專利名稱：應(yīng)用于半導(dǎo)體制備工藝中的斜面制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種斜面制造方法，尤指應(yīng)用于半導(dǎo)體制備工藝中的斜面制造方法。
背景技術(shù)：
如圖1(a)和1(b)所示是公知技術(shù)中傳統(tǒng)光學(xué)讀寫頭中利用反射面的單一激光光源封裝結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(b)為圖1(a)中沿A-A’線的剖視圖。在圖1(b)中，硅襯底100上設(shè)置有激光二極管102與光接收器103，而激光二極管102所發(fā)出的激光104經(jīng)由一45度斜面101而反射至上方鏡頭(圖中未顯示)。具有如此結(jié)構(gòu)的硅襯底將可免去額外組裝微棱鏡(Microprism)的步驟，有效節(jié)省制備工藝步驟與成本。
由上圖看出，必須在上述硅襯底100上形成一個45度斜面101方能完成上述結(jié)構(gòu)，該45度斜面101可作為各式光電組件中所需的光學(xué)反射面。而圖2(a)顯示出公知技術(shù)中頂面表面為(100)等價晶面的晶棒200按虛線所示的方向切割后，可制作出一表面為(100)等價晶面的硅晶片201(如圖2(b)所示)，而通過現(xiàn)有工藝再于硅晶片201的表面上方形成一蝕刻掩膜(圖中未示出)，該蝕刻掩膜上具有至少一蝕刻窗口299，該蝕刻窗口299具有一側(cè)壁298，而現(xiàn)有工藝是將該側(cè)壁298與該襯底的<100>等價晶向297間的偏移角度刻意控制在45度，如此一來，通過一各向異性蝕刻(例如氫氧化鉀蝕刻溶液的蝕刻)后，將可得到如圖2(c)所示的表面為(110)等價晶面的45度斜面101。但是，經(jīng)實際制作顯示，以上述現(xiàn)有方式所完成的45度斜面101的表面平坦度不佳，表面平均粗糙度(average surface roughness)通常在200納米左右。
而因為光學(xué)反射面的表面粗糙度會造成入射光的散射，為了不影響反射光入射到后續(xù)光學(xué)組件后的成像品質(zhì)，表面粗糙度需低于使用波長的十分之一。光通信運用的光源涵蓋部分可見光與紅外光波段；在光儲存方面，隨著光儲存技術(shù)的數(shù)據(jù)密度皆不斷提高的狀況下，激光二極管102所發(fā)出的激光，其波長越來越短，因此在這些應(yīng)用上，表面平均粗糙度在200納米左右的45度斜面101將無法滿足后續(xù)激光對于反射面粗糙度的要求，而追究其表面粗糙度不佳的主因，主要是因為上述方法會在45度斜面101的表面上大量誘發(fā)晶相較穩(wěn)定的(111)等價晶面的微小平面出現(xiàn)，導(dǎo)致反射面平坦度大幅下降，此類相關(guān)討論可參閱Sensors and Actuators A 48(1995)229-238中，IrenaBarycka及Irena Zubel所著的Silicon anisortropic etching in KOH-isopropanoletchant論文內(nèi)容，本發(fā)明不再贅述。
另外，對表面為(100)等價晶面的硅晶片201(如圖2(b)所示)進(jìn)行各向異性蝕刻(例如氫氧化鉀蝕刻溶液的蝕刻)時，也可得到如圖2(d)所示的表面為(111)等價晶面的54.74度斜面199，而因為(111)等價晶面的表面晶相狀態(tài)較為穩(wěn)定，因此平坦度大幅提高。
于是，有人想出下列方法來企圖改善上述作法的缺點，如圖3(a)顯示，其是將頂面表面為(100)等價晶面的晶棒300按虛線所示的方向切割時后，可制作出一表面的晶向與(100)等價晶面的晶向間具有9.74度夾角的硅晶片301(如圖3(b)所示)，然后再于硅晶片301的表面上方形成一蝕刻掩膜(圖中未示出)，該蝕刻掩膜上具有至少一蝕刻窗口399，該蝕刻窗口399具有一側(cè)壁398，將該側(cè)壁398與該襯底的<100>等價晶向397間的偏移角度控制在約0度，如此一來，通過一各向異性蝕刻(例如氫氧化鉀蝕刻溶液的蝕刻)后，將可得到如圖3(c)所示的表面為(111)等價晶面且平坦度大幅提高的45度斜面101，其與襯底表面390夾45度，但另一斜面380則會與襯底表面390間夾一64.4度角。
因此，由上圖可清楚看出，此制備工藝需要特別以斜角9.74度切割晶棒，與一般切割法不同，必須特別訂購，而且會因硅晶片本身的晶向而無法在蝕刻制備工藝后同時得到兩個法向量相互垂直的45度斜面。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一制備工藝方法，其可大幅提高平坦度與克服硅晶片晶向的限制而達(dá)到制作雙側(cè)45度斜面。
