[發明專利]一種磁場輔助的硅微納加工工藝及裝備

無效

• 申請號: 201210192208.9
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN102732885A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 廖廣蘭;史鐵林;孫博;盛文軍;張康;湯自榮;夏奇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C23F1/02
• 分類號: C23F1/02;C23F1/44;B81C1/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明涉及微納制造領域，更具體地，涉及一種磁場輔助的硅微納結構金屬催化刻蝕工藝及裝備。

背景技術

半導體微納結構因其在電子和光子領域具有極好的應用前景而引起研究者極大的興趣。硅作為半導體工業的核心材料，其微納結構更是受到前所未有的關注，并且硅微納結構能夠與目前商業化的電子器件相兼容，具有良好的市場前景。硅納米結構目前已經被成功用于生物或化學傳感器、場效應管、鋰電池、太陽能電池以及其他光伏器件，并且所得器件具有非常優異的特性。

硅微米結構刻蝕，尤其是硅深刻蝕結構，目前一般利用ICP設備，采用Bosch工藝。該工藝采用刻蝕氣體和鈍化氣體重復交替刻蝕以提高硅刻蝕的選擇性和深寬比，但這種工藝難以避免的會在刻蝕側壁產生波紋。其側壁粗糙度及垂直度難以提高。另外利用上述工藝刻蝕硅通孔結構需要上百次的循環，光刻膠很可能會被破壞，難以保護硅片表面，影響表面質量。此外ICP刻蝕價格高昂，對該項技術的普及應用造成影響。

研究者嘗試用各種方法制備硅納米結構，例如熱蒸發、水熱法、CVD-VLS工藝等等。然而所得納米結構都有很大的缺陷，比如，納米線的方向很混亂，粗細長短在很大程度上難以控制。也就是說利用這些方法制備得到可控的制備硅納米結構仍然是一個挑戰。

近年來，金屬催化刻蝕工藝快速發展，利用單一貴金屬顆?；虮∧た梢詫崿F納米尺度圖形的深刻蝕，但實現微米尺度刻蝕仍然非常困難，而且對于微納尺度三維結構的刻蝕難以實現。因此，開發出高效、低成本的制造工藝及設備，對于工業生產及經濟發展都具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種磁場輔助的硅微納加工工藝，解決現有技術可控性差的問題。

本發明的另一目的在于提供一種磁場輔助的硅微納加工裝備，解決現有技術可控性差的問題，并且結構簡單，容易操作。

一種磁場輔助的硅微納加工工藝，包括以下步驟：

1）在單晶硅片上旋涂光刻膠，并在光刻膠上光刻微納尺度圖案；

2）在光刻膠表面依次鍍上金屬膜A、B和A，金屬膜A為金或銀，金屬膜B為鐵；

3）將單晶硅片置于磁場強度和方向可調的磁場環境中，采用HF和H₂O₂的混合溶液作為刻蝕劑對單晶硅片進行金屬催化刻蝕；

4）去除光刻膠和殘留的金屬膜，并清洗干凈。

進一步地，所述磁場其強度為500～2000Oe。

進一步地，所述刻蝕劑中的HF的質量百分數為5%~15%，H₂O₂的質量百分數為0.8%~3%。

進一步地，采用光學光刻或電子束光刻在光刻膠上光刻微納尺度圖案。

進一步地，所述鍍膜工藝為磁控濺射、電子束蒸發或電鍍工藝中的一種。

進一步地，所述步驟2）所形成的三層金屬膜的厚度各為8~12nm。

一種磁場輔助的硅微納加工工藝裝備，包括儲液裝置、溶液流量控制裝置、反應密封腔、電磁場控制系統以及計算機控制系統；

儲液裝置包括一個腔體，腔體內設有三個分別存儲HF、H₂O₂、去離子水的容器以及加壓設備，各容器管道連接溶液流量控制裝置；加壓設備提供壓力，促使容器內的溶液經過管道流入溶液流量控制裝置；

溶液流量控制裝置用于控制三容器中溶液流入反應密封腔的流量，其包括三個分別與儲液裝置中三容器一一連通的通道以及溶液混合器，各通道上分別設有電磁閥和流量計，三通道匯聚于溶液混合器，溶液混合器通過管道連通反應密封腔；

反應密封腔用于刻蝕反應；

電磁場控制系統用于向反應密封腔提供磁場環境；

計算機控制系統電連接電磁場控制系統、各電磁閥以及各流量計，用于依據預定的流量配比和各流量計反饋的流量控制電磁閥的開關時間，并控制電磁場控制系統產生相應強度和方向的磁場。

本發明的技術效果體現在：