一種刻蝕微米硅通孔的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微納制造領域，特別是涉及一種刻蝕微米硅通孔的方法。
【背景技術】
[0002]微米硅通孔具有尺寸小(微米級)、制備工藝簡單、成本低廉且可大規模生產等優點，在納米電子學、光學、熱學、化學、生物傳感器、生物檢測等領域具有巨大的應用前景。傳統的硅刻蝕方法主要分為干法刻蝕和濕法刻蝕兩種。干法刻蝕主要是深反應離子刻蝕，由于其刻蝕側壁粗糙度和刻蝕的重復循環，導致其刻蝕過程復雜且昂貴。濕法刻蝕主要是利用熱堿溶液來刻蝕，刻蝕過程存在各向異性，因此很難得到想要尺寸的通孔。此外，由于堿溶液的離子問題不能進入超凈間操作，并且影響器件的性能。
[0003]近年來，金屬催化刻蝕工藝快速發展，利用單一貴金屬顆粒或薄膜可以實現納米尺度圖形的深刻蝕，但實現通孔刻蝕仍然非常困難，而且對于微米尺度的圖形深刻蝕難以實現。
[0004]CN102956543A公開了一種硅通孔的制作方法，包括如下步驟:步驟I，在硅襯底上沉積柵極與金屬層之間的層間介質膜;步驟2，栓孔與硅通孔PAD光刻與刻蝕;步驟3，硅通孔光刻與刻蝕;步驟4，栓孔與硅通孔金屬填充。該方法可以避免在氧化膜的交界面形成橫向的底切(undercut)，有利于后續金屬的填充。
[0005]CN103390581A公開了一種硅通孔刻蝕方法，包括:提供待刻蝕硅襯底;采用第一刻蝕對所述硅襯底進行刻蝕，形成開口；采用鈍化沉積在所述開口的側壁和底部形成保護層；采用第二刻蝕對所述開口底部進行刻蝕，其中，所述第二刻蝕的刻蝕腔室壓力小于第一刻蝕和鈍化沉積的刻蝕腔室壓力;依次循環采用所述第一刻蝕、鈍化沉積和第二刻蝕，處理所述硅襯底，直至形成硅通孔。本發明形成的硅通孔側壁粗糙度低。
[0006]CN102956548A公開了一種電場輔助的硅通孔刻蝕工藝，包括步驟:(1)在單晶硅片上旋涂光刻膠并通過光學光刻或電子束光刻得到光刻膠圖形；(2)鍍上銀膜或金膜；(3)在電場之中，采用HF、H202和去離子水的混合溶液作為刻蝕劑進行金屬催化刻蝕；(4)去除光刻膠；(5)去除單晶硅片上殘留的金屬膜并進行清洗處理。該發明通過在刻蝕過程中控制電場強度，由此形成從數十納米至數百微米尺度的各種微納米尺度通孔結構。但該方法硅片的刻蝕過程需要使用電場輔助來完成，操作不方便，不利于擴大生產。

【發明內容】

[0007]本發明公開了一種工藝簡單、成本低廉且可大規模生產的刻蝕微米硅通孔的方法。
[0008]—種刻蝕微米硅通孔的方法，包括以下步驟:
[0009](I)取硅片，清洗后吹干；
[0010](2)在硅片雙面涂覆光刻膠，烘干后進行光刻，顯影；
[0011 ](3)在經光刻的硅片雙面沉積若干層貴金屬；
[0012](4)將沉積貴金屬的硅片置于腐蝕液中，反應形成通孔；
[0013](5)清洗，吹干。
[0014]所述的硅片為單晶硅，厚度為100?300μπι。
[0015]所述的單晶硅為η型硅片或P型硅片。
[0016]其中，步驟(I)中硅片清洗的方法包:
[0017](a)將娃片浸泡在丙酮中超聲清洗3?1min;
[0018](b)再將硅片浸泡在乙醇中超聲清洗3?1min;
[0019](c)重復步驟(I)和(2);
[0020](d)去離子水清洗3?5遍。
[0021]步驟(5)中，硅片清洗的方法為:將形成通孔的硅片在丙酮溶液中浸泡后取出，再用大量去離子水清洗硅片。
[0022]所述硅片吹干所用氣體為氮氣。
[0023]所述烘干溫度為90?120°C，烘干時間為30s?2min。優選的，烘干溫度為100?1100C，烘干時間為45s?90s。最優選的，烘干溫度為105°C，烘干時間為lmin。
[0024]步驟(3)中，先沉積一層銀，再沉積一層金。銀層厚度為3?1nm，金層厚度為5?20nm。優選的，銀層厚度為3?7nm，金層厚度為7?15nm。最優選的，銀層厚度為5nm，金層厚度為1nm。
[0025]所述腐蝕液配置方法為:配置濃度為4.0?8.0mol/L的氫氟酸溶液和濃度為0.3?
