溅射膜结构致密,结合力强,但其内应力也较大。这使得硅圆片在剧烈反应的KOH溶液中比较脆弱,常常发生中心薄膜进裂的情况。一旦发生中心薄膜进裂的情况,Si片将失去保护,出现图形损坏。如图5所示,经过30分钟的湿法刻蚀后,硅圆片的中心处因为Cr膜进裂剥落失去了保护,刻蚀的图形已经无法辨识。
此例中,由于(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液浓度较高,所以刻蚀Cr掩膜速度快。
Claims (1)
1、一种硅湿法刻蚀工艺,其步骤包括:
(1)、在洁净的硅片上溅射Cr膜,Cr膜厚度为50nm~600nm;
(2)、在Cr掩膜上,利用光刻工艺制备图形;
(3)、在(NH4)2Ce(NO3)5溶液中对Cr掩模层进行刻蚀,(NH4)2Ce(NO3)5溶液的成分配比为:每100ml的刻蚀液中,硝酸铈铵为:5克~20克,高氯酸为:1.5毫升~8毫升,余量为水;
(4)、使用KOH溶液对刻蚀后的硅片进行湿法刻蚀,
(5)、使用(NH4)2Ce(NO3)5刻蚀液,去除硅片上的Cr掩膜层。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2005100190524A CN100383932C (zh) | 2005-07-05 | 2005-07-05 | 一种硅湿法刻蚀工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2005100190524A CN100383932C (zh) | 2005-07-05 | 2005-07-05 | 一种硅湿法刻蚀工艺 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1710705A true CN1710705A (zh) | 2005-12-21 |
CN100383932C CN100383932C (zh) | 2008-04-23 |
Family
ID=35706917
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB2005100190524A Expired - Fee Related CN100383932C (zh) | 2005-07-05 | 2005-07-05 | 一种硅湿法刻蚀工艺 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN100383932C (zh) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101812688B (zh) * | 2009-02-19 | 2012-07-25 | 比亚迪股份有限公司 | 一种刻蚀液及刻蚀方法 |
CN102832131A (zh) * | 2011-06-15 | 2012-12-19 | 广东中显科技有限公司 | 一种柔性igzo薄膜晶体管制造方法 |
CN105699429A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-06-22 | 平高集团有限公司 | 一种微米级半导体传感器及其制备方法 |
CN105990472A (zh) * | 2015-02-04 | 2016-10-05 | 深圳市立洋光电子有限公司 | 一种硅衬底led发光芯片的表面处理方法 |
CN108303766A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-07-20 | 浙江富春江光电科技有限公司 | 一种平面光波导晶圆生产工艺方法 |
CN109103301A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-28 | 鲁东大学 | 一种多晶硅表面微纳复合结构的制备方法 |
CN110828309A (zh) * | 2019-07-03 | 2020-02-21 | 杭州电子科技大学 | 一种二维材料刻蚀氧化硅 |
CN113421825A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-21 | 北京航空航天大学杭州创新研究院 | 一种基于Cr/Cu双层金属掩膜的硅湿法刻蚀方法 |
CN113677619A (zh) * | 2019-04-15 | 2021-11-19 | 脸谱科技有限责任公司 | 干法蚀刻中通过飞秒激光修饰衬底以实现可变蚀刻深度 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101638781B (zh) * | 2009-04-24 | 2011-08-17 | 中山大学 | 一种在阵列式排列的微腔结构中直接加热金属膜生长氧化物纳米线的方法及应用 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1022526C (zh) * | 1992-05-11 | 1993-10-20 | 北京大学 | 硅的深槽刻蚀方法 |
JPH06342767A (ja) * | 1993-06-02 | 1994-12-13 | Hitachi Ltd | 密着露光方法 |
US5536364A (en) * | 1993-06-04 | 1996-07-16 | Nippon Soken, Inc. | Process of plasma etching silicon |
JP3412037B2 (ja) * | 1996-03-12 | 2003-06-03 | 株式会社デンソー | 微細加工方法 |
CN1131428C (zh) * | 2001-04-23 | 2003-12-17 | 清华大学 | 用于化学分析的毛细管电泳芯片的制备方法 |
JP2003151953A (ja) * | 2001-11-15 | 2003-05-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | エッチング方法 |
JP4107096B2 (ja) * | 2003-02-10 | 2008-06-25 | ヤマハ株式会社 | ウェットエッチング方法 |
