TW201108321A - Method for etching of silicon surfaces - Google Patents
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201108321六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明與一種餘刻石夕表面的方法有 對矽晶圓的表面進行金字塔型結構 ture)蝕刻有關。 關’更特別地是,與 (Pyramidal tex- [0002] o [先前技術3 EP 〇 944 114 _述一種利用濕化學方 刻出金字塔型結構的方法,其中, 蝕 女甘B w * 共甲會添加—钮刻溶液, 矣異丙㈣及㈣。而彻已知㈣刻溶液切 表面上形成金字塔型_結構需要至少25至3〇分鐘相當 長的處理時間’以及8rC至85。。相當高的處理温度。除 此之外’利用該已知钮刻溶液形成的金字塔型餘刻結構 不會具有特別好的均句性,因此,經處i㈣表面上所 產生的金字塔㈣度、尺相及尺寸分佈會制的不同
該已知蝕刻溶液的另一個缺點是,在蝕刻„反應期間會 產生因異丙醇揮發以及氫氣釋放所造&的具爆炸性氣體 混合物,由於此,必須要不澌地自包含該蝕刻溶液的處 理槽(basin)中將空氣抽離。 該已知姓刻溶液的另一個缺點是,在使用該蝕刻溶液8至 10次後,該金字塔型蝕刻結構的品質會大幅地下降,為 了維持足夠高品質的該蝕刻結構,就必須要相當頻繁地 更新該蝕刻溶液。 【發明内容】 [0003]本發明的目的即在於消除習知技術的一些缺點,特別是 099117944 表單編號A0101 第3頁/共13頁 0993319872-0 201108321 ,在於具體指明一種可以快速且簡單地在矽表面上形成 均勻的金字塔型蝕刻結構的方法,特別地是,該金字塔 型蝕刻結構的品質以及程序的效率可以獲得改善,另外 ,根據本發明的另一目標所提出的是一種新的用途。 此目的是利用申請專利範圍第1、13以及15項的特徵而達 成,至於本發明具有優勢的實施例則是得自於申請專利 範圍第2至12項、第14項以及第16與17項的特徵。 根據本發明,一種用於蝕刻矽表面的方法所提供的步驟 如下: 提供溫度50° C至95 °C、且包含至少一親水膠體的鹼性親 水膠體蝕刻水溶液, 使該矽表面與該親水膠體蝕刻溶液接觸指定的持續期間 ;以及 自該矽表面移除該親水膠體蝕刻溶液。 以本發明所提出的方式使用該親水膠體蝕刻溶液,可以 降低異丙醇的添加量、或是可以避免異丙醇的添加,再 者,令人驚訝地,變得顯而易見地是,親水膠體的添加 會縮短蝕刻程序的持續期間,且同時亦能形成具有極佳 均勻品質的金字塔型蝕刻結構。 根據本發明的概念,用語“多個親水膠體”可解釋為表 示可溶於水中成為膠狀體且表現出強烈凝膠能力的一群 多醣體及蛋白質,至於用語“一親水膠體”則可解釋為 表示由特定化學合成物所定義的親水膠體。 所提出的方法特別適合於在矽晶圓的矽表面上形成金字 塔型蝕刻結構,但除此之外,本發明所提供的方法亦適 合於光學或電化學感測器、催化劑、電極、以及類似者 099117944 表單編號A0101 第4頁/共13頁 0993319872-0 201108321 的濕化學結構蝕刻。 