[發明專利]一種電場輔助的硅通孔刻蝕工藝

有效

• 申請號: 201210445356.7
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN102956548A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 廖廣蘭;史鐵林;孫博;盛文軍;張康;湯自榮;夏奇;高陽;譚先華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 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，涉及一種電場輔助的硅通孔金屬催化刻蝕工藝。

背景技術

隨著電子信息、汽車電子、航空航天等行業的快速發展，其對微機電系統、微流體系統的加工及封裝也提出了更高的要求。三維集成電子封裝需要在硅片上制作出許多通孔來實現不同芯片之間的電互連。微流體系統中需要各種制作各種流體孔道。因此硅通孔刻蝕技術成為微納制造領域的一項重要技術。

硅通孔刻蝕技術實質上為一種深硅刻蝕技術。目前，深硅刻蝕一般利用ICP設備，采用Bosch工藝，該工藝屬于干法刻蝕工藝，使用刻蝕氣體和鈍化氣體重復交替加工以提高硅刻蝕的選擇性和深寬比，但這種工藝不可避免的會在側壁產生波紋。其側壁光滑度及垂直度均不夠理想。另外利用上述工藝刻蝕通孔需要上百次的循環，光刻膠會被破壞，難以保護硅片表面，影響表面質量。另外ICP設備及刻蝕氣體非常昂貴，不利于該項技術的普及應用。

近年來，金屬催化刻蝕工藝快速發展，利用單一貴金屬顆粒或薄膜可以實現納米尺度圖形的深刻蝕，但實現通孔刻蝕仍然非常困難，而且對于微米尺度的圖形深刻蝕難以實現。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

針對現有技術的缺陷，本發明提供一種電場輔助的硅通孔刻蝕工藝，實現從數十納米至數百微米尺度的各種微納米尺度通孔結構的刻蝕。

一種電場輔助的硅通孔刻蝕工藝，其特征在于，包括以下步驟：

（1）在單晶硅片上旋涂光刻膠，并通過光學光刻或電子束光刻得到目標通孔結構對應的光刻膠圖形；

（2）在刻有光刻膠圖形的單晶硅片上鍍金膜或銀膜；

（3）將鍍金膜或銀膜的單晶硅片置于電場環境中，采用HF、H₂O₂和去離子水的混合溶液作為刻蝕劑對其作金屬催化刻蝕；

（4）去除光刻膠；

（5）去除單晶硅片上殘留的金屬膜并清洗干凈。

進一步地，所述電場強度為10～500v/m。

進一步地所述電場方向垂直于硅片表面。

進一步地所述目標通孔孔徑尺度大于20μm時，所述光刻膠圖形對應該孔的邊緣形狀；所述目標通孔孔徑尺度小于20μm時，光刻圖形對應該孔的形狀。

進一步地，所述鍍膜采用磁控濺射、電子束蒸發或者電鍍工藝。

進一步地，所述金膜或銀膜厚度為20～50nm。

進一步地，所述HF、H₂O₂和去離子水的混合溶液中，HF的質量百分比為5%~15%，H₂O₂的質量百分比為0.5%~3%。

一種硅微納尺度的硅通孔結構，按照前述的方法而制得。

本發明的技術效果體現在：

金屬催化刻蝕工藝是是一種設備要求簡單、操作簡便、反應迅速的硅納米線陣列制備技術，本發明通過優化金屬催化薄膜的結構，并在反應引入電場，由于電場對電化學反應中電荷的傳遞產生增強影響，實現了微米尺度孔的刻蝕；通過在刻蝕過程中控制電場強度由此形成從數十納米至數毫米尺度的各種微納米尺度通孔結構，并提高了刻蝕孔的準直度。

附圖說明

圖1為本發明制造方法的工藝流程圖；

圖2為按照本發明的實施例一所制得的通孔結構示意圖，刻蝕前金屬膜的位置即是刻蝕后通孔的位置；

圖3為按照本發明的實施例二所制得的通孔結構示意圖，3（a）為刻蝕前金屬膜示意圖，3（b）為未刻穿時形成的深孔結構，3（c）為刻穿之后形成的通孔結構；

圖4是按照本發明的實施例三所制得的納米尺度通孔陣列結構示意圖，圖4a為為刻蝕前的通孔陣列，圖4b為刻蝕后的通孔陣列。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明進行具體描述。

實施例一

參見圖1和圖2，圖1是本發明方法的工藝流程方框圖。圖2是按照本發明的實施例一所制得的通孔結構示意圖，如圖1和圖2中所示，本實例中電場輔助的硅通孔金屬催化刻蝕工藝包括下列具體步驟：

（a）清洗單晶硅片，然后在其表面上旋涂光刻膠，并通過光刻工藝將所需特征尺度為5微米的方形孔和三角形孔結構對應的掩膜上的微米尺度圖形轉移到光刻膠上，由此形成微米孔的光刻膠圖形。

（b）在形成有上述微米孔光刻膠的單晶硅片上，采用磁控濺射工藝鍍金膜40nm。