CN100362628C (zh) * | 2003-09-28 | 2008-01-16 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 外缘型态相移光罩的自对准方法 |
CN1289964C (zh) * | 2004-06-25 | 2006-12-13 | 清华大学 | 一种在普通实验室条件下制作玻璃芯片的方法 |
-
2005
- 2005-07-05 CN CNB2005100190524A patent/CN100383932C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101812688B (zh) * | 2009-02-19 | 2012-07-25 | 比亚迪股份有限公司 | 一种刻蚀液及刻蚀方法 |
CN102832131A (zh) * | 2011-06-15 | 2012-12-19 | 广东中显科技有限公司 | 一种柔性igzo薄膜晶体管制造方法 |
CN102832130A (zh) * | 2011-06-15 | 2012-12-19 | 广东中显科技有限公司 | 一种柔性半透明igzo薄膜晶体管的制造方法 |
CN105990472A (zh) * | 2015-02-04 | 2016-10-05 | 深圳市立洋光电子有限公司 | 一种硅衬底led发光芯片的表面处理方法 |
CN105699429A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-06-22 | 平高集团有限公司 | 一种微米级半导体传感器及其制备方法 |
CN108303766A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-07-20 | 浙江富春江光电科技有限公司 | 一种平面光波导晶圆生产工艺方法 |
CN109103301A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-28 | 鲁东大学 | 一种多晶硅表面微纳复合结构的制备方法 |
CN109103301B (zh) * | 2018-08-30 | 2020-07-07 | 鲁东大学 | 一种多晶硅表面微纳复合结构的制备方法 |
CN113677619A (zh) * | 2019-04-15 | 2021-11-19 | 脸谱科技有限责任公司 | 干法蚀刻中通过飞秒激光修饰衬底以实现可变蚀刻深度 |
CN110828309A (zh) * | 2019-07-03 | 2020-02-21 | 杭州电子科技大学 | 一种二维材料刻蚀氧化硅 |
CN113421825A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-21 | 北京航空航天大学杭州创新研究院 | 一种基于Cr/Cu双层金属掩膜的硅湿法刻蚀方法 |
CN113421825B (zh) * | 2021-06-17 | 2023-12-22 | 北京航空航天大学杭州创新研究院 | 一种基于Cr/Cu双层金属掩膜的硅湿法刻蚀方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN100383932C (zh) | 2008-04-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1710705A (zh) | 一种硅湿法刻蚀工艺 | |
CN1214446C (zh) | 用于提高光刻胶附着的无定形碳层 | |
CN1173413C (zh) | 粗蚀刻硅太阳能电池的工艺 | |
CN105810761A (zh) | 一种金刚线切割多晶硅片的制绒方法 | |
CN109166952B (zh) | 一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法 | |
CN101315910A (zh) | GaAs半导体衬底及其制造方法 | |
CN113421825B (zh) | 一种基于Cr/Cu双层金属掩膜的硅湿法刻蚀方法 | |
CN111071985A (zh) | 引入牺牲层的阳极氧化铝薄膜牢固金属纳米颗粒的方法 | |
JPH0454223B2 (zh) | ||
CN1866472A (zh) | 高电子迁移率晶体管电路t型栅制作方法 | |
CN103489753B (zh) | 一种大面积小尺寸核壳结构硅纳米线阵列的制备方法 | |
CN108314993B (zh) | 一种大面积柔性疏水多孔硅膜的制备方法 | |
CN1884039A (zh) | 单层双材料微悬臂梁热隔离焦平面阵列的制作方法 | |
CN102569506B (zh) | 一种采用硅烷掩膜制备太阳能电池金属电极的方法 | |
CN1885521A (zh) | 一种交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法 | |
CN112234950B (zh) | 一种石墨烯电极二硫化钼谐振器及其制备方法 | |
JPH11343197A (ja) | 人工ダイヤモンド膜形成面に対する付着性のすぐれた種ダイヤモンド粉末 | |
CN113991009A (zh) | 一种高选择性掺钪氮化铝湿法刻蚀工艺方法 | |
CN110526201B (zh) | 柔性硅片的制备方法 | |
CN113533449A (zh) | 一种MXene石墨烯复合结构气体传感器的制备方法 | |
CN114577776B (zh) | 一种检测液体中新型冠状病毒Spike蛋白的SERS芯片的制备方法和使用方法 | |
CN1899952A (zh) | 压力传感器硅谐振膜的制造方法 | |
CN1897322A (zh) | 采用氧化硅填充-回刻的交叉阵列结构有机器件制备方法 | |
CN1681091A (zh) | 制备纳米级超薄硅可协变衬底的可控性腐蚀法 | |
CN1261780C (zh) | 立方MgZnO晶体薄膜光波导器件及制备工艺 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |