[发明专利]一种在硅表面定域电沉积的加工装置及方法

说明书

本发明公开了一种在硅片表面定域电沉积的加工装置及方法，属于复合特种加工技术领域。通过计算机控制刀具在硅片的表面加工去除氧化硅，同时控制激光束辐照硅片去除氧化硅区域，实现硅片表面定域电沉积金属。本发明中利用激光辐照硅片待去除氧化层区域，软化氧化层材料，提高刀具去除氧化层效率和精度；此外，激光具有高的功率密度，激光辐照的热效应使辐照区域温度升高，有效提高硅片局部电导率，加快沉积液离子扩散和界面电子转移速度，同时力效应产生搅拌作用加速沉积过程气体排出，减少沉积层中裂纹和气孔等缺陷，有效提高硅片表面定域电沉积的效率和质量；在硅片下表面和侧壁采用绝缘材料包裹对阴极电场起限制作用，增强电沉积定域性。

技术领域

本发明涉及复合加工技术领域，特指一种利用刀具去除氧化层和激光辅助电沉积在硅片上局部沉积金属的复合加工装置及方法，适用于硅片表面微细电路的加工和制造。

背景技术

电沉积技术是根据电化学原理，在直流电场或脉冲电场的作用下，在一定的电解质溶液中有阳极和阴极构成回路，使溶液中的金属离子运动到阴极表面获得电子发生还原反应。电沉积技术作为一种表面制取功能性镀层的技术，在硅片上电性能材料镀层制造领域有很大的发展空间。在电沉积技术中引入激光辐照，可以提高电沉积的质量和效率，尤其在硅片基体上电沉积，激光热效应提高辐照区域硅片温度，有效提升硅片电导率，提升沉积速率，但是电沉积金属镀层的形状，尺寸精度和定域性仍有待提升。

国内外对于在硅片上制备功能性镀层具有一定的研究，中国专利号CN102575351A公开的一种使基底的氧化表面活化的溶液和方法中，尤其是硅片基底，从而随后利用通过无电方法沉积的金属层覆盖所述表面。所诉方法能有效活化硅片表面氧化硅层顺利进行沉积，但无法对沉积反应区域进行限制，不易加工形状复杂尺寸精度高的零件。微纳电子技术期刊论文“半导体硅上激光诱导选择性化学镀铜”，提出在半导体基体上，在水溶液中进行激光诱导化学沉积，使用激光剥离活化处理的硅片表面，在未被激光辐射的经过活化处理的表面进行沉积，但激光剥离易损伤硅片影响表面质量。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种在硅表面定域电沉积的加工装置及方法，利用刀具去除氧化层和激光辅助电沉积在硅片上局部沉积金属的复合加工可以有效解决上述问题，有效提高沉积定域性、效率和质量。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种在硅片表面的定域电沉积金属的方法，通过计算机控制刀具在硅片的表面加工去除氧化硅，同时控制激光束辐照硅片去除氧化硅区域，实现硅片表面定域电沉积金属。

上述方案中，包括以下步骤：

绘制刀具运动路径模型，并输入到计算机中；

将硅片装夹在储液槽中，工具阳极接直流脉冲电源正极，硅片与直流脉冲电源负极相连，使硅片和工具阳极的下端浸没在沉积液中，通电后，在沉积液内构成电化学回路，开启脉冲激光器，利用激光辐照硅片表面待去除氧化层区域，软化氧化层材料，同时通过控制刀具去除硅片表面的氧化硅，实现硅片表面定域电化学工艺。

上述方案中，所述工具阳极紧贴储液槽内壁放置，且与硅片保持垂直关系。

上述方案中，沉积液液面高于硅片2～10mm，沉积液温度为15～50℃。

上述方案中，对所述硅片的下表面及侧壁绝缘。

上述方案中，通过绝缘胶带或热熔胶片对所述硅片的下表面及侧壁进行绝缘。

一种在硅片表面的定域电沉积金属的方法的装置，包括激光辐照系统、加工系统和控制系统；

所述激光辐照系统包括脉冲激光器、反射镜、聚焦透镜；激光由脉冲激光器发出，经反射镜改变传输方向，再通过聚焦透镜聚焦，聚焦后的激光束辐照在硅片上；