深硅刻蝕方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及硅片刻蝕領(lǐng)域，具體而言，涉及深硅刻蝕方法及其裝置。該深硅刻蝕方法，包括如下步驟：將腐蝕溶液置于水浴中加熱至預(yù)定溫度，并通過磁力攪拌器對所述腐蝕溶液進(jìn)行攪拌，使所述腐蝕溶液內(nèi)部溫度均勻；將帶有掩膜的硅片豎直置于所述腐蝕溶液中腐蝕；將腐蝕好的硅片用去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈桑玫匠善饭杵?。本發(fā)明提供的深硅刻蝕方法及其裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，使刻蝕出的硅片的結(jié)構(gòu)、圖形、尺寸一致。
【專利說明】深硅刻蝕方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硅片刻蝕領(lǐng)域，具體而言，涉及深硅刻蝕方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的高速發(fā)展，電子元器件逐漸向小型化、集成化的方向發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System, MEMS)已成為制作微機(jī)械、傳感器、控制電路等微器件，及將上述器件集成于芯片的關(guān)鍵技術(shù)。依據(jù)硅各向異性腐蝕特性發(fā)展起來的濕法刻蝕工藝就是制作MEMS器件的一種重要手段。
[0003]現(xiàn)今通常使用的濕法刻蝕工藝是，先在硅片表面涂一層掩膜，將濕法刻蝕所需的器具進(jìn)行清洗，而后在反應(yīng)器中加入腐蝕溶液。開始刻蝕后，直接將硅片放置在腐蝕溶液內(nèi)部，使用腐蝕溶液對硅片進(jìn)行刻蝕，刻蝕一段時(shí)間后取出硅片，沖洗后完成刻蝕。
[0004]但在刻蝕階段，腐蝕溶液內(nèi)部溫度不均勻，會產(chǎn)生溫度分層的情況，使得處于不同溫度層的硅片表面腐蝕速率不同，導(dǎo)致刻蝕出的結(jié)構(gòu)、圖形、尺寸不一致，無法達(dá)到想要的腐蝕結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供深硅刻蝕方法及其裝置，以解決上述的問題。
[0006]在本發(fā)明的實(shí)施例中提供了深硅刻蝕方法，包括如下步驟:
[0007]將腐蝕溶液置于水浴中加熱至預(yù)定溫度，并通過磁力攪拌器對腐蝕溶液進(jìn)行攪拌，使腐蝕溶液內(nèi)部溫度均勻；
[0008]將帶有掩膜的硅片豎直置于腐蝕溶液中腐蝕；
[0009]將腐蝕好的硅片用去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈?，得到成品硅片?br> [0010]優(yōu)選的，步驟將帶有掩膜的硅片豎直置于腐蝕溶液中腐蝕，具體包括如下步驟:
[0011]將一側(cè)帶有第一掩膜、另一側(cè)帶有第二掩膜的硅片豎直置于腐蝕溶液中腐蝕，使硅片腐蝕預(yù)定厚度，第一掩膜的開口位置與第二掩膜的開口位置不同；
[0012]取出豎直置于腐蝕溶液中的硅片，并記預(yù)定厚度為H1，記硅片置于腐蝕溶液中的時(shí)間為T ；
[0013]再次將硅片置于腐蝕溶液內(nèi)部，并計(jì)時(shí)；
[0014]當(dāng)再次將硅片置于腐蝕溶液內(nèi)部的時(shí)間達(dá)到二次腐蝕時(shí)間時(shí)，再次取出硅片，去掉第一掩膜上與第二掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，去掉第二掩膜上與第一掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，并記再次取出的硅片的腐蝕深度為H2，其中二次腐蝕時(shí)間=(硅片總厚度-H1-H3) *T/H1，H3為硅片總厚度的15%_20% ；
[0015]將腐蝕深度為H2的硅片置于腐蝕溶液中，并計(jì)時(shí)；
[0016]當(dāng)計(jì)時(shí)的時(shí)間達(dá)到剩余時(shí)間時(shí)取出腐蝕溶液中的硅片，得到腐蝕好的硅片，剩余時(shí)間的計(jì)算方式為，剩余時(shí)間=(硅片總厚度-H2) *T/H1。
[0017]優(yōu)選的，在步驟將一側(cè)帶有第一掩膜、另一側(cè)帶有第二掩膜的硅片豎直置于腐蝕溶液中腐蝕，使硅片腐蝕預(yù)定厚度之后，在步驟取出豎直置于腐蝕溶液中的硅片之前還包括步驟，臨時(shí)清洗硅片，具體為:
[0018]取出帶有掩膜的硅片，并用高純度去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈桑?br> [0019]將經(jīng)氮?dú)獯蹈傻膸в醒谀さ墓杵俅沃糜谒龈g溶液中。
[0020]優(yōu)選的，步驟臨時(shí)清洗硅片為多次。
[0021]優(yōu)選的，腐蝕溶液為質(zhì)量濃度25%的四甲基氫氧化銨腐蝕溶液。
