CN102418138A - 一种用于全面积器件转移的制备多孔硅的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于全面积薄膜器件转移的制备多孔硅的装置，包括槽体，其特征在于：在所述的槽体上方开设有腐蚀槽，在槽体的下方开设有真空室，在所述的腐蚀槽与真空室之间开设有通孔，在所述的腐蚀槽底面设置有橡胶垫，所述的通孔位于橡胶垫的圈内，在所述的腐蚀槽内还设置有铂网阴电极；在所述的真空室内设置有金属探针电极，金属探针电极的上端穿出所述的通孔位于腐蚀槽内，在真空室内设置有抽真空气口。本发明的优点在于：结构简单，操作方便，能实现对单晶硅片正面的全面积腐蚀，从而实现外延器件整体转移的目的，并且能腐蚀多种尺寸的单晶硅片，腐蚀后的单晶硅片经过处理可以循环多次使用。

Description

一种用于全面积器件转移的制备多孔硅的装置

技术领域

本发明涉及一种用于全面积器件转移的制备多孔硅的装置，通过制备双层多孔硅或孔隙率逐渐增大的多孔硅，可以实现外延器件无边界转移。属于制备多孔硅的装置。

背景技术

    由于单晶硅片对于在其上沉积的薄膜有优异的诱导作用，因此，在单晶硅上外延薄膜在半导体薄膜器件的制备中得到了广泛的应用。然而在这种方法制备半导体薄膜器件过程中，单晶硅片只能使用一次，而且单晶硅片本身的制造成本较高，从而导致了半导体薄膜器件的成本偏高。层转移技术是一种既保持了单晶硅表面完整晶格结构，又可以使单晶硅片循环多次使用的技术，可以有效降低半导体薄膜器件的成本。基于电化学法腐蚀单晶硅片制备多孔硅的层转移技术由于具有设备简单，操作简便等优点，在众多层转移技术中脱颖而出，引起人们广泛关注。

电化学法腐蚀单晶硅片制备多孔硅一般以背面镀一层金属的单晶硅片作为阳极，以铂或者石墨作为阴极。整体置于氢氟酸水溶液或者酒精溶液中，通以一定的电流进行阳极氧化，可以在硅片的表面形成一层多孔硅。通过电化学法腐蚀单晶硅片制备多孔硅进行器件转移主要可以通过以下两种方式实现：

1、分两步加大腐蚀电流密度，在单晶硅片上形成表面小孔隙率，内部大孔息率的双层多孔硅结构，然后将该结构在H₂气氛下高温退火。退火过程中表层小孔隙率层孔洞会逐渐闭合形成准单晶层作为外延器件的模板，而内部的大孔隙层孔洞会变大使该层机械性能降低，这一层是器件转移的分离层。退火完成后在表面准单晶层上外延器件，完成器件的制备工作后通过施加一定的机械力即可实现对外延器件的转移。

2、分多步逐渐加大腐蚀电流密度，在单晶硅表面由外向内孔隙率逐渐增大的多孔硅层，当腐蚀电流增大到一定程度时，多孔硅层会自动从硅片上脱离，将脱离下来多孔硅层在在H₂气氛下高温退火，使表面小孔隙率层的孔洞闭合，形成准单晶层作为外延器件的模板，然后在上面外延器件。

目前，电化学法制备多孔硅的方法主要有单槽法和双槽法。两种方法中，硅片均是由一定的夹具或类似夹具的机械装置固定，由于固定装置的遮挡，在腐蚀过程中不能保证硅片整个正面被腐蚀，在后续器件转移过程中，只能实现部分转移。该现象一方面导致了单晶硅片的利用不完全，造成材料上的浪费；另一方面由于多孔硅区域边缘连结着完整晶格的单晶硅，器件转移的过程中将需要较大的外力才能将器件剥离，这样，在外力作用下多孔硅薄膜可能会沿解理面开裂，损坏在其上外延的器件的完整性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于全面积薄膜器件转移的电化学法制备多孔硅的装置，该装置可以实现对硅片全面积电化学腐蚀，实现薄膜器件全面积转移，并且通过使用不同直径的氟橡胶圈可以在不同大小及形状的单晶硅片上制备多孔硅。

本发明是通过以下技术方案加以实现的：一种用于全面积薄膜器件转移的制备多孔硅的装置，包括槽体，其特征在于：在所述的槽体上方开设有腐蚀槽，在槽体的下方开设有真空室，在所述的腐蚀槽与真空室之间开设有通孔，在所述的腐蚀槽底面设置有橡胶垫，所述的通孔位于橡胶垫的圈内，在所述的腐蚀槽内还设置有铂网阴电极；在所述的真空室内设置有金属探针电极，金属探针电极的上端穿出所述的通孔位于腐蚀槽内，在真空室内设置有抽真空气口。

在所述的槽体的下端开设有真空槽，在真空槽的下端设置有一底板，所述的底板与槽体密封连接形成所述的真空室，所述的抽真空气口开设在该底板上，在底板上还设置有插座，所述的金属探针电极与该插座电连接。

