应用于半导体制备工艺中的斜面制造方法.pdf

本发明为一种斜面制造方法，应用于半导体制备工艺上，其制造方法包含下列步骤：提供一金刚石晶体结构的半导体衬底，该半导体衬底具有一表面，该表面为(100)或(110)等价晶面；于该半导体衬底的表面上方形成一蚀刻掩膜，该蚀刻掩膜上具有一蚀刻窗口，该蚀刻窗口具有沿第一方向延伸的侧壁，而该第一方向与该半导体衬底的<100>或<110>等价晶向间具有一偏移角度，该偏移角度的范围大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度；及运用该蚀刻掩膜及该蚀刻窗口对该衬底进行选择性各向异性蚀刻，进而沿该第一方向而于该衬底表面上蚀刻出表面为(110)或(100)等价晶面的一斜面。上述斜面制造方法可大幅提高平坦度与克服硅晶片晶向的限制。

1.  一种斜面制造方法，应用于一半导体制备工艺上，其制造方法包含下列步骤：
提供一金刚石晶体结构的半导体衬底，该半导体衬底具有一表面，该表面为(100)等价晶面；
于该半导体衬底的表面上方形成一蚀刻掩膜，该蚀刻掩膜上具有一蚀刻窗口，该蚀刻窗口具有沿一第一方向延伸的一侧壁，而该第一方向与该半导体衬底的<100>等价晶向间具有一偏移角度，该偏移角度的范围大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度；以及
运用该蚀刻掩膜及该蚀刻窗口对该衬底进行一选择性各向异性蚀刻，进而沿该第一方向而于该衬底表面上蚀刻出表面为(110)等价晶面的一斜面。

2.  如权利要求1所述的斜面制造方法，其特征在于该金刚石晶体结构的半导体衬底为一硅衬底，该选择性各向异性蚀刻为一湿蚀刻。

3.  如权利要求1所述的斜面制造方法，其特征在于将该衬底表面与该斜面的夹角控制在45度+/-1度时，该偏移角度的范围大于等于22度且小于45度或小于等于68度但大于45度。

4.  如权利要求1所述的斜面制造方法，其特征在于该斜面被运用为一光学反射面。

5.  如权利要求1所述的斜面制造方法，其特征在于该各向异性蚀刻所使用的一蚀刻液按氢氧化钾∶水∶异丙醇依所需的蚀刻速率比例混和而成，该各向异性蚀刻所使用的一蚀刻液的温度加热到摄氏60度至95度的范围内，而该各向异性蚀刻进行时需以一搅拌装置将所使用的该各向异性蚀刻液不断扰动，用以避免加热过程中所产生的气泡附着于该斜面上而影响该斜面的平坦度。

6.  一种斜面制造方法，应用于一半导体制备工艺上，其制造方法包含下列步骤：
提供一金刚石晶体结构的半导体衬底，该半导体衬底具有一表面，该表面为(110)等价晶面；
于该半导体衬底的表面上方形成一蚀刻掩膜，该蚀刻掩膜上具有一蚀刻窗口，该蚀刻窗口具有沿一第一方向延伸的一侧壁，而该第一方向与该半导体衬底的<110>等价晶向间具有一偏移角度，该偏移角度的范围大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度；以及
运用该蚀刻掩膜及该蚀刻窗口对该衬底进行一选择性各向异性蚀刻，进而沿该第一方向而于该衬底表面上蚀刻出表面为(100)等价晶面的一斜面。

7.  如权利要求6所述的斜面制造方法，其特征在于该金刚石晶体结构的半导体衬底为一硅衬底，该选择性各向异性蚀刻为一湿蚀刻。

8.  如权利要求6所述的斜面制造方法，其特征在于将该衬底表面与该斜面的夹角控制在45度+/-1度时，该偏移角度的范围大于等于22度且小于45度或小于等于68度但大于45度。

9.  如权利要求6所述的斜面制造方法，其特征在于该斜面被运用为一光学反射面。

10.  如权利要求6所述的斜面制造方法，其特征在于该各向异性蚀刻所使用的一蚀刻液按氢氧化钾∶水∶异丙醇依所需的蚀刻速率比例混和而成，该各向异性蚀刻所使用的一蚀刻液的温度加热到摄氏60度至95度的范围内，而该各向异性蚀刻进行时需以一搅拌装置将所使用的该各向异性蚀刻液不断扰动，用以避免加热过程中所产生的气泡附着于该斜面上而影响该斜面的平坦度。