本發(fā)明為一種斜面制造方法，應(yīng)用于一半導(dǎo)體制備工藝上，其制造方法包含下列步驟提供一金剛石晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有一表面，該表面為(100)等價晶面；于該半導(dǎo)體襯底的表面上方形成一蝕刻掩膜，該蝕刻掩膜上具有一蝕刻窗口，該蝕刻窗口具有沿一第一方向延伸的一側(cè)壁，而該第一方向與該半導(dǎo)體襯底的<100>等價晶向間具有一偏移角度，該偏移角度的范圍大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度；以及運用該蝕刻掩膜及該蝕刻窗口對該襯底進(jìn)行一選擇性各向異性蝕刻(selected anisotropic etching)，進(jìn)而沿該第一方向而于該襯底表面上蝕刻出表面為(110)等價晶面的一斜面。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該金剛石晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底可為一硅襯底，該選擇性各向異性蝕刻為一濕蝕刻。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中將該襯底表面與該斜面的夾角控制在45度+/-1度時，該偏移角度的范圍則需大于等于22度且小于45度或小于等于68度但大于45度。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該斜面被運用為一光學(xué)反射面。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該各向異性蝕刻所使用的一蝕刻液可按氫氧化鉀∶水∶異丙醇依所需的蝕刻速率比例混和而成，該各向異性蝕刻所使用的一蝕刻液的溫度可加熱到攝氏60度至95度的范圍內(nèi)，而該各向異性蝕刻進(jìn)行時需以一攪拌裝置將所使用的該各向異性蝕刻液不斷擾動，用以避免加熱過程中所產(chǎn)生的氣泡附著于該斜面上而影響該斜面的平坦度。
本發(fā)明另一方面為一種斜面制造方法，應(yīng)用于一半導(dǎo)體制備工藝上，其制造方法包含下列步驟提供一金剛石晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有一表面，該表面為(110)等價晶面；于該半導(dǎo)體襯底的表面上方形成一蝕刻掩膜，該蝕刻掩膜上具有一蝕刻窗口，該蝕刻窗口具有沿一第一方向延伸的一側(cè)壁，而該第一方向與該半導(dǎo)體襯底的<110>等價晶向間具有一偏移角度，該偏移角度的范圍大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度；以及運用該蝕刻掩膜及該蝕刻窗口對該襯底進(jìn)行一選擇性各向異性蝕刻，進(jìn)而沿該第一方向而于該襯底表面上蝕刻出表面為(100)等價晶面的一斜面。
根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的斜面制造方法，其中該金剛石晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底可為一硅襯底。
根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的斜面制造方法，其中該選擇性各向異性蝕刻可為一濕蝕刻。
根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的斜面制造方法，其中將該襯底表面與該斜面的夾角控制在45度+/-1度時，該偏移角度的范圍則需大于等于22度且小于45度或小于等于68度但大于45度。
根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的斜面制造方法，其中該斜面被運用為一光學(xué)反射面。
根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的斜面制造方法，其中該各向異性蝕刻所使用的一蝕刻液可按氫氧化鉀∶水∶異丙醇依所需的蝕刻速率比例混和而成。