在所述的槽体底板上还设置有一中心活塞，所述的金属探针电极连接在该中心活塞上。

在所述的腐蚀槽底面上开设有至少一个凹槽，所述的橡胶垫位于其中一个凹槽内。

所述的凹槽为环形，且至少为两个。

所述的底板与槽体采用螺栓连接，在底板与槽体的连接面上设置有密封圈。

本发明的优点在于：结构简单，操作方便，能实现对单晶硅片正面的全面积腐蚀，从而实现外延器件整体转移的目的，并且能腐蚀多种尺寸的单晶硅片，腐蚀后的单晶硅片经过处理可以循环多次使用。采用此装置制备多孔硅，其过程是通过真空室抽真空将待腐蚀的单晶硅片吸附固定在腐蚀槽底部，同时，使真空室底部的活塞上升将金属探针接触单晶硅片底部电极，使电流沿金属探针/单晶硅片/腐蚀液/铂电极/形成通路，在单晶硅片正面整个面积上腐蚀出一层均匀的多孔硅。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

其中1为槽体，2为氟橡胶圈，3为待腐蚀单晶硅片，4为底板，5为螺栓，6为密封圈，7为中心活塞，8为金属探针电极，9为航空插座，10为抽真空气口，11为铂网阴电极。

图2为在图1中未放置硅片时的A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明加以详细说明。

槽体1选用Ф150mm×100mm的聚四氟乙烯棒料通过机加工将两端分别加工Ф120mm×50mm和Ф90mm×40mm两个凹槽，其中Ф120mm×50mm的凹槽为腐蚀槽，另一个为真空室。两个凹槽中间隔板的中心位置打一个Ф5mm的通孔，供金属探针8通过。在腐蚀槽底部以槽体的轴线为圆心加工多个不同直径和宽度的凹槽，配合相应尺寸的氟橡胶圈2，以实现对不同尺寸的硅片进行阳极氧化处理。在真空室端的端面，以槽体轴线为圆心加工一个内径Ф98.8mm宽3.1mm的凹槽，与相应尺寸的橡胶密封圈6配合对真空室进行密封，再在距轴线65mm的圆内均匀打四个M6的螺孔。底板4采用Ф150mm×8mm的PVC板，在以底板中心为圆心Ф130mm的圆上均匀打四个Ф6.5的通孔，与槽体底部的四个螺孔配合，并用螺栓5拧紧密封。在底板的圆心打一个Ф14mm的孔，以固定中心活塞7。距离该中心孔两侧各30mm的位置分别打一个Ф16的螺纹孔，配合航空插座9将真空室里面的导线连接至电源，和一个Ф10mm的通孔，配合抽真空气口10将真空室抽真空。

本发明装置的尺寸不仅仅限于上述尺寸，根据实际需要可以进行适当调整。

采用上述装置制备多孔硅的过程如下，首先将底板用螺栓固定在槽体上拧紧密封，将一定尺寸的待腐蚀硅片3背面朝下放到腐蚀槽内的氟橡胶圈2上，用真空泵通过抽真空气口10抽真空室真空，通过真空吸附固定待腐蚀硅片3，同时中心活塞7自动上升将弹簧探针8顶至接触到单晶硅片背面自动停止，将配好的腐蚀液倒入腐蚀槽中，腐蚀液由40%的氢氟酸和无水乙醇按照1:1配比组成。将铂网阴电极11水平放入腐蚀液中待腐蚀硅片的正上方并与其平行，接通电流开始腐蚀。腐蚀结束后，倒出腐蚀液，真空室放气，取下硅片，更换硅片，进行下一组实验。

Claims (6)

1.一种用于全面积薄膜器件转移的制备多孔硅的装置，包括槽体，其特征在于：在所述的槽体上方开设有腐蚀槽，在槽体的下方开设有真空室，在所述的腐蚀槽与真空室之间开设有通孔，在所述的腐蚀槽底面设置有橡胶垫，所述的通孔位于橡胶垫的圈内，在所述的腐蚀槽内还设置有铂网阴电极；在所述的真空室内设置有金属探针电极，金属探针电极的上端穿出所述的通孔位于腐蚀槽内，在真空室内设置有抽真空气口。

2.按权利要求1所述的电化学法制备多孔硅的装置，其特征在于：在所述的槽体的下端开设有真空槽，在真空槽的下端设置有一底板，所述的底板与槽体密封连接形成所述的真空室，所述的抽真空气口开设在该底板上，在底板上还设置有插座，所述的金属探针电极与该插座电连接。

3.按权利要求2所述的电化学法制备多孔硅的装置，其特征在于：在所述的槽体底板上还设置有一中心活塞，所述的金属探针电极连接在该中心活塞上。

4.按权利要求3所述的电化学法制备多孔硅的装置，其特征在于：在所述的腐蚀槽底面上开设有至少一个凹槽，所述的橡胶垫位于其中一个凹槽内。

5.按权利要求4所述的电化学法制备多孔硅的装置，其特征在于：所述的凹槽为环形，且至少为两个。

6.按权利要求5所述的电化学法制备多孔硅的装置，其特征在于：所述的底板与槽体采用螺栓连接，在底板与槽体的连接面上设置有密封圈。

Images