硅襯底及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種具有周期性正金字塔結(jié)構(gòu)的硅襯底及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息社會(huì)的發(fā)展，微機(jī)械加工技術(shù)被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，尤其是應(yīng)用于各種微傳感器的制作過(guò)程中。微結(jié)構(gòu)的制作是微機(jī)械加工技術(shù)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，硅的各向異性濕法腐蝕是其中最重要的一種。到目前為止，最常用的硅各向異性腐蝕液是已二胺+鄰本二酚(EPW)水溶液、氫氧化鉀(KOH)水溶液及四甲基氫氧化銨(TMAH)水溶液。已二胺+鄰本二酚因?yàn)橛袆《?，不常采用；氫氧化鉀在反?yīng)中引入金屬離子會(huì)影響微結(jié)構(gòu)的性能，而且對(duì)二氧化硅腐蝕速率高；四甲基氫氧化銨無(wú)毒，能與IC工藝兼容，不引入金屬離子，不腐蝕二氧化硅和氮化硅，是目前制備硅微結(jié)構(gòu)的最常用的腐蝕劑。
[0003]在硅襯底上利用腐蝕液對(duì)其的各向異性腐蝕，倒金字塔結(jié)構(gòu)的制備以及無(wú)序隨機(jī)分布的正金字塔結(jié)構(gòu)制備已經(jīng)非常成熟，但規(guī)則排布的正金字塔結(jié)構(gòu)的制備方法一直備受關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種硅襯底及其制備方法，以得到具有周期性正金字塔結(jié)構(gòu)的硅襯底。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明提供一種硅襯底，由晶體硅構(gòu)成，其表面為晶體硅的(100)晶面，硅襯底包括:
[0008]基底；以及
[0009]在基底之上形成的多個(gè)周期性排布的正金字塔結(jié)構(gòu)，正金字塔結(jié)構(gòu)是指底面為正方形的四棱錐晶體結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明還提供一種硅襯底的制備方法，包括:
[0011]步驟I，在晶體硅的表面上生長(zhǎng)氧化硅層；
[0012]步驟2，在氧化硅層上涂光刻膠，使用光刻板進(jìn)行光刻，其中，光刻板的光刻圖形為周期性排布的正方形，使氧化硅層上具有周期性排布的正方形光刻膠；
[0013]步驟3，腐蝕無(wú)光刻膠覆蓋的氧化硅層，去膠，使得在晶體硅上具有周期性排布的正方形氧化硅層；
[0014]步驟4:采用正方形氧化硅層作為掩膜，對(duì)晶體硅的非圖形區(qū)域再次進(jìn)行腐蝕，將非圖形區(qū)域腐蝕出V型溝槽，氧化硅層隨腐蝕時(shí)間增加不斷變小，直至消失；
[0015]步驟5:去除殘留的氧化硅，形成表面上排布有周期性正金字塔結(jié)構(gòu)的硅襯底。
[0016]其中，正方形圖案是透光的，所述光刻采用負(fù)膠。
[0017]其中，正方形圖案是不透光的，所述光刻采用正膠。
[0018](三)有益效果
[0019]1.本發(fā)明采用原來(lái)制備倒金字塔結(jié)構(gòu)的光刻板，將原來(lái)的正膠光刻變?yōu)樨?fù)膠光亥|J，或?qū)⒃瓉?lái)負(fù)膠光刻變?yōu)檎z光刻，使得在所述硅襯底的正方形處保留氧化硅層，然后腐蝕硅襯底非圖形區(qū)域的氧化硅層，使得在硅襯底的正方形處保留氧化硅層，對(duì)硅襯底的非圖形區(qū)域再次進(jìn)行腐蝕，將非圖形區(qū)域腐蝕出V型溝槽，氧化硅層隨腐蝕時(shí)間增加不斷變小，直至消失，所以在硅襯底上成功形成了規(guī)則排布的正金字塔結(jié)構(gòu)。
[0020]2.本發(fā)明成功制備出具有周期性正金字塔結(jié)構(gòu)的硅襯底，為硅襯底器件提供了一種新的襯底結(jié)構(gòu)，為硅基電力電子器件的制備提供了一種新的方法。
[0021]3.本發(fā)明提供的周期性排布的正金字塔結(jié)構(gòu)相對(duì)于倒金字塔結(jié)構(gòu)更適合在硅襯底上進(jìn)行外延。在硅襯底上制備出圖形襯底(如有序排布倒金字塔結(jié)構(gòu))進(jìn)行外延的技術(shù)具有很大的應(yīng)用潛力，但是由于金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)外延時(shí)氣流方向的原因，水平氣流會(huì)在垂直方向形成梯度并且對(duì)于深度過(guò)深的圖形，氣流到達(dá)不了圖形結(jié)構(gòu)的底部，造成外延結(jié)構(gòu)垂直方向不均勻，而有序排布的正金字塔結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)這種情況，從而得到更好質(zhì)量的外延層。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的硅襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的硅襯底的制備方法流程圖。