[0022]優(yōu)選的，步驟將腐蝕溶液置于水浴中加熱至預(yù)定溫度，并通過磁力攪拌器對腐蝕溶液進(jìn)行攪拌，使腐蝕溶液內(nèi)部溫度均勻中，預(yù)定溫度為80度-85度。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提供的深硅刻蝕方法的深硅刻蝕裝置，包括反應(yīng)器、反應(yīng)器蓋、腐蝕架、攪拌子、磁力攪拌器和腐蝕器，
[0024]腐蝕器呈一端開口的中空桶狀；
[0025]磁力攪拌器呈置于腐蝕器的內(nèi)部，且腐蝕器通過磁力攪拌器與腐蝕器的接觸面支撐磁力攪拌器；
[0026]反應(yīng)器呈一端開口的中空桶狀，反應(yīng)器置于腐蝕器內(nèi)部，且磁力攪拌器通過磁力攪拌器與腐蝕器的接觸面支撐反應(yīng)器；
[0027]攪拌子呈柱狀，并置于反應(yīng)器底部；
[0028]腐蝕架上設(shè)置有長條狀凹槽，與長條狀凹槽的開口相反的方向的腐蝕架上還設(shè)置有支撐件，腐蝕架通過支撐件與反應(yīng)器底相連接，并使腐蝕架與反應(yīng)器底部的距離大于攪拌子沿長度方向橫截面的直徑，且使攪拌子可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；
[0029]反應(yīng)器蓋與反應(yīng)器的開口端相配合，且活動連接，使反應(yīng)器形成密封的中空腔體。
[0030]優(yōu)選的，攪拌子沿長度方向由中端向兩端漸縮的橄欖球狀。
[0031]描寫?yīng)殭?quán)的技術(shù)方案即可
[0032]本發(fā)明實(shí)施例提供的深硅刻蝕方法，與現(xiàn)有技術(shù)中直接將帶有掩膜的硅片防止在腐蝕溶液內(nèi)部進(jìn)行刻蝕相比，其通過使用水浴加熱和攪拌子攪拌的方法使腐蝕溶液的溫度和藥液濃度變得均勻，從而使刻蝕出的硅片的結(jié)構(gòu)、圖形、尺寸一致了，也就是解決了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例的深硅刻蝕方法基本流程圖；
[0034]圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例的深硅刻蝕方法的刻蝕過程流程圖；
[0035]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例的深硅刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0036]圖4示出了使用現(xiàn)有技術(shù)的方法對硅片進(jìn)行刻蝕的成品放大圖；
[0037]圖5示出了使用本發(fā)明所提供的方法對硅片進(jìn)行刻蝕的成品放大圖。
[0038]圖中:1、腐蝕器；2、磁力攪拌器；3、攪拌子；4、腐蝕架；5、反應(yīng)器；6、反應(yīng)器蓋；7、硅片。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面通過具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1所示，本發(fā)明提供了深硅刻蝕方法，包括如下基本步驟:[0040]S101，將腐蝕溶液置于水浴中加熱至預(yù)定溫度，并通過磁力攪拌器對腐蝕溶液進(jìn)行攪拌，使腐蝕溶液內(nèi)部溫度均勻；
[0041]S102，將帶有掩膜的硅片豎直置于腐蝕溶液中腐蝕；
[0042]S103，將腐蝕好的硅片用去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈桑玫匠善饭杵?br> [0043]步驟SlOl的作用是將腐蝕溶液加熱至預(yù)定的能夠進(jìn)行刻蝕的反應(yīng)溫度，避免了直接加熱造成的受熱不均勻與溫度的不可控性，使用水浴法加熱能夠使腐蝕溶液可以平穩(wěn)地加熱到預(yù)定的反應(yīng)溫度。水浴加熱時(shí)，熱量是從腐蝕溶液的四周向中部傳導(dǎo)，仍然可能是溫度不夠均勻，且眾所周知的，反應(yīng)溫度決定了反應(yīng)的速率，通過使用磁力攪拌器對腐蝕溶液進(jìn)行攪拌，使其內(nèi)部的溫度變得更加均勻，保證了刻蝕反應(yīng)是在腐蝕溶液內(nèi)部的溫度相等的條件下開始的，使腐蝕硅片表面的腐蝕速率處處相等。
[0044]步驟S102的作用是在加熱到預(yù)定溫度之后，將待腐蝕的硅片放入腐蝕溶液中進(jìn)行腐蝕，同時(shí)磁力攪拌器仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，磁力攪拌器在刻蝕反應(yīng)的全過程中是一直處于工作狀態(tài)的，一直在對腐蝕溶液進(jìn)行攪拌，使腐蝕溶液內(nèi)部的溫度和濃度處處相等。由于刻蝕反應(yīng)是放熱的，且腐蝕溶液的濃度和反應(yīng)溫度決定了腐蝕效率，通過磁力攪拌器的旋轉(zhuǎn)，使腐蝕溶液內(nèi)部的溫度和溶液濃度保持穩(wěn)定，保證了硅片不同部分腐蝕速率的一致性。
[0045]步驟S103的作用是在腐蝕進(jìn)行了一段時(shí)間以后，將腐蝕好的硅片取出，并使用去離子水對腐蝕好的硅片進(jìn)行清洗，再用氮?dú)鈱ζ溥M(jìn)行吹干，去除了硅片表面殘留的腐蝕溶液，使其能夠長期進(jìn)行保存。