应用于半导体制备工艺中的斜面制造方法
技术领域
本发明为一种斜面制造方法，尤指应用于半导体制备工艺中的斜面制造方法。
背景技术
如图1(a)和1(b)所示是公知技术中传统光学读写头中利用反射面的单一激光光源封装结构示意图，图1(b)为图1(a)中沿A-A’线的剖视图。在图1(b)中，硅衬底100上设置有激光二极管102与光接收器103，而激光二极管102所发出的激光104经由一45度斜面101而反射至上方镜头(图中未显示)。具有如此结构的硅衬底将可免去额外组装微棱镜(Microprism)的步骤，有效节省制备工艺步骤与成本。
由上图看出，必须在上述硅衬底100上形成一个45度斜面101方能完成上述结构，该45度斜面101可作为各式光电组件中所需的光学反射面。而图2(a)显示出公知技术中顶面表面为(100)等价晶面的晶棒200按虚线所示的方向切割后，可制作出一表面为(100)等价晶面的硅晶片201(如图2(b)所示)，而通过现有工艺再于硅晶片201的表面上方形成一蚀刻掩膜(图中未示出)，该蚀刻掩膜上具有至少一蚀刻窗口299，该蚀刻窗口299具有一侧壁298，而现有工艺是将该侧壁298与该衬底的<100>等价晶向297间的偏移角度刻意控制在45度，如此一来，通过一各向异性蚀刻(例如氢氧化钾蚀刻溶液的蚀刻)后，将可得到如图2(c)所示的表面为(110)等价晶面的45度斜面101。但是，经实际制作显示，以上述现有方式所完成的45度斜面101的表面平坦度不佳，表面平均粗糙度(average surface roughness)通常在200纳米左右。
而因为光学反射面的表面粗糙度会造成入射光的散射，为了不影响反射光入射到后续光学组件后的成像品质，表面粗糙度需低于使用波长的十分之一。光通信运用的光源涵盖部分可见光与红外光波段；在光储存方面，随着光储存技术的数据密度皆不断提高的状况下，激光二极管102所发出的激光，其波长越来越短，因此在这些应用上，表面平均粗糙度在200纳米左右的45度斜面101将无法满足后续激光对于反射面粗糙度的要求，而追究其表面粗糙度不佳的主因，主要是因为上述方法会在45度斜面101的表面上大量诱发晶相较稳定的(111)等价晶面的微小平面出现，导致反射面平坦度大幅下降，此类相关讨论可参阅Sensors and Actuators A 48(1995)229-238中，IrenaBarycka及Irena Zubel所著的Silicon anisortropic etching in KOH-isopropanoletchant论文内容，本发明不再赘述。
另外，对表面为(100)等价晶面的硅晶片201(如图2(b)所示)进行各向异性蚀刻(例如氢氧化钾蚀刻溶液的蚀刻)时，也可得到如图2(d)所示的表面为(111)等价晶面的54.74度斜面199，而因为(111)等价晶面的表面晶相状态较为稳定，因此平坦度大幅提高。
于是，有人想出下列方法来企图改善上述作法的缺点，如图3(a)显示，其是将顶面表面为(100)等价晶面的晶棒300按虚线所示的方向切割时后，可制作出一表面的晶向与(100)等价晶面的晶向间具有9.74度夹角的硅晶片301(如图3(b)所示)，然后再于硅晶片301的表面上方形成一蚀刻掩膜(图中未示出)，该蚀刻掩膜上具有至少一蚀刻窗口399，该蚀刻窗口399具有一侧壁398，将该侧壁398与该衬底的<100>等价晶向397间的偏移角度控制在约0度，如此一来，通过一各向异性蚀刻(例如氢氧化钾蚀刻溶液的蚀刻)后，将可得到如图3(c)所示的表面为(111)等价晶面且平坦度大幅提高的45度斜面101，其与衬底表面390夹45度，但另一斜面380则会与衬底表面390间夹一64.4度角。
因此，由上图可清楚看出，此制备工艺需要特别以斜角9.74度切割晶棒，与一般切割法不同，必须特别订购，而且会因硅晶片本身的晶向而无法在蚀刻制备工艺后同时得到两个法向量相互垂直的45度斜面。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一制备工艺方法，其可大幅提高平坦度与克服硅晶片晶向的限制而达到制作双侧45度斜面。
本发明为一种斜面制造方法，应用于一半导体制备工艺上，其制造方法包含下列步骤：提供一金刚石晶体结构的半导体衬底，该半导体衬底具有一表面，该表面为(100)等价晶面；于该半导体衬底的表面上方形成一蚀刻掩膜，该蚀刻掩膜上具有一蚀刻窗口，该蚀刻窗口具有沿一第一方向延伸的一侧壁，而该第一方向与该半导体衬底的<100>等价晶向间具有一偏移角度，该偏移角度的范围大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度；以及运用该蚀刻掩膜及该蚀刻窗口对该衬底进行一选择性各向异性蚀刻(selected anisotropic etching)，进而沿该第一方向而于该衬底表面上蚀刻出表面为(110)等价晶面的一斜面。
