[發(fā)明專利]光輔助電化學(xué)腐蝕方法加工N型硅微通道陣列用腐蝕液

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010141527.8
• 申請日: 2010-04-08
• 公開（公告）號: CN101792106A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王國政;付申成;端木慶鐸
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: B81B1/00
• 分類號: B81B1/00;B81C1/00;C25F3/12;H01L21/3063
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司 22001
• 代理人: 曲博

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光輔助電化學(xué)腐蝕方法加工N型硅微通道陣列用腐蝕液，用于N型宏孔硅微通道陣列的加工，屬于硅微細加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光輔助電化學(xué)腐蝕方法是一種能夠用于N型硅微通道加工的技術(shù)。在N型硅中空穴為少子，主要載流子是電子，欲使硅的陽極氧化溶解反應(yīng)進行下去，必須采用光照射激發(fā)產(chǎn)生空穴，這一過程稱為光電化學(xué)腐蝕(PEC)。采用光輔助電化學(xué)腐蝕方法加工硅微通道陣列，硅微通道徑向尺寸0.1～10微米，深度可達幾百微米。硅微通道陣列在微通道板及光子晶體等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。采用光輔助電化學(xué)腐蝕方法加工硅微通道需要使用腐蝕液。與本發(fā)明相關(guān)的已知技術(shù)有兩項，一是由刊登于《固態(tài)薄膜雜志》(Thin?Solid?Films)255(1995)：1～4，由V?Lehmann撰寫的題為“宏孔硅形成物理”(The?physics?of?macroporous?silicon?formation)的文章所公開，有關(guān)的技術(shù)方案為，氫氟酸電解液也就是腐蝕液由無水乙醇和50％氫氟酸溶液按1∶1配置而成，無水乙醇作為非離子表面活性劑使用；二是由美國專利US?Patent5997713(1999)，由C?P?Beetz、J?N?Milford等人發(fā)明的“用于制作微通道板的硅腐蝕工藝”(siliconetching?process?for?making?microchannel?plates)的專利文獻所公開，所使用的腐蝕液中含有體積百分比為0.12％的聚乙二醇辛基苯基醚(Triton-X-100)這種非離子表面活性劑。

已知技術(shù)中通過向氫氟酸電解液中添加作為表面活性劑的乙醇或者聚乙二醇辛基苯基醚，制備光輔助電化學(xué)腐蝕方法加工N型硅微通道陣列用腐蝕液，這是為了降低硅微通道內(nèi)的表面張力，便于溶液在硅微通道內(nèi)的輸運，使反應(yīng)順利進行。但是，乙醇或者聚乙二醇辛基苯基醚在腐蝕過程中會導(dǎo)致嚴重的側(cè)蝕，見圖1所示。隨著腐蝕的進行，硅微通道開始段因側(cè)蝕時間長側(cè)蝕嚴重，終了段逐漸減輕，見圖2所示。另外，側(cè)蝕使硅微通道內(nèi)壁表面形成一層多孔硅或者宏孔硅，導(dǎo)致內(nèi)壁表面粗糙，甚至穿通，見圖3所示。側(cè)蝕導(dǎo)致已經(jīng)形成的硅微通道孔徑逐漸變大，并難以控制。腐蝕時間越長側(cè)蝕越嚴重，難以獲得大長徑比的硅微通道結(jié)構(gòu)。通過顯微鏡觀測硅微通道的內(nèi)壁表面，或者通過測量腐蝕過程中的暗電流密度，也就是無光照時的腐蝕電流密度，確定側(cè)蝕的程度。暗電流是腐蝕電流的一部分，是在硅微通道內(nèi)壁表面處發(fā)生腐蝕的過程中產(chǎn)生的，應(yīng)當盡量減小，較小的暗電流有利于在腐蝕過程中控制硅微通道直徑，有益于實現(xiàn)硅微通道大長徑比腐蝕和直徑周期性變化的特殊結(jié)構(gòu)硅微通道加工。對于上述兩種表面活性劑乙醇和聚乙二醇辛基苯基醚，在腐蝕電流密度為5mA/cm²，腐蝕時間為10小時的情況下，測得暗電流密度分別為2.35mA/cm²和1.76mA/cm²，暗電流在整個腐蝕電流中的比例超過35％，由此可知存在明顯的側(cè)蝕。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，為了減輕硅微通道的側(cè)蝕，我們發(fā)明了一種光輔助電化學(xué)腐蝕方法加工N型硅微通道陣列用腐蝕液。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，腐蝕液為氫氟酸、乙醇水溶液，其特征在于，氫氟酸濃度為1～10wt％，乙醇濃度為5～10wt％；另外加入陰離子表面活性劑，加入量為所述氫氟酸、乙醇水溶液體積的0.1～1％。

本發(fā)明其技術(shù)效果在于，所添加的陰離子表面活性劑具有鈍化硅微通道內(nèi)壁表面的作用，使得腐蝕過程中的側(cè)蝕明顯減輕，內(nèi)壁表面光滑，出現(xiàn)的多孔硅層很薄，見圖4所示。隨著腐蝕的進行，已經(jīng)形成的硅微通道孔徑不發(fā)生變化，使得硅微通道孔徑的控制變得容易，內(nèi)壁表面也變得更平整，見圖5所示。在腐蝕電流密度為5mA/cm²、腐蝕時間為10小時的情況下，測得暗電流密度為0.11mA/cm²，約為單純采用乙醇或者Triton-X-100作為表面活性劑時所存在的暗電流的4.68％和6.25％，所以側(cè)蝕明顯減弱。然而，如果腐蝕液中不含乙醇，則會出現(xiàn)個別丟孔現(xiàn)象，見圖6所示。在乙醇和陰離子表面活性劑共同作用下才不會發(fā)生丟空，但是，暗電流也隨腐蝕液中乙醇濃度的增加而增加，為了既減輕側(cè)蝕也防止丟孔，乙醇濃度應(yīng)當為5～10wt％。在側(cè)蝕現(xiàn)象得到控制的前提下，配合其他腐蝕措施，周期性調(diào)整硅微通道孔徑，進而能夠加工三維硅微通道結(jié)構(gòu)。

附圖說明