該待處理的料面具有—個⑴〇方肖,@ 提供的錄㈣成賴刻金字塔具有(111)表面,該親 水朦體關溶料财表s接觸的賴顧會影響所產 生的刻金字料尺寸,本錢具㈣常知識者可以根 據要產生⑽刻金字塔的尺寸㈣擇適合的持續期間。 根據本發明的較佳實施例’在該親水㈣軸溶液中包 含的至少一親水膠體的濃度為〇.〇1至2.0 g/ι,較佳為 0.01至0.99 g/1,較有利地是將該親水膠體蝕刻溶液的 溫度設定在65。(:至9(TC,較佳為68飞至85。(>再者, 已證實有魏是切表面触親水㈣⑪财祕觸5至 25分鐘的期間’較佳為10至2〇分鐘。一個極佳結果的達 成條件疋,接觸時間1〇分鐘以及溫度範圍為“乂至”乂 ,所產生的金字塔型蝕刻結構則是在姓刻金字塔的密度 、尺寸以及尺寸分佈等各方面都可提供極佳的均勻度。 根據另外的較佳實施例,親j永:膠邀蝕刻落液是藉由將至 少一親水膠體添加至蝕刻水液中而製成,其中,蝕刻 水溶液可以是藉由將驗金屬"氩:氣化物溶解於水中所製成 ,在此,特別地是,KOH、或NaOH可以被使用作為該鹼金 屬氫氧化物’另外,也可以使用前面所提及的鹼金屬氫 氧化物的混·合物。 有利地,親水膠體蝕刻溶液中包含的鹼金屬氫氧化物的 濃度為10至90 g/Ι,較佳地為15至30 g/Ι。 根據本發明所提供的方法的另一實施例,下列親水膠體 中的至少一親水膠體會被添加至該水溶液:澱粉、纖維 素、纖維素醚、果膠、阿拉伯膠、瓊脂、褐藻膠、聚葡 099117944 表單編號A0101 第5頁/共13頁 0993319872-0 201108321 萄糖、明膠、三仙膠。就此而言,已經證實特別具有優 勢地是,在製造該親水膠體蝕刻溶液時,將水溶液中的 至少一親水膠體添加至該蝕刻溶液裡,其中,有利地, 該水溶液為鹼性。 親水膠體蝕刻溶液亦可以包含異丙醇。而令人驚訝地, 將親水膠體添加至習知的含異丙醇蝕刻溶液中可以對該 蝕刻結構造成顯著的改善,並且,特別地是,被視為耗 盡的習知蝕刻溶液可以藉由添加至少一親水膠體而獲得 更新,因此,其可被使用的時間明顯較長,換言之,要 處理的物質的數量可顯著地增加,進雨改善習知蝕刻溶 液的效率。 根據本發明的進一步提供,建議利用含有至少一親水膠 體的親水膠體蝕刻溶液以及水溶液中的Κ0Η或NaOH來調整 (cond i t i on )裝盛用以餘刻石夕表面的餘刻溶液的槽, 令人驚異地,所提出用於該容器的調整、或參數可以讓 包含隨後添加之異丙醇的習知蝕刻溶液在效率上有所增 進。 有利地,用來調整該容器的親水膠體蝕刻溶液包含濃度 為0.01至2.0 g/Ι,較佳為0. 01至0. 99 g/Ι的親水膠體 〇 根據本發明的進一步提供,將至少一親水膠體作為添加 物加入用於矽表面蝕刻的包含異丙醇的鹼性蝕刻溶液中 的用途,其中,可將該至少一親水膠體以能讓所形成的 親水膠體溶液的濃度為0.01至0.2 g/Ι,較佳為0.01至 0.99 g/Ι的量而加入該蚀刻溶液中,並且,令人驚異地 ,所提出的將親水膠體作為添加物而加入用於蝕刻矽表 099117944 表單編號A0101 第6頁/共13頁 0993319872-0 201108321 [0004] 〇 面的習知蝕刻溶液中的用途可得到極佳的結果,特別是 對矽表面的金字塔型結構蝕刻。 利用前述的用途,該至少一親水膠體可具優勢地選自下 列的群組:澱粉、纖維素、纖維素醚、果膠、阿拉伯膠 、瓊脂、褐藻膠、聚葡萄糖、明膠、三仙膠。 