根据上述构想，其中该金刚石晶体结构的半导体衬底可为一硅衬底，该选择性各向异性蚀刻为一湿蚀刻。
根据上述构想，其中将该衬底表面与该斜面的夹角控制在45度+/-1度时，该偏移角度的范围则需大于等于22度且小于45度或小于等于68度但大于45度。
根据上述构想，其中该斜面被运用为一光学反射面。
根据上述构想，其中该各向异性蚀刻所使用的一蚀刻液可按氢氧化钾∶水∶异丙醇依所需的蚀刻速率比例混和而成，该各向异性蚀刻所使用的一蚀刻液的温度可加热到摄氏60度至95度的范围内，而该各向异性蚀刻进行时需以一搅拌装置将所使用的该各向异性蚀刻液不断扰动，用以避免加热过程中所产生的气泡附着于该斜面上而影响该斜面的平坦度。
本发明另一方面为一种斜面制造方法，应用于一半导体制备工艺上，其制造方法包含下列步骤：提供一金刚石晶体结构的半导体衬底，该半导体衬底具有一表面，该表面为(110)等价晶面；于该半导体衬底的表面上方形成一蚀刻掩膜，该蚀刻掩膜上具有一蚀刻窗口，该蚀刻窗口具有沿一第一方向延伸的一侧壁，而该第一方向与该半导体衬底的<110>等价晶向间具有一偏移角度，该偏移角度地范围大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度；以及运用该蚀刻掩膜及该蚀刻窗口对该衬底进行一选择性各向异性蚀刻，进而沿该第一方向而于该衬底表面上蚀刻出表面为(100)等价晶面的一斜面。
根据上述构想，本发明所述的斜面制造方法，其中该金刚石晶体结构的半导体衬底可为一硅衬底。
根据上述构想，本发明所述的斜面制造方法，其中该选择性各向异性蚀刻可为一湿蚀刻。
根据上述构想，本发明所述的斜面制造方法，其中将该衬底表面与该斜面的夹角控制在45度+/-1度时，该偏移角度的范围则需大于等于22度且小于45度或小于等于68度但大于45度。
根据上述构想，本发明所述的斜面制造方法，其中该斜面被运用为一光学反射面。
根据上述构想，本发明所述的斜面制造方法，其中该各向异性蚀刻所使用的一蚀刻液可按氢氧化钾∶水∶异丙醇依所需的蚀刻速率比例混和而成。
根据上述构想，本发明所述的斜面制造方法，其中该各向异性蚀刻所使用的一蚀刻液的温度可加热到摄氏60度至95度的范围内。
根据上述构想，本发明所述的斜面制造方法，其中该各向异性蚀刻进行时需以一搅拌装置将所使用的该各向异性蚀刻液不断扰动，用以避免加热过程中所产生的气泡附着于该斜面上而影响该斜面的平坦度。
本发明的斜面制造方法可大幅提高平坦度与克服硅晶片晶向的限制而达到制作双侧45度斜面，可应用于微机电系统(Micro-Eelectro-MechanicalSystem，MEMS)半导体制备工艺及光电应用领域的制造上。
附图说明
图1(a)和1(b)所示是公知技术中传统光学读写头中利用反射面的单一激光光源封装结构示意图。
图2(a)、2(b)、2(c)及2(d)显示公知技术中形成一45度斜面及54.74度斜面的过程示意图。
图3(a)、3(b)及3(c)显示另一公知技术中形成一45度斜面的过程示意图。
图4(a)、4(b)及4(c)，其为本发明为改善上述现有技术所发展出来可应用于半导体制备工艺的斜面制造方法过程示意图。
图5(a)、5(b)及5(c)，其为本发明为改善上述现有技术所发展出来可应用于半导体制备工艺的另一斜面制造方法过程示意图。
图6(a)及6(b)，其为本发明为改善上述现有所发展出来可应用于半导体制备工艺的双斜面制造方法过程示意图。
其中，附图标记说明如下：
100    硅衬底              102        激光二极管
103    光接收器            104        激光
101    45度斜面            200        晶棒
201    硅晶片              299        蚀刻窗口
298    侧壁                297        <100>等价晶向
101    45度斜面            199        54.74度斜面
300    晶棒                301        硅晶片
399    蚀刻窗口            398        侧壁
397    <100>等价晶向       390        衬底表面
380    斜面                500        半导体衬底
530    蚀刻掩膜            540、541、548、549蚀刻窗口
549    侧壁                550        斜面
具体实施方式
虽然本专利可应用于光通信及光学储存等各种可用到光学反射面的装置，但在此以光学储存为例来说明本专利的应用。
