硅襯底及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體制造領域，特別涉及一種具有周期性正金字塔結構的硅襯底及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著信息社會的發展，微機械加工技術被越來越廣泛地應用于微電子機械系統(MEMS)，尤其是應用于各種微傳感器的制作過程中。微結構的制作是微機械加工技術中的一項關鍵技術，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+鄰本二酚因為有劇毒，不常采用；氫氧化鉀在反應中引入金屬離子會影響微結構的性能，而且對二氧化硅腐蝕速率高；四甲基氫氧化銨無毒，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，是目前制備硅微結構的最常用的腐蝕劑。
[0003]在硅襯底上利用腐蝕液對其的各向異性腐蝕，倒金字塔結構的制備以及無序隨機分布的正金字塔結構制備已經非常成熟，但規則排布的正金字塔結構的制備方法一直備受關注。
【發明內容】
[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]本發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構的硅襯底。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]本發明提供一種硅襯底，由晶體硅構成，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周期性排布的正金字塔結構，正金字塔結構是指底面為正方形的四棱錐晶體結構。
[0010]本發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氧化硅層；
[0012]步驟2，在氧化硅層上涂光刻膠，使用光刻板進行光刻，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，對晶體硅的非圖形區域再次進行腐蝕，將非圖形區域腐蝕出V型溝槽，氧化硅層隨腐蝕時間增加不斷變小，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構的硅襯底。
[0016]其中，正方形圖案是透光的，所述光刻采用負膠。
[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.本發明采用原來制備倒金字塔結構的光刻板，將原來的正膠光刻變為負膠光亥|J，或將原來負膠光刻變為正膠光刻，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域的氧化硅層，使得在硅襯底的正方形處保留氧化硅層，對硅襯底的非圖形區域再次進行腐蝕，將非圖形區域腐蝕出V型溝槽，氧化硅層隨腐蝕時間增加不斷變小，直至消失，所以在硅襯底上成功形成了規則排布的正金字塔結構。
[0020]2.本發明成功制備出具有周期性正金字塔結構的硅襯底，為硅襯底器件提供了一種新的襯底結構，為硅基電力電子器件的制備提供了一種新的方法。
[0021]3.本發明提供的周期性排布的正金字塔結構相對于倒金字塔結構更適合在硅襯底上進行外延。在硅襯底上制備出圖形襯底(如有序排布倒金字塔結構)進行外延的技術具有很大的應用潛力，但是由于金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD)外延時氣流方向的原因，水平氣流會在垂直方向形成梯度并且對于深度過深的圖形，氣流到達不了圖形結構的底部，造成外延結構垂直方向不均勻，而有序排布的正金字塔結構不會出現這種情況，從而得到更好質量的外延層。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明的硅襯底的結構示意圖。
[0023]圖2是本發明的硅襯底的制備方法流程圖。
[0024]圖3 (a)?3 (c)是本發明的硅襯底的SEM圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0026]如圖1所示，本發明提供一種硅襯底，由晶體硅構成，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周期性排布的正金字塔結構11，正金字塔結構11是指底面為正方形的四棱錐晶體結構，正金字塔結構的側面為(111)晶面，硅襯底10為N型或P型硅襯底。
[0027]采用本發明的具有周期性正金字塔結構的硅襯底，為硅襯底器件提供了一種新的襯底結構，為硅基電力電子器件的制備提供了一種新的方法；另外，在金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD)外延時，水平氣流會在垂直方向形成梯度，通過采用本發明的正金字塔結構，使氣流能到達圖形結構的底部，使得外延結構垂直方向均勻，從而得到更好質量的外延層，故周期性排布的正金字塔結構相對于倒金字塔結構更適合在硅襯底上進行外延。
[0028]根據圖1所示的硅襯底，本發明還提供一種硅(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，對晶體硅的非圖形區域再次進行腐蝕，將非圖形區域腐蝕出V型溝槽，所述氧化硅層隨腐蝕時間增加不斷變小，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構的硅襯底。
[0034]其中，在步驟2中，若正方形圖案是透光的，則采用負膠進行光刻；若正方形圖案是不透光的，則采用正膠進行光刻。在步驟2中，由于采用原來制備倒金字塔結構的光刻板，將原來的正膠光刻變為負膠光刻，或將原來負膠光刻變為正膠光刻，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域的氧化硅層，使得在晶體硅的正方形處保留氧化硅層，對晶體硅的非圖形區域再次進行腐蝕，將非圖形區域腐蝕出V型溝槽，所述氧化硅層隨腐蝕時間增加不斷變小，直至消失，所以在硅襯底上成功形成了規則排布的正金字塔結構。
[0035]根據圖2所示的方法，結合具體實施例，方法包括:
[0036]10:對N型或P型硅(100)的襯底進行標準RCA清洗；
[0037]20:在晶體硅之上通過等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)或熱氧化生長氧化娃層;
[0038]30:在氧化硅層上涂光刻膠，使用光刻板進行光刻，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晶體硅的非圖形區域再次進行腐蝕，將非圖形區域腐蝕出V型溝槽，所述氧化硅層隨腐蝕時間增加不斷變小，直至消失，其中，腐蝕硅的腐蝕液對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間內不會被腐蝕透。
[0041]60:用緩沖氧化刻蝕劑(BOE)去除殘留的氧化硅，對襯底進行清洗，得到表面上排布有周期性正金字塔結構的硅襯底。
[0042]如圖3(a)?3(c)所示，本發明的硅襯底的正金字塔結構能使氣流到達圖形結構的底部，使得外延結構垂直方向均勻，從而得到更好質量的外延層，更適合在硅襯底上進行外延。
[0043]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種娃襯底，由晶體娃構成，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周期性排布的正金字塔結構。2.根據權利要求1所述的硅襯底，所述正金字塔結構是指底面為正方形的四棱錐晶體結構。3.根據權利要求1所述的硅襯底，所述硅襯底為N型或P型硅襯底。4.根據權利要求1所述的硅襯底，所述正金字塔結構的側面為晶體硅的(111)晶面。5.一種制備權利要求1-4中任意一項硅襯底的方法，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，對晶體硅的非圖形區域再次進行腐蝕，將非圖形區域腐蝕出V型溝槽，所述氧化硅層隨腐蝕時間增加不斷變小，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構的硅襯底。6.根據權利要求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，所述光刻采用負膠。7.根據權利要求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.根據權利要求5所述的方法，在所述步驟3中，采用緩沖氧化刻蝕劑BOE對無光刻膠覆蓋的氧化硅層進行腐蝕。9.根據權利要求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晶體硅的非圖形區域再次進行腐蝕。10.根據權利要求5所述的硅襯底，所述正金字塔結構之間的間距等于所述光刻板上正方形的間距。
【專利摘要】本發明公開了一種硅襯底及其制備方法，由晶體硅構成，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周期性排布的正金字塔結構。本發明成功制備出具有周期性正金字塔結構的硅襯底，為硅襯底器件提供了一種新的襯底結構，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構相對于倒金字塔結構更適合在硅襯底上進行外延。
【IPC分類】H01L21/02, C23F1/02
【公開號】CN104975293
【申請號】CN201510266643
【發明人】袁國棟, 王克超, 李晉閩, 吳瑞偉, 黃芳, 王樂
【申請人】中國科學院半導體研究所
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年5月22日