本發(fā)明涉及x射線(xiàn)成像與應(yīng)用，更具體的說(shuō)是涉及一種x射線(xiàn)吸收光柵制造方法。

背景技術(shù)：

1、x射線(xiàn)相襯成像能夠同時(shí)獲取樣品的x射線(xiàn)吸收、相襯與暗場(chǎng)圖像。相比傳統(tǒng)x射線(xiàn)吸收成像技術(shù)，它在生物軟組織成像，有機(jī)材料或器件的無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域展現(xiàn)出很大的應(yīng)用潛力。x射線(xiàn)吸收光柵是相襯成像系統(tǒng)的核心器件，作為源光柵可增加x射線(xiàn)相干性，作為分析光柵可用于形成莫爾條紋，便于提取相位信息。吸收光柵質(zhì)量直接關(guān)系著相襯成像系統(tǒng)的質(zhì)量，但目前其制作仍面臨很多挑戰(zhàn)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，x射線(xiàn)吸收光柵周期為數(shù)微米，為盡可能多地吸收x射線(xiàn)，其深度需要很大，這樣便要求它具有高的縱橫比。在這樣的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行金屬化填充，當(dāng)前的主流填充方法是采用金電鍍工藝。然而，高縱橫比結(jié)構(gòu)的電鍍過(guò)程中容易產(chǎn)生封口現(xiàn)象，從而導(dǎo)致填充金屬出現(xiàn)空腔，嚴(yán)重影響x射線(xiàn)吸收光柵的質(zhì)量。

2、針對(duì)上述問(wèn)題，研究人員嘗試開(kāi)發(fā)了幾種解決方法抑制封口現(xiàn)象?，F(xiàn)有技術(shù)中有利用鍍膜技術(shù)在硅側(cè)壁制備絕緣膜，進(jìn)而抑制電鍍中側(cè)壁的金屬生長(zhǎng)，使金屬由微溝槽底部開(kāi)始向上生長(zhǎng)，直至填滿(mǎn)溝槽。還提出了一種含鉍離子的新型電鍍液配方，鉍離子可以抑制側(cè)壁高電位的生長(zhǎng)，從而達(dá)到共形沉積最終填滿(mǎn)硅微溝槽。

3、雖然現(xiàn)有技術(shù)在一定程度上改進(jìn)了x射線(xiàn)吸收光柵的制造水平，但是，這些方法在不同程度上均存在一些局限性。鍍膜技術(shù)的方法需要在硅微溝槽側(cè)壁鍍制絕緣膜，但高縱橫比硅溝槽的側(cè)壁鍍膜本身就是技術(shù)難題，不僅工藝復(fù)雜，又會(huì)引入新的工藝問(wèn)題，使制造難度和成本大幅度提升，且良品率、穩(wěn)定性也難以保證。含鉍離子的新型電鍍液配方中是通過(guò)調(diào)控電鍍液成分來(lái)抑制微溝槽側(cè)壁的金屬生長(zhǎng)，這種方式需要精確控制鍍液的離子濃度和電鍍參數(shù)，一方面會(huì)限制電鍍的速度，降低加工效率；另一方面，也會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性差，容錯(cuò)率低等問(wèn)題，限制了良品率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出一種新型x射線(xiàn)吸收光柵制造方法，用以克服現(xiàn)有x射線(xiàn)吸收光柵制造存在的技術(shù)瓶頸，提高微溝槽金屬化填充效果的同時(shí)，降低制造工藝難度和生產(chǎn)成本，有效提升生產(chǎn)效率和良品率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種x射線(xiàn)吸收光柵制造方法，包括以下步驟：

4、s1.依據(jù)目標(biāo)光柵結(jié)構(gòu)尺寸選擇合適的高摻硅晶圓和本征硅晶圓，對(duì)高摻硅晶圓和本征硅晶圓鍵合面表面拋光后清洗后自然干燥備用；

5、s2.以步驟s1處理后的高摻硅晶圓為襯底層，本征硅晶圓為表面層，兩者拋光面對(duì)準(zhǔn)后進(jìn)行晶圓鍵合，鍵合后退火；

6、s3.將步驟s2鍵合后的表面層減薄至光柵溝槽深度尺寸，去除表面氧化膜；

7、s4.于步驟s3處理后的表面層旋涂光刻膠，然后光刻出預(yù)設(shè)的光柵周期結(jié)構(gòu)模板，之后在模板遮蔽下刻蝕表面層直至露出襯底層，除去光刻膠得到預(yù)設(shè)周期和深度的硅光柵；

