CN112802739A - 一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构及其研究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构及其研究方法,通过设置超声波换能器探头与电磁铁,电磁铁的磁力作用能够增强刻蚀的速率,提高刻蚀孔的垂直性,超声波和磁场耦合作用高深宽比刻蚀硅基,减少表面损伤,降低机械应力,能够有效保证刻蚀的精度以及侧壁的质量,形成合理的高深宽比的硅微通道,保证使用效果,有利于上述基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构在微纳米制造技术领域的推广及应用。
Description
技术领域
本发明属于微纳米制造技术领域,具体是一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构及其研究方法。
背景技术
磁导金属辅助化学刻蚀是一种在硅基上刻蚀高深宽比(HAR)结构的湿法刻蚀技术。从本质上说就是一个氧化还原反应,贵金属作为催化剂沉积在硅表面。硅基沉积金属催化剂后浸入氢氟酸-过氧化氢水溶液中时,发生氧化还原反应,其中催化剂下的硅体积被溶解。催化剂会进一步移动到蚀刻的空腔中,以帮助连续蚀刻并形成HAR结构,金属催化剂表面发生氧化还原反应产生电子空穴(h+),电子空穴的输运可能会严重影响金属辅助化学刻蚀(MaCE) 的三维分布。我们把h+的运动过程称为电荷运输过程。在磁导化学腐蚀中,使用具有磁性的三层金属催化剂(Au/Fe/Au)代替单一的贵金属层,然后,在外加磁场的作用下,样品沿着所需的蚀刻方向进行电化学蚀刻,提高了刻蚀速率和刻蚀的垂直度。为了增强动力学和控制方向,沉积了具有磁性的铁层用于磁导向硅刻蚀。
但是,目前的磁场辅助金属化学刻蚀方法,缺乏超声波-磁场耦合相互作用的研究,在结构成形过程中表面结构仍具有损伤,致使成形结构表面质量参差不齐,无法实现刻蚀高精度、高质量侧壁和高深宽比的硅微通道。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷,本发明的第一个发明目的在于提供一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构,该结构巧妙,能够有效保证刻蚀的精度以及侧壁的质量,形成合理的高深宽比的硅微通道;本发明的第二个发明目的在于提供一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构的研究方法,该研究方法同样能够有效保证刻蚀的精度以及侧壁的质量,形成合理的高深宽比的硅微通道,保证使用效果,有利于上述基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构在微纳米制造技术领域的推广及应用。
上述一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构与一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构的研究方法技术上相互关联,属于同一个发明构思。
为了实现上述第一个发明目的,本发明采用以下技术方案:一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构,包括超声波换能器探头、催化剂层、磁性铁层、光刻胶模板、硅基及电磁铁,所述超声波换能器探头位于所述硅基上方设置,所述催化剂层沉积在所述磁性铁层的上方和下方,具有一定厚度的所述光刻胶模板作为掩膜板覆着于所述硅基表面,所述电磁铁位于所述硅基下方且与所述硅基不接触设置。
作为本发明的一种优选方案,所述超声波换能器探头的中心轴线与所述硅基的中心轴线位于同一条直线。
作为本发明的一种优选方案,所述电磁铁位于所述硅基正下方设置。
作为本发明的一种优选方案,所述光刻胶模板由耐腐蚀材料制成。
为了实现上述第二个发明目的,本发明采用以下技术方案:一种基于电磁场作用硅基刻蚀高深宽比结构的研究方法,包括以下步骤:S1,以光刻胶模板为掩膜,获得催化剂层刻蚀硅基的圆柱微孔的结构;S2,硅基下方放置有可控的电磁铁;S3,超声波换能器探头的超声波与电磁铁的磁场之间相互耦合作用形成高深宽比刻蚀硅基。
作为本发明的一种优选方案,S1中,使用对催化剂层具有较高耐腐蚀性的光刻胶模板作为掩膜,催化剂层沉积在磁性铁层的上方和下方,刻蚀前,先进行退火处理。
作为本发明的一种优选方案,S1中,在硅基表面进行圆柱孔结构刻蚀。
作为本发明的一种优选方案,S3中,使用微型超声波机器置于需要刻蚀的硅基孔的上方进行加工试验,以实心圆柱形碳化钨棒为工具,将超声波换能器探头对准硅基圆柱孔,使用超声波作用硅基高频蚀刻工艺进行处理。
与现有技术相比,本发明中的一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构及其研究方法,具有如下有益效果:本发明中的一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构及其研究方法,通过设置超声波换能器探头与电磁铁,电磁铁的磁力作用能够增强刻蚀的速率,提高刻蚀孔的垂直性,超声波和磁场耦合作用高深宽比刻蚀硅基,减少表面损伤,降低机械应力,能够有效保证刻蚀的精度以及侧壁的质量,形成合理的高深宽比的硅微通道,保证使用效果,有利于上述基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构在微纳米制造技术领域的推广及应用。
附图说明
图1是实施例中表面附有一层抗腐蚀光刻胶掩膜的硅基光子晶体示意图;
图2是实施例中超声波-磁场耦合作用下的高深宽比刻蚀硅基成型示意图;
图3是实施例中超声波-磁场耦合作用下硅基刻蚀原理图。
附图标记:1、超声波换能器探头;2、催化剂;3、光刻胶;4、硅基;5、电磁铁;6、磁性铁层。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为本发明的限定。
