专利名称：一种底部三面保护的硅尖制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硅尖的制作方法，更确切地说涉及一种底部三面保护制作硅尖的方法。
2.然后光刻氧化层，形成硅尖的二氧化硅掩膜。
3.各向异性腐蚀，利用{111}慢腐蚀面，形成硅四面体。
4.热氧化使四面提尖锐化。
5.去氧化层。
在上述步骤中，步骤3如果腐蚀时间过长，则氧化层脱落，如果时间过短，则腐蚀不足，上述两种情况，都导致硅尖不够尖。
目前，硅尖的弯曲半径可做到200以下。
此外，单晶硅在KOH等各向异性腐蚀液中，晶体中各个面的腐蚀速度是不同的。对(100)晶向的单晶硅片，现有的实验表明(111)晶面的腐蚀速度最小。到现在为止，对各向异性腐蚀的机理还是不十分清楚，但各向异性腐蚀工艺已广泛应用于微机械制造中。在上述的工艺中，当硅开始腐蚀后，有许多晶面参与腐蚀，对制作硅尖而言，硅腐蚀的方向事实上总可以分解为x，-x，y，-y，z五个方向(见附图
2)。
由此可见，现有的硅尖制作工艺中存在硅尖不易控制的缺点，是否能通过限制腐蚀面的方法，减少腐蚀的方向，从而达到硅尖制作的易控目的，从而引出本发明的构思。
本发明使用的是(100)硅片，工艺主要步骤1.在(100)硅片正面和背面都用氧化层掩膜保护之后，通过光刻，腐蚀或刻蚀，从硅片的背面刻蚀挖两条相交的槽，去掉保护膜后再用二氧化硅掩膜保护槽的表面和硅片的正面及背面。由于槽的侧面用SiO2掩膜保护，从而形成两侧面和一个硅片背面的三面保护，所以称之底部三面保护，六个自由方向中，三个方向由于有保护面而不能进行腐蚀，只有三个方向的腐蚀能进行。
2.接着光刻正面，在各向异性腐蚀液中腐蚀，当腐蚀深度到达底部两个槽的顶部以后，腐蚀被限制在三个方向。如x，y，-z方向。由于在相交的两个槽的上下方向的槽的交线处附近，可能某些硅原子不易被腐蚀掉，并最终在各向异性腐蚀液的作用下，最后形成由慢腐蚀面和每条槽的一个侧面，共三个面围成的硅尖。
本工艺中所述的各向异性腐蚀液是KOH系统或EPN系统(它是由乙二胺、邻苯二酸和水的英文名词的缩写)或四甲基氢氧化铵(又称TMAH)腐蚀液等。硅的各向异性腐蚀，顾名思义是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率，基于此腐蚀特性，可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。常用的KOH系统是由KOH、H2O和(CH3)2CHOH(异丙醇)的混合液。其机理是首先，KOH将硅氧化或含水的硅化合物，然后与异丙醇反应，形成可溶解的硅络合物，这种硅络合物不断离开硅的表面，水的作用是为氧化过程提供OH-离子。EPN系统则是由乙二胺(NH2(CH2)2NH2)、邻苯二胺(C6H4(OH2))和水组成，在对硅的腐蚀过程中，乙二胺和水使硅氧化成Si(OH)6-离子，而邻苯二酚则起络合剂作用。使用的各向异性腐蚀液，浓度和温度可任取。常用的KOH腐蚀液的浓度为40-60％，温度为40-60℃。
所述的背面刻蚀挖槽，先光刻，后用干法或湿法各向异性腐蚀工艺进行的。干法腐蚀包括深反应离子刻蚀，其工艺参数为本技术领域的普通人员所知。背面两条相交的槽之间夹角可为任意角，但常用的是相互间夹角为90度，槽深应小于硅片的厚度，但应大于形成的硅尖高度；宽度可由工艺决定，一般与制作的硅尖无关，长度可比深度小一些。
所述的腐蚀包括自硅片的上表面向下的各向异性腐蚀和背面挖槽的腐蚀。对前者，腐蚀到一定深度后，用时间控制法腐蚀，即到了一定时间后，终止腐蚀，把硅片从腐蚀液中取出。当腐蚀到达槽的顶部后，由于二个槽相交的交线处附近的硅原子不易被腐蚀掉，最终在各向异性腐蚀液的作用下形成慢腐蚀面。当用时间控制法停止腐蚀时，形成由一个慢腐蚀面和每个槽的一个侧面围成的硅尖。
本发明提供的硅尖制作法具有工艺简单，且克服了现在常用工艺中腐蚀过度造成掩膜脱落问题，且制作的硅尖重复性好，一般的弯曲半径达到200以下。