0.7mol/L的過氧化氫溶液，兩者再以體積比10:1混合。優選的，所述腐蝕液配置方法為:配置濃度為5.0?6.5mol/L的氫氟酸溶液和濃度為0.4?0.55mol/L的過氧化氫溶液，兩者再以體積比10:1混合。最優選的，所述腐蝕液配置方法為:配置濃度為5.74mol/L的氫氟酸溶液和濃度為0.46mol/L的過氧化氫溶液，兩者再以體積比10:1混合。
[0026]硅片在腐蝕液中反應時間為I?1h。優選的，硅片在腐蝕液中反應時間為1.5?
7.5h。具體刻蝕反應時間以形成通孔為前提。
[0027]本發明使用雙面光刻技術和貴金屬輔助化學刻蝕技術，通過在硅片兩邊表面先涂膠形成一層掩模，在所需要的圖案地方顯影出來，由內向外沉積一層銀和一層金。銀和金粒子在反應中作為催化劑，在其沉積處形成局部原電池，氫原子在陰極發生還原反應，硅在陽極發生氧化反應，由于腐蝕液中含氫氟酸而溶解，銀對硅的刻蝕是從周邊向中間進行的，隨著反應的進行，銀很快陷入硅中，并且不斷向下刻蝕。
[0028]本發明采用雙面光刻，刻蝕過程也是雙面進行，當兩面刻蝕到一起后，形成硅通孔，刻蝕速度快，刻蝕后無需進一步處理，微觀形貌良好，可大規模生產。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明方法工藝流程圖；
[0030]圖2為本發明微米硅通孔截面圖；
[0031 ]圖3為本發明微米硅通孔俯視圖。
【具體實施方式】
[0032]實施例1
[0033](I)將電阻率0.1?I Ω.cmp、厚度300μπι的硅片在在丙酮和乙醇中各超聲清洗5分鐘，清洗兩遍。然后用熱去離子水和冷去離子水分別清洗2?3遍，氮氣吹干備用。
[0034](2)將清洗吹干后的硅片，雙面涂光刻膠，105°C烘I分鐘，光刻機雙面光刻曝光1.4秒，再顯影45秒。
[0035](3)利用電子束蒸發設備在光刻后的硅片正反兩面上依次沉積厚度為5nm的銀和I Onm的金。
[0036](4)配制5.74mol/L氫氟酸溶液和0.46mo VL過氧化氫溶液，兩者以體積比10: I混合制得腐蝕液。
[0037](5)將步驟(3)中硅片置于配制好腐蝕液中反應，反應1.5小時后取出。
[0038](6)將刻蝕好的硅片取出，泡入丙酮溶液中10分鐘后取出，再用大量去離子水清洗后氮氣吹干，獲得微米硅通孔，然后用臺階儀測試刻蝕孔的深度，計算出刻蝕速率，估計蝕刻的總時間。
[0039]實施例2
[0040](I)將電阻率0.1?I Ω.cmp、厚度300μπι的硅片在在丙酮和乙醇中各超聲清洗5分鐘，清洗兩遍。然后用熱去離子水和冷去離子水分別清洗2?3遍，氮氣吹干備用。
[0041](2)將清洗吹干后的硅片，雙面涂光刻膠，105°C烘I分鐘，光刻機雙面光刻曝光1.4秒，再顯影45秒。
[0042](3)利用電子束蒸發設備在光刻后的硅片正反兩面上依次沉積厚度為5nm的銀和I Onm的金。
[0043](4)配制5.74mol/L氫氟酸溶液和0.46mo VL過氧化氫溶液，兩者以體積比10: I混合制得腐蝕液。
[0044](5)將步驟(3)中硅片置于配制好腐蝕液中反應，反應7.5小時后取出。
[0045](6)將刻蝕好的硅片取出，用去離子水清洗幾遍，再放入腐蝕液中10分鐘，然后泡入丙酮溶液中10分鐘后取出，再用大量去離子水清洗后氮氣吹干，獲得微米硅通孔。
[0046]實施例3
[0047](I)將電阻率0.01?0.09Ω.cmp、厚度300μπι的硅片在在丙酮和乙醇中各超聲清洗5分鐘，清洗兩遍。然后用熱去離子水和冷去離子水分別清洗2?3遍，氮氣吹干備用。
[0048](2)將清洗吹干后的硅片，雙面涂光刻膠，105°C烘I分鐘，光刻機雙面光刻曝光1.4秒，再顯影45秒。
[0049](3)利用電子束蒸發設備在光刻后的硅片正反兩面上依次沉積厚度為5nm的銀和I Onm的金。
[0050](4)配制5.74mol/L氫氟酸溶液和0.46mo VL過氧化氫溶液，兩者以體積比10: I混合制得腐蝕液。
[0051](5)將步驟(3)中硅片置于配制好腐蝕液中反應，反應1.5小時后取出。