根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的斜面制造方法，其中該各向異性蝕刻所使用的一蝕刻液的溫度可加熱到攝氏60度至95度的范圍內(nèi)。
根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的斜面制造方法，其中該各向異性蝕刻進(jìn)行時需以一攪拌裝置將所使用的該各向異性蝕刻液不斷擾動，用以避免加熱過程中所產(chǎn)生的氣泡附著于該斜面上而影響該斜面的平坦度。
本發(fā)明的斜面制造方法可大幅提高平坦度與克服硅晶片晶向的限制而達(dá)到制作雙側(cè)45度斜面，可應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Eelectro-MechanicalSystem，MEMS)半導(dǎo)體制備工藝及光電應(yīng)用領(lǐng)域的制造上。


圖1(a)和1(b)所示是公知技術(shù)中傳統(tǒng)光學(xué)讀寫頭中利用反射面的單一激光光源封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2(a)、2(b)、2(c)及2(d)顯示公知技術(shù)中形成一45度斜面及54.74度斜面的過程示意圖。
圖3(a)、3(b)及3(c)顯示另一公知技術(shù)中形成一45度斜面的過程示意圖。
圖4(a)、4(b)及4(c)，其為本發(fā)明為改善上述現(xiàn)有技術(shù)所發(fā)展出來可應(yīng)用于半導(dǎo)體制備工藝的斜面制造方法過程示意圖。
圖5(a)、5(b)及5(c)，其為本發(fā)明為改善上述現(xiàn)有技術(shù)所發(fā)展出來可應(yīng)用于半導(dǎo)體制備工藝的另一斜面制造方法過程示意圖。
圖6(a)及6(b)，其為本發(fā)明為改善上述現(xiàn)有所發(fā)展出來可應(yīng)用于半導(dǎo)體制備工藝的雙斜面制造方法過程示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下100硅襯底 102激光二極管103光接收器104激光10145度斜面200晶棒201硅晶片 299蝕刻窗口298側(cè)壁297<100>等價晶向10145度斜面19954.74度斜面300晶棒301硅晶片399蝕刻窗口398側(cè)壁397<100>等價晶向 390襯底表面380斜面500半導(dǎo)體襯底530蝕刻掩膜540、541、548、549蝕刻窗口549側(cè)壁550斜面具體實施方式
雖然本專利可應(yīng)用于光通信及光學(xué)儲存等各種可用到光學(xué)反射面的裝置，但在此以光學(xué)儲存為例來說明本專利的應(yīng)用。
請參見圖4(a)、4(b)及4(c)，其為本發(fā)明為改善上述現(xiàn)有技術(shù)所發(fā)展出來可應(yīng)用于半導(dǎo)體制備工藝的斜面制造方法，首先，先提供一表面為(100)晶面的半導(dǎo)體襯底500，該半導(dǎo)體襯底500可用硅等金剛石結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材質(zhì)來完成，然后再于該半導(dǎo)體襯底500的表面上方形成一蝕刻掩膜530，該蝕刻掩膜530上利用一光掩膜經(jīng)圖案轉(zhuǎn)換并進(jìn)行干蝕刻來形成一蝕刻窗口540，該蝕刻窗口540具有沿一第一方向D-D’及E-E’延伸的側(cè)壁549，而該第一方向D-D’與該襯底的<100>等價晶向間具有一偏移角度，該偏移角度避免使用45度來避免大量誘發(fā)晶相狀態(tài)較為穩(wěn)定的(111)晶面的微小平面出現(xiàn)而導(dǎo)致反射面平坦度大幅下降的現(xiàn)象。因此本發(fā)明將偏移角度的范圍調(diào)整為可大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度，而在本例中，該偏移角度設(shè)為效果較均衡的22度。然后再利用該選擇性各向異性蝕刻(selectedanisotropic etching)方式將該硅晶片500置于一各向異性蝕刻液中進(jìn)行濕蝕刻，其中該各向異性蝕刻液的組成可按氫氧化鉀∶水∶異丙醇依所需的蝕刻速率比例混和而成。而在蝕刻過程中，該各向異性蝕刻液的溫度可加熱到攝氏60度至95度的范圍內(nèi)，另外，蝕刻時須以攪拌裝置將該各向異性蝕刻液不斷擾動，其目的在于避免加熱過程中所產(chǎn)生的氣泡附著于所形成的特定角度斜面上而影響該斜面的平坦度。