请参见图4(a)、4(b)及4(c)，其为本发明为改善上述现有技术所发展出来可应用于半导体制备工艺的斜面制造方法，首先，先提供一表面为(100)晶面的半导体衬底500，该半导体衬底500可用硅等金刚石结构的半导体材质来完成，然后再于该半导体衬底500的表面上方形成一蚀刻掩膜530，该蚀刻掩膜530上利用一光掩膜经图案转换并进行干蚀刻来形成一蚀刻窗口540，该蚀刻窗口540具有沿一第一方向D-D’及E-E’延伸的侧壁549，而该第一方向D-D’与该衬底的<100>等价晶向间具有一偏移角度，该偏移角度避免使用45度来避免大量诱发晶相状态较为稳定的(111)晶面的微小平面出现而导致反射面平坦度大幅下降的现象。因此本发明将偏移角度的范围调整为可大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度，而在本例中，该偏移角度设为效果较均衡的22度。然后再利用该选择性各向异性蚀刻(selectedanisotropic etching)方式将该硅晶片500置于一各向异性蚀刻液中进行湿蚀刻，其中该各向异性蚀刻液的组成可按氢氧化钾∶水∶异丙醇依所需的蚀刻速率比例混和而成。而在蚀刻过程中，该各向异性蚀刻液的温度可加热到摄氏60度至95度的范围内，另外，蚀刻时须以搅拌装置将该各向异性蚀刻液不断扰动，其目的在于避免加热过程中所产生的气泡附着于所形成的特定角度斜面上而影响该斜面的平坦度。
图4(b)与图4(c)为图4(a)中的半导体衬底500分别沿D-D’与E-E’线的剖视图。图4(b)中，蚀刻液利用蚀刻窗口540各在两侧形成一斜面550的结构，该斜面550位于该半导体衬底500表面的(110)等价晶面上，并与(100)等价晶面夹45度角。另外在图4(c)中，蚀刻液也利用蚀刻窗口540各在两侧形成一斜面550的结构，该斜面550也位于表面为(110)等价晶面的半导体衬底500的(110)等价晶面上，并与(100)等价晶面夹45度角。
同理，图5(b)与图5(c)为图5(a)中已具有一蚀刻窗口541的半导体衬底500经各向异性蚀刻后，分别沿G-G’与F-F’线的剖视图，其中该蚀刻窗口541与半导体衬底500的<100>等价晶向的偏移角度为68度。在图5(b)中，蚀刻液利用蚀刻窗口541各在两侧形成斜面550的结构，该斜面550位于该半导体衬底500表面的(110)等价晶面上，并与(100)等价晶面夹45度角。另外在图5(c)中，该蚀刻窗口541各在两侧形成斜面550的结构，该斜面550位于该半导体衬底500表面的(110)等价晶面上，并与(100)等价晶面夹45度角。
由上述可知，本发明的主要技术特征在于仍然使用最常见的表面为(100)等价晶面的半导体衬底，但避免使用45度的偏移角度来避免大量诱发晶相状态较为稳定的(111)等价晶面出现而导致反射面平坦度大幅下降的现象。因此，本发明提出仅需将偏移角度调整成可为大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度，便可有效改善蚀刻完成后反射面的平坦度。而其中偏移角度越接近0度或90度时，所形成的反射面平坦度越佳，但是该斜面550与所需45度斜面的误差越大。反之，偏移角度越接近45度时，虽然所形成的斜面550与所需45度斜面的误差较小。但所形成的反射面平坦度却较差，所以根据实作可知，欲将该衬底表面与该斜面的夹角控制在45度+/-1度时，该偏移角度的范围则需大于等于22度且小于45度或小于等于68度但大于45度。
另外，该蚀刻掩膜530的材料可为二氧化硅(SiO₂)或氮化硅(Si₃N₄)其中之一，因此可用氢氟酸来洗去该蚀刻掩膜。而该半导体衬底表面也可改用(110)等价晶面，但此时该第一方向便将调整为与该半导体衬底的<110>等价晶向间具有一大于等于0度且小于45度或小于等于90度但大于45度的偏移角度，而蚀刻出的斜面的表面则为一(100)等价晶面。相关作法与图4(a)、4(b)及4(c)和图5(a)、5(b)及5(c)必无太大不同，可视为等效的改变，因此不再赘述。
再请参见图6(a)及6(b)，其为平形设置两个方向依本发明概念所设的蚀刻窗口548、549的半导体衬底500，该半导体衬底500表面的(100)或(110)或等价晶面，而蚀刻液利用蚀刻窗口548、549各在两侧形成斜面550的结构，如此一来，本发明可一次制作出平坦度大幅提高的双侧45度斜面，进而改善现有技术的缺陷。
综上所述，本发明可以应用于微机电系统(Micro-Eelectro-MechanicalSystem，MEMS)半导体制备工艺及光电应用领域的制造上，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。