專利名稱：利用液相外延技術(shù)制作微型硅構(gòu)件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微型半導(dǎo)體構(gòu)件制造的方法。
微型硅構(gòu)件是一種具有應(yīng)用前景的微型機(jī)械部件，可應(yīng)用于微型傳感器，微型機(jī)器等方面。然而要制作尺度極小的構(gòu)件(如微米或幾十微米的機(jī)械構(gòu)件)，用常規(guī)的切割、磨削、拋光工藝顯然是很不合適也不方便。
本發(fā)明的目的是提供一種利用液相外延技術(shù)制作微型硅構(gòu)件的方法，能方便地獲得所需形狀的微型硅構(gòu)件。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)先將襯底硅片氧化，然后通過硅集成電路工藝中的光刻技術(shù)在氧化膜上開出與構(gòu)件形狀相似的窗口，露出襯底硅，保留其余部分的二氧化硅；2)將硅片浸入經(jīng)硅飽和的金屬熔體，降低熔體的溫度，液相外延生長硅構(gòu)件，并形成橫向外延層，通過對生長時溫度變化及外延時間的控制，可以獲得所需的尺寸；3)利用外延構(gòu)件與硅底層電阻率的不同，通過化學(xué)腐蝕，使外延生長的硅構(gòu)件與硅襯底分離。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益的效果是傳統(tǒng)的機(jī)械加工很難加工象硅這樣又硬又脆的微型構(gòu)件，而純粹的化學(xué)腐蝕加工微型構(gòu)件十分費(fèi)時。利用液相外延技術(shù)能方便地加工出形狀各異，尺寸可小到幾微米的機(jī)械構(gòu)件，而且所用的襯底可以重復(fù)使用，使硅材料的利用率大大提高。
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的敘述。


圖1是重?fù)絇型襯底上外延構(gòu)件圖；圖2是輕摻襯底上外延構(gòu)件圖。
首先把襯底硅片氧化，然后利用光刻技術(shù)在氧化膜上開出與構(gòu)件形狀相似(尺寸不相同)的窗口，如條狀、方片狀、圓盤狀、圓環(huán)狀、網(wǎng)柵狀等等。露出襯底硅，保留其余部分的二氧化硅，然后將此硅片放入液相外延裝置中(如坩堝)進(jìn)行外延生長。由于開始時外延生長只在無氧化層的窗口處進(jìn)行，而留有氧化膜的地方不會外延上硅，因此生長出的外延層的開頭與窗口相同。但當(dāng)外延層厚度超過氧化膜厚度后，依據(jù)所用硅片的取向及外延條件，會發(fā)生一定的橫向生長，其橫向尺寸與外延條件有關(guān)。實際操作中可以通過改變氧化層的厚度、窗口大小、外延條件控制橫向生長速率，獲得所需的尺寸。
液相外延生長要有合適的熔體，可以利用液態(tài)的錫、鎵、銦等金屬作為熔體。在高溫下(對錫而言，此溫度約960℃)把金屬熔化，并放入硅片使金屬熔體中的硅含量達(dá)到飽和。降低熔體的溫度，熔體中的硅就處于過飽和狀態(tài)。此時把經(jīng)氧化光刻后的硅片放入此熔體中，并按一定規(guī)律降低熔體的溫度，就會在硅片上開有窗口的地方不斷地外延生長硅。達(dá)到所需的厚度后(數(shù)倍于氧化層厚度)，把硅片從熔體中提出，進(jìn)入腐蝕工序。
