[发明专利]一种硅基各向同性湿法刻蚀工艺

说明书

技术领域

本发明涉及半导体硅材料表面微加工和制造技术领域，特别是一种硅基各向同性湿法刻蚀工艺。

背景技术

当前硅基微机械加工技术可分为表面硅基微加工技术（Surface Micromachining）与体硅基微加工技术（Bulk Micromachining）两个主流。硅基微机械加工技术与传统机械加工不同的特点是对工序的设计总是先从整个系统开始来进行安排，采用自上而下的设计方法。由于硅表面微加工的运动机构能做到的深（厚度）与宽度（横向尺寸）之比很小，故被称为二维加工。

一般的硅的湿法腐蚀过程是在腐蚀液中先使材料表面氧化，然后通过化学反应使一种或多种氧化物溶解，这实际上是电化学腐蚀过程。电化学腐蚀指金属或半导体材料在电解质水溶液中所受到的腐蚀过程。由于在同一种腐蚀液中混有各种试剂，所以上述两个过程是同时进行的。对于各向同性化学腐蚀的影响因素主要有一下几点：

1）试剂选择

硅的湿法腐蚀过程一般是在腐蚀液中先使材料表面氧化，然后通过化学反应使一种或多种氧化物溶解，这实际上是电化学腐蚀过程。由于在同一种腐蚀液中混有各种试剂，所以上述两个过程是同时进行的。用于各向同性化学腐蚀的试剂很多，包括各种盐类（如CN基、NH₄基等）和酸，HF+HNO₃腐蚀系统能够获得高纯试剂，但是腐蚀过程中需要加入缓冲剂。CrO₃存在金属离子玷污，限制了其在电子器件制备中的使用。

2)缓冲剂的影响

   缓冲剂一般是弱酸或弱碱，如NH₄OH等。在强酸或强碱溶液中加入一定的缓冲剂就能起到调节酸度（H⁺浓度）和碱度（OH^-）的作用。在HNO₃溶液中H⁺浓度较高，因为HNO₃几乎全部电离，但冰醋酸是弱酸电离度较小。它的电离反应式如下：

                                                           

在HNO₃+CH₃COOH溶液中，虽应有HNO₃使H⁺浓度较高，但是加入CH₃COOH后，H⁺与CHCOO^-离子作用生成CH₃COOH分子。因为CH₃COOH的电离度小，所以在HNO₃+CH₃COOH溶液中的H⁺浓度较低，这是受到缓冲剂调节的结果。

   3)腐蚀处理温度和超声或搅拌的影响

　　腐蚀处理温度越高，腐蚀速率越快。但为了改善腐蚀表面质量而希望腐蚀处理温度低一些。超声可以加快物质的传递速度，使反应物及时输运到固体表面而及时离开，有利于反应的进行。没有搅拌时物质依靠扩散传递，比较缓慢，对反应不利。在腐蚀过程中往往会在腐蚀面析出气体，而妨碍反应进行，并使局部过热。为此可以采用超声处理，加快气体析出，以改善腐蚀表面质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在选择合理配比的HF+HNO₃腐蚀系统中加入一定量醋酸和水作为缓冲剂稳定腐蚀速率，将腐蚀液放置在冰水混合物中控制反应温度，从而实现对硅的腐蚀，从而提供一种具有最佳腐蚀速率、深宽比和表面质量的一种硅基各向同性湿法刻蚀工艺。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

一种硅基各向同性湿法刻蚀工艺，工艺步骤如下： 

a、牺牲层的形成： 

a.1、采用氧化炉在硅片表面生长一层SiO₂，形成第一层牺牲层，

工艺条件：

温度：1120℃；  时间： 10′+85′+10′

SiO₂厚度：800±50nm;

 a.2、在生长有SiO₂层的硅片上涂一层负性光刻胶，从而形成第二层牺牲层，工艺条件：

涂胶台转速：2000转/min，

光刻胶胶性：负性；

光刻胶厚度：20000±1000nm;

光刻胶粘度：450CP

b、图形的形成：

采用光刻工艺在第二层牺牲层上形成所需图形，