CN106904839B - 一种玻璃腐蚀的掩膜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玻璃腐蚀的掩膜方法，该包括：（a）通过氢氧化物将具有表面氧化层的硅片与玻璃进行催化键合；（b）去掉硅片上表面的氧化层；（c）减薄硅片；（d）以光刻胶在硅片表面光刻，形成玻璃腐蚀所需要的图形；（e）利用DRIE（深反应离子刻蚀）各向异性刻蚀，刻蚀硅片，刻蚀深度至玻璃层；（f）去掉硅片上的光刻胶；（g）腐蚀玻璃；（h）去掉玻璃上的硅、氧化硅，并清洗，得到所需要的玻璃结构。本发明的方法，玻璃腐蚀深度不受限制，且可以避免阳极键合温度带来的热应力，另外不需要昂贵的设备，操作简单。

Description

一种玻璃腐蚀的掩膜方法
技术领域
本发明涉及机械系统微加工领域，具体涉及玻璃腐蚀的掩膜方法。
背景技术
玻璃具有广泛的用途，以往玻璃腐蚀所采用的掩膜有光刻胶、Cr/Au、Ti/Au、碳化硅等，但利用这些材料做掩膜，玻璃腐蚀深度较小，一般小于50μm。另外，有文献报道利用多晶硅、无定型硅或单晶硅做掩膜，玻璃腐蚀深度较大。如利用LPCVD（低压力化学气相沉积法）沉积多晶硅做掩膜，当掩膜厚度为500nm时，可以获得大于400μm的玻璃腐蚀深度，但是该方法需要对多晶硅薄膜的应力进行很好的控制，应用上存在难度；也有报道采用阳极键合的方法利用单晶硅做掩膜，可以获得大于500μm的玻璃腐蚀深度，但是该方法在玻璃腐蚀前，需要利用阳极键合将单晶硅跟玻璃键合在一起，然后利用等离子刻蚀或KOH溶液腐蚀减薄硅片，因此该方法比较昂贵和费时，且键合会产生较大的热应力。
另一方面，在光学应用领域，开发出了一种氢氧化物催化键合用于石英玻璃之间的连接，该方法是一种光学透明、结构可靠、热性能稳定的低温连接技术，可以满足多种热环境、水环境和振动环境的使用需求。然而将该连接技术用于玻璃腐蚀领域，甚至玻璃深孔腐蚀领域还未见报道。
如上所述，在玻璃腐蚀领域，急需一种可避免阳极键合温度带来的热应力、不需要昂贵的设备、操作简单的玻璃腐蚀的掩膜方法。
发明内容
为解决现有技术和实际情况中存在的上述问题，本发明提供一种玻璃腐蚀的掩膜方法。
根据本发明的玻璃腐蚀的掩膜方法，其包括下述步骤：
（a）通过氢氧化物将具有表面氧化层的硅片与玻璃进行催化键合；
（b）去掉硅片上表面的氧化层；
（c）减薄硅片；
（d）以光刻胶在硅片表面光刻，形成玻璃腐蚀所需要的图形；
（e）利用DRIE（深反应离子刻蚀）各向异性刻蚀，刻蚀硅片，刻蚀深度至玻璃层；
（f）去掉硅片上的光刻胶；
（g）腐蚀玻璃；
（h）去掉玻璃上的硅、氧化硅，并清洗，得到所需要的玻璃结构。
根据如上所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其在所述步骤（a）中的催化键合，具体包括下述步骤：
（1）在洁净玻璃上滴入含OH-的水溶液；
（2）将具有表面氧化层的硅片轻轻的压在滴有液体一面的玻璃上；
（3）在室温下静置24小时以上。
根据如上所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其特征在于，所述具有表面氧化层的硅片是将硅片放入氧化炉中进行表面氧化而成。
根据如上所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其在所述步骤（a）中的含OH-水溶液为KOH水溶液或NaOH水溶液。
根据如上所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其在步骤（3）的静置后，进一步进行退火。
另外，可以根据在室温下静置时间的长短和试验要求选择退火或不退火，如试验中温度不高于100℃，就可以延长室温下静置的时间，当时间大于4周，就可以不用退火。
根据如上所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其在所述步骤（b）中，去掉硅片上表面的氧化层的方法为：利用HF或BHF溶液湿法腐蚀氧化层、或者干法刻蚀氧化层。
根据如上所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，在所述步骤（c）中，所述减薄硅片的方法为：利用KOH或NaOH溶液腐蚀减薄硅片、或者以干法刻蚀减薄硅片。
根据如上所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其在所述步骤（g）中，去掉玻璃上硅片的方法为：利用KOH或NaOH溶液腐蚀硅片、或者利用干法刻蚀去掉硅片。
根据如上所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其在所述（f）步骤中，以HF酸腐蚀玻璃。
通过上述本发明的玻璃腐蚀的掩膜方法，HF酸不腐蚀硅，所以腐蚀深度是不受限制的，根据需要可以灵活选择；并且利用单晶硅做掩膜腐蚀玻璃，不需要进行阳极键合，从而可以避免其带来的热应力，并且不需要昂贵的设备，操作简单，应用价值大。
附图说明
图1是本发明实施例的玻璃腐蚀的掩膜方法的示意图。
图2是本发明实施例的玻璃腐蚀的掩膜方法的示意图。
图3是本发明实施例的玻璃腐蚀的掩膜方法的示意图。
图4是本发明实施例的玻璃腐蚀的掩膜方法的示意图。
图5是本发明实施例的玻璃腐蚀的掩膜方法的示意图。
图6是本发明实施例的玻璃腐蚀的掩膜方法的示意图。
图7是本发明实施例的玻璃腐蚀的掩膜方法的示意图。
图8是本发明实施例的玻璃腐蚀的掩膜方法的示意图。
图9是本发明实施例的玻璃腐蚀的掩膜方法的示意图。
附图标记说明
1. 硅片；2.玻璃；3.氧化层；4.光刻胶。
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本发明技术方案。
所采用的材料为N型硅片，厚度300μm，电阻率1~10Ω/cm，<110>晶向；玻璃为7740玻璃，厚度500μm。
本实施例的掩膜方法，其步骤如下：
（1）如图1所示，采用氢氧化物催化键合的方法键合玻璃2和硅片1，具体地：
（a）使用硫酸、双氧水混合液体清洗硅片1及玻璃2；
（b）将硅片1在氧化炉里氧化，氧化层3厚度1μm；
（c）在玻璃2上滴入KOH水溶液，配比为1：128，滴入量为0.4μL/cm2;
（d）将带有氧化层3的硅片1轻轻的压在滴有液体一面的玻璃2上；
（e）在室温下静置24小时；
（f）退火24小时，退火温度200℃；
（2）利用BHF溶液去掉硅片1上的上表面的氧化层3，如图2所示；
（3）利用40%浓度KOH溶液减薄硅片1，如图3所示；
（4）利用光刻胶4在减薄后的硅片1的表面进行光刻，形成玻璃腐蚀所需要的图形，如图4所示；
（5）利用DRIE各向异性刻蚀，刻蚀硅片1，刻蚀深度至玻璃层，如图5所示；
（6）利用丙酮溶液去掉光刻胶4，如图6所示；
（7）利用49%浓度的HF酸溶液腐蚀玻璃2，如图7所示；
（8）利用40%浓度KOH溶液腐蚀去掉玻璃2上的硅，如图8所示；
（9）利用BHF溶液去掉玻璃上的氧化层3，如图9所示：
（10）清洗，得到所需要的玻璃结构。
由该实施例可知，本发明中的HF酸不腐蚀硅，所以腐蚀深度是不受限制的，根据需要可以灵活选择；并且利用单晶硅做掩膜腐蚀玻璃，不需要进行阳极键合，从而可以避免其带来的热应力，并且不需要昂贵的设备，操作简单，应用价值大。