圖4(b)與圖4(c)為圖4(a)中的半導(dǎo)體襯底500分別沿D-D’與E-E’線的剖視圖。圖4(b)中，蝕刻液利用蝕刻窗口540各在兩側(cè)形成一斜面550的結(jié)構(gòu)，該斜面550位于該半導(dǎo)體襯底500表面的(110)等價晶面上，并與(100)等價晶面夾45度角。另外在圖4(c)中，蝕刻液也利用蝕刻窗口540各在兩側(cè)形成一斜面550的結(jié)構(gòu)，該斜面550也位于表面為(110)等價晶面的半導(dǎo)體襯底500的(110)等價晶面上，并與(100)等價晶面夾45度角。
同理，圖5(b)與圖5(c)為圖5(a)中已具有一蝕刻窗口541的半導(dǎo)體襯底500經(jīng)各向異性蝕刻后，分別沿G-G’與F-F’線的剖視圖，其中該蝕刻窗口541與半導(dǎo)體襯底500的<100>等價晶向的偏移角度為68度。在圖5(b)中，蝕刻液利用蝕刻窗口541各在兩側(cè)形成斜面550的結(jié)構(gòu)，該斜面550位于該半導(dǎo)體襯底500表面的(110)等價晶面上，并與(100)等價晶面夾45度角。另外在圖5(c)中，該蝕刻窗口541各在兩側(cè)形成斜面550的結(jié)構(gòu)，該斜面550位于該半導(dǎo)體襯底500表面的(110)等價晶面上，并與(100)等價晶面夾45度角。
由上述可知，本發(fā)明的主要技術(shù)特征在于仍然使用最常見的表面為(100)等價晶面的半導(dǎo)體襯底，但避免使用45度的偏移角度來避免大量誘發(fā)晶相狀態(tài)較為穩(wěn)定的(111)等價晶面出現(xiàn)而導(dǎo)致反射面平坦度大幅下降的現(xiàn)象。因此，本發(fā)明提出僅需將偏移角度調(diào)整成可為大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度，便可有效改善蝕刻完成后反射面的平坦度。而其中偏移角度越接近0度或90度時，所形成的反射面平坦度越佳，但是該斜面550與所需45度斜面的誤差越大。反之，偏移角度越接近45度時，雖然所形成的斜面550與所需45度斜面的誤差較小。但所形成的反射面平坦度卻較差，所以根據(jù)實作可知，欲將該襯底表面與該斜面的夾角控制在45度+/-1度時，該偏移角度的范圍則需大于等于22度且小于45度或小于等于68度但大于45度。
另外，該蝕刻掩膜530的材料可為二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)其中之一，因此可用氫氟酸來洗去該蝕刻掩膜。而該半導(dǎo)體襯底表面也可改用(110)等價晶面，但此時該第一方向便將調(diào)整為與該半導(dǎo)體襯底的<110>等價晶向間具有一大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度的偏移角度，而蝕刻出的斜面的表面則為一(100)等價晶面。相關(guān)作法與圖4(a)、4(b)及4(c)和圖5(a)、5(b)及5(c)必?zé)o太大不同，可視為等效的改變，因此不再贅述。
再請參見圖6(a)及6(b)，其為平形設(shè)置兩個方向依本發(fā)明概念所設(shè)的蝕刻窗口548、549的半導(dǎo)體襯底500，該半導(dǎo)體襯底500表面的(100)或(110)或等價晶面，而蝕刻液利用蝕刻窗口548、549各在兩側(cè)形成斜面550的結(jié)構(gòu)，如此一來，本發(fā)明可一次制作出平坦度大幅提高的雙側(cè)45度斜面，進(jìn)而改善現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
綜上所述，本發(fā)明可以應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Eelectro-MechanicalSystem，MEMS)半導(dǎo)體制備工藝及光電應(yīng)用領(lǐng)域的制造上，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種斜面制造方法，應(yīng)用于一半導(dǎo)體制備工藝上，其制造方法包含下列步驟提供一金剛石晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有一表面，該表面為(100)等價晶面；于該半導(dǎo)體襯底的表面上方形成一蝕刻掩膜，該蝕刻掩膜上具有一蝕刻窗口，該蝕刻窗口具有沿一第一方向延伸的一側(cè)壁，而該第一方向與該半導(dǎo)體襯底的<100>等價晶向間具有一偏移角度，該偏移角度的范圍大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度；以及運用該蝕刻掩膜及該蝕刻窗口對該襯底進(jìn)行一選擇性各向異性蝕刻，進(jìn)而沿該第一方向而于該襯底表面上蝕刻出表面為(110)等價晶面的一斜面。