[0046]其中步驟S102還可以進(jìn)行細(xì)化，如圖2所示，具體為
[0047]將帶有掩膜的硅片豎直置于腐蝕溶液中腐蝕，具體包括如下步驟:
[0048]S201，將一側(cè)帶有第一掩膜、另一側(cè)帶有第二掩膜的硅片豎直置于腐蝕溶液中腐蝕，使硅片腐蝕預(yù)定厚度，第一掩膜的開口位置與第二掩膜的開口位置不同；
[0049]S202，取出豎直置于腐蝕溶液中的硅片，并記預(yù)定厚度為H1，記硅片置于腐蝕溶液中的時(shí)間為T ；
[0050]S203，再次將硅片置于腐蝕溶液內(nèi)部，并計(jì)時(shí)；
[0051]S204，當(dāng)再次將硅片置于腐蝕溶液內(nèi)部的時(shí)間達(dá)到二次腐蝕時(shí)間時(shí)，再次取出硅片，去掉第一掩膜上與第二掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，去掉第二掩膜上與第一掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，并記再次取出的硅片的腐蝕深度為H2;其中二次腐蝕時(shí)間=(硅片總厚度-H1-H3) *T/H1，H3為硅片總厚度的15%_20% ；
[0052]S205，將腐蝕深度為H2的硅片置于腐蝕溶液中，并計(jì)時(shí)；
[0053]S206，當(dāng)計(jì)時(shí)的時(shí)間達(dá)到剩余時(shí)間時(shí)取出腐蝕溶液中的硅片，得到腐蝕好的硅片，剩余時(shí)間的計(jì)算方式為，剩余時(shí)間=(硅片總厚度-H2) *T/H1。
[0054]對硅片進(jìn)行刻蝕的過程中，很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)便是確定刻蝕的完成的時(shí)間點(diǎn)，如果刻蝕的時(shí)間過短，則會導(dǎo)致硅片無法直接使用，硅片上還有需要刻斷，但并未刻斷的連接處，此時(shí)可能需要再次進(jìn)行刻蝕，或者直接將硅片棄掉，造成了資源的浪費(fèi)；如果刻蝕的時(shí)間過長，則會發(fā)生過刻的現(xiàn)象，被過刻的硅片由于其結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，是無法實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的效果的，也就不能使用，只能棄掉，這同樣造成了資源的浪費(fèi)。
[0055]為了克服刻蝕時(shí)間無法確定的問題，本申請中按照如下的方法進(jìn)行解決。將一側(cè)帶有第一掩膜、另一側(cè)帶有第二掩膜的硅片豎直置于腐蝕溶液中腐蝕，使硅片腐蝕預(yù)定厚度，第一掩膜的開口位置與第二掩膜的開口位置不同。其中，第一掩膜、硅片、第二掩膜順序連接。被第一掩膜所覆蓋的硅片表面是不會與腐蝕溶液發(fā)生反應(yīng)的，另一側(cè)被帶有第二掩膜所覆蓋的娃片表面的也不會與腐蝕溶液發(fā)生反應(yīng)。由于第一掩膜的開口位置與第二掩膜的開口位置不同，使得雖然兩側(cè)硅片沒有被掩膜所覆蓋的表面與腐蝕溶液發(fā)生了反應(yīng)，但與被第一掩膜開口位置所暴露的硅片表面相對應(yīng)硅片另一側(cè)表面是被第二掩膜所覆蓋的，同樣的與被第二掩膜開口位置所暴露的娃片表面相對應(yīng)娃片另一側(cè)表面是被第一掩膜所覆蓋的，也就是相當(dāng)于硅片的兩側(cè)均在進(jìn)行單面刻蝕。
[0056]取出豎直置于腐蝕溶液中的硅片，并記預(yù)定厚度為H1，記硅片置于腐蝕溶液中的時(shí)間為T。在腐蝕一定的時(shí)間之后取出，顯然在后續(xù)步驟中限定了下次取出時(shí)，硅片被刻蝕的深度在80%-85%左右，所以，此次取出硅片需要在被刻蝕的深度在80%以前進(jìn)行，具體取出的時(shí)間可以由工作人員自行把握。當(dāng)然，更不能在硅片被刻蝕斷之后再取出，否則無法進(jìn)行后續(xù)的刻蝕工作。此次取出的目的是計(jì)算硅片表面的腐蝕速率，具體計(jì)算過程后續(xù)說明。將取出的硅片用去離子水清洗干凈，然后再用高純氮?dú)鈱埩粼诠杵谋砻娴囊后w吹干凈，再用臺階儀測量硅片被腐蝕的厚度，并記錄該腐蝕厚度為Hl。記錄該硅片置于腐蝕溶液中的時(shí)間為T。其中，被腐蝕的厚度是指，被腐蝕的硅片距離表面最遠(yuǎn)的一點(diǎn)和其原始表面間的垂直距離，由于硅片的兩面均同時(shí)被腐蝕，且由于硅片的材質(zhì)和腐蝕溶液的濃度均是處處相同的，所以可以理解為，相等的時(shí)間內(nèi)，硅片表面被腐蝕的厚度是相同的，也就是Hl，腐蝕速率也就是單位時(shí)間內(nèi)，腐蝕掉硅片的深度，即H1/T。
