專利名稱：用于硅表面蝕刻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于硅表面蝕刻的方法，特別是用于硅晶圓表面的濕化學(xué)、金字塔紋理蝕刻的方法。
背景技術(shù)：
EP 0 944 114B1描述了一種硅表面的濕化學(xué)、金字塔紋理蝕刻的方法，在用于該方法的蝕刻液中除了其他成分還添加了異丙醇和乙二醇。使用這種已知的蝕刻液在硅表面上制成金字塔蝕刻紋理需要至少25至30分鐘相對(duì)長(zhǎng)的處理時(shí)間以及80°C至85°C相對(duì)高的處理溫度。此外，利用已知的蝕刻液制成的金字塔蝕刻紋理不具有特別良好的同質(zhì)性。處理后的硅表面在由此產(chǎn)生的多個(gè)金字塔的密度、尺寸和粒度分布方面尤其相異。這種已知蝕刻液的另一缺陷在于在蝕刻反應(yīng)期間由蒸發(fā)的異丙醇和釋放的氫會(huì)形成爆炸性混合物。由于這個(gè)原因，必須不斷地吸掉容納該蝕刻液的處理池上方的空氣。這種已知蝕刻液的又一缺陷在于，在使用蝕刻液8至10次之后，金字塔蝕刻紋理的質(zhì)量明顯降低。為了保證足夠的蝕刻紋理質(zhì)量，需要相對(duì)頻繁地更換蝕刻液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是消除現(xiàn)有技術(shù)的一些缺陷。特別地，具體提供一種能夠在硅表面上快速且容易地制成同質(zhì)的金字塔蝕刻紋理的方法。特別地，提高了金字塔蝕刻紋理的質(zhì)量和工藝效率。根據(jù)本發(fā)明的又一目的，提出一種新的應(yīng)用。該目的由權(quán)利要求1、13和15的特征解決。本發(fā)明的有益實(shí)施例源于權(quán)利要求2 至12、14以及16和17的特征。根據(jù)本發(fā)明，所提出的一種用于硅表面蝕刻的方法具有下列步驟提供具有50°C至95°C溫度的包含至少一種水膠體的含水堿性水膠體蝕刻液，將所述硅表面與所述水膠體蝕刻液接觸一段指定的時(shí)間，以及從所述硅表面去除所述水膠體蝕刻液。使用根據(jù)本發(fā)明提出的所述水膠體蝕刻液，可以減少或避免添加異丙醇。令人驚訝的結(jié)果是水膠體的添加縮短了蝕刻工藝的持續(xù)時(shí)間，同時(shí)金字塔蝕刻紋理能夠獲得出色的均質(zhì)質(zhì)量。在本發(fā)明的意義中，“多種水膠體”應(yīng)理解為作為膠體溶解在水中并且表現(xiàn)出很強(qiáng)的凝膠化能力的多糖和蛋白質(zhì)組?！耙环N水膠體”應(yīng)理解為由某個(gè)化學(xué)成分定義的水膠體。所提出的方法特別適用于在硅晶圓的硅表面上制備金字塔蝕刻紋理。但除此之夕卜，本發(fā)明提供的方法還適用于光學(xué)或電化學(xué)傳感器的濕化學(xué)結(jié)構(gòu)蝕刻、催化劑、電極等。待處理的硅表面具有(100)取向。利用本發(fā)明提供的方法制備的蝕刻金字塔具有 (111)表面。水膠體蝕刻液與硅表面相接觸的持續(xù)時(shí)間影響所形成的蝕刻金字塔的尺寸。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將根據(jù)待形成的蝕刻金字塔的尺寸選擇適當(dāng)?shù)某掷m(xù)時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，所述水膠體蝕刻液中包含的所述至少一種水膠體的濃度為0. 01至2. 0克/升、優(yōu)選地0. 01至0. 99克/升。所述水膠體蝕刻液的溫度有利地設(shè)置在65°C至90°C、優(yōu)選地68°C至85°C。此外，已證明所述硅表面與水膠體蝕刻液相接觸的時(shí)間為5至25分鐘、優(yōu)選地10至20分鐘是有利地。在10分鐘的接觸時(shí)間以及65°C至 70°C內(nèi)的溫度范圍下已經(jīng)能夠獲得出色的結(jié)果。所形成的金字塔蝕刻紋理在蝕刻金字塔的密度、尺寸和粒度分布方面呈現(xiàn)優(yōu)異的同質(zhì)性。根據(jù)又一有利實(shí)施例，該水膠體蝕刻液通過(guò)將至少一種水膠體添加到含水蝕刻液中制成。因此，該含水蝕刻液可以通過(guò)將堿金屬氫氧化物溶解在水中制成。特別地，KOH或 NaOH可以用作該堿金屬氫氧化物。也可以使用前述堿金屬氫氧化物的混合物。有利地，所述水膠體蝕刻液中包含的所述堿金屬氫氧化物的濃度為10至90克/ 升、優(yōu)選地15至30克/升。根據(jù)本發(fā)明提供的方法的又一實(shí)施例，下列多種水膠體的至少一種作為水膠體被添加到含水溶液中淀粉、纖維素、纖維素醚、果膠、阿拉伯膠、瓊脂、海藻酸鈉、右旋糖酐、明膠、黃原膠。