Claims (8)

1.一种玻璃腐蚀的掩膜方法，其特征在于，包括下述步骤：
(a)通过氢氧化物将具有表面氧化层的硅片与玻璃进行催化键合；
(b)去掉硅片上表面的氧化层；
(c)减薄硅片；
(d)以光刻胶在硅片表面光刻，形成玻璃腐蚀所需要的图形；
(e)利用DRIE各向异性刻蚀，刻蚀硅片，刻蚀深度至玻璃层；
(f)去掉硅片上的光刻胶；
(g)腐蚀玻璃；
(h)去掉玻璃上的硅、氧化硅，并清洗，得到所需要的玻璃结构；
所述步骤(a)中的催化键合，具体包括下述步骤：
(1)在洁净玻璃上滴入含OH-的水溶液；
(2)将具有表面氧化层的硅片轻轻的压在滴有液体一面的玻璃上；
(3)在室温下静置24小时以上。
2.根据权利要求1所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其特征在于，所述具有表面氧化层的硅片是将硅片放入氧化炉中进行表面氧化而成。
3.根据权利要求1所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其特征在于，所述步骤(1)中的含OH-的水溶液为KOH水溶液或NaOH水溶液。
4.根据权利要求1所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其特征在于，在步骤(3)的静置后，进一步进行退火。
5.根据权利要求1所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，去掉硅片上表面的氧化层的方法为：利用HF或BHF溶液湿法腐蚀氧化层、或者干法刻蚀氧化层。
6.根据权利要求1所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，在所述步骤(c)中，所述减薄硅片的方法为：利用KOH或NaOH溶液腐蚀减薄硅片、或者以干法刻蚀减薄硅片。
7.根据权利要求1所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其特征在于，在所述步骤(h)中，去掉玻璃上硅片的方法为：利用KOH或NaOH溶液腐蚀硅片、或者利用干法刻蚀去掉硅片。
8.根据权利要求1所述的玻璃腐蚀的掩膜方法，其特征在于，在所述(g)步骤中，以HF酸腐蚀玻璃。
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