[0057]在記錄后將取出的硅片再次置于腐蝕溶液中，當(dāng)再次將硅片置于腐蝕溶液內(nèi)部的時(shí)間達(dá)到二次腐蝕時(shí)間時(shí)，再次取出娃片，去掉第一掩膜上與第二掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，去掉第二掩膜上與第一掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，并記再次取出的娃片的腐蝕深度為H2，其中二次腐蝕時(shí)間=(硅片總厚度-H1-H3)*T/H1，H3為硅片總厚度的15%_20%。第二次將硅片置于腐蝕溶液內(nèi)，并且根據(jù)已經(jīng)計(jì)算好的腐蝕速率V，精確地計(jì)算硅片腐蝕深度達(dá)到80%-85%所需要的時(shí)間，其計(jì)算方式是，二次腐蝕時(shí)間等于需要被腐蝕掉的厚度除以腐蝕速率。其中需要被腐蝕掉的厚度等于硅片的總厚度減去第一腐蝕掉的厚度H1，再減去經(jīng)過二次腐蝕后剩余的厚度，為保證二次取出硅片時(shí)，已經(jīng)腐蝕的厚度為80%-85%，所以二次腐蝕后剩余的厚度即是硅片的總厚度的15%-20%。將腐蝕速率V=H1/T帶入，也就是二次腐蝕時(shí)間=(硅片總厚度-H1-H3)*T/H1。在腐蝕深度達(dá)到80%-85%時(shí)，取出置于腐蝕溶液內(nèi)的硅片，并去掉第一掩膜上與第二掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，去掉第二掩膜上與第一掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，使硅片在去掉對應(yīng)位置的掩膜，并在此置于腐蝕溶液內(nèi)后能夠使原本只進(jìn)行單面腐蝕的硅片進(jìn)行雙面刻蝕，同時(shí)，在硅片的腐蝕深度達(dá)到80%-85%時(shí)，將硅片取出后，為了更加精確的測量已經(jīng)腐蝕的深度，還要對取出硅片的腐蝕深度H2進(jìn)行測量，以便精確地計(jì)算最終腐蝕時(shí)間，最終腐蝕時(shí)間后文會詳細(xì)說明。其中腐蝕深度是指，被腐蝕的硅片距離表面最遠(yuǎn)的一點(diǎn)和其原始表面間的垂直距離。受硅片各向異性的影響，刻蝕硅片的一個(gè)側(cè)面可以使被刻蝕的硅片的111面為一個(gè)平面，否則若直接進(jìn)行雙面刻蝕，111面則為一個(gè)曲面。而111面為平面的硅片在使用時(shí)，效果要優(yōu)于111面為曲面的硅片。在腐蝕深度達(dá)到硅片總厚度的80%-85%時(shí)，去掉第一掩膜上與第二掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，去掉第二掩膜上與第一掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，再使娃片的表面開始進(jìn)行雙面刻蝕，在保證了 111面為平面的前提下，完成了刻蝕的工藝。[0058]將記錄完腐蝕深度為H2的硅片置于腐蝕溶液中，同時(shí)重新計(jì)時(shí)，此時(shí)，由于第一掩膜上與第二掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜和第二掩膜上與第一掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜已經(jīng)被去掉，保護(hù)膜已經(jīng)從硅片的表面去除，所以原帶有保護(hù)膜且被去掉的位置開始與腐蝕溶液發(fā)生反應(yīng)，也就是硅片的兩面均在進(jìn)行刻蝕。當(dāng)重新計(jì)時(shí)的時(shí)間，也就是剩余時(shí)間達(dá)到(硅片總厚度-H2) *T/H1時(shí)，取出該硅片。此時(shí)該硅片既是完成刻蝕的成品硅片。
[0059]通過計(jì)算硅片總厚度與第二次測量得到的腐蝕深度H2的差值能夠得到還剩余多少厚度的硅片沒有被腐蝕掉，且結(jié)合已經(jīng)計(jì)算好的速率V，能夠得到剩余厚度的硅片還需要多少時(shí)間能夠被腐蝕掉，即剩余時(shí)間=(硅片總厚度-H2)/V，將V=H1/T帶入該公式，也就是剩余時(shí)間=(硅片總厚度_H2)*T/H1。當(dāng)然，此時(shí)剩余的腐蝕深度為硅片總厚度的15%-20%。通過計(jì)算刻蝕的剩余時(shí)間能夠更加精確地確定好雙面刻蝕交叉點(diǎn)的位置，使刻蝕過程中不會發(fā)生過刻的現(xiàn)象，進(jìn)而使完成的刻蝕的硅片的次品率下降。至此，如何確定硅片刻蝕時(shí)間的問題便已解決。
[0060]在腐蝕溶液對帶有掩膜的硅片進(jìn)行腐蝕的時(shí)候，也就是腐蝕溶液與硅片發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候，會產(chǎn)生一定量的反應(yīng)物，反應(yīng)物呈黑色顆粒狀，如果不將該黑色顆粒狀的物質(zhì)清理掉，則黑色顆粒狀物質(zhì)會影響硅片與腐蝕溶液繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，使硅片被刻蝕的一致性變差。為了克服該問題，在步驟將帶有掩膜的硅片豎直置于腐蝕溶液中腐蝕，使其腐蝕預(yù)定厚度之后，在步驟取出豎直置于腐蝕溶液中的帶有掩膜的硅片之前還包括步驟，臨時(shí)清洗娃片，具體為:
[0061]取出帶有掩膜的硅片，并用高純度去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈桑?br> [0062]將經(jīng)氮?dú)獯蹈傻膸в醒谀さ墓杵俅沃糜谒龈g溶液中。