在這個(gè)意義上，已證明將含水溶液中的至少一種水膠體添加到蝕刻液中來(lái)制備水膠體蝕刻液是特別有利的。由此，該含水溶液有利地是堿性的。該水膠體蝕刻液也可以包含異丙醇。令人驚訝的結(jié)果是，將水膠體添加到包含異丙醇的傳統(tǒng)蝕刻液中引起蝕刻紋理的顯著改進(jìn)。特別地，被認(rèn)為是已經(jīng)失效無(wú)法再用的傳統(tǒng)蝕刻液可以通過(guò)添加至少一種水膠體而被再生，從而能夠顯著延長(zhǎng)使用時(shí)間。換句話說(shuō)， 可以顯著增加待處理襯底的數(shù)量，由此提高傳統(tǒng)蝕刻液的效率。根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提出包含至少一種水膠體以及KOH或NaOH的含水溶液的水膠體蝕刻液的應(yīng)用，用以調(diào)節(jié)容納用于硅表面蝕刻的蝕刻液的池。所提出的對(duì)該池的調(diào)節(jié)或預(yù)處理驚人地導(dǎo)致隨后加入的含異丙醇的傳統(tǒng)蝕刻液的效率顯著增加。用于調(diào)節(jié)該池的水膠體蝕刻液中包含的水膠體的濃度有利地為0. 01至2. 0克/ 升、優(yōu)選地0.01至0. 99克/升。根據(jù)本發(fā)明的又一方案，提出至少一種水膠體作為添加劑添加到用于硅表面蝕刻的包含異丙醇的含水堿性蝕刻液中的應(yīng)用。由此，所述至少一種水膠體能夠以一定數(shù)量添加到所述蝕刻液中，使得所獲得的水膠體溶液的濃度為0. 01至2. 0克/升、優(yōu)選地0. 01至 0. 99克/升。所提出的將水膠體作為添加劑添加到用于硅表面蝕刻的傳統(tǒng)蝕刻液中的應(yīng)用特別是在硅表面的金字塔紋理蝕刻方面獲得驚人的出色結(jié)果。根據(jù)前述的應(yīng)用，所述至少一種水膠體有利地選自以下組中淀粉、纖維素、纖維素醚、果膠、阿拉伯膠、瓊脂、海藻酸鈉、右旋糖酐、明膠、黃原膠。當(dāng)然，還可以使用幾種水膠體的混合物制備水膠體蝕刻液。


現(xiàn)在將基于附圖使用實(shí)例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。附圖列出如下圖1是在硅表面(50X50 μ m)上的第一金字塔蝕刻紋理；以及圖2是在硅表面(50X50 μ m)上的第二金字塔蝕刻紋理。
具體實(shí)施例方式為了制備如圖1中所示的金字塔蝕刻紋理，所使用的水膠體蝕刻液由含水蝕刻液和包含水膠體的含水堿性溶液制成。該含水蝕刻液通過(guò)將1250克的KOH溶解在90升的水中制成。該包含水膠體的含水溶液通過(guò)將羧甲基纖維素和果膠溶解在4升的水中制成。羧甲基纖維素和果膠的重量比為約8 1。隨后，包含多種水膠體的含水溶液與該含水蝕刻液混合。將硅晶圓浸泡在80°C溫度下的由此制備的水膠體蝕刻液中持續(xù)20分鐘的處理時(shí)間。如圖1中所示，以此方法制成的表面所具有的蝕刻金字塔的尺寸在約2至5μπι的范圍內(nèi)。在該硅晶圓的每個(gè)硅表面上蝕刻共10 μ m。對(duì)于另一種水膠體蝕刻液，該含水蝕刻液通過(guò)將3600克的KOH顆粒溶解在90升的水中制成。包含多種水膠體的含水溶液，即優(yōu)選6 1比例的羧甲基纖維素和果膠添加到該含水蝕刻液中。由此制備的水膠體蝕刻液被加熱到75°C。在10分鐘的處理過(guò)程中，在硅表面上可以形成金字塔蝕刻紋理，其中蝕刻金字塔具有約12 μ m的平均尺寸。圖2示出在硅表面上制成的金字塔蝕刻紋理。在圖1和圖2中所示的硅表面的截面尺寸均為50X50 μ m。為了制備用于使例如包含異丙醇的傳統(tǒng)蝕刻液再生的添加劑，制備含0. 3至0. 9 克/升、優(yōu)選地0. 5至0. 7克/升的多種水膠體的含水溶液。例如為羧甲基纖維素和果膠的混合物。所述羧甲基纖維素和果膠的重量比可以為6 1至約8 1。所提出的添加劑按照一定的數(shù)量被添加到傳統(tǒng)蝕刻液中，使得該蝕刻液含有約10至30毫克、優(yōu)選地15至 20毫克的水膠體。由于該添加劑的作用，與傳統(tǒng)蝕刻液相比，被處理的硅晶圓的數(shù)量增加一倍，同時(shí)保持相同的蝕刻質(zhì)量。使用該添加劑能夠多次使該蝕刻液再生。在前述實(shí)例中，包含多種水膠體的含水溶液中羧甲基纖維素與果膠的混合比例有利地為6 1至8 1。水膠體蝕刻液中的水膠體的濃度有利地為0.1至2.0克/升。特別地，水膠體果膠與另一水膠體、優(yōu)選地纖維素、特別是羧甲基纖維素的組合物被認(rèn)為是有利的，這是因?yàn)楫?dāng)使用具有最大為2. 