CN102745645A - 在硅片上制作八边形微孔的方法 - Google Patents

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王熙元
刘德伟
朱小宁
王宝军
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Abstract

一种在硅片上制作八边形微孔的方法，包括如下步骤：步骤1.取一取向为(100)型的硅片；步骤2.采用脉冲激光辐照的方法，在硅片上形成微孔；步骤3.通过碱腐蚀工艺，将微孔腐蚀为八边形孔，该八边形孔的侧壁相隔出现金字塔结构和片层结构。本发明可用于对微孔孔壁有特殊要求的微流体控制、微流体力学的研究和硅基材料的电极连接。

Description

在硅片上制作八边形微孔的方法
技术领域
本发明涉及一种硅片上制作微孔的方法，特别涉及一种在硅片上制作八边形微孔的方法。
背景技术
激光打孔是激光技术出现以来最早的应用技术，已经广泛应用于各种材料体系。硅片上打孔有着重要的应用价值，可以用于半导体领域的穿孔电极，实现电极互联，在太阳能电池、微电子集成、光电子集成等各个分支领域都有重要的应用，但是这些技术更加关注孔的尺寸、锥度、壁面清洁度等问题，通常孔都是圆锥形，孔壁上没有有序的微纳米结构。而近年来，随着仿生学和精密结构控制的兴起，人们对孔壁结构和孔壁微纳米结构控制的关注越来越多，如Huang等人利用温控方法优化了二氧化碳激光对有机玻璃材料打孔的孔壁特征[Applied Surface Science 256：1675-1678(2010)]，获得了纳米粗糙度的孔壁；Huang等人利用飞秒激光偏振控制技术实现了金属孔壁亚波长的二维波纹结构和锥形结构的生长[Optics Express 17(23)：20756-20761(2009)]；这些工作在微纳米尺度上控制流体流动有潜在的应用价值。硅材料微孔孔型和孔壁特征的操纵同样可以应用于微纳米电子学、微纳流体力学等，本发明提供了一种方法可以在硅片上制备八边形微孔，并且在微孔孔壁出现有序微纳米结构。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种在硅片上制作八边形微孔的方法，其是在微孔侧壁制备出金字塔和片层微纳米结构，可用于对微孔孔壁有特殊要求的微流体控制、微流体力学的研究和硅基材料的电极连接。
为达到上述目的，本发明提供了一种在硅片上制作八边形微孔的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一取向为(100)型的硅片；
步骤2：采用脉冲激光辐照的方法，在硅片上形成微孔；
步骤3：通过碱腐蚀工艺，将微孔腐蚀为八边形孔，该八边形孔的侧壁相隔出现金字塔结构和片层结构。
其中所述脉冲激光的脉宽从毫秒量级到飞秒量级，激光波长范围从100nm到2000nm。
其中所述硅片是N(100)或者P(100)取向的单晶硅片。
其中所述的微孔是单个微孔，或是激光扫描形成的微孔阵列，微孔的尺寸为10微米到1毫米。
其中碱腐蚀工艺的碱溶液以质量百分比计，碱溶液含量比例为氢氧化钠或者氢氧化钾2％-20％，硅酸纳0-3％，异丙醇0-5％，其余为水。
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明提出了一种简单的制备八边形孔的方法，与常规的八边形孔需要激光光学掩膜加工或者激光按照轨迹扫描不同，本方法通过直接辐照多脉冲激光直接打孔后腐蚀产生，工艺简单，并且可以去除孔壁损伤，且可以形成金字塔结构与片层结构交替出现的微纳米结构孔壁。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明，其中：
图1为本发明的制作流程图；
图2为本发明制作的一个硅片上八边形微孔的扫描电镜图；