图2是(100)晶向的单晶硅片在各向腐蚀液中硅腐蚀方向示意图。
图3是从(100)硅片背平面位置的实施方式1的二相交垂直的槽的平面图。
图4是腐蚀到槽的顶点时的腐蚀方向。
图5是本发明提供的一种制作硅尖工艺流程图。
图6是本发明提供的一种制作硅尖工艺制作的硅尖形状图。
图中1—单晶硅片 2—热氧化层3—被SiO2层保护的槽的侧面 4—硅尖5—背面上的二个相交槽实施例1在(100)硅片正面和背面，双面热氧化生成3000埃的二氧化硅，硅片直径为2时，厚度为300微米(μm)，光刻后，在背面用深反应离子刻蚀工艺刻蚀30微米深，10微米宽，50微米长的两条相互垂直的槽，其交点为a(见图3)。槽的方向沿<100>晶向。去掉二氧化硅层后，再用热氧化在槽的表面和硅片正面及背面生长1微米的二氧化硅，最后正面光刻，再使用的50％KOH溶液，在60℃温度下进行各向异性腐蚀。当腐蚀到槽的顶部后(见图4，图4中的b点对应于图3中的a点)，由于与b点相连的三个面即背面，每个槽的一个侧面，被氧化保护，不被腐蚀，因此，此后的腐蚀方向，对制作硅尖而言，被限制在x，y，-z三个方向。腐蚀液腐蚀在硅还有8微米厚时，停止腐蚀，去二氧化硅，得到硅尖，其工艺流程如图5所示，得到的硅尖如图6所示。
实施例2背面刻蚀的两相交的槽呈45度角，最后正面光刻使用的EPW腐蚀液，其成分是配比如下7.5ml乙二醇，1.2g邻苯二酚，2.4ml水，温度为118℃，其余同实施例1。
实施例3-5，其条件如表1所示，表1汇总了本发明制作的硅尖的主要参数表1
权利要求
1.一种底部三面保护的硅尖制作方法，其特征在于(1)先将(100)硅片正面、背面用氧化层掩膜保护层，在硅片背面，挖二条相交的槽，然后用二氧化硅保护槽的表面和硅片的正面和背面，形成二个侧面和一个硅片背面的三面保护；(2)然后，光刻正面在各向异性液中自硅片的上表面向下的各向异性腐蚀，当腐蚀深度到达底部两个槽的顶部以后，腐蚀限制在三个方向上，最后形成由一个慢腐蚀面和每条槽的一个侧面的三个面围成的硅尖。
2.按权利要求1所述的底部三面保护的硅尖制作方法，其特征在于所述硅片的背面刻蚀挖出的二条相交的槽工艺是先光刻，后用深反应离子干法刻蚀或各向异性湿法腐蚀。
3.按权利要求1或2所述的底部三面保护的硅尖制作方法，其特征在于所述的硅背面的二条相交槽之间夹角为任意角，但常用的相互间夹角为90度；槽深小于硅片厚度，大于形成的硅尖高度。
4.按权利要求1所述的底部三面保护的硅尖制作方法，其特征在于所述的各向异性腐蚀为KOH系统或EPW系统或四甲基氢氧化铵中一种。
5.按权利要求4所述的底部三面保护的硅尖制作方法，其特征在于所述的KOH腐蚀液浓度为40-60％，温度为40-60℃。
6.按权利要求1所述的底部三面保护的硅尖制作方法，其特征在于腐蚀限制在x、y、-z方向。
7.按权利要求1所述的底部三面保护的硅尖制作方法，其特征在于形成的硅尖弯曲半径达到200以下。
全文摘要
本发明涉及一种硅尖的制作方法，更确切地说，涉及一种底部三面保护的制作硅尖方法，其特征在于(1)在(100)硅片正面和背面，挖二条相交的槽，然后用二氧化硅保护槽的表面和硅片的正面和背面，形成二个侧面和一个硅片背面的三面保护；(2)然后，光刻正面在各向异性液中自硅片的上表面向下的各向异性腐蚀，当腐蚀深度到达底部两个槽的顶部以后，腐蚀限制在三个方向上，最后形成由一个慢腐蚀面和每条槽的一个侧面的三个面围成的硅尖。两相交的槽可以呈任意角，最常用的是90度腐蚀方向被限制在x、y、－z三个方向。本发明具有制作工艺简单又克服了现有技术中腐蚀过度或不足造成的掩膜脱落现象，且重复性好。
文档编号H01L21/027GK1391234SQ0213613
公开日2003年1月15日 申请日期2002年7月19日 优先权日2002年7月19日
发明者王浙辉, 王跃林 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所