8、s5.清洗步驟s4得到的光柵，然后在光柵溝槽內(nèi)填充金屬，得到x射線(xiàn)吸收光柵。

9、優(yōu)選的，步驟s1中所述高摻硅晶圓為磷、砷摻雜的n型硅或硼、鎵摻雜的p型硅。

10、優(yōu)選的，步驟s1中所述拋光采用單片式cmp化學(xué)機(jī)械拋光，控制拋光后表面微粗糙度小于10nm。

11、優(yōu)選的，步驟s2中所述鍵合采用si-si鍵合、sio2-sio2鍵合、金-金鍵合、聚合物鍵合中的一種或多種。

12、優(yōu)選的，步驟s3中采用體積百分比5％的氫氟酸浸泡30s去除氧化膜。

13、優(yōu)選的，步驟s4中去除光刻膠具體操作為：

14、根據(jù)光刻膠類(lèi)型和成分，將硅片浸泡于專(zhuān)用光刻膠有機(jī)溶劑中5-10min，之后用去離子水清洗去除殘留有機(jī)溶劑。

15、優(yōu)選的，步驟s5中采用酒精浸泡超聲清洗10-15min。

16、優(yōu)選的，步驟s5中采用電鍍、電泳或化學(xué)鍍方式進(jìn)行金屬填充。

17、優(yōu)選的，步驟s5中所述金屬為金、鎢、鉑、鉛、鎳中的一種。

18、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開(kāi)提供了一種x射線(xiàn)吸收光柵制造方法，具有如下有益效果：

19、本發(fā)明采用成熟的半導(dǎo)體制造工藝構(gòu)建底部導(dǎo)電、側(cè)壁絕緣的硅基光柵微周期溝槽結(jié)構(gòu)，無(wú)需鍍絕緣膜，也無(wú)需控制使用特殊電鍍液，其工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，并且批量生產(chǎn)的效率高、良品率高、成本相對(duì)更低；

20、本發(fā)明技術(shù)方案構(gòu)建的硅基光柵微溝槽結(jié)構(gòu)可有效解決電鍍封口問(wèn)題，使金屬化填充效果更好、光柵性能更加可靠；

21、本發(fā)明技術(shù)方案的工藝柔性高，可根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的光柵材料、填充材料和鍵合形式；

22、本發(fā)明技術(shù)方案可通過(guò)弱導(dǎo)電層厚度控制光柵周期微溝槽深度，使刻蝕工藝更加簡(jiǎn)便，容錯(cuò)率高。

技術(shù)特征：

1.一種x射線(xiàn)吸收光柵制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種x射線(xiàn)吸收光柵制造方法，其特征在于，步驟s1中所述高摻硅晶圓為磷、砷摻雜的n型硅或硼、鎵摻雜的p型硅。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種x射線(xiàn)吸收光柵制造方法，其特征在于，步驟s1中所述拋光采用單片式cmp化學(xué)機(jī)械拋光，控制拋光后表面微粗糙度小于10nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種x射線(xiàn)吸收光柵制造方法，其特征在于，步驟s2中所述鍵合采用si-si鍵合、sio2-sio2鍵合、金-金鍵合、聚合物鍵合中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種x射線(xiàn)吸收光柵制造方法，其特征在于，步驟s3中采用體積百分比5％的氫氟酸浸泡30s去除氧化膜。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種x射線(xiàn)吸收光柵制造方法，其特征在于，步驟s4中去除光刻膠具體操作為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種x射線(xiàn)吸收光柵制造方法，其特征在于，步驟s5中采用酒精浸泡超聲清洗10-15min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種x射線(xiàn)吸收光柵制造方法，其特征在于，步驟s5中采用電鍍、電泳或化學(xué)鍍方式進(jìn)行金屬填充。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種x射線(xiàn)吸收光柵制造方法，其特征在于，步驟s5中所述金屬為金、鎢、鉑、鉛、鎳中的一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種X射線(xiàn)吸收光柵制造方法，屬于X射線(xiàn)成像與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，將摻雜單晶硅晶圓(高導(dǎo)電)和本征單晶硅晶圓(弱導(dǎo)電)進(jìn)行半導(dǎo)體鍵合連接，使其合成一片層間導(dǎo)電性差異較大的雙層硅片；然后，通過(guò)半導(dǎo)體減薄?光刻?刻蝕工藝在弱導(dǎo)電本征單晶硅層上制造光柵預(yù)設(shè)的周期微溝槽，其溝槽底部到達(dá)強(qiáng)導(dǎo)電摻雜單晶硅層，從而構(gòu)建出底部導(dǎo)電、側(cè)壁絕緣的硅光柵；最后，利用電鍍進(jìn)行金屬化填充，實(shí)現(xiàn)X射線(xiàn)吸收光柵制造。本發(fā)明技術(shù)方案是基于當(dāng)前較為成熟的半導(dǎo)體制造工藝，具有較高技術(shù)成熟度和可靠性，并且工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，批量制造成本較低，可以有效解決電鍍填充的封口等問(wèn)題，大大提高光柵的制造效率和良品率。

技術(shù)研發(fā)人員：趙航,趙志宇,雷耀虎,黃建衡,劉鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9