[0063]在腐蝕一定時(shí)間后，用耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿鑷子取出硅片，再用高純度去離子水沖洗干凈，沖洗完成后將硅片用高純氮?dú)獯蹈蓛糁匦路胖糜诟g溶液內(nèi)繼續(xù)腐蝕。值得注意的是，多次重復(fù)臨時(shí)清洗步驟會減少硅片刻蝕過程中硅片表面上產(chǎn)生的黑色顆粒狀物質(zhì)，提高整體硅片刻蝕的一致性。當(dāng)然，如果重復(fù)的次數(shù)過于頻繁，則會造成時(shí)間上的浪費(fèi)，經(jīng)過測算和實(shí)驗(yàn)得出，每30分鐘進(jìn)行一次臨時(shí)清洗能夠在保證充分清理顆粒狀物質(zhì)的同時(shí)，不延誤正常的刻蝕時(shí)間。當(dāng)然，在腐蝕的全程，都可以對硅片進(jìn)行臨時(shí)清洗的工作，以清除其表面的黑色顆粒狀物質(zhì)。臨時(shí)清洗可以發(fā)生在將帶有掩膜的硅片豎直置于腐蝕溶液中腐蝕之后，取出豎直置于腐蝕溶液中的帶有掩膜的硅片之前；也可以發(fā)生在取出豎直置于腐蝕溶液中的帶有掩膜的硅片之后，直到刻蝕完成，取出腐蝕好的硅片之前。
[0064]本發(fā)明所提供的深硅刻蝕方法中掩膜的材料是SiO2,四甲基氫氧化銨腐蝕溶液對SiO2的腐蝕速率極低，非常適合深硅刻蝕。經(jīng)過測算和實(shí)驗(yàn)得出，腐蝕溶液為質(zhì)量濃度25%的四甲基氫氧化銨腐蝕溶液。
[0065]對腐蝕溶液進(jìn)行攪拌的攪拌子是由磁力攪拌器帶動的，其轉(zhuǎn)速如果過高，則腐蝕溶液中的水流會影響腐蝕溶液的濃度，轉(zhuǎn)速過低，則起不到攪拌的作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測算，磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速為160轉(zhuǎn)/min-220轉(zhuǎn)/min。
[0066]溫度是影響腐蝕溶液與硅片反應(yīng)的一個(gè)重要條件，通過控制反應(yīng)溫度進(jìn)而可以控制反應(yīng)進(jìn)行速度，步驟將腐蝕溶液置于水浴中加熱至預(yù)定溫度，并通過磁力攪拌器對腐蝕溶液進(jìn)行攪拌，使腐蝕溶液內(nèi)部溫度均勻中，預(yù)定溫度為80度-85度。當(dāng)預(yù)定溫度在80度至85度之間時(shí)，腐蝕的速度較為合理。[0067]將腐蝕好的硅片用去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈?，得到成品硅片?br> [0068]在腐蝕一定時(shí)間后，將腐蝕好的硅片用耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿的鑷子取出，并且用去離子水進(jìn)行清洗，清洗后再用氮?dú)膺M(jìn)行吹干。此時(shí)經(jīng)過吹干的硅片既是完成刻蝕工藝的硅片。
[0069]值得注意的是，在反應(yīng)的全過程中，也可以理解為磁力攪拌器帶動攪拌子旋轉(zhuǎn)后，直到將腐蝕好的硅片用耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿的鑷子取出前，由于腐蝕溶液對帶有掩膜的硅片進(jìn)行腐蝕的過程中是放熱的，且腐蝕溶液中溫度較熱的部分會向上流動，進(jìn)而導(dǎo)致腐蝕溶液中的溫度不是處處相等的，也就是溫度分層的現(xiàn)象。同時(shí)，腐蝕溶液中的溶質(zhì)會有沉淀發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致腐蝕溶液中的濃度不是處處相等，也就是濃度分層的現(xiàn)象。此種現(xiàn)象直接會導(dǎo)致雖然硅片放入腐蝕溶液中的時(shí)間基本是處處相等的，但硅片上的不同部分的腐蝕深度是不同的，無法克服溫度分層和濃度分層的問題會直接導(dǎo)致刻蝕出的硅片無法使用。
[0070]為克服溫度不均勻和濃度不均勻的問題，磁力攪拌器所帶動的攪拌子在刻蝕反應(yīng)進(jìn)行的全程都在旋轉(zhuǎn)的，以使反應(yīng)器中的腐蝕溶液在刻蝕過程中的溫度時(shí)時(shí)處于處處相同狀態(tài)和腐蝕溶液處處均為等濃度的狀態(tài)，保證了硅片各個(gè)位置所進(jìn)行的刻蝕反應(yīng)是相同速率的，進(jìn)而使刻蝕出的硅片的結(jié)構(gòu)和圖形的一致性更好。圖4示出了使用現(xiàn)有技術(shù)的方法對硅片進(jìn)行刻蝕的成品放大圖，圖5示出了示出了使用本發(fā)明所提供的方法對硅片進(jìn)行刻蝕的成品放大圖。很直觀的能夠看出使用本發(fā)明所提供的可是方法后刻蝕出的硅片的結(jié)構(gòu)、圖形、尺寸的一致性更好了。
[0071]如圖3所示本發(fā)明還提供了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提供的深硅刻蝕方法的深硅刻蝕裝置，該裝置包括
