專利名稱：一種光輔助電化學刻蝕裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光輔助電化學刻蝕裝置，具體為一種用于P型4英寸硅片的光輔助電化學刻蝕裝置，能對4英寸硅片進行長時間的均勻電化學深刻蝕，屬于微機電系統(tǒng)(MEMQ領域。
背景技術：
多孔硅(porous silicon PS)是硅在HF溶液中通過陽極溶解形成的一種材料。多孔硅的形成最先是在20世紀50年代研究硅的電化學拋光時報道的。根據(jù)國際理論和應用化學聯(lián)合會(International Union of Pure and Applied Chemistry IUPAC) 對多孔硅的分類標準，多孔硅按孔的尺寸(寬度或直徑)可分為三種大于50nm的叫做宏孑L (macroporous)，在2_50nm之間的叫做中孔(mesoporous),而尺寸小于^m的稱為微孔。本發(fā)明所研究的微通道結(jié)構(gòu)孔的尺寸大小一般在微米(um)級別，所以又稱作宏孔硅。自從上世紀90年代Lehmann等人在文章中(Lehmann et al, Formation Mechanism And Properties Of ElectrochemicalIy Etched Trenches In N-Type Silicon, J. Electrochemical Society, Vol. 137，#2，pp. 653-659 (1990))將光刻技術引入多孔硅刻蝕以來，光刻技術由于其能夠方便定義圖案已被廣泛用于各種結(jié)構(gòu)的硅微通道的制作中。目前制作微通道的技術主要分為干法和濕法兩種，其中干法刻蝕包括反應離子刻蝕 (reaction ion etching, RIE),深反應離子刻蝕(deep reaction ion etching, DRIE),等離子體刻蝕(plasma etching)，離子束刻蝕(ion beam etching, IBE)等。濕法刻蝕由于所用條件和溶液的不同可分為化學刻蝕，電化學刻蝕和光電化學刻蝕以及應力刻蝕等。干法刻蝕雖然操作方便，可控性好，精度高，但是成本高，而且深寬比要遠低于濕法刻蝕獲得的微通道。而濕法刻蝕則具有成本低，所得微通道的深寬比高等優(yōu)點。目前，濕法刻蝕技術得到了深入研究，針對不同應用場合也出現(xiàn)了多種實驗裝置。 但從目前的情況來看，這些裝置還有不少缺陷，比如1、單槽刻蝕系統(tǒng)必須在硅背面蒸鍍網(wǎng)狀電極，這無疑增加了工藝流程和成本；2、光源多采用高功率的鹵素燈(每盞燈功率高達 120W或以上)，這樣勢必需要增加一個溫控系統(tǒng)(如增加一個冷卻循環(huán)系統(tǒng))，無形中使得成本增加，實驗工藝復雜；3、對于雙槽系統(tǒng)，燈源外置(即燈源放置在導電液槽之外)，這樣一來會使得導電液中的電極擋住相當部分的光照，一方面使得照射到硅片背面的光經(jīng)過電極(一般為網(wǎng)狀鉬金電極)的阻擋而不均勻分布在硅片上，一方面削弱了硅片接收到的單位面積光功率，使得必須加大光源系統(tǒng)功率，從而增加光源系統(tǒng)成本以及增加溫控系統(tǒng)。4、 另外有些系統(tǒng)沒有攪拌裝置使得隨著反應的進行溶液局部濃度不均勻，影響反應的進行。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有裝置在刻蝕過程中存在著光照不均勻，需另外添加溫控系統(tǒng)以及反應液沒有攪拌系統(tǒng)等問題，提出了一種無需溫控系統(tǒng)、采用磁力攪拌、LED陣列光照系統(tǒng)的雙槽光輔助電化學刻蝕裝置。[0005]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)。一種光輔助電化學刻蝕裝置，包括盛裝氫氟酸溶液的反應槽和盛飽和食鹽水的導電液槽；在反應槽中插入與直流電源電連接的網(wǎng)狀鉬金電極負極，在導電液槽中插入的與直流電源電連接的網(wǎng)狀鉬金電極正極；導電液槽和反應槽之間插放有四英寸硅片；在導電液槽內(nèi)放置有紅外光方向向硅片的紅外LED陣列裝置；反應槽的下方中間位置設置有磁力攪拌器，反應槽內(nèi)的底部與磁力攪拌器相對應的位置放置攪拌子。所述的紅外LED陣列裝置用膠帶固定和密封；LED陣列裝置必須保證防水。導電液槽必須足夠大除了容納紅外LED陣列裝置外，還需在兩邊余出足夠空間使得導電液能夠從兩側(cè)接觸硅片的背面，同時為了保證電場分布的均勻性，網(wǎng)狀鉬金電極正極的中心應和硅片的中心對齊。反應槽一般選用抗腐蝕的特氟龍材料，而導電液槽可以選用價格低廉的有機玻璃或塑料。由于紅外LED陣列裝置內(nèi)置，使得所選用的紅外LED陣列裝置功率可以減少(本裝置為49W的LED陣列)，一方面使得光照均勻，一方面使得反應過程中溫度與環(huán)境溫差不大(實測為300K，即27攝氏度)。由于采用磁力攪拌器(含攪拌子)攪拌，一方面使得氣泡能順利逸出，另一方面， 磁力攪拌器能夠方便地在市場上購買到，不用專門定制，使得大規(guī)模生產(chǎn)成為可能，且成本易控。本實用新型的刻蝕裝置采用包含有磁力攪拌和紅外LED陣列裝置的雙槽光輔助電化學刻蝕裝置，可以降低功率，光照均勻，而且無需溫控系統(tǒng)，反應液攪拌均勻，可廣泛應用于大規(guī)模生產(chǎn)。

