CN202297838U - 一种光辅助电化学刻蚀装置 - Google Patents

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经雨珠
祝珊珊
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Abstract

本实用新型公开了一种光辅助电化学刻蚀装置，包括：盛装氢氟酸溶液的反应槽和盛饱和食盐水的导电液槽；在反应槽中插入与直流电源电连接的网状铂金电极负极，在导电液槽中插入的与直流电源电连接的网状铂金电极正极；导电液槽和反应槽之间插放有四英寸硅片；在导电液槽内放置有红外光方向向硅片的红外LED阵列装置；反应槽的下方中间位置设置有磁力搅拌器，反应槽内的底部与磁力搅拌器相对应的位置放置搅拌子。本实用新型的刻蚀装置采用包含有磁力搅拌和红外LED阵列装置的双槽光辅助电化学刻蚀装置，可以降低功率，光照均匀，而且无需温控系统，反应液搅拌均匀，可广泛应用于大规模生产。

Description

一种光辅助电化学刻蚀装置
技术领域
本实用新型涉及一种光辅助电化学刻蚀装置，具体为一种用于P型4英寸硅片的光辅助电化学刻蚀装置，能对4英寸硅片进行长时间的均匀电化学深刻蚀，属于微机电系统(MEMS)领域。
背景技术
多孔硅(porous silicon PS)是硅在HF溶液中通过阳极溶解形成的一种材料。多孔硅的形成最先是在20世纪50年代研究硅的电化学抛光时报道的。根据国际理论和应用化学联合会(InternationalUnion of Pure and Appiled Chemistry IUPAC)对多孔硅的分类标准，多孔硅按孔的尺寸(宽度或直径)可分为三种：大于50nm的叫做宏孔(macroporous)，在2-50nm之间的叫做中孔(mesoporous)，而尺寸小于2nm的称为微孔。本发明所研究的微通道结构孔的尺寸大小一般在微米(um)级别，所以又称作宏孔硅。自从上世纪90年代Lehmann等人在文章中(Lehmann et al，Formation Mechanism AndProperties  Of Electrochemically Etched Trenches In N-TypeSilicon，J.Electrochemical Society，Vol.137，#2，pp.653-659(1990))将光刻技术引入多孔硅刻蚀以来，光刻技术由于其能够方便定义图案已被广泛用于各种结构的硅微通道的制作中。目前制作微通道的技术主要分为干法和湿法两种，其中干法刻蚀包括反应离子刻蚀(reaction ion etching，RIE)，深反应离子刻蚀(deep reaction ionetching，DRIE)，等离子体刻蚀(plasma etching)，离子束刻蚀(ionbeam etching，IBE)等。湿法刻蚀由于所用条件和溶液的不同可分为化学刻蚀，电化学刻蚀和光电化学刻蚀以及应力刻蚀等。干法刻蚀虽然操作方便，可控性好，精度高，但是成本高，而且深宽比要远低于湿法刻蚀获得的微通道。而湿法刻蚀则具有成本低，所得微通道的深宽比高等优点。
目前，湿法刻蚀技术得到了深入研究，针对不同应用场合也出现了多种实验装置。但从目前的情况来看，这些装置还有不少缺陷，比如：1、单槽刻蚀系统必须在硅背面蒸镀网状电极，这无疑增加了工艺流程和成本；2、光源多采用高功率的卤素灯(每盏灯功率高达120W或以上)，这样势必需要增加一个温控系统(如增加一个冷却循环系统)，无形中使得成本增加，实验工艺复杂；3、对于双槽系统，灯源外置(即灯源放置在导电液槽之外)，这样一来会使得导电液中的电极挡住相当部分的光照，一方面使得照射到硅片背面的光经过电极(一般为网状铂金电极)的阻挡而不均匀分布在硅片上，一方面削弱了硅片接收到的单位面积光功率，使得必须加大光源系统功率，从而增加光源系统成本以及增加温控系统。4、另外有些系统没有搅拌装置使得随着反应的进行溶液局部浓度不均匀，影响反应的进行。
实用新型内容
本实用新型针对现有装置在刻蚀过程中存在着光照不均匀，需另外添加温控系统以及反应液没有搅拌系统等问题，提出了一种无需温控系统、采用磁力搅拌、LED阵列光照系统的双槽光辅助电化学刻蚀装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现。
一种光辅助电化学刻蚀装置，包括：盛装氢氟酸溶液的反应槽和盛饱和食盐水的导电液槽；在反应槽中插入与直流电源电连接的网状铂金电极负极，在导电液槽中插入的与直流电源电连接的网状铂金电极正极；导电液槽和反应槽之间插放有四英寸硅片；在导电液槽内放置有红外光方向向硅片的红外LED阵列装置；反应槽的下方中间位置设置有磁力搅拌器，反应槽内的底部与磁力搅拌器相对应的位置放置搅拌子。
所述的红外LED阵列装置用胶带固定和密封；LED阵列装置必须保证防水。
导电液槽必须足够大除了容纳红外LED阵列装置外，还需在两边余出足够空间使得导电液能够从两侧接触硅片的背面，同时为了保证电场分布的均匀性，网状铂金电极正极的中心应和硅片的中心对齐。反应槽一般选用抗腐蚀的特氟龙材料，而导电液槽可以选用价格低廉的有机玻璃或塑料。
由于红外LED阵列装置内置，使得所选用的红外LED阵列装置功率可以减少(本装置为49W的LED阵列)，一方面使得光照均匀，一方面使得反应过程中温度与环境温差不大(实测为300K，即27摄氏度)。
由于采用磁力搅拌器(含搅拌子)搅拌，一方面使得气泡能顺利逸出，另一方面，磁力搅拌器能够方便地在市场上购买到，不用专门定制，使得大规模生产成为可能，且成本易控。
本实用新型的刻蚀装置采用包含有磁力搅拌和红外LED阵列装置的双槽光辅助电化学刻蚀装置，可以降低功率，光照均匀，而且无需温控系统，反应液搅拌均匀，可广泛应用于大规模生产。
附图说明
图1为本实用新型俯视结构示意图；
图2为本实用新型的侧向正视结构示意图；
(图中箭头表示光照方向)
图中：1、导电液槽  2、反应槽  3、硅片  4、网状铂金电极正极  5、网状铂金电极负极  6、红外LED阵列装置  7、搅拌子。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的结构特点。
如图1和图2所示的一种光辅助电化学刻蚀装置，包括：盛装氢氟酸溶液的反应槽2和盛饱和食盐水的导电液槽1；在反应槽2中插入与直流电源电连接的网状铂金电极负极5，在导电液槽中插入的与直流电源电连接的网状铂金电极正极4；导电液槽1和反应槽2之间插放有四英寸硅片3；在导电液槽1内放置有红外光方向向硅片的红外LED阵列装置6；反应槽2的下方中间位置设置有磁力搅拌器，反应槽2内的底部与磁力搅拌器相对应的位置放置搅拌子7。
所述的红外LED阵列装置7用胶带固定和密封；红外LED阵列装置7必须保证防水。
导电液槽1必须足够大除了容纳红外LED阵列装置7外，还需在两边余出足够空间使得导电液能够从两侧接触硅片3的背面，同时为了保证电场分布的均匀性，网状铂金电极正极4的中心应和硅片3的中心对齐。反应槽2一般选用抗腐蚀的特氟龙材料，而导电液槽1可以选用价格低廉的有机玻璃或塑料。
对比例：采用单个卤素灯作为照明系统电化学刻蚀硅片如下：
1、将刻好倒金字塔的p型(100)硅片装入刻蚀槽内，安装好装置，倒入2M的氢氟酸腐蚀液，在9mA/cm2电流下进行电化学刻蚀；
2、刻蚀10小时之后，所得硅片图片如图7所示，可以看到刻蚀区域的硅片表面不均匀，有圈状条纹，这是由于单盏卤素灯的“手电筒效应”(即亮度由中心向边沿逐渐降低)，导致硅片刻蚀深度不均匀。
实施例：采用本实用新型装置的照明系统电化学刻蚀硅片如下：
1、将刻好倒金字塔的p型(100)硅片装入刻蚀槽内，安装好装置，倒入2M的氢氟酸腐蚀液，在9mA/cm2电流下进行电化学刻蚀；
2、刻蚀10小时之后，所得硅片图片如图8所示，可以看到刻蚀区域的硅片表面均匀，这是由于LED阵列灯光照均匀，硅片各个反应区刻蚀深度相当。

