一种晶体硅各向异性蚀刻液及其蚀刻方法与流程

本发明涉及半导体制造中的晶体硅湿式蚀刻，具体涉及一种晶体硅各向异性蚀刻液及其蚀刻方法。

背景技术：

1、晶体硅的各向异性湿式蚀刻是微机电系统（mems）制造中加工精密硅微结构的重要工艺手段。硅（111）晶面的蚀刻速率远低于（100）和（110）晶面，可用作蚀刻止点。在常用碱性蚀刻剂中，乙二胺邻苯二酚（edp）和氢氧化钾（koh）虽能实现各向异性蚀刻，但因含有金属离子或有毒成分，与集成电路制造工艺的兼容性较差；四甲基氢氧化铵（tmah）水溶液不含金属离子，与cmos工艺兼容性较好，因而得到广泛应用。

2、然而，纯tmah水溶液在对晶体硅进行各向异性蚀刻时，（100）晶面与（110）晶面之间的蚀刻速率选择性不足，难以满足在（100）硅表面制备高质量45°镜面（110）平面结构的工艺要求；同时，蚀刻过程中硅表面产生的氢气泡易附着于硅表面，造成局部蚀刻不均匀，导致蚀刻后硅表面粗糙度较大，无法满足微镜等光学器件对表面质量的要求。为改善上述问题，现有技术中曾尝试在tmah蚀刻液中加入异丙醇（ipa）或ncw-601a、nc-200、triton x-100等非离子表面活性剂，但上述添加剂在同时提高（100）/（110）蚀刻速率选择性和降低蚀刻表面粗糙度方面仍存在不足。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明提供一种晶体硅各向异性蚀刻液及其蚀刻方法，以解决现有技术中纯四甲基氢氧化铵水溶液对晶体硅进行各向异性蚀刻时（100）晶面与（110）晶面之间蚀刻速率选择性不足、蚀刻过程中氢气泡附着导致硅表面粗糙度较大、难以在（100）硅表面制备高质量45°镜面（110）平面结构的技术问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种晶体硅各向异性蚀刻液，所述蚀刻液由以下质量百分数的物质组成：四甲基氢氧化铵2.5%-10%、复合非离子界面活性剂0.01%-0.1%，余量为去离子水；所述复合非离子界面活性剂由以下质量份的物质组成：脂肪二乙二醇酰胺25-35份、异构c13醇醚35-45份、脂肪族聚氧乙烯醚25-35份；且脂肪二乙二醇酰胺和脂肪族聚氧乙烯醚的质量份相同。

4、优选的，所述脂肪二乙二醇酰胺为椰油酸二乙醇酰胺、月桂酸二乙醇酰胺或肉豆蔻酸二乙醇酰胺中任意一种。

5、优选的，所述异构c13醇醚的eo数为5-10。

6、优选的，所述脂肪族聚氧乙烯醚为月桂醇聚氧乙烯醚、 肉豆蔻醇聚氧乙烯醚中至少一种。

7、上述晶体硅各向异性蚀刻液的使用方法包括以下步骤：将晶体硅基底直接置于蚀刻液中进行湿式各向异性蚀，蚀刻完成后取出晶体硅基底，清洗干燥，得到蚀刻后的晶体硅基底。

8、优选的，所述湿式各向异性蚀时的温度为60-70℃。

9、优选的，所述进行湿式各向异性蚀时保持恒定搅拌，且恒定搅拌的转速为200-300rpm。

10、优选的，所述晶体硅基底为（100）取向或（110）取向的单晶硅基底。

11、优选的，所述晶体硅基底在置于蚀刻液中之前需要在表面形成厚度为0.3μm-0.4μm的氧化硅掩模层，并对所述氧化硅掩模层进行图形化处理，形成蚀刻窗口。

12、优选的，所述蚀刻窗口的边缘与晶片平面的夹角为45°。

13、本发明提供一种晶体硅各向异性蚀刻液及其蚀刻方法，与现有技术相比优点在于：

14、（1）本发明通过在四甲基氢氧化铵蚀刻液中引入复合非离子界面活性剂，利用其在（110）晶面上较强的选择性吸附作用，差异化调控（100）和（110）晶面的蚀刻速率，使（100）/（110）蚀刻速率比达到1.5以上，满足在（100）硅表面制备45°镜面（110）平面结构的基本工艺要求。

15、（2）本发明采用脂肪二乙二醇酰胺、异构c13醇醚、脂肪族聚氧乙烯醚组成的复合非离子界面活性剂能有效降低蚀刻液的表面张力，改善蚀刻过程中硅表面氢气泡的脱离行为，减少气泡附着引起的局部蚀刻不均匀现象，使蚀刻后（110）平面粗糙度最低可达0.59nm，（100）平面粗糙度低于2nm，蚀刻表面质量满足微镜等微机电系统光学器件对镜面光洁度的严格要求；

16、（3）本发明添加的复合非离子界面活性剂，不含金属离子，在低用量范围内即可发挥显著的晶面选择性调控和表面粗糙度改善效果，不会向蚀刻液中引入金属离子污染，与cmos制造工艺具有良好的兼容性，可直接应用于对工艺洁净度要求严格的集成电路与微机电系统制造场景。

1.一种晶体硅各向异性蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻液由以下质量百分数的物质组成：四甲基氢氧化铵2.5%-10%、复合非离子界面活性剂0.01%-0.1%，余量为去离子水；

2.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于：所述脂肪二乙二醇酰胺为椰油酸二乙醇酰胺、月桂酸二乙醇酰胺或肉豆蔻酸二乙醇酰胺中任意一种。

3.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于：所述异构c13醇醚的eo数为5-10。

4.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于：所述脂肪族聚氧乙烯醚为月桂醇聚氧乙烯醚、 肉豆蔻醇聚氧乙烯醚中至少一种。

5.一种如权利要求1所述的蚀刻液的使用方法，其特征在于：所述使用方法包括以下步骤：将晶体硅基底直接置于蚀刻液中进行湿式各向异性蚀，蚀刻完成后取出晶体硅基底，清洗干燥，得到蚀刻后的晶体硅基底。

6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于：所述湿式各向异性蚀时的温度为60-70℃。

7.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于：所述进行湿式各向异性蚀时保持恒定搅拌，且恒定搅拌的转速为200-300rpm。

8.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于：所述晶体硅基底在置于蚀刻液中之前需要在表面形成厚度为0.3μm-0.4μm的氧化硅掩模层，并对所述氧化硅掩模层进行图形化处理，形成蚀刻窗口。

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于：所述蚀刻窗口的边缘与晶片平面的夹角为45°。