[0072]反應(yīng)器5、反應(yīng)器蓋6、腐蝕架4、攪拌子3、磁力攪拌器2和腐蝕器1，
[0073]腐蝕器I呈一端開口的中空桶狀；
[0074]磁力攪拌器2呈置于腐蝕器I的內(nèi)部，且腐蝕器I通過磁力攪拌器2與腐蝕器I的接觸面支撐磁力攪拌器2 ；
[0075]反應(yīng)器5呈一端開口的中空桶狀，反應(yīng)器5置于腐蝕器I內(nèi)部，且磁力攪拌器2通過磁力攪拌器2與腐蝕器I的接觸面支撐反應(yīng)器5 ；
[0076]攪拌子3呈柱狀，并置于反應(yīng)器5底部；
[0077]腐蝕架4上設(shè)置有長條狀凹槽，與長條狀凹槽的開口相反的方向的腐蝕架4上還設(shè)置有支撐件，腐蝕架4通過支撐件與反應(yīng)器5底相連接，并使腐蝕架與反應(yīng)器5底部的距離大于攪拌子3沿長度方向橫截面的直徑，且使攪拌子3可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；
[0078]反應(yīng)器蓋6與反應(yīng)器5的開口端相配合，且活動連接，使反應(yīng)器5形成密封的中空腔體。
[0079]其中，腐蝕器I用于盛裝去水浴加熱中給腐蝕溶液傳導(dǎo)熱量所用的離子水，將磁力攪拌器2平放入腐蝕器I的底部，本發(fā)明中磁力攪拌器2的形狀優(yōu)選為長方形，當(dāng)然也可以是其他能夠支撐反應(yīng)器5的形狀。磁力攪拌器2通過導(dǎo)線與外部的控制盒電聯(lián)接，控制盒能夠來控制磁力攪拌器2的轉(zhuǎn)速。向反應(yīng)器5中注入腐蝕溶液，注入的腐蝕溶液達(dá)到能夠沒過立式放置的硅片7最高端，以保證硅片7處處能夠進(jìn)行腐蝕反應(yīng)。此處值得說明的是，之前向腐蝕器I中注入的去離子水的液面高度應(yīng)高于反應(yīng)器5內(nèi)的腐蝕溶液的液面高度，或與其持平，且低于反應(yīng)器5的杯壁上沿，使去離子水在給腐蝕溶液傳導(dǎo)熱量的同時(shí)，不會流入到腐蝕溶液內(nèi)部。再將反應(yīng)器5放置到磁力攪拌器2上面，反應(yīng)器5內(nèi)放置攪拌子3和腐蝕架4。腐蝕架4可以是任意形狀的，其功能是固定反應(yīng)所用的硅片7，同時(shí)，腐蝕架4不能夠影響攪拌子3進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。攪拌子3放置的位置是與磁力攪拌器2相對應(yīng)的，是由磁力攪拌器2帶動攪拌子3進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0080]此時(shí)便可以開啟磁力攪拌器2設(shè)定好轉(zhuǎn)速，待腐蝕器I內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度值時(shí)，將硅片7放入反應(yīng)器5中的腐蝕架4上，再用反應(yīng)器蓋6蓋住反應(yīng)器5，開始對硅片7的刻蝕。
[0081]值得說明的是，反應(yīng)器5的材質(zhì)優(yōu)選為聚丙烯材料，此種材質(zhì)支撐的反應(yīng)器5不與反應(yīng)溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也就不會影響到硅片7的刻蝕。磁力攪拌器2外殼優(yōu)選為不銹鋼材質(zhì)，其連接處或縫隙處用硅膠密封，使其具有深度防水功能，并通過攪拌器自帶的線纜與控制盒連接以控制轉(zhuǎn)速。支架為聚四氟乙烯材料，抗腐蝕，上有長條狀凹槽，凹槽的寬度稍大于硅片7厚度。硅片7立式放置于腐蝕架4上，并排以相同的間隔平行放置。
[0082]當(dāng)然，攪拌子3與反應(yīng)器5的接觸面積越小，攪拌子3在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候與反應(yīng)器5產(chǎn)生的摩擦力就越小，攪拌子3沿長度方向由中端向兩端漸縮的橄欖球狀。此種形狀的攪拌子3可以保證其以水平順時(shí)針方向勻速旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)的更加通暢。
[0083]下面通過一個(gè)具體的實(shí)施方案對本發(fā)明所提供的深硅刻蝕方法進(jìn)行說明:
[0084]本發(fā)明所提供的深硅刻蝕方法在開始前最好先將實(shí)驗(yàn)中所要使用到的設(shè)備進(jìn)行預(yù)處理。通常先將反應(yīng)器、量筒、攪拌子、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿鑷子、腐蝕架、溫度計(jì)等放置在超聲波清洗機(jī)內(nèi)進(jìn)行器皿清洗，超聲功率設(shè)置為600W，電流約為2A，超聲清洗時(shí)間約20min。
[0085]然后再向反應(yīng)器中注入腐蝕溶液，具體方法為:用量筒量取一定容量的四甲基氫氧化銨腐蝕溶液，質(zhì)量濃度為25%，燒杯傾斜45度，量筒沿?zé)诰徛谷霟?，最后將攪拌子、腐蝕架用鑷子夾住放入燒杯中，將磁力攪拌器平臺水平放入腐蝕槽底部，外接轉(zhuǎn)速控制盒，用以調(diào)整磁力攪拌器的旋轉(zhuǎn)速度。
