TWI736928B

TWI736928B - 於矽晶圓上沉積金薄膜的方法

Info

Publication number: TWI736928B
Application number: TW108124301A
Authority: TW
Inventors: 黃希哲; 陳泓儒; 陳育哲; 廖學專
Original assignee: 昇陽國際半導體股份有限公司
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2021-08-21
Also published as: TW202103220A

Abstract

一種於矽晶圓上沉積金薄膜的方法包括以下步驟。首先，提供一矽(100)晶格面晶圓。其次，於該矽(100)晶格面晶圓上形成一保護層。其次，於該保護層上形成一定義圖案。其次，經由該定義圖案非等向性蝕刻該矽(100)晶格面晶圓以形成具有(111)晶格面側壁之相連的複數個倒錐形凹槽。其次，去除該保護層。最後，於該等相連的複數個倒錐形凹槽上沉積一金(111)晶格面薄膜。本發明在矽(100)晶圓上形成矽(111)晶格面，再於矽(111)晶格面上沉積金薄膜以取代矽(111)晶圓。

Description

於矽晶圓上沉積金薄膜的方法

本發明係有關於一種於半導體上沉積金屬層之方法，特別是有關於一種於矽(100)晶圓上沉積金(111)薄膜的方法。

貴金屬純金具有抗腐蝕、不易氧化、優良的導電性、以及生物相容性，已經被廣泛應用於生化感測器上的金屬層。由於近幾年自組裝分子膜（self-assembly monolayer, SAM)技術成熟，進而由許多帶硫醇基(Thiol)的生化有機物質被沉積於金薄膜表面上，然後再接合抗體或核酸來製造生化感測器。純金的晶格面(111)最易與硫(S)形成穩固的鍵結。因此金Au(111)是一優良的生化感測平台。目前金Au(111)大部分沉積於矽Si(111)晶圓，然而市售的矽Si(111)晶圓的尺寸小且量少，不易取得。

為解決矽Si(111)晶圓不易取得的問題，因此須要在矽Si (100)晶圓上形成矽Si (111)晶格面，再於矽Si (111)晶格面上沉積金薄膜以取代矽Si (111)晶圓。

本發明之目的是提供一種於矽晶圓上沉積金薄膜的方法，在矽(100)晶格面晶圓上形成特定的圖案，使得蝕刻後的矽(100)晶格面晶圓形成具有矽(111)晶格面的凹槽，然後在矽(111)晶格面凹槽上沉積金(111)薄膜。

本發明為達成上述目的提供一種於矽晶圓上沉積金薄膜的方法，包括以下步驟，首先，提供一矽(100)晶格面晶圓。其次，於該矽(100)晶格面晶圓上形成一保護層。其次，於該保護層上形成一定義圖案。其次，經由該定義圖案非等向性蝕刻該矽(100)晶格面晶圓以形成具有(111)晶格面側壁之相連的複數個倒錐形凹槽。其次，去除該保護層。最後，於該等相連的複數個倒錐形凹槽上沉積一金(111)晶格面薄膜。

與習知之矽Si(111)晶圓上沉積金薄膜比較，本發明具有以下優點： 1. 矽Si(100)晶圓有較大尺寸晶圓，可以配合各種不同形式的生化感測器製造，且價格便宜也容易取得。 2. 氫氧化鉀KOH對於純矽具有非等向性濕蝕刻的特性，且濕蝕刻製程簡易。

本發明是應用氫氧化鉀KOH或四甲基氫氧化銨TMAH對於純矽具有非等向性濕蝕刻的特性，在矽的不同晶格面具有相異的蝕刻率下，而在矽(100) 晶格面晶圓上形成特定的圖案，使得蝕刻後的矽(100) 晶格面晶圓形成具有矽(111)晶格面的凹槽，然後在矽(111)晶格面凹槽上沉積金(111)薄膜。如此可以獲得在矽(100)晶圓上沉積金(111)薄膜之特用生化感測器的金屬層半導體材料，而取代晶圓尺寸小且量少的矽(111)晶圓。

第1圖至第5圖為本發明之於矽晶圓上沉積金薄膜的方法之示意圖。首先，如第1圖所示，提供一矽(100)晶格面晶圓10。其次，於矽(100)晶格面晶圓10上形成一保護層12，保護層12為氧化物（Oxide）層或氮化物（Nitride）層。

然後，如第2圖所示，於保護層12上形成一定義圖案14。定義圖案可以是長方形或正方形。定義圖案14之形成方法是使用黃光微影及反應性離子蝕刻（Reactive Ion Etch，RIE）製程，使保護層12形成有複數個開孔13。