如图1至图3所示,一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构,一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构,包括超声波换能器探头1、催化剂层2、磁性铁层6、光刻胶模板3、硅基4及电磁铁5,上述超声波换能器探头1位于上述硅基4上方设置,上述催化剂层2沉积在上述磁性铁层6的上方和下方,具有一定厚度的上述光刻胶模板3作为掩膜板覆着于上述硅基4表面,上述电磁铁5位于上述硅基4下方且与上述硅基4不接触设置。
为了保证硅基刻蚀的效果超声波换能器探头1的中心轴线与上述硅基4的中心轴线位于同一条直线上设置,上述电磁铁5位于上述硅基4正下方设置。电磁铁5的磁力作用增强刻蚀的速率,提高刻蚀孔的垂直性。
光刻胶模板3由耐腐蚀材料制成。
一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构的研究方法,包括以下步骤:
S1,以光刻胶模板3为掩膜,获得催化剂层2刻蚀硅基4的圆柱微孔的结构;具体的,光刻胶模板3作为掩膜,使用对催化剂层2具有较高耐腐蚀性的光刻胶,用以刻蚀过程中对无需刻蚀的硅基4的表面予以保护,贵金属催化剂层2沉积在磁性铁层6的上方和下方,用以保护磁性铁层6在刻蚀过程中不受刻蚀溶液的腐蚀,刻蚀前先进行退火处理,增加Fe的磁性以或促使Au表面更易与刻蚀溶液发生反应。
S2,硅基4下方放置有可控的电磁铁5,电磁铁5的磁力作用增强刻蚀的速率,提高刻蚀孔的垂直性;具体的,在硅基4表面进行圆柱孔结构刻蚀,由于N型硅晶片存在大量的自由电子,在刻蚀过程中,硅失去电子,电子进入到溶液中,金属颗粒周围聚集大量电子,则金属颗粒带电,贵金属催化剂中间含Fe,所以在磁场的作用下会向下即电磁铁5所在的方向运动,通过调节电磁铁5的磁力进而获得最佳的磁力作用效果。
S3,超声波换能器探头1的超声波与电磁铁5的磁场之间相互耦合作用形成高深宽比刻蚀硅基4,减少表面损伤,降低机械应力;具体的,使用微型超声波机器置于需要刻蚀的硅基孔的上方进行加工试验,以实心圆柱形碳化钨棒为工具,将超声波换能器探头1对准硅基圆柱孔,使用超声波作用硅基高频蚀刻工艺进行处理,超声波作用提高刻蚀的深度,更重要的是超声波可以改善刻蚀硅基侧壁的损伤、减小表面粗糙度、过切和杂散切割等不良相应参数以刻蚀高精度、高质量的硅微通道。电磁铁作用金属催化剂,电磁铁5作用磁性金属力增强了刻蚀的速率和刻引导垂直刻蚀,超声波与磁场耦合作用可以实现更进一步的高深宽比刻蚀且提高侧壁的表面光洁度和形状精度。
本实施例中的一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构及其研究方法,通过设置超声波换能器探头1与电磁铁5,电磁铁5的磁力作用能够增强刻蚀的速率,提高刻蚀孔的垂直性,超声波和磁场耦合作用高深宽比刻蚀硅基,减少表面损伤,降低机械应力,能够有效保证刻蚀的精度以及侧壁的质量,形成合理的高深宽比的硅微通道,保证使用效果,有利于上述基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构在微纳米制造技术领域的推广及应用。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现;因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
尽管本文较多地使用了图中附图标记:1、超声波换能器探头;2、催化剂;3、光刻胶; 4、硅基;5、电磁铁;6、磁性铁层等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (8)
1.一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构,其特征在于:包括超声波换能器探头(1)、催化剂层(2)、磁性铁层(6)、光刻胶模板(3)、硅基(4)及电磁铁(5),所述超声波换能器探头(1)位于所述硅基(4)上方设置,所述催化剂层(2)沉积在所述磁性铁层(6)的上方和下方,具有一定厚度的所述光刻胶模板(3)作为掩膜板覆着于所述硅基(4)表面,所述电磁铁(5)位于所述硅基(4)下方且与所述硅基(4)不接触设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构,其特征在于:所述超声波换能器探头(1)的中心轴线与所述硅基(4)的中心轴线位于同一条直线。
3.根据权利要求2所述的一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构,其特征在于:所述电磁铁(5)位于所述硅基(4)正下方设置。
4.根据权利要求3所述的一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构,其特征在于:所述光刻胶模板(3)由耐腐蚀材料制成。
5.一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构的研究方法,其特征在于:包括以下步骤:S1,以光刻胶模板(3)为掩膜,获得催化剂层(2)刻蚀硅基(4)的圆柱微孔的结构;S2,硅基(4)下方放置有可控的电磁铁(5);S3,超声波换能器探头(1)的超声波与电磁铁(5)的磁场之间相互耦合作用形成高深宽比刻蚀硅基(4)。
6.根据权利要求5所述的一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构的研究方法,其特征在于:S1中,使用对催化剂层(2)具有较高耐腐蚀性的光刻胶模板(3)作为掩膜,催化剂层(2)沉积在磁性铁层(6)的上方和下方,刻蚀前,先进行退火处理。
7.根据权利要求6所述的一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构的研究方法,其特征在于:S1中,在硅基(4)表面进行圆柱孔结构刻蚀。
8.根据权利要求7所述的一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构的研究方法,其特征在于:S3中,使用微型超声波机器置于需要刻蚀的硅基孔的上方进行加工试验,以实心圆柱形碳化钨棒为工具,将超声波换能器探头(1)对准硅基圆柱孔,使用超声波作用硅基高频蚀刻工艺进行处理。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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