[0086]然后向腐蝕槽內(nèi)加入去離子水，液面高度應(yīng)持平或略高于燒杯內(nèi)液面高度，設(shè)置好加熱溫度，打開加熱開關(guān)開始加熱。
[0087]將腐蝕溶液置于水浴中加熱至預(yù)定溫度，并通過磁力攪拌器對腐蝕溶液進(jìn)行攪拌，使腐蝕溶液內(nèi)部溫度均勻。
[0088]將準(zhǔn)備好的盛有腐蝕溶液的反應(yīng)器放入腐蝕槽中的磁力攪拌器的上進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱時(shí)間約30分鐘，同時(shí)打開磁力攪拌器，此時(shí)燒杯內(nèi)的攪拌子以順時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動，通過磁力攪拌器帶動攪拌子旋轉(zhuǎn)，使反應(yīng)器中的腐蝕溶液快速加熱，并且使腐蝕溶液的溫度更加均勻。
[0089]在達(dá)預(yù)熱30分鐘后，用溫度計(jì)測量燒杯內(nèi)腐蝕溶液是否達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度，并且檢驗(yàn)溫度是否穩(wěn)定，一般情況下溫度的溫差范圍應(yīng)小于0.5°C方可進(jìn)行后續(xù)的刻蝕工作。
[0090]腐蝕溶液溫度到達(dá)預(yù)先設(shè)定的溫度，并且溫度穩(wěn)定后，用已經(jīng)清洗好的耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿鑷子夾持清洗干凈的帶有掩膜硅片，豎直、立式放入腐蝕架上開始腐蝕。帶有掩膜的硅片是經(jīng)過光刻加工好，一側(cè)帶有第一掩膜、另一側(cè)帶有第二掩膜的硅片，且經(jīng)過去離子水清洗過的硅片，其中第一掩膜的開口位置與第二掩膜的開口位置不同。立式放置是指，將硅片以切邊向下的方向，垂直于腐蝕架，放入支架的開槽內(nèi)，此種放置方式可以使帶有掩膜的硅片與腐蝕架的接觸更加平穩(wěn)。當(dāng)然，腐蝕架的開槽寬度要略大于硅片厚度，保證不劃傷硅片表面，且硅片與開槽的垂直夾角小于或等于5度。[0091]腐蝕一定厚度后，用耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿的鑷子取出帶有掩膜的硅片，并用高純度去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈桑?br> [0092]將經(jīng)氮?dú)獯蹈傻膸в醒谀さ墓杵俅沃糜谒龈g溶液中。
[0093]腐蝕一定厚度后，用耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿的鑷子取出豎直置于腐蝕溶液中的硅片，用高純度去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈桑⒂涱A(yù)定厚度為H1，記硅片置于腐蝕溶液中的時(shí)間為T ；
[0094]用耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿的鑷子取出帶有掩膜的硅片，并用高純度去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈?
[0095]將經(jīng)氮?dú)獯蹈傻膸в醒谀さ墓杵俅沃糜谒龈g溶液中。
[0096]再次將硅片置于腐蝕溶液內(nèi)部，并計(jì)時(shí)；
[0097]用耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿的鑷子取出帶有掩膜的硅片，并用高純度去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈?
[0098]將經(jīng)氮?dú)獯蹈傻膸в醒谀さ墓杵俅沃糜谒龈g溶液中。
[0099]當(dāng)再次將硅片置于腐蝕溶液內(nèi)部的時(shí)間達(dá)到二次腐蝕時(shí)間時(shí)，用耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿的鑷子再次取出硅片，并用高純度去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈珊笕サ舻谝谎谀ど吓c第二掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，去掉第二掩膜上與第一掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，并記再次取出的硅片的腐蝕深度為H2，其中二次腐蝕時(shí)間=(硅片總厚度-H1-H3) *T/H1，H3為硅片總厚度的 15%-20% ；
[0100]將腐蝕深度為H2的硅片置于腐蝕溶液中，并計(jì)時(shí)；
[0101]用耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿的鑷子取出帶有掩膜的硅片，并用高純度去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈?