图3为本发明制作的一个硅片上八边形微孔的孔壁上的金字塔结构的扫描电镜图；
图4为本发明制作的一个硅片上八边形微孔的孔壁上的片层结构的扫描电镜图。
具体实施方式
请参阅图1所示，为达到上述目的，本发明提供了一种在硅片上制作八边形微孔的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面取向为(100)型的硅片，所述硅片是N(100)或者P(100)取向的单晶硅片；
步骤2：采用脉冲激光辐照的方法，在硅片上形成微孔，所述脉冲激光的脉宽从毫秒量级到飞秒量级，激光波长范围从100nm到2000nm，所述的微孔是单个微孔，或是激光扫描形成的微孔阵列，微孔的形状是圆形或者椭圆形，微孔的直径尺寸为10微米到1毫米；采用的激光打孔方式可以是单脉冲打孔、连续叩击打孔、旋切打孔和烧蚀打孔等不同方式。
步骤3：通过碱腐蚀工艺，将微孔腐蚀为八边形孔(参阅图2)，该八边形孔的侧壁相隔出现金字塔结构和片层结构(参阅图3、4)，所述碱腐蚀工艺的碱溶液以质量百分比计，碱溶液含量比例为氢氧化钠或者氢氧化钾2％-20％，硅酸纳0-3％，异丙醇0-5％，其余为水。激光打孔后，孔壁是熔化相的并没有严格的取向晶界，但是微孔壁面基本是在垂直于硅片正面方向，在孔壁上稍微腐蚀即可形成的晶面为(110)或者(111)孔壁面，并且8个(111)面与(110)晶面相交，其中4个与(110)面垂直，其余4个与(110)面呈35.26°的夹角，由于不同晶面的原子密度不同，腐蚀速率也不同，对于碱腐蚀而言，硅中的(111)晶面的腐蚀速率低于其他晶面的腐蚀速率，随着腐蚀深度的增加，导致了不同的腐蚀效果，4个与(111)(110)面垂直的效果是片层结构，而呈35.26°的夹角的将出现金字塔结构，这样就可在孔壁上依次出现了微纳米的金字塔结构和片层结构。
实施例
本发明实例使用的是IPG公司波长1064nm，功率50W，脉宽为120ns，重复频率(50-200kHz)可调的光纤激光，通过场镜聚焦，聚焦光斑直径约为30微米。
选用厚度为260微米的P型(100)单晶硅片，采用的激光功率为30W，重复频率为50kHz，激光通过焦距为100mm的聚焦场镜聚焦后打在硅片上，焦距光斑约为50微米，控制每个点钻孔时间为2ms，逐点扫描形成孔阵列，每个孔的直径约为60微米。打好孔的硅片放入质量浓度为10％的KOH中去，80摄氏度恒温腐蚀20分钟后原来的圆形或者椭圆形孔变成了八边形孔。孔的整体形貌如图2所示，八个孔壁上交替出现了金字塔结构和片层结构，图3和图4分别是金字塔结构和片层结构的电镜图。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种在硅片上制作八边形微孔的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一取向为(100)型的硅片；
步骤2：采用脉冲激光辐照的方法，在硅片上形成微孔；
步骤3：通过碱腐蚀工艺，将微孔腐蚀为八边形孔，该八边形孔的侧壁相隔出现金字塔结构和片层结构。
2.根据权利要求1所述的在硅片上制作八边形微孔的方法，其中所述脉冲激光的脉宽从毫秒量级到飞秒量级，激光波长范围从100nm到2000nm。
3.根据权利要求1所述的在硅片上制作八边形微孔的方法，其中所述硅片是N(100)或者P(100)取向的单晶硅片。
4.根据权利要求1所述的在硅片上制作八边形微孔的方法，其中所述的微孔是单个微孔，或是激光扫描形成的微孔阵列，微孔的尺寸为10微米到1毫米。
5.根据权利要求1所述的在硅片上制作八边形微孔的方法，其中碱腐蚀工艺的碱溶液以质量百分比计，碱溶液含量比例为氢氧化钠或者氢氧化钾2％-20％，硅酸纳0-3％，异丙醇0-5％，其余为水。
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