[发明专利]大间距硅基三维结构电化学腐蚀的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料和电化学领域，特别是涉及大间距硅基三维结构电化学腐蚀的方法。

背景技术

电化学腐蚀技术是近几年发展起来的新兴硅基三维结构加工技术，与干法刻蚀相比较，电化学腐蚀技术的加工成本更为低廉，且制作工艺过程简单。但是这项技术是以图形间孔壁的空穴耗尽为基础，目前制作出垂直的结构间距小于20μm，这限制大电化学腐蚀技术在硅基三维结构加工中的应用。对于间距为20-300μm的大间距周期性圆孔结构、凸角结构和台状结构的制备上仍是空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种大间距硅基三维结构电化学腐蚀的方法，该方法能够实现间距为20-300μm的大间距周期性圆碗结构、凸角结构和台状结构等硅基大间距图形的电化学腐蚀。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的大间距硅基三维结构电化学腐蚀的方法，其步骤包括：

(1)光刻硅片：利用光刻机和图形掩模将硅片进行光刻。

(2)配置腐蚀液：配置腐蚀液：在摩尔浓度为5～8的KOH溶液中加入浓度为99.7％的分析纯异丙醇，组成二者的体积比为1∶(1.2～1.45)的腐蚀液作为负极腐蚀液，将质量浓度96％的分析纯NH₄F、质量浓度40％的HF和水混合，组成三者的体积比为3∶6∶10的氢氟酸缓冲腐蚀液作为正极腐蚀液；

(3)电化学腐蚀前的准备：将腐蚀设备置于通风橱内，再将配置好的腐蚀液分别加入两侧腐蚀槽中，连接好电极；将光刻好的硅片装入所述腐蚀槽中。

(4)电化学腐蚀的实施：按照工艺要求，在腐蚀液及0.01～0.08A电流的作用下对硅片进行电化学腐蚀。

(5)后处理：电化学腐蚀结束后将硅片取下用去离子水冲洗干净，然后进行烘干。

所述烘干的工艺参数为：烘干温度为70～100℃，优选值为70℃。烘干时间为10～30分钟，优选值为30分钟。

经过上述步骤，得到硅基三维结构的产品。

上述图形掩模的形状为圆形、正方、方形或等边梯形阵列。

本发明可以用以下腐蚀液替换步骤(2)所配置的负极腐蚀液：将HF、DMF和水混合，组成三者的体积比为(2.5～3.5)∶(14～18)∶1的腐蚀液，其中，HF为质量浓度40％的氢氟酸，DMF为质量浓度99.5％的二甲基甲酰胺。

本发明还可以由以下方法配置负极腐蚀液：在摩尔浓度为7的KOH溶液中加入浓度为99.7％的分析纯异丙醇溶液，组成二者的体积比为1∶1.3的腐蚀液。该腐蚀液也可以由以下方法配置的腐蚀液替换：将HF、DMF和水混合，组成三者的体积比为3∶16∶1的腐蚀液。

步骤(4)中所述工艺要求可以是：采用0.01～0.08A的直流电流，优选值为0.03A。腐蚀时间为75～120分钟，优选值为120分钟。腐蚀深度为30-70微米，优选值为30微米。腐蚀间距为20～300微米，优选值为300微米。

本发明采用以下方法将得到硅基三维结构的产品利用扫描电子显微镜作表面和断面形貌观察和分析，以检验该产品的质量，该方法是：将得到硅基三维结构的产品表面和断面分别平放和垂直放在扫描电子显微镜的样品台上，之后放入扫描电子显微镜的样品架上，抽真空进行观察。

本发明与传统的硅基三维结构电化学腐蚀的方法相比主要有以下的优点：

其一.工艺简单：避免了在硅片背面镀导电金属层，减小了工艺难度，有益于体硅加工工艺与IC工艺的兼容性。

其二.实用性强：很好地解决了间距为20-300μm的大间距周期性圆碗结构、凸角结构和台状结构的腐蚀问题，并且刻蚀深度可以达到30-70微米深。

具体实施方式

本发明采用双槽腐蚀装置(又称容器)，经光刻后的硅片装入该装置中；容器由耐酸耐碱的聚四氟乙烯材料制成，硅片放置于槽的孔内，密封圈和固定槽之间将整个容器完全分隔为两个部分，两侧各放置石墨电极，两个石墨电极分别接直流稳压源的正极和负极，用螺钉拧紧固定两腐蚀槽，以免漏液，负极腐蚀液由不同配比的KOH溶液和IPA溶液或HF与DMF混合腐蚀组成，正极腐蚀液是将NH₄F、HF和水混合，组成三者的体积比为3∶6∶10的氢氟酸缓冲腐蚀液。两端加上可调节的腐蚀电流，电流经溶液穿过硅片。这样，正对负电极的硅片成为电化学反应的阳极，进行阳极氧化反应，也即电化学腐蚀反应。这种方法有别于现有技术的小间距硅基三维结构电化学腐蚀的方法。

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

实施例1：