[發(fā)明專(zhuān)利]一種電解加工用的納米尺度多晶硅工具電極及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110606852.5
• 申請(qǐng)日: 2021-06-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113649657B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉國(guó)棟;李勇;祝玉蘭;佟浩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23H3/04
• 分類(lèi)號(hào): B23H3/04;B23H3/06;B23H11/00
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

1.一種電解加工用的納米尺度多晶硅工具電極，其特征在于，包括硅基體、導(dǎo)電金屬層和多晶硅陰極；所述的導(dǎo)電金屬層的前部與多晶硅陰極的后部相互連接，導(dǎo)電金屬層的后部位于硅基體上；所述的多晶硅陰極的前端部為電極工作端，多晶硅陰極的后部通過(guò)基體附著層與硅基體的前部相互連接；所述的硅基體的背面加工有定位槽，用于當(dāng)多晶硅工具電極處于工作狀態(tài)時(shí)，使工具電極與其它工件夾持定位，

其中所述的多晶硅陰極的材料為經(jīng)過(guò)高濃度摻雜的多晶硅材料，多晶硅陰極在單晶硅基體表面部分的尺寸為毫米級(jí)，多晶硅陰極與所述的導(dǎo)電金屬層連接，多晶硅陰極的電極工作端的特征尺寸為納米級(jí)。

2.如權(quán)利要求1所述的工具電極，其特征在于其中所述的多晶硅陰極包括基體附著層和電極工作端均為經(jīng)過(guò)高濃度摻雜的多晶硅材料，高濃度摻雜的摻雜元素為磷或硼，多晶硅陰極的電導(dǎo)率小于10^-2Ωcm。

3.如權(quán)利要求1所述的工具電極，其特征在于其中所述的導(dǎo)電金屬層為由金屬剝離工藝和金屬沉積工藝制備的圖形化薄膜，金屬種類(lèi)為銀、鉑或金。

4.如權(quán)利要求3所述的工具電極，其特征在于，所述金屬種類(lèi)為鉑。

5.一種制備權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述電解加工用的納米尺度多晶硅工具電極的方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)提供一個(gè)單晶硅材料基底；

(2)在單晶硅材料基底上制備一層圖形化的圖形化犧牲層；

(3)在步驟(1)的單晶硅材料基底和圖形化犧牲層上沉積一層圖形化多晶硅層；

(4)對(duì)步驟(3)的圖形化多晶硅層進(jìn)行高濃度摻雜，得到多晶硅電極層；

(5)對(duì)步驟(4)的多晶硅電極層進(jìn)行刻蝕，并在刻蝕后的多晶硅表面沉積一層金屬層，得到金屬層；

(6)在步驟(5)的單晶硅材料基底的底面和頂面分別沉積一層掩蔽層；

(7)對(duì)步驟(6)的單晶硅材料基底的底面和頂面的掩蔽層進(jìn)行刻蝕，得到圖形化的刻蝕窗口，然后，在單晶硅材料基底的底面刻蝕出減薄窗口和定位槽，在單晶硅材料基底的頂面刻蝕出工具電極的基本輪廓；

(8)在步驟(7)的圖形化多晶硅層的中間點(diǎn)進(jìn)行刻蝕；

(9)對(duì)步驟(8)的工具電極中的圖形化犧牲層進(jìn)行濕法腐蝕工藝，將圖形化犧牲層去除；

(10)在步驟(8)的漏斗狀凹槽處，將單晶硅材料基底按照工具電極的輪廓斷開(kāi)，使工具電極從單晶硅材料基底脫離下來(lái)，得到獨(dú)立的工具電極。

6.如權(quán)利要求5的制備方法，其特征在于所述的步驟(2)中，采用沉積工藝，在單晶硅材料基底上沉積一層二氧化硅，二氧化硅的厚度為10～500nm，得到圖形化犧牲層；采用刻蝕工藝對(duì)圖形化犧牲層進(jìn)行一次光刻，去除SiO₂層，直到露出單晶硅材料基底。

7.如權(quán)利要求5的制備方法，其特征在于所述的步驟(3)的具體過(guò)程為：以光刻膠作為掩膜，在步驟(2)的單晶硅材料基底和圖形化犧牲層上沉積一層多晶硅，除膠后得到圖形化多晶硅層，圖形化多晶硅層的厚度為20～200nm。

8.如權(quán)利要求5的制備方法，其特征在于所述的步驟(4)中，對(duì)圖形化多晶硅層整體摻雜，摻雜濃度需在10¹⁹～10²⁰/cm²范圍內(nèi)，摻雜類(lèi)型為N型或P型，形成多晶硅電極層。

9.如權(quán)利要求5的制備方法，其特征在于所述的步驟(5)的具體過(guò)程為：以光刻膠作為掩膜，在多晶硅電極層表面上沉積金屬層，除膠后得到圖形化金屬層，金屬層材料為惰性金屬，沉積得到的金屬層厚度為100～500nm。

10.如權(quán)利要求5的制備方法，其特征在于所述的步驟(9)中，去除掩蔽層，在多晶硅電極層表面上進(jìn)行單面光刻，以光刻膠作為掩膜，在兩個(gè)正對(duì)的硅電極間刻蝕，將二者分離。