圖1為本實用新型俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的側(cè)向正視結(jié)構(gòu)示意圖；(圖中箭頭表示光照方向)圖中1、導電液槽2、反應槽3、硅片4、網(wǎng)狀鉬金電極正極5、網(wǎng)狀鉬金電極負極6、紅外LED陣列裝置7、攪拌子。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與具體實施例進一步闡述本實用新型的結(jié)構(gòu)特點。如圖1和圖2所示的一種光輔助電化學刻蝕裝置，包括盛裝氫氟酸溶液的反應槽 2和盛飽和食鹽水的導電液槽1 ；在反應槽2中插入與直流電源電連接的網(wǎng)狀鉬金電極負極5，在導電液槽中插入的與直流電源電連接的網(wǎng)狀鉬金電極正極4 ；導電液槽1和反應槽 2之間插放有四英寸硅片3 ；在導電液槽1內(nèi)放置有紅外光方向向硅片的紅外LED陣列裝置 6 ；反應槽2的下方中間位置設置有磁力攪拌器，反應槽2內(nèi)的底部與磁力攪拌器相對應的位置放置攪拌子7。所述的紅外LED陣列裝置7用膠帶固定和密封；紅外LED陣列裝置7必須保證防水。導電液槽1必須足夠大除了容納紅外LED陣列裝置7夕卜，還需在兩邊余出足夠空間使得導電液能夠從兩側(cè)接觸硅片3的背面，同時為了保證電場分布的均勻性，網(wǎng)狀鉬金電極正極4的中心應和硅片3的中心對齊。反應槽2 —般選用抗腐蝕的特氟龍材料，而導電液槽1可以選用價格低廉的有機玻璃或塑料。對比例采用單個鹵素燈作為照明系統(tǒng)電化學刻蝕硅片如下1、將刻好倒金字塔的ρ型(100)硅片裝入刻蝕槽內(nèi)，安裝好裝置，倒入2M的氫氟酸腐蝕液，在9mA/cm2電流下進行電化學刻蝕；2、刻蝕10小時之后，所得硅片圖片如圖7所示，可以看到刻蝕區(qū)域的硅片表面不均勻，有圈狀條紋，這是由于單盞鹵素燈的“手電筒效應”(即亮度由中心向邊沿逐漸降低)，導致硅片刻蝕深度不均勻。實施例采用本實用新型裝置的照明系統(tǒng)電化學刻蝕硅片如下1、將刻好倒金字塔的ρ型(100)硅片裝入刻蝕槽內(nèi)，安裝好裝置，倒入2M的氫氟酸腐蝕液，在9mA/cm2電流下進行電化學刻蝕；2、刻蝕10小時之后，所得硅片圖片如圖8所示，可以看到刻蝕區(qū)域的硅片表面均勻，這是由于LED陣列燈光照均勻，硅片各個反應區(qū)刻蝕深度相當。
權(quán)利要求1.一種光輔助電化學刻蝕裝置，其特征在于它包括盛裝氫氟酸溶液的反應槽和盛飽和食鹽水的導電液槽；在反應槽中插入與直流電源電連接的網(wǎng)狀鉬金電極負極，在導電液槽中插入的與直流電源電連接的網(wǎng)狀鉬金電極正極；導電液槽和反應槽之間插放有四英寸硅片；在導電液槽內(nèi)放置有紅外光方向向硅片的紅外LED陣列裝置；反應槽的下方中間位置設置有磁力攪拌器，反應槽內(nèi)的底部與磁力攪拌器相對應的位置放置攪拌子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光輔助電化學刻蝕裝置，其特征在于所述的紅外LED 陣列裝置用膠帶固定和密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光輔助電化學刻蝕裝置，其特征在于導電液槽的兩邊留有讓導電液能夠從兩側(cè)接觸硅片的背面的空隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光輔助電化學刻蝕裝置，其特征在于所述的網(wǎng)狀鉬金電極正極的中心和硅片的中心對齊。
專利摘要本實用新型公開了一種光輔助電化學刻蝕裝置，包括盛裝氫氟酸溶液的反應槽和盛飽和食鹽水的導電液槽；在反應槽中插入與直流電源電連接的網(wǎng)狀鉑金電極負極，在導電液槽中插入的與直流電源電連接的網(wǎng)狀鉑金電極正極；導電液槽和反應槽之間插放有四英寸硅片；在導電液槽內(nèi)放置有紅外光方向向硅片的紅外LED陣列裝置；反應槽的下方中間位置設置有磁力攪拌器，反應槽內(nèi)的底部與磁力攪拌器相對應的位置放置攪拌子。本實用新型的刻蝕裝置采用包含有磁力攪拌和紅外LED陣列裝置的雙槽光輔助電化學刻蝕裝置，可以降低功率，光照均勻，而且無需溫控系統(tǒng)，反應液攪拌均勻，可廣泛應用于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C25F3/12GK202297838SQ20112040611
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者彭波波, 王振, 王斐, 王連衛(wèi), 祝珊珊, 經(jīng)雨珠 申請人:上海歐普泰科技創(chuàng)業(yè)有限公司, 華東師范大學