[發明專利]基于絕緣體上硅選擇性制備多孔硅的方法

無效

• 申請號: 201310332854.5
• 申請日: 2013-08-02
• 公開（公告）號: CN103395740A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 許高斌;盧翌;陳興;馬淵明
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;C25F3/12
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明屬于納米電子學技術領域，具體涉及一種基于絕緣體上硅選擇性制備多孔硅的方法。

技術背景

早在1956年時，美國貝爾實驗室Uhlir首次發現并報道了通過電化學腐蝕法可以形成多孔硅薄膜。隨后1958年，D.Turner對陽極氧化法成膜的機理進行了研究，并詳細論述了多孔硅薄膜的刻蝕條件及其相關性質。

目前，制備多孔硅的方法有多種，但總體可歸納為電化學腐蝕法、光化學腐蝕法、刻蝕法、化學浸濕法和水熱腐蝕法等。制備多孔硅采用的材料主要有不同晶向的P型和N型硅片及其他一些粉末材料等。例如，中國專利200610031944描述了一種方法，通過以去離子水為溶劑，加入不大于溶劑重量1%的一氧化硅粉末，混合后置入密封的反應釜中攪拌，將剪裁好的硅片懸掛在該密封反應釜中，于200-500℃溫度、3-40MPa壓力下保溫1-5h，在懸掛的硅片上制得多孔硅。這種類型的制備方法雖然無酸性物質參與反應，但需要的制備環境要求偏高，并且制備出的整個硅片上都有多孔硅存在，但是，在某些應用場合不需整個硅片上都有多孔硅，即該方法不能實現選擇性制備出可控結構參數的多孔硅層。

近年來，由于基于絕緣體上硅（SOI，Silicon?On?Insulator）襯底的技術與互補金屬氧化物半導體（CMOS）電路工藝兼容性很好，所以關于SOI制備多孔硅的研究深得親睞，其主要制備方法有化學浸濕和氣相刻蝕。但傳統的電化學腐蝕法無法在SOI硅片上制備高質量的多孔硅層。如果對傳統的電化學腐蝕加工工藝加以改進，就能擴充多孔硅的制備方法，還能很好的控制多孔硅的多種結構參數。比如，中國專利201010266478描述了一種新方法，通過在SOI上層硅上通橫向電流的電化學腐蝕制備多孔硅，該方法通過墊片（密封圈）將腐蝕面分成內外兩個區域，在外區域施加正電流，內區域為負極，進行陽極電化學法腐蝕出多孔硅。這種類型的制備方法采用了橫向電流在SOI硅材料上制備多孔硅，但制備過程中需將墊片壓緊，這樣很容易使比較脆的硅片壓碎，并且要把硅片壓在墊片上后保證致密性，以防止內外兩個區域的溶液相通。

發明內容

為了解決在絕緣體上硅上選擇性制備出可控結構參數的多孔硅層的問題，本發明提供一種基于絕緣體上硅選擇性制備多孔硅的方法。

基于絕緣體上硅選擇性制備多孔硅的具體操作步驟如下：

（1）備片：絕緣體上硅的硅片由上層硅1、絕緣材料層2和底層硅3形成的三層結構的整體硅片，所述上層硅1的材料和底層硅3的材料均為硅，所述絕緣材料層2材料為二氧化硅或氮化硅；用99.5%分析純的丙酮溶液對硅片進行超聲清洗5min，去除表面的油脂污染物，用去離子水沖洗干凈；然后用無水乙醇進行超聲清洗5min，去除表面的有機殘留物，用去離子水沖洗干凈；將硅片在氮氣保護下、溫度150℃的熱板上脫水烘焙1min；

（2）濕法刻蝕底層硅：

????1）采用勻膠機在硅片的底層硅3上旋涂一層厚度1μm的光刻膠，形成光刻膠層6，勻膠機的旋轉速度為3000-5000轉/min，旋涂時間為50s；在氮氣保護下、溫度90℃的熱板上烘焙120s；

????2）在光刻膠層6上貼上掩膜板7，所述掩膜板7上設有透光區域，所述透光區域與生成多孔硅的表面形狀和尺寸相一致；在光刻機下曝光，曝光時間為30s，取下掩膜板7，對已曝光的硅片在氮氣保護下、溫度110℃的熱板上烘焙60s；

????3）采用正膠顯影液對曝光后的硅片進行顯影，消除曝光區域（8）的光刻膠；顯影后的硅片在氮氣保護下、溫度120℃的熱板上烘焙120s，將殘余的顯影液蒸干；

????4）采用濃度5%的氫氧化鉀溶液對曝光區域8的底層硅3刻蝕，刻蝕到絕緣材料層2的表面時停止；由于未曝光的光刻膠區域的硅受到保護不被腐蝕，曝光區域8沒有受到光刻膠保護而被腐蝕，從而形成一凹槽；

????5）使用99.5%分析純的丙酮溶液去除硅片的底層硅3表面上剩余的光刻膠；

（3）干法刻蝕凹槽處露出的絕緣層：

????1）當絕緣材料層2材料為二氧化硅時，利用體積流量比為50:3的三氟甲烷和氧氣（CHF₃:O₂）的混合氣體對與曝光區域8對應凹槽處露出的絕緣材料層2進行垂直刻蝕，其刻蝕速率為30-50nm/min，刻蝕到與凹槽處相對應的上層硅1的下表面4時停止；