[發明專利]一種基于超聲波磁場耦合作用硅基刻蝕高深寬比結構及其研究方法

在審

• 申請號: 202011619697.2
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112802739A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 張俐楠;陸凱;劉紅英;吳立群;王洪成
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01L21/263
• 分類號: H01L21/263;H01L21/268
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種基于超聲波磁場耦合作用硅基刻蝕高深寬比結構及其研究方法，通過設置超聲波換能器探頭與電磁鐵，電磁鐵的磁力作用能夠增強刻蝕的速率，提高刻蝕孔的垂直性，超聲波和磁場耦合作用高深寬比刻蝕硅基，減少表面損傷，降低機械應力，能夠有效保證刻蝕的精度以及側壁的質量，形成合理的高深寬比的硅微通道，保證使用效果，有利于上述基于超聲波磁場耦合作用硅基刻蝕高深寬比結構在微納米制造技術領域的推廣及應用。

技術領域

本發明屬于微納米制造技術領域，具體是一種基于超聲波磁場耦合作用硅基刻蝕高深寬比結構及其研究方法。

背景技術

磁導金屬輔助化學刻蝕是一種在硅基上刻蝕高深寬比(HAR)結構的濕法刻蝕技術。從本質上說就是一個氧化還原反應，貴金屬作為催化劑沉積在硅表面。硅基沉積金屬催化劑后浸入氫氟酸-過氧化氫水溶液中時，發生氧化還原反應，其中催化劑下的硅體積被溶解。催化劑會進一步移動到蝕刻的空腔中，以幫助連續蝕刻并形成HAR結構，金屬催化劑表面發生氧化還原反應產生電子空穴(h+)，電子空穴的輸運可能會嚴重影響金屬輔助化學刻蝕(MaCE) 的三維分布。我們把h+的運動過程稱為電荷運輸過程。在磁導化學腐蝕中，使用具有磁性的三層金屬催化劑(Au/Fe/Au)代替單一的貴金屬層，然后，在外加磁場的作用下，樣品沿著所需的蝕刻方向進行電化學蝕刻，提高了刻蝕速率和刻蝕的垂直度。為了增強動力學和控制方向，沉積了具有磁性的鐵層用于磁導向硅刻蝕。

但是，目前的磁場輔助金屬化學刻蝕方法，缺乏超聲波-磁場耦合相互作用的研究，在結構成形過程中表面結構仍具有損傷，致使成形結構表面質量參差不齊，無法實現刻蝕高精度、高質量側壁和高深寬比的硅微通道。

發明內容

為了克服上述現有技術中的缺陷，本發明的第一個發明目的在于提供一種基于超聲波磁場耦合作用硅基刻蝕高深寬比結構，該結構巧妙，能夠有效保證刻蝕的精度以及側壁的質量，形成合理的高深寬比的硅微通道；本發明的第二個發明目的在于提供一種基于超聲波磁場耦合作用硅基刻蝕高深寬比結構的研究方法，該研究方法同樣能夠有效保證刻蝕的精度以及側壁的質量，形成合理的高深寬比的硅微通道，保證使用效果，有利于上述基于超聲波磁場耦合作用硅基刻蝕高深寬比結構在微納米制造技術領域的推廣及應用。

上述一種基于超聲波磁場耦合作用硅基刻蝕高深寬比結構與一種基于超聲波磁場耦合作用硅基刻蝕高深寬比結構的研究方法技術上相互關聯，屬于同一個發明構思。

為了實現上述第一個發明目的，本發明采用以下技術方案:一種基于超聲波磁場耦合作用硅基刻蝕高深寬比結構，包括超聲波換能器探頭、催化劑層、磁性鐵層、光刻膠模板、硅基及電磁鐵，所述超聲波換能器探頭位于所述硅基上方設置，所述催化劑層沉積在所述磁性鐵層的上方和下方，具有一定厚度的所述光刻膠模板作為掩膜板覆著于所述硅基表面，所述電磁鐵位于所述硅基下方且與所述硅基不接觸設置。

作為本發明的一種優選方案，所述超聲波換能器探頭的中心軸線與所述硅基的中心軸線位于同一條直線。

作為本發明的一種優選方案，所述電磁鐵位于所述硅基正下方設置。

作為本發明的一種優選方案，所述光刻膠模板由耐腐蝕材料制成。

為了實現上述第二個發明目的，本發明采用以下技術方案:一種基于電磁場作用硅基刻蝕高深寬比結構的研究方法，包括以下步驟：S1，以光刻膠模板為掩膜，獲得催化劑層刻蝕硅基的圓柱微孔的結構；S2，硅基下方放置有可控的電磁鐵；S3，超聲波換能器探頭的超聲波與電磁鐵的磁場之間相互耦合作用形成高深寬比刻蝕硅基。

作為本發明的一種優選方案，S1中，使用對催化劑層具有較高耐腐蝕性的光刻膠模板作為掩膜，催化劑層沉積在磁性鐵層的上方和下方，刻蝕前，先進行退火處理。

作為本發明的一種優選方案，S1中，在硅基表面進行圓柱孔結構刻蝕。