[发明专利]图形化多孔硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体地讲，涉及一种图形化多孔硅的制备方法。

背景技术

多孔硅材料具有良好的绝热性、发光特性、高比表面积、高电阻率、高机械强度以及与微机电(简称MEMS)加工工艺兼容等优点，其在气体传感器、温湿度传感器、光致电致发光器等诸多领域均有应用。

多孔硅的制备工艺不仅与硅基MEMS器件的制备工艺以及IC加工工艺有良好的兼容性；而且，与目前常用的悬臂梁、悬膜结构相比，其在具有相当的功耗接近及隔热效果的同时，还具有更好的机械强度；与此同时，其还可以根据MEMS器件的需求采用不同的制备方法制备所需的多孔硅，以提高MEMS器件的性能。然而，针对不同的MEMS器件，多孔硅往往不是覆盖整个MEMS器件，而是分布在特定区域内以发挥其作用。因此，多孔硅的图形化制备便成为决定多孔硅材料能否在MEMS器件中应用的关键。

MEMS器件在制备中所使用的多孔硅主要是采用溶液腐蚀法获得，因此，如何在刻蚀液中刻蚀图形区域，并且有效地保护非刻蚀区域便成为选择掩膜所需解决的关键问题。离子注入可以实现多孔硅的图形化，但该方法仅能制备薄层多孔硅，并且受限于衬底类型，不利于与MEMS技术兼容。诱导方法也可制备图形化的多孔硅材料，其省去了制备掩膜的步骤，一定程度上简化了制备工艺，但该方法制备的图形化的多孔硅形状简单、图形区域较大且形状不容易控制，无法满足MEMS器件小型化、多样化制备的需求。

目前在MEMS器件的制备中，较为有效的图形化方法是图形化淀积氮化硅或多晶硅作为掩膜；但是，氮化硅、多晶硅等掩膜不易被去除，且不同工艺生长的氮化硅对刻蚀液的阻挡效果不同，无法实现标准化制备，制约MEMS器件的制备。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种图形化多孔硅的制备方法，该制备方法通过制备金属掩膜，并将金属掩膜与硅片进行共销蚀，制备得到图形化多孔硅。所述制备方法可根据MEMS器件的制备需求，调节图形化多孔硅的孔深及图形尺寸。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种图形化多孔硅的制备方法，包括：在硅片的表面形成若干金属掩膜；刻蚀具有所述金属掩膜的硅片，以使所述硅片的暴露区与所述金属掩膜共销蚀，在所述硅片的暴露区形成若干孔，得到所述图形化多孔硅。

进一步地，在所述硅片的表面形成所述若干金属掩膜的具体方法包括：图形化所述硅片，在所述硅片的表面形成若干介质掩膜；在所述硅片的具有介质掩膜的一侧沉积金属层；剥离所述介质掩膜及位于其表面的金属层，以使所述硅片表面的金属层形成所述金属掩膜；或在所述硅片的表面沉积金属层；在所述硅片具有所述金属层的一侧形成若干介质掩膜；刻蚀所述具有介质掩膜的硅片，以使所述金属层的未被所述介质掩膜覆盖的暴露区销蚀，形成所述金属掩膜。

进一步地，所述介质掩膜为光刻胶掩膜。

进一步地，所述金属掩膜在刻蚀液中的刻蚀速率低于所述硅片在所述刻蚀液中的刻蚀速率。

进一步地，所述金属掩膜的刻蚀速率为2nm/min～8nm/min；所述硅片的刻蚀速率为1μm/min～4μm/min。

进一步地，所述金属掩膜的厚度通过其与所述硅片在所述刻蚀液中的刻蚀速率之比以及所述图形化多孔硅的孔深来确定，以达到所述硅片的暴露区与所述金属掩膜的共销蚀。

进一步地，所述金属掩膜选自由金属Ni、Cu、Au、Pt、Cr中的任意一种形成的单一金属层或依次叠层设置的若干所述单一金属层，或选自由至少两种所述金属形成的合金中的任意一种。

进一步地，在刻蚀具有所述金属掩膜的硅片时，刻蚀方法选自双槽电解法、原电池法或化学腐蚀法中的任意一种。

进一步地，在刻蚀具有所述金属掩膜的硅片时，刻蚀液为含有氢氟酸与有机试剂的混合溶液。

进一步地，所述硅片为<100>晶向的单晶硅，所述硅片的厚度为150μm～500μm，所述硅片为中度掺杂或重度掺杂；其中，所述中度掺杂指经过掺杂的所述硅片的电阻率为0.1Ω·m～100Ω·m，所述重度掺杂指经过掺杂的所述硅片的电阻率小于0.1Ω·m。

进一步地，在剥离所述介质掩膜及位于其表面的金属层时，剥离液选自丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。