[0102]將經(jīng)氮?dú)獯蹈傻膸в醒谀さ墓杵俅沃糜谒龈g溶液中。
[0103]當(dāng)計(jì)時(shí)的時(shí)間達(dá)到剩余時(shí)間時(shí)，用耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿的鑷子取出腐蝕溶液中的硅片，得到腐蝕好的硅片，剩余時(shí)間的計(jì)算方式為，剩余時(shí)間=(硅片總厚度-H2) *T/H1。
[0104]將腐蝕好的硅片取出，并使用去離子水對腐蝕好的硅片進(jìn)行清洗，再用氮?dú)鈱ζ溥M(jìn)行吹干，去除了硅片表面殘留的腐蝕溶液，使其能夠長期進(jìn)行保存。
[0105]本發(fā)明所提供的深硅刻蝕方法，通過在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)之上，通過使用水浴加熱和攪拌子攪拌的方法使腐蝕溶液的溫度和藥液濃度變得均勻，從而使刻蝕出的硅片的結(jié)構(gòu)、圖形、尺寸一致了，也就是解決了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0106]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.深硅刻蝕方法，其特征在于，包括如下步驟: 將腐蝕溶液置于水浴中加熱至預(yù)定溫度，并通過磁力攪拌器對所述腐蝕溶液進(jìn)行攪拌，使所述腐蝕溶液內(nèi)部溫度均勻； 將帶有掩膜的硅片豎直置于所述腐蝕溶液中腐蝕； 將腐蝕好的硅片用去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈?，得到成品硅片?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深硅刻蝕方法，其特征在于，所述步驟將帶有掩膜的硅片豎直置于所述腐蝕溶液中腐蝕，具體包括如下步驟: 將一側(cè)帶有第一掩膜、另一側(cè)帶有第二掩膜的硅片豎直置于所述腐蝕溶液中腐蝕，使硅片腐蝕預(yù)定厚度，所述第一掩膜的開口位置與所述第二掩膜的開口位置不同； 取出所述豎直置于所述腐蝕溶液中的所述硅片，并記所述預(yù)定厚度為H1，記所述硅片置于所述腐蝕溶液中的時(shí)間為T ； 再次將所述硅片置于所述腐蝕溶液內(nèi)部，并計(jì)時(shí)； 當(dāng)再次將所述硅片置于所述腐蝕溶液內(nèi)部的時(shí)間達(dá)到二次腐蝕時(shí)間時(shí)，再次取出所述硅片，去掉所述第一掩膜上與所述第二掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，去掉所述第二掩膜上與所述第一掩膜開口相對應(yīng)位置的掩膜，并記所述再次取出的所述硅片的腐蝕深度為H2，其中所述二次腐蝕時(shí)間=(硅片總厚度-H1-H3) *T/H1，H3為硅片總厚度的15%_20% ； 將所述腐蝕深度為H2的所述硅片置于所述腐蝕溶液中，并計(jì)時(shí)； 當(dāng)所述計(jì)時(shí)的時(shí)間達(dá)到剩余時(shí)間時(shí)取出`所述腐蝕溶液中的所述硅片，得到腐蝕好的硅片，所述剩余時(shí)間的計(jì)算方式為，剩余時(shí)間=(硅片總厚度-H2) *T/H1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深硅刻蝕方法，其特征在于，在所述步驟將一側(cè)帶有第一掩膜、另一側(cè)帶有第二掩膜的硅片豎直置于所述腐蝕溶液中腐蝕，使硅片腐蝕預(yù)定厚度之后，在所述步驟取出所述豎直置于所述腐蝕溶液中的所述硅片之前還包括步驟，臨時(shí)清洗硅片，具體為: 取出所述帶有掩膜的硅片，并用高純度去離子水清洗并經(jīng)氮?dú)獯蹈桑? 將經(jīng)氮?dú)獯蹈傻乃鰩в醒谀さ墓杵俅沃糜谒龈g溶液中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的深硅刻蝕方法，其特征在于，所述步驟臨時(shí)清洗硅片為多次。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深硅刻蝕方法，其特征在于，所述腐蝕溶液為質(zhì)量濃度25%的四甲基氫氧化銨腐蝕溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深硅刻蝕方法，其特征在于，所述步驟將腐蝕溶液置于水浴中加熱至預(yù)定溫度，并通過磁力攪拌器對所述腐蝕溶液進(jìn)行攪拌，使所述腐蝕溶液內(nèi)部溫度均勻中，所述預(yù)定溫度為80度-85度。
7.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的深硅刻蝕方法的深硅刻蝕裝置，其特征在于，包括反應(yīng)器、反應(yīng)器蓋、腐蝕架、攪拌子、磁力攪拌器和腐蝕器， 所述腐蝕器呈一端開口的中空桶狀； 所述磁力攪拌器呈置于所述腐蝕器的內(nèi)部，且所述腐蝕器通過所述磁力攪拌器與所述腐蝕器的接觸面支撐所述磁力攪拌器； 所述反應(yīng)器呈一端開口的中空桶狀，所述反應(yīng)器置于所述腐蝕器內(nèi)部，且所述磁力攪拌器通過所述磁力攪拌器與所述腐蝕器的接觸面支撐所述反應(yīng)器； 所述攪拌子呈柱狀，并置于所述反應(yīng)器底部；所述腐蝕架上設(shè)置有長條狀凹槽，與所述長條狀凹槽的開口相反的方向的腐蝕架上還設(shè)置有支撐件，所述腐蝕架通過所述支撐件與所述反應(yīng)器底部相連接，并使所述腐蝕架與反應(yīng)器底部的距離大于所述攪拌子沿長度方向橫截面的直徑，且使所述攪拌子可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)； 所述反應(yīng)器蓋與所述反應(yīng)器的開口端相配合，且活動連接，使所述反應(yīng)器形成密封的中空腔體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的深硅刻蝕裝置，其特征在于，所述攪拌子沿長度方向由中端向兩端漸縮的橄欖球狀。`
【文檔編號】H01L21/67GK103762160SQ201410042467
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】郭子超, 虢曉雙, 張旭, 肖定邦, 張歡, 侯占強(qiáng), 吳光躍, 吳學(xué)忠 申請人:北京華力創(chuàng)通科技股份有限公司