0克/升的相對(duì)低的水膠體總濃度的水膠體蝕刻液時(shí)，金字塔紋理蝕刻已經(jīng)獲得出色的效率和質(zhì)量。多種水膠體纖維素/果膠的組合物可以包含50% (重量)以上、優(yōu)選地60% (重量)以上、特別優(yōu)選地70% (重量)以上的纖維素。其余的由果膠構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.用于硅表面蝕刻的方法，包括下列步驟提供50°C至95°C溫度的包含至少一種水膠體的含水堿性水膠體蝕刻液，將所述硅表面與所述水膠體蝕刻液接觸一段指定的時(shí)間，以及從所述硅表面去除所述水膠體蝕刻液。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水膠體蝕刻液中包含的所述至少一種水膠體的濃度為0. 01至2. 0克/升、優(yōu)選地0. 01至0. 99克/升。
3.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述水膠體蝕刻液的溫度設(shè)置在65°C至 90 "C。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述硅表面與所述水膠體蝕刻液接觸的時(shí)間為5至25分鐘、優(yōu)選地10至20分鐘。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述水膠體蝕刻液通過(guò)將至少一種水膠體添加到含水蝕刻液中制成。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述含水蝕刻液通過(guò)將堿金屬氫氧化物溶解在水中制成。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中KOH或NaOH用作所述堿金屬氫氧化物。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述水膠體蝕刻液中包含的所述堿金屬氫氧化物的濃度為10至90克/升、優(yōu)選地15至30克/升。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中下列水膠體的至少一種作為水膠體被添加到含水蝕刻液中淀粉、纖維素、纖維素醚、果膠、阿拉伯膠、瓊脂、海藻酸鈉、右旋糖酐、明膠、 黃原膠。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述水膠體蝕刻液中含有異丙醇。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中在含水溶液中的所述至少一種水膠體被添加到所述蝕刻液中以制備所述水膠體蝕刻液。
12.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述含水溶液是堿性的。
13.包含至少一種水膠體以及KOH或NaOH的含水溶液的水膠體蝕刻液的應(yīng)用，用以調(diào)節(jié)容納用于硅表面蝕刻的蝕刻液的池。
14.如權(quán)利要求13所述的應(yīng)用，其中所述水膠體蝕刻液中包含的所述至少一種水膠體的濃度為0. 01至2. 0克/升、優(yōu)選地0. 01至0. 99克/升。
15.至少一種水膠體作為添加劑添加到用于硅表面蝕刻的包含異丙醇的含水堿性蝕刻液中的應(yīng)用。
16.如權(quán)利要求13至15任一所述的應(yīng)用，其中所述至少一種水膠體選自以下組中淀粉、纖維素、纖維素醚、果膠、阿拉伯膠、瓊脂、海藻酸鈉、右旋糖酐、明膠、黃原膠。
17.如權(quán)利要求15或16所述的應(yīng)用，其中所述至少一種水膠體以一定數(shù)量添加到所述蝕刻液中，使得所獲得的水膠體溶液的濃度為0. 01至2. 0克/升、優(yōu)選地0. 01至0. 99克/升。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于硅表面蝕刻的方法，包括下列步驟提供50℃至95℃溫度的包含至少一種水膠體的含水堿性水膠體蝕刻液，將所述硅表面與所述水膠體蝕刻液接觸一段指定的時(shí)間，以及從所述硅表面去除所述水膠體蝕刻液。
文檔編號(hào)H01L31/0236GK102484060SQ201080035664
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者于爾根·施韋肯迪克, 阿梅德·A·埃爾喬哈里 申請(qǐng)人:瑞納有限責(zé)任公司