接著，如第3圖所示，經由定義圖案14之複數個開孔13非等向性蝕刻矽(100)晶格面晶圓10以形成具有(111)晶格面側壁16之相連的複數個倒錐形凹槽18。非等向性蝕刻之蝕刻液為20至60 wt％氫氧化鉀 KOH，溫度40至90℃，或10至35 wt％四甲基氫氧化銨TMAH，溫度40至90℃。蝕刻液氫氧化鉀 KOH最佳為44 wt %，溫度85℃。蝕刻液四甲基氫氧化銨TMAH最佳為25 wt %，溫度80℃。由於矽原子的鍵結能對於每個晶面是不同的，並且氫氧化鉀KOH或四甲基氫氧化銨TMAH對於矽蝕刻不是擴散而是蝕刻速率受限，因此矽蝕刻是極其非等向性的，而{100}晶格面群和{110晶格面群受到蝕刻時，穩定的{111}面群是成為蝕刻停止面。

然後，如第4圖所示，去除保護層12。

最後，如第5圖所示，於相連的複數個倒錐形凹槽18上沉積一金(111)晶格面薄膜20。沉積金(111)晶格面薄膜20之方法是使用物理氣相沉積(Physical vapor deposition，PVD)。物理氣相沉積金薄膜之優選方位（Preferred Orientation）為(111)晶格面，而矽(100)晶格面晶圓10經過非等向性蝕刻已經形成具有(111)晶格面側壁16。因此，應該本發明之方法可以獲得在矽(100)晶圓上沉積金(111)薄膜之特用生化感測器的金屬層半導體材料，而取代晶圓尺寸小且量少的矽(111)。

第6圖為本發明之於矽晶圓上沉積金薄膜的方法之流程圖。首先，提供一矽(100)晶格面晶圓，如步驟S10所示。其次，於該矽(100)晶格面晶圓上形成一保護層，如步驟S20所示。其次，於該保護層上形成一定義圖案，如步驟S30所示。其次，經由該定義圖案非等向性蝕刻該矽(100)晶格面晶圓以形成具有(111)晶格面側壁之相連的複數個倒錐形凹槽，如步驟S40所示。其次，去除該保護層，如步驟S50所示。最後於該等相連的複數個倒錐形凹槽上沉積一金(111)晶格面薄膜，如步驟S60所示。

第7圖為本發明之於矽晶圓上沉積金薄膜的方法所製造材料之掃瞄式電子顯微鏡照片。如掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片所顯示，金Au(111) 薄膜是沉積於相連的複數個倒錐形凹槽之側壁矽(111)晶格面上。金Au(111) 薄膜之優選方位在矽(111)晶格面上成長極佳。

10:矽(100)晶格面晶圓 12:保護層 13:開孔 14:定義圖案 16:(111)晶格面側壁 18:倒錐形凹槽 20:金(111)晶格面薄膜 S10-S60:步驟

第1圖至第5圖為本發明之於矽晶圓上沉積金薄膜的方法之示意圖。第6圖為本發明之於矽晶圓上沉積金薄膜的方法之流程圖。第7圖為本發明之於矽晶圓上沉積金薄膜的方法所製造材料之掃瞄式電子顯微鏡照片。

S10-S60:步驟

Claims

一種於矽晶圓上沉積金薄膜的方法，包括以下步驟：提供一矽(100)晶格面晶圓；於該矽(100)晶格面晶圓上形成一保護層；於該保護層上形成一定義圖案；經由該定義圖案非等向性蝕刻該矽(100)晶格面晶圓以形成具有(111)晶格面側壁之相連的複數個倒錐形凹槽，具有(111)晶格面側壁之相連的該等複數個倒錐形凹槽是要作為直接沉積金(111)薄膜之基材；去除該保護層；以及於具有(111)晶格面側壁之相連的該等相連的複數個倒錐形凹槽上沉積該金(111)晶格面薄膜以作為特用生化感測器的金屬層半導體材料。
如請求項1所述之於矽晶圓上沉積金薄膜的方法，其中，該保護層為氧化物(Oxide)層或氮化物(Nitride)層。
如請求項1所述之於矽晶圓上沉積金薄膜的方法，其中，該定義圖案是長方形或正方形。
如請求項1所述之於矽晶圓上沉積金薄膜的方法，其中，該定義圖案之形成方法是使用黃光微影及反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etch，RIE)製程。
如請求項1所述之於矽晶圓上沉積金薄膜的方法，其中，該非等向性蝕刻是使用氫氧化鉀KOH或四甲基氫氧化銨TMAH作為蝕刻液。
如請求項1所述之於矽晶圓上沉積金薄膜的方法，其中，該沉積金(111)晶格面薄膜之方法是使用物理氣相沉積(Physical vapor deposition，PVD)。