當然,亦可能使用數種親水膠體的混合物來製造該親水 膠體蝕刻溶液。 【實施方式】 為了形成在第1圖中所顯示的金字塔型蝕刻結構,使用由 蝕刻水溶液以及含有該親水膠體的鹼性水溶液製成的親 水膠體蝕刻溶液,蝕刻水溶液是利用將1250克的K0H溶解 於90升的水中製成,而該包含親水膠體的水溶液則是藉 由將羧甲基纖維素以及果膠溶解於4升的水中製成,因此 ,羧曱基纖維素與果膠的重量比約為8 : 1,接著,將含 親水膠體的水溶液與該蝕刻水溶液混合,在80°C的溫度 下將矽晶圓浸入所準備的親水膠體蝕刻溶叙中處理20分 ❹ 鐘的期間,如第1圖所示,利用此方法形成的表面具有的 蝕刻金字塔型的尺寸會落於灼2至5 μιη的範圍内,在該矽 晶圓的每個石夕表面上總共蚀刻1 0 μιη。 在另一親水膠體蝕刻溶液中,藉由將3600克的Κ0Η顆粒加 入90升的水中製成蝕刻水溶液,包含該親水膠體(亦即 ,羧曱基纖維素以及果膠,較佳地以6 : 1的比例)的水 溶液被添加至該蝕刻水溶液中,接著,將所準備的親水 膠體蝕刻溶液加熱至75°C,在10分鐘的處理期間,在矽 表面上形成金字塔型蝕刻結構,該蝕刻金字塔具有平均 約12 μιη的尺寸,第2圖顯示在矽表面上形成的金字塔型 099117944 表單編號A0101 第7頁/共13頁 0993319872-0 201108321 蝕刻結構。第1圖以及第2圖顯示的矽表面切面每一個尺 寸為(50 X 50 μηι)。 為了製造用於更新例如包含異丙醇的習知蝕刻溶液的添 加物,形成包含0. 3至0. 9 g/Ι (較佳為0. 5至0. 7 g/1) 的親水膠體的水溶液,舉例而言,此為羧曱基纖維素以 及果膠的混合物,羧甲基纖維素:果膠的重量比可以是6 :1至大約8 : 1,所提出的添加物以其包含的親水膠體約 為10至30 mg (較佳為15至20 mg)的量而被加入到習知 #刻溶液中。由於該添加物的作用,相較於習知的#刻 溶液,要被處理的矽晶圓的數量加倍,同時維持相同的 蝕刻品質,有可能利用該添加物而多次更新該蝕刻溶液 〇 ψΨζ SftSCPIL、 ,〇:.Vv 於前面所敘述的實例中,在包含親水膠體的水溶液中, 羧曱基纖維素:果膠的混合比例有利地為6 : 1至8 : 1, 在親水膠體蝕刻溶液中,親水膠體的濃度有利地為0. 1至 2.0 g/Ι 。 特別地,該親水膠體果膠與另一親水膠體(較佳是纖維 素,特別是羧甲基纖維素)的結合被認為是有利的,因 為當親水膠體在該親水膠體蝕刻溶液中的最大總濃度為 相對而言較低的2. 0 g/Ι時,其即已能夠達到一具極佳效 率以及品質的金字塔型結構蝕刻,親水膠體纖維素/果膠 的組合包含的纖維素可以超過重量百分比50,較佳超過 重量百分比60,特佳超過重量百分比70,而剩下的部分 則為果膠。 【圖式簡單說明】 [0005] 現在,將以圖式作為基礎,並利用實例而對本發明進行 099117944 表單編號A0101 第8頁/共13頁 0 201108321 更詳細的敘述,圖式如下: 第1圖:在矽表面(50 X 50 刻結構;以及 第2圖:在矽表面(50 X 50 刻結構。 wm)上的第—金字塔型姓 um)上的第二金字塔型蝕 【主要元件符號說明】 [0006]無
099117944 表單編號A0101 第9頁/共13頁 0993319872-0
Claims (1)
