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TWI868920B - 多孔矽結構製造方法 - Google Patents

多孔矽結構製造方法 Download PDF

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TWI868920B
TWI868920B TW112134972A TW112134972A TWI868920B TW I868920 B TWI868920 B TW I868920B TW 112134972 A TW112134972 A TW 112134972A TW 112134972 A TW112134972 A TW 112134972A TW I868920 B TWI868920 B TW I868920B
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吳厚潤
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract

本發明係關於一種多孔矽結構製造方法。多孔矽結構製造方法於一基板上形成一磊晶層，並且於該磊晶層上形成一保護層。該保護層具有一開孔區。於該開孔區進行一電化學蝕刻，以在該磊晶層形成一多孔矽結構。將該保護層移除後即可獲得具有多孔矽結構之晶圓片。

Description

多孔矽結構製造方法
本發明係關於一種多孔矽結構製造方法，尤其是關於可避免晶圓翹曲以及多孔矽裂痕之多孔矽結構製造方法。
多孔矽是一種常用於半導體製造和微細加工中的材料，其具有優異的熱絕緣和輕量化特性，因此在各種電子元件和裝置中廣泛應用。然而，在製造多孔矽結構的過程中，存在一些技術問題，例如：晶圓產生翹曲以及多孔矽裂痕的形成等。
電化學蝕刻則是製造多孔矽結構的主要步驟之一。然而，蝕刻過深將會使得晶圓產生翹曲的問題，這是由於基板在蝕刻過程中受到的應力不均勻所導致。此外，蝕刻深度不足則會導致多孔矽結構的保溫效果不佳，這是由於多孔矽的孔隙結構無法得到充分形成而產生的問題。
有鑑於此，本發明提供一種多孔矽結構製造方法，其可保證多孔矽結構蝕刻深度的正確性與穩定性，以大幅提升生產良率。
本發明之目的在於提供一種多孔矽結構製造方法，其透過將磊晶層之電阻值設計為至少大於基板之電阻值的10倍，並在電化學蝕刻過程中監控保護層的側蝕寬度，以推算多孔矽結構的蝕刻深度，再根據多孔矽結構的蝕刻深度決定是否停止電化學蝕刻。因此，可保證多孔矽結構蝕刻深度的正確性與穩定性，不僅可避免晶圓產生翹曲以及避免多孔矽結構產生裂痕，還可大幅提升生產良率。
為達上述目的，本發明揭露一種多孔矽結構製造方法，包含於一基板上形成一磊晶層；於該磊晶層上形成一保護層，該保護層具有一開孔區；於該開孔區進行一電化學蝕刻，以在該磊晶層形成一多孔矽結構；監控該保護層之一側蝕寬度，以推算該多孔矽結構的一蝕刻深度，決定是否停止該電化學蝕刻；以及移除該保護層。
於一實施例中，於進行該電化學蝕刻時，位於該磊晶層之一蝕刻速度大於或等於位於該基板之一蝕刻速度的10倍。
於一實施例中，該磊晶層之一電阻值大於或等於該基板之一電阻值的10倍。
於一實施例中，該磊晶層之一厚度介於20微米(μm)至80微米之間。
於一實施例中，該基板係一矽基板。
於一實施例中，該磊晶層係一P型摻雜磊晶層。
於一實施例中，該保護層之一厚度介於200奈米(nm)至500奈米。
於一實施例中，該電化學蝕刻係透過一氫氟酸(HF)及一乙醇(C2H5OH)製成之一蝕刻溶液對該磊晶層進行一陽極蝕刻。
於一實施例中，該磊晶層具有一多孔矽區及一非多孔矽區，該多孔矽區的一厚度與該磊晶層的一厚度相同。
在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，此技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。
100:基板
200:磊晶層
210:多孔矽區
230:非多孔矽區
300:保護層
310:開孔區
400:多孔矽結構
D1:初始寬度
D2:蝕刻後寬度
D3:側蝕寬度
D4:蝕刻深度
D5:多孔矽結構之寬度
圖1為本發明晶圓片蝕刻前之截面圖；圖2為本發明晶圓片蝕刻後之截面圖；以及圖3為本發明晶圓片蝕刻後移除保護層之截面圖。
以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之 目的，而非用以限制本發明。需說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，並非用以限制實際比例。
請參考圖1至圖3，其分別描繪不同階段之多孔矽(Porous Silicon，PS)結構製造的過程。首先，於一基板100上形成一磊晶層200，以及於該磊晶層200上形成一保護層300。基板100係一矽基板，且磊晶層200係一P型摻雜磊晶層。
於本發明中，為了不讓晶圓產生翹曲，以及不使多孔矽結構出現裂痕，磊晶層200之一電阻值需大於或等於基板100之一電阻值的10倍。此外，磊晶層200之一厚度需介於20微米(μm)至80微米之間，而基板100之一厚度通常大於或等於500微米。
於其他實施例中，磊晶層200之最佳電阻值為基板100之電阻值的10倍至15倍。此外，磊晶層200之最佳厚度介於40微米至50微米之間。
保護層300之一厚度通常介於200奈米(nm)至500奈米。保護層300具有一開孔區310。於開孔區310進行一電化學蝕刻，以在該磊晶層200形成一多孔矽結構400。開孔區310之一初始寬度D1與多孔矽結構400之寬度D5相同。電化學蝕刻係透過一氫氟酸(HF)及一乙醇(C2H5OH)製成之一蝕刻溶液對該磊晶層200進行一陽極蝕刻。
請同時參考圖1及圖2，保護層300之一材質可為氮化矽介電層，於電化學蝕刻過程中，保護層300會往兩側退縮，因此 需監控保護層300往後退縮的距離，並由保護層300的側蝕寬度推算多孔矽結構的蝕刻深度。保護層300的側蝕寬度D3等於多孔矽結構的蝕刻深度D4，當側蝕寬度D3達到需求的蝕刻深度D4時立即停止蝕刻，以保證多孔矽結構400蝕刻深度的正確性與穩定性。
於一實施例中，多孔矽結構400之蝕刻深度D4與磊晶層200之一厚度相同。具體而言，磊晶層200具有一多孔矽區210及一非多孔矽區230，多孔矽結構400位於多孔矽區，且多孔矽區的厚度與該磊晶層的厚度相同。
由於在電化學蝕刻過程中保護層300會往後退縮，因此開孔區310的蝕刻後寬度D2比開孔區310的初始寬度D1前更寬。此外，於進行該電化學蝕刻時，位於磊晶層200之一蝕刻速度大於或等於位於基板100之一蝕刻速度的10倍。換言之，當電化學蝕刻到基板100的位置時，蝕刻速度會變得緩慢，具有停止的作用。
最後，於完成電化學蝕刻後，將保護層300移除，即可得到具有多孔矽結構200之晶圓片。
綜上所述，本發明之多孔矽結構製造方法透過將P型摻雜磊晶層之電阻值設計為至少大於P型矽基板之電阻值的10倍以上，並在P型摻雜磊晶層上設置氮化矽介電層作為保護層。保護層具有開孔區，其為進行電化學蝕刻的區域。藉由在電化學蝕刻過程中監控保護層的側蝕寬度，以推算多孔矽結構的蝕刻深度，再根據多孔矽結構的蝕刻深度決定是否停止電化學蝕刻。因此，可保證多 孔矽結構蝕刻深度的正確性與穩定性，不僅可避免晶圓產生翹曲以及避免多孔矽結構產生裂痕，還可大幅提升生產良率。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
100:基板
200:磊晶層
300:保護層
400:多孔矽結構
D2:蝕刻後寬度
D3:側蝕寬度
D4:蝕刻深度
D5:多孔矽結構之寬度