Claims (4)

1.一种光辅助电化学刻蚀装置，其特征在于：它包括：盛装氢氟酸溶液的反应槽和盛饱和食盐水的导电液槽；在反应槽中插入与直流电源电连接的网状铂金电极负极，在导电液槽中插入的与直流电源电连接的网状铂金电极正极；导电液槽和反应槽之间插放有四英寸硅片；在导电液槽内放置有红外光方向向硅片的红外LED阵列装置；反应槽的下方中间位置设置有磁力搅拌器，反应槽内的底部与磁力搅拌器相对应的位置放置搅拌子。
2.根据权利要求1所述的一种光辅助电化学刻蚀装置，其特征在于：所述的红外LED阵列装置用胶带固定和密封。
3.根据权利要求1所述的一种光辅助电化学刻蚀装置，其特征在于：导电液槽的两边留有让导电液能够从两侧接触硅片的背面的空隙。
4.根据权利要求1所述的一种光辅助电化学刻蚀装置，其特征在于：所述的网状铂金电极正极的中心和硅片的中心对齐。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103762160A (zh) * 2014-01-28 2014-04-30 北京华力创通科技股份有限公司 深硅刻蚀方法及其装置
CN104746127A (zh) * 2015-03-07 2015-07-01 合肥工业大学 用于电化学法制备多孔硅的双槽装置及制备多孔硅的方法
CN107245755A (zh) * 2017-04-21 2017-10-13 深圳大学 适用于多样品同步实验的光辅助电化学刻蚀装置

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