[0024]圖3 (a)?3 (c)是本發(fā)明的硅襯底的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明提供一種硅襯底，由晶體硅構(gòu)成，其表面為晶體硅的(100)晶面，硅襯底包括基底10以及在基底之上形成的多個(gè)周期性排布的正金字塔結(jié)構(gòu)11，正金字塔結(jié)構(gòu)11是指底面為正方形的四棱錐晶體結(jié)構(gòu)，正金字塔結(jié)構(gòu)的側(cè)面為(111)晶面，硅襯底10為N型或P型硅襯底。
[0027]采用本發(fā)明的具有周期性正金字塔結(jié)構(gòu)的硅襯底，為硅襯底器件提供了一種新的襯底結(jié)構(gòu)，為硅基電力電子器件的制備提供了一種新的方法；另外，在金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)外延時(shí)，水平氣流會(huì)在垂直方向形成梯度，通過(guò)采用本發(fā)明的正金字塔結(jié)構(gòu)，使氣流能到達(dá)圖形結(jié)構(gòu)的底部，使得外延結(jié)構(gòu)垂直方向均勻，從而得到更好質(zhì)量的外延層，故周期性排布的正金字塔結(jié)構(gòu)相對(duì)于倒金字塔結(jié)構(gòu)更適合在硅襯底上進(jìn)行外延。
[0028]根據(jù)圖1所示的硅襯底，本發(fā)明還提供一種硅(100)襯底的制備方法，如圖2所示，方法包括:
[0029]步驟I，在晶體硅的表面上生長(zhǎng)氧化硅層；
[0030]步驟2，在所述氧化硅層上涂光刻膠，使用光刻板進(jìn)行光刻，其中，光刻板的光刻圖形為周期性排布的正方形，使所述氧化硅層上具有周期性排布的正方形光刻膠；
[0031]步驟3，腐蝕無(wú)光刻膠覆蓋的氧化硅層，去膠，使得在所述晶體硅上具有周期性排布的正方形氧化硅層；
[0032]步驟4:采用所述正方形氧化硅層作為掩膜，對(duì)晶體硅的非圖形區(qū)域再次進(jìn)行腐蝕，將非圖形區(qū)域腐蝕出V型溝槽，所述氧化硅層隨腐蝕時(shí)間增加不斷變小，直至消失；
[0033]步驟5:去除殘留的氧化硅，形成表面上排布有周期性正金字塔結(jié)構(gòu)的硅襯底。
[0034]其中，在步驟2中，若正方形圖案是透光的，則采用負(fù)膠進(jìn)行光刻；若正方形圖案是不透光的，則采用正膠進(jìn)行光刻。在步驟2中，由于采用原來(lái)制備倒金字塔結(jié)構(gòu)的光刻板，將原來(lái)的正膠光刻變?yōu)樨?fù)膠光刻，或?qū)⒃瓉?lái)負(fù)膠光刻變?yōu)檎z光刻，使得在所述晶體硅的正方形處保留氧化硅層，然后腐蝕晶體硅非圖形區(qū)域的氧化硅層，使得在晶體硅的正方形處保留氧化硅層，對(duì)晶體硅的非圖形區(qū)域再次進(jìn)行腐蝕，將非圖形區(qū)域腐蝕出V型溝槽，所述氧化硅層隨腐蝕時(shí)間增加不斷變小，直至消失，所以在硅襯底上成功形成了規(guī)則排布的正金字塔結(jié)構(gòu)。
[0035]根據(jù)圖2所示的方法，結(jié)合具體實(shí)施例，方法包括:
[0036]10:對(duì)N型或P型硅(100)的襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗；
[0037]20:在晶體硅之上通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)或熱氧化生長(zhǎng)氧化娃層;
[0038]30:在氧化硅層上涂光刻膠，使用光刻板進(jìn)行光刻，其中，光刻板的光刻圖形為周期性排布的正方形，使所述氧化硅層上具有周期性排布的正方形光刻膠；
[0039]40:用緩沖氧化刻蝕劑(BOE)腐蝕無(wú)光刻膠覆蓋的氧化硅層，去膠，使得在所述晶體硅上具有周期性排布的正方形氧化硅層；
[0040]50:采用正方形的氧化硅層作為掩膜，采用四甲基氫氧化銨(TMAH)與異丙醇(IPA)的混合溶液或者氫氧化鉀溶液對(duì)晶體硅的非圖形區(qū)域再次進(jìn)行腐蝕，將非圖形區(qū)域腐蝕出V型溝槽，所述氧化硅層隨腐蝕時(shí)間增加不斷變小，直至消失，其中，腐蝕硅的腐蝕液對(duì)氧化硅的腐蝕速率約為lnm/min，氧化硅層要足夠厚保證腐蝕硅的時(shí)間內(nèi)不會(huì)被腐蝕透。