外延生長結(jié)束后，可通過化學(xué)腐蝕方法(如氫氟酸，HF∶HNO3∶CH3COOH＝1∶3∶8)腐蝕掉二氧化硅膜，并將構(gòu)件與襯底分離。由于橫向生長，窗口附近二氧化硅上的外延硅層的尺寸可以比窗口寬度大得多(幾倍至幾十倍)，加上氧化層上橫向生長的外延層厚度比窗口內(nèi)外延層的厚度大得多，因此最先腐蝕完的地方為窗口內(nèi)的外延層，這樣就實現(xiàn)了構(gòu)件與襯底分離。為了使分離更加容易，襯底4可以用重?fù)降腜型硅(如電阻率小于0.01Ωcm)，而外延層2則不摻雜或輕摻雜，見圖1。由于重?fù)絇型硅的腐蝕速率較輕摻或不摻雜的硅高得多，因此可通過化學(xué)方法將襯底與外延好構(gòu)件分離。如果襯底不是重?fù)絇型，而采用輕摻雜硅襯底5，則可以預(yù)先在窗口1中生長一層重?fù)絇型外延層6，然后再生長輕摻或不摻雜的構(gòu)件，見圖2。這樣能更容易地通過擇優(yōu)化學(xué)腐蝕將構(gòu)件與硅襯底分離。圖1、圖2中1為窗口，2為外延層，3為氧化層。
實施例在重?fù)絇型(100)硅襯底(電阻率0.01Ωcm)上進(jìn)行了條狀微型硅構(gòu)件試制。硅片經(jīng)1050℃干氧氧化10小時，氧化層的厚度為0.35微米，光刻后窗口寬度為5微米，長度為1毫米。外延生長在經(jīng)硅飽和的錫熔體中進(jìn)行，開始外延生長溫度為960℃，降溫速率為每分鐘0.25℃。外延生長時間為1小時，總厚度為50微米。生長結(jié)束后將硅片從熔體中去出，并用氫氟酸去除二氧化硅，然后在腐蝕液(HF∶HNO3∶CH3COOH＝1∶3∶8)中進(jìn)行腐蝕，獲得長1毫米寬40微米的細(xì)長條狀的構(gòu)件。
權(quán)利要求
1.利用液相外延技術(shù)制作微型硅構(gòu)件的方法，其特征在于1)先將襯底硅片氧化，然后通過硅集成電路工藝中的光刻技術(shù)在氧化膜上開出與構(gòu)件形狀相似的窗口，露出襯底硅，保留其余部分的二氧化硅；2)將硅片浸入經(jīng)硅飽和的金屬熔體，降低熔體的溫度，液相外延生長硅構(gòu)件，并形成橫向外延層，通過對生長時溫度變化及外延時間的控制，可以獲得所需的尺寸；3)利用外延構(gòu)件與硅底層電阻率的不同，通過化學(xué)腐蝕，使外延生長的硅構(gòu)件與硅襯底分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液相外延技術(shù)制作微型硅構(gòu)件的方法，其特征在于襯底[4]用重?fù)降腜型硅，而外延層[2]則不摻雜或輕摻雜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液相外延技術(shù)制作微型硅構(gòu)件的方法，其特征在于襯底[5]用輕摻硅襯底，預(yù)先在窗口[1]中生長一層重?fù)絇型外延層[6]。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液相外延技術(shù)制作微型硅構(gòu)件的方法，其特征在于所述的金屬熔體為液態(tài)錫、鎵、銦。
全文摘要
利用液相外延技術(shù)制作微型硅構(gòu)件的方法,先將襯底硅片氧化,然后在氧化膜上開出所需構(gòu)件形狀的窗口,露出硅底層,將硅片浸入經(jīng)硅飽和的金屬熔體中,利用硅液相外延法在窗口上外延生長硅構(gòu)件。由于外延構(gòu)件與硅襯底電阻率的不同,通過化學(xué)腐蝕將構(gòu)件與襯底分離,由此即可制造所需形狀的微型硅的構(gòu)件,而且所用的襯底可以重復(fù)使用,使硅材料的利用率大大提高。
文檔編號H01L21/02GK1259761SQ99127558
公開日2000年7月12日 申請日期1999年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月29日
發(fā)明者季振國, 樊瑞新, 袁駿, 闕端麟 申請人:浙江大學(xué)