[0052](6)將刻蝕好的硅片取出，泡入丙酮溶液中10分鐘后取出，再用大量去離子水清洗后氮氣吹干，獲得微米硅通孔，然后用臺階儀測試刻蝕孔的深度，計算出刻蝕速率，估計蝕刻的總時間。
[0053]實施例4
[0054](I)將電阻率0.01?0.09Ω.cmp、厚度300μπι的硅片在在丙酮和乙醇中各超聲清洗5分鐘，清洗兩遍。然后用熱去離子水和冷去離子水分別清洗2?3遍，氮氣吹干備用。
[0055](2)將清洗吹干后的硅片，雙面涂光刻膠，105°C烘I分鐘，光刻機雙面光刻曝光1.4秒，再顯影45秒。
[0056](3)利用電子束蒸發設備在光刻后的硅片正反兩面上依次沉積厚度為5nm的銀和I Onm的金。
[0057](4)配制5.74mol/L氫氟酸溶液和0.46mo VL過氧化氫溶液，兩者以體積比10: I混合制得腐蝕液。
[0058](5)將步驟(3)中硅片置于配制好腐蝕液中反應，反應7.5小時后取出。
[0059](6)將刻蝕好的硅片取出，用去離子水清洗幾遍，再放入腐蝕液中10分鐘，然后泡入丙酮溶液中10分鐘后取出，再用大量去離子水清洗后氮氣吹干，獲得微米硅通孔。
【主權項】
1.一種刻蝕微米硅通孔的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)取硅片，清洗后吹干； (2)在硅片雙面涂覆光刻膠，烘干后進行光刻，顯影； (3)在經光刻的硅片雙面沉積若干層貴金屬； (4)將沉積貴金屬的硅片置于腐蝕液中，反應形成通孔； (5)清洗，吹干。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的硅片為單晶硅，厚度為100?300μπι。3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的單晶硅為η型硅片或P型硅片。4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中，硅片清洗的方法包括: (a)將娃片浸泡在丙酮中超聲清洗3?1min; (b)再將娃片浸泡在乙醇中超聲清洗3?1min; (c)重復步驟(I)和(2); (d)去離子水清洗3?5遍。5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅片吹干所用氣體為氮氣。6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述烘干溫度為90?120°C，烘干時間為30s?2min。7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，先沉積一層銀，再沉積一層金;銀層厚度為3?10nm，金層厚度為5?20nmo8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述腐蝕液配置方法為:配置濃度為4.0?8.0mo I /L的氫氟酸溶液和濃度為0.3?0.7mo I /L的過氧化氫溶液，兩者再以體積比1:1混入口 ο9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，硅片在腐蝕液中反應時間為I?10h。
【專利摘要】本發明公開了一種刻蝕微米硅通孔的方法，包括以下步驟：(1)取硅片，清洗后吹干；(2)在硅片雙面涂覆光刻膠，烘干后進行光刻，顯影；(3)在經光刻的硅片雙面沉積若干層貴金屬；(4)將沉積貴金屬的硅片置于腐蝕液中，反應形成通孔；(5)清洗，吹干。本發明采用雙面光刻，刻蝕過程也是雙面進行，當兩面刻蝕到一起后，形成硅通孔，刻蝕速度快，刻蝕后無需進一步處理，微觀形貌良好，可大規模生產。
【IPC分類】B81C1/00
【公開號】CN105668509
【申請號】CN201610061318
【發明人】夏江
【申請人】華東醫藥（杭州）基因科技有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月28日