2.如權(quán)利要求1所述的斜面制造方法，其特征在于該金剛石晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底為一硅襯底，該選擇性各向異性蝕刻為一濕蝕刻。
3.如權(quán)利要求1所述的斜面制造方法，其特征在于將該襯底表面與該斜面的夾角控制在45度+/-1度時，該偏移角度的范圍大于等于22度且小于45度或小于等于68度但大于45度。
4.如權(quán)利要求1所述的斜面制造方法，其特征在于該斜面被運用為一光學(xué)反射面。
5.如權(quán)利要求1所述的斜面制造方法，其特征在于該各向異性蝕刻所使用的一蝕刻液按氫氧化鉀∶水∶異丙醇依所需的蝕刻速率比例混和而成，該各向異性蝕刻所使用的一蝕刻液的溫度加熱到攝氏60度至95度的范圍內(nèi)，而該各向異性蝕刻進(jìn)行時需以一攪拌裝置將所使用的該各向異性蝕刻液不斷擾動，用以避免加熱過程中所產(chǎn)生的氣泡附著于該斜面上而影響該斜面的平坦度。
6.一種斜面制造方法，應(yīng)用于一半導(dǎo)體制備工藝上，其制造方法包含下列步驟提供一金剛石晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有一表面，該表面為(110)等價晶面；于該半導(dǎo)體襯底的表面上方形成一蝕刻掩膜，該蝕刻掩膜上具有一蝕刻窗口，該蝕刻窗口具有沿一第一方向延伸的一側(cè)壁，而該第一方向與該半導(dǎo)體襯底的<110>等價晶向間具有一偏移角度，該偏移角度的范圍大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度；以及運用該蝕刻掩膜及該蝕刻窗口對該襯底進(jìn)行一選擇性各向異性蝕刻，進(jìn)而沿該第一方向而于該襯底表面上蝕刻出表面為(100)等價晶面的一斜面。
7.如權(quán)利要求6所述的斜面制造方法，其特征在于該金剛石晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底為一硅襯底，該選擇性各向異性蝕刻為一濕蝕刻。
8.如權(quán)利要求6所述的斜面制造方法，其特征在于將該襯底表面與該斜面的夾角控制在45度+/-1度時，該偏移角度的范圍大于等于22度且小于45度或小于等于68度但大于45度。
9.如權(quán)利要求6所述的斜面制造方法，其特征在于該斜面被運用為一光學(xué)反射面。
10.如權(quán)利要求6所述的斜面制造方法，其特征在于該各向異性蝕刻所使用的一蝕刻液按氫氧化鉀∶水∶異丙醇依所需的蝕刻速率比例混和而成，該各向異性蝕刻所使用的一蝕刻液的溫度加熱到攝氏60度至95度的范圍內(nèi)，而該各向異性蝕刻進(jìn)行時需以一攪拌裝置將所使用的該各向異性蝕刻液不斷擾動，用以避免加熱過程中所產(chǎn)生的氣泡附著于該斜面上而影響該斜面的平坦度。
全文摘要
本發(fā)明為一種斜面制造方法，應(yīng)用于半導(dǎo)體制備工藝上，其制造方法包含下列步驟提供一金剛石晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有一表面，該表面為(100)或(110)等價晶面；于該半導(dǎo)體襯底的表面上方形成一蝕刻掩膜，該蝕刻掩膜上具有一蝕刻窗口，該蝕刻窗口具有沿第一方向延伸的側(cè)壁，而該第一方向與該半導(dǎo)體襯底的<100>或<110>等價晶向間具有一偏移角度，該偏移角度的范圍大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度；及運用該蝕刻掩膜及該蝕刻窗口對該襯底進(jìn)行選擇性各向異性蝕刻，進(jìn)而沿該第一方向而于該襯底表面上蝕刻出表面為(110)或(100)等價晶面的一斜面。上述斜面制造方法可大幅提高平坦度與克服硅晶片晶向的限制。
文檔編號C23F1/32GK1606136SQ200410078570
公開日2005年4月13日 申請日期2004年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月15日
發(fā)明者溫安農(nóng), 李俊睿, 伍茂仁, 張郡文 申請人:新磊微制造股份有限公司