Claims (9)

  1. 一種多孔矽結構製造方法，包含：於一基板上形成一磊晶層；於該磊晶層上形成一保護層，該保護層具有一開孔區；於該開孔區進行一電化學蝕刻，以在該磊晶層形成一多孔矽結構；監控該保護層之一側蝕寬度，以推算該多孔矽結構的一蝕刻深度，決定是否停止該電化學蝕刻；以及移除該保護層。
  2. 如請求項1所述之多孔矽結構製造方法，其中於進行該電化學蝕刻時，位於該磊晶層之一蝕刻速度大於或等於位於該基板之一蝕刻速度的10倍。
  3. 如請求項1所述之多孔矽結構製造方法，其中該磊晶層之一電阻值大於或等於該基板之一電阻值的10倍。
  4. 如請求項1所述之多孔矽結構製造方法，其中該磊晶層之一厚度介於20微米(μm)至80微米之間。
  5. 如請求項1所述之多孔矽結構製造方法，其中該基板係一矽基板。
  6. 如請求項1所述之多孔矽結構製造方法，其中該磊晶層係一P型摻雜磊晶層。
  7. 如請求項1所述之多孔矽結構製造方法，其中該保護層之一厚度介於200奈米(nm)至500奈米。
  8. 如請求項1所述之多孔矽結構製造方法，其中該電化學蝕刻係透過一氫氟酸(HF)及一乙醇(C2H5OH)製成之一蝕刻溶液對該磊晶層進行一陽極蝕刻。
  9. 如請求項1所述之多孔矽結構製造方法，其中該磊晶層具有一多孔矽區及一非多孔矽區，該多孔矽區的一厚度與該磊晶層的一厚度相同。
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