[發明專利]一種加固碳化光刻膠與Si基底結合的凹槽刻蝕方法

有效

• 申請號: 201510402800.0
• 申請日: 2015-07-10
• 公開（公告）號: CN105023842B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 李廷魚;李剛;胡文秀;趙清華;王娜;李朋偉;胡杰;張文棟
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311;H01L21/306;B81C1/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙)14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及加固碳化光刻膠與硅基底結合的方法，具體為一種可加固碳化光刻膠與Si基底結合的凹槽刻蝕方法。

背景技術

近年來微機電加工技術隨著MEMS器件的廣泛應用而快速發展，同時，在硅片基底上加工各種基于光刻膠的微結構工藝得到廣泛關注。利用LIGA技術可以將光刻膠制造成復雜三維微結構器件，獲得的微結構具有較大的深寬比和精細的結構，側壁陡峭，表面平整。在此基礎上，通過對光刻膠碳化可以制備出高比表面積的三維微電極結構，可用于制備芯片級微型超級電容器，解決當前微型超級電容器難以在微機電系統中集成的問題。然而，光刻膠碳化后與基底的結合性差、容易脫落，并且光刻膠在高溫碳化過程中極易收縮，收縮率在30% 至50% 之間，二者都會導致光刻膠與基底結合失敗，這些缺點制約了光刻膠在制備芯片級微型超級電容器中的使用。因此，解決光刻膠碳化后與硅基底粘附性差易脫落問題，是通過碳化高深寬比光刻膠制備三維微電極實現芯片級微型超級電容器的關鍵所在。

發明內容

本發明為了解決碳化光刻膠電極材料與硅基底結合性不強的問題，提出了一種加固碳化光刻膠與Si基底結合的凹槽刻蝕方法。

本發明是采用如下的技術方案實現的：一種可加固碳化光刻膠與Si基底結合的凹槽刻蝕方法，包括以下步驟：

(1) 選取硅片作為基底，硅片依次在二甲苯、丙酮、酒精、硫酸/雙氧水、氨水/雙氧水和鹽酸/雙氧水溶液中清洗以去除有機油、無機油，去除氧化膜和金屬離子；

(2)將清洗好的硅片烘干，然后采用LPCVD技術在硅片表面形成氮化硅薄膜；

（3）在步驟（2）中覆蓋有氮化硅薄膜的硅片上采用旋轉甩膠法均勻旋涂一層光刻膠；

（4）將步驟（3）中涂有光刻膠的硅片進行前烘，然后利用光學模版曝光，且曝光結束后，對硅片上的光刻膠進行后烘，最后顯影，在光刻膠層上得到露出氮化硅薄膜的光刻膠凹槽；

（5）對步驟（4）中光刻膠層上光刻膠凹槽內露出的氮化硅薄膜進行濕法腐蝕，在氮化硅薄膜得到露出硅片的氮化硅凹槽；

（6）對步驟（5）中形成的氮化硅凹槽內硅片使用氫氟酸、硝酸和醋酸的混合溶液濕法腐蝕，在硅片上得到橫截面為半圓形的基底凹槽，且氮化硅凹槽的槽口寬度的一半與基底凹槽半徑之比小于0.5；

（7）在上述步驟中形成的光刻膠凹槽、氮化硅凹槽和基底凹槽內填充光刻膠，得到有效加固光刻膠與Si基底結合的組合凹槽。

由于光刻膠在高溫條件下極易收縮，收縮率區間為30%至50%，為防止光刻膠從硅片凹槽中脫落，所以氮化硅凹槽的槽口寬度的一半與基底凹槽半徑之比必須小于0.5，即使光刻膠在收縮后，氮化硅凹槽能將基底凹槽內的光刻膠擋在基底凹槽內，硅片上的光刻膠就不會脫落。本方法通過氮化硅掩膜技術，利用HF/HNO₃溶液對硅和氮化硅的腐蝕速率差，在硅基底上刻蝕“口窄內寬”的凹槽結構，達到固定碳化光刻膠的目的。

本發明提出了一種可加固碳化光刻膠與Si基底結合的凹槽刻蝕方法。本方法一方面利用了氮化硅做掩模具有抗腐蝕性的優勢，另一方面利用其質硬可以與硅基底上半圓形凹槽組成特殊組合凹槽結構，來阻止光刻膠因為結合性和收縮的負效應從基底上脫落的現象。

附圖說明

圖1為表面形成氮化硅薄膜的硅片基底的結構示意圖。

圖2為旋涂有SU-8膠的硅片基底的結構示意圖。

圖3為其上形成光刻膠凹槽的硅片基底的結構示意圖。

圖4為其上形成氮化硅凹槽的硅片基底的結構示意圖。

圖5為其上形成基底凹槽的硅片基底的結構示意圖。

圖6為其上得到組合凹槽結構的硅片基底的結構示意圖。

具體實施方式

一種可加固碳化光刻膠與Si基底結合的凹槽刻蝕方法，包括以下步驟：

(1) 選取2寸硅片作為基底，硅片依次在二甲苯、丙酮、酒精、硫酸/雙氧水、氨水/雙氧水和鹽酸/雙氧水溶液中清洗以去除有機油、無機油，去除氧化膜和金屬離子；

(2)將清洗好的硅片烘干，然后采用粒子污染小、均勻性高的LPCVD技術在硅片表面形成100nm的氮化硅薄膜，氮化硅起到了掩模的作用；

（3）在步驟（2）中覆蓋有氮化硅薄膜的硅片上采用旋轉甩膠法均勻旋涂一層SU-8膠；