[0041]60:用緩沖氧化刻蝕劑(BOE)去除殘留的氧化硅，對(duì)襯底進(jìn)行清洗，得到表面上排布有周期性正金字塔結(jié)構(gòu)的硅襯底。
[0042]如圖3(a)?3(c)所示，本發(fā)明的硅襯底的正金字塔結(jié)構(gòu)能使氣流到達(dá)圖形結(jié)構(gòu)的底部，使得外延結(jié)構(gòu)垂直方向均勻，從而得到更好質(zhì)量的外延層，更適合在硅襯底上進(jìn)行外延。
[0043]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種娃襯底，由晶體娃構(gòu)成，其表面為晶體娃的(100)晶面，其特征在于，所述娃襯底包括: 基底；以及 在基底之上形成的多個(gè)周期性排布的正金字塔結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底，所述正金字塔結(jié)構(gòu)是指底面為正方形的四棱錐晶體結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底，所述硅襯底為N型或P型硅襯底。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底，所述正金字塔結(jié)構(gòu)的側(cè)面為晶體硅的(111)晶面。5.一種制備權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)硅襯底的方法，其特征在于，方法包括: 步驟I，在晶體硅的表面上生長(zhǎng)氧化硅層； 步驟2，在所述氧化硅層上涂光刻膠，使用光刻板進(jìn)行光刻，其中，光刻板的光刻圖形為周期性排布的正方形，使所述氧化硅層上具有周期性排布的正方形光刻膠； 步驟3，腐蝕無(wú)光刻膠覆蓋的氧化硅層，去膠，使得在晶體硅上具有周期性排布的正方形氧化硅層； 步驟4:采用所述正方形氧化硅層作為掩膜，對(duì)晶體硅的非圖形區(qū)域再次進(jìn)行腐蝕，將非圖形區(qū)域腐蝕出V型溝槽，所述氧化硅層隨腐蝕時(shí)間增加不斷變小，直至消失； 步驟5:去除殘留的氧化硅，形成表面上排布有周期性正金字塔結(jié)構(gòu)的硅襯底。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，在所述步驟2中，所述正方形光刻圖形是透光的，所述光刻采用負(fù)膠。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，在所述步驟2中，所述正方形光刻圖形是不透光的，所述光刻采用正膠。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，在所述步驟3中，采用緩沖氧化刻蝕劑BOE對(duì)無(wú)光刻膠覆蓋的氧化硅層進(jìn)行腐蝕。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，在所述步驟4中，采用四甲基氫氧化銨TMAH與異丙醇IPA的混合溶液或者氫氧化鉀溶液對(duì)晶體硅的非圖形區(qū)域再次進(jìn)行腐蝕。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅襯底，所述正金字塔結(jié)構(gòu)之間的間距等于所述光刻板上正方形的間距。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種硅襯底及其制備方法，由晶體硅構(gòu)成，其表面為晶體硅的(100)晶面，硅襯底包括基底以及在基底之上形成的多個(gè)周期性排布的正金字塔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明成功制備出具有周期性正金字塔結(jié)構(gòu)的硅襯底，為硅襯底器件提供了一種新的襯底結(jié)構(gòu)，為硅基電力電子器件的制備提供了一種新的方法，周期性排布的正金字塔結(jié)構(gòu)相對(duì)于倒金字塔結(jié)構(gòu)更適合在硅襯底上進(jìn)行外延。
【IPC分類(lèi)】H01L21/02, C23F1/02
【公開(kāi)號(hào)】CN104975293
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510266643
【發(fā)明人】袁國(guó)棟, 王克超, 李晉閩, 吳瑞偉, 黃芳, 王樂(lè)
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年5月22日