- 201108321 七、申請專利範圍: 1 . 一種蝕刻矽表面的方法,包括下列步驟: 準備在50°C至95°C的一溫度且包含至少一親水膠體的一 驗性親水膠體#刻水溶液; 使該矽表面與該親水膠體蝕刻溶液接觸一指定的持續期間 ;以及 自該矽表面移除該親水膠體蝕刻溶液。 2 .如申請專利範圍第1項所述的方法,其中,該至少一親水 膠體是以0.01 g/Ι至2.0 g/Ι的一濃度,較佳為0.01 g/Ι至0. 99 g/Ι的一濃度,被包含在該親水膠體蝕刻溶 液中。 3 .如前述申請專利範圍中任一項所述的方法,其中該親水膠 體蝕刻溶液的該溫度被設定在65 °C至90 °C。 4 .如前述申請專利範圍中任一項所述的方法,其中該矽表面 與該親水膠體蝕刻溶液接觸5至25分鐘,較佳為10至20分 鐘的一期間。 5 .如前述申請專利範圍中任一項所述的方法,其中該親水膠 體蝕刻溶液是藉由在一蝕刻水溶液中添加至少一親水膠體 而製成。 6 .如前述申請專利範圍中任一項所述的方法,其中該蝕刻水 溶液是藉由將一鹼金屬氫氧化物溶解於水中而製成。 7.如前述申請專利範圍中任一項所述的方法,其中KOH、或 NaOH被使用作為該鹼金屬氫氧化物。 8 .如前述申請專利範圍中任一項所述的方法,其中該鹼金屬 氫氧化物是以10至90 g/Ι的一濃度,較佳為15至30 099117944 表單編號A0101 第10頁/共13頁 0993319872-0 201108321 g/1的一濃度,被包含在該親水膠體蝕刻溶液中。 則述申请專利範圍中任__項所述的方法,其中下列親水 至夕其中之一作為親水膝體被添加至該钱刻水溶液中 ,:澱粉、纖維素、纖維素鍵、果勝、阿拉伯膝、複脂、褐 藻膠、聚葡萄糖、明膠、三仙膠。 如剛述申請專利範圍中任一項所述的方法,其中異丙醇被 匕含在該親水膝體姓刻溶液中。 .如别述申請專利範圍中任一項所述的方法,其中水溶液中099117944 的>亥至;>'一親水膠體被添加至該餘刻溶液中以形成該親 水勝體钱刻溶液。 .如刖述申請專利範圍中任一項所述的方法,其中該水溶液 為驗性。 13 .一種以一親水膠餿蝕刻溶液調整裝盛用於蝕刻一矽表面的 —蝕刻溶液的一槽的用途,其中該親水膠體蝕刻溶液包含 水溶液中的至少一親水膠體以及Κ0Η、或NaOH。 14 .如申請專利範圍第丨3項所述的用途,其中蠢至少一親水膠 體以〇. 01 g/Ι至2. 0 g/Ι鉍一濃度,較佳為〇. 01 §/1至 〇· 99 g/Ι的一濃度,包含在該親水膠體蝕刻溶液中。 . 種將至少一親水勝趙作為一添加物而添加至包含異丙醇 的用於姓刻一石夕表面的一鹼性蚀刻溶液中的用途。 16 ·如申請專利範圍第13至15項中任一項所述的用途,其中 該至少一親水膠體是選自下列群組:澱粉、纖維素、纖維 素醚、果膠、阿拉伯膠、瓊脂、褐藻膠、聚葡萄糖、明膠 、三仙谬。 如申請專利範圍第15或16項所述的用途,其中該至少一 親水膠體是以所得的親水膠體溶液的一濃度為〇. 〇1至2 〇 表單編號A0101 第11頁/共13頁 〇qq< 17 201108321 g/l,較佳為0.01至0.99 g/l,的一量而被添加至該蝕 刻溶液中。 099117944 表單編號A0101 第12頁/共13頁 Ο 〇 0993319872-0
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