一種光電化學(xué)刻蝕設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于制備高深寬比硅微納結(jié)構(gòu)的加工設(shè)備，是一種集成光、電、化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備，在微納加工、半導(dǎo)體材料制備等領(lǐng)域著廣泛的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)迅速發(fā)展，各種新器件、新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，微慣性器件、Lab-on-Chip、微管道、微探針，這些無法用肉眼觀察到的小東西正在改變著我們的生活和世界。隨著MEMS器件的蓬勃發(fā)展，這些MEMS器件的加工工藝與加工設(shè)備也在不斷的進步。其中一項重要技術(shù)就是高深寬比刻蝕。針對不同材料的高深寬比刻蝕方法主要包括:LIGA、聚焦離子束刻蝕(FIB)、硅深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)、激光微加工、微電火花加工等。然而，這些工藝所用到的設(shè)備以及后期的維護都是非常昂貴的。拿硅深反應(yīng)離子刻蝕舉例，在此步驟之前，需要通過光刻工藝來做掩膜，光刻工藝中所用到的光刻機這臺設(shè)備價格不菲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了降低高深寬比刻蝕工藝的成本，本實用新型提供一種能夠刻蝕高深寬比硅微納結(jié)構(gòu)的設(shè)備，本設(shè)備不需要復(fù)雜的維護，實現(xiàn)成本低廉，使用簡單、方便，具有較高的安全性。相對其它刻蝕工藝來說，工藝流程操作簡單，容易讓操作人員很快掌握操作技巧。
[0004]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種光電化學(xué)刻蝕設(shè)備，包括左腔體，作為陽極的硅片固定在左腔體上；包括空心銅圈，設(shè)置在硅片的背后，所述的空心銅圈中間設(shè)有通孔；包括光源，所述的光源放置在空心銅圈的通孔內(nèi)；包括右腔體，右腔體中設(shè)有作為陰極的鉑金片；包括實心銅圈，用于將鉑金片固定于硅片相對的位置；包括主腔體，用于連接左腔體和右腔體，并使兩個腔體合并組成一個刻蝕腔腔室；所述的腔室內(nèi)裝滿刻蝕液氫氟酸。
[0006]進一步的，所述的刻蝕腔為圓柱形的腔室。
[0007]進一步的，所述的刻蝕腔連接蠕動栗，利用蠕動栗，實現(xiàn)刻蝕液體的自動循環(huán)。
[0008]進一步的，還包括分別為光源提供能量，和為刻蝕液中陰陽兩極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)提供偏壓的電源。
[0009]進一步的，左腔體與右腔體通過螺紋來固定在主腔體上。
[0010]進一步的，在硅片和鉑金片分別與左腔體和右腔體結(jié)合部設(shè)有保證腔體的氣密性的特氟龍密封圈。
[0011]本實用新型的有益效果是，在硅的高深寬比刻蝕工藝中，設(shè)備造價低，不需要后續(xù)長時間的維護。操作流程簡單，容易掌握。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0013]圖1是刻蝕腔體的橫剖面構(gòu)造圖；
[0014]圖2是刻蝕腔體與外接設(shè)備連接示意圖；
[0015]圖3是在光照下，硅在HF中所發(fā)生的刻蝕反應(yīng)示意圖。
[0016]圖中1.蝕刻液，2.硅片，3.空間電荷區(qū)，4.電流，5.電子空穴，6.光源，7.空心銅圈，8.特氟龍密封圈，9.鉑金片，10.實心銅圈左腔體，11.右腔體，12.左腔體，13.主腔體，14.螺紋，15.蠕動栗，16.電源A，17.電源B，18.不銹鋼支架。
【具體實施方式】
[0017]參見附圖1，在光電化學(xué)刻蝕工藝中，需要用到刻蝕腔、光源6、蠕動栗和兩個電源，蠕動栗和兩個電源是電化學(xué)刻蝕工藝的常規(guī)設(shè)備。本實用新型整個刻蝕腔都是由特氟龍材料加工而成，刻蝕腔是由左右兩個腔體通過螺紋14合并在一起，從而組成了一個圓柱形的腔室。在腔室中，裝滿刻蝕液氫氟酸(HF)。硅片2作為陽極，被固定在左腔體12上，硅片2的背后有空心銅圈7以及來保證腔體的氣密性的特氟龍密封圈8，空心銅圈7通過螺紋14是可以卸載下來的，既可以調(diào)節(jié)刻蝕腔的氣密性，又可以靈活裝載刻蝕的硅片2。這個空心銅圈7是一個通孔銅圈，中間通孔是為了放置特定波長的光源6。在右腔體中，鉑金片9作為陰極，被固定于硅片2相對的位置。同樣用銅圈擰的松緊程度來控制鉑金片9的固定程度。這個銅圈是一個實心銅圈10。光源6采用特定波長段的燈，是用來激發(fā)硅片2中的電子空穴，促進反應(yīng)的快速進行。
[0018]參見附圖2，本實用新型刻蝕腔連接外接設(shè)備蠕動栗15和兩個電源，蠕動栗15是用來循環(huán)刻蝕腔中的刻蝕液1，以便硅片2刻蝕均勻。兩個電源中，其中電源B17是為光源6提供能量，另一個電源A16則是為刻蝕液I中陰陽兩極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)提供偏壓。
[0019]裝配方法是，先來裝配左腔體12，將硅片2放入左腔體12空腔處，然后用空心銅圈7通過螺紋的調(diào)節(jié)固定硅片2。然后將光源6放入銅圈空腔處固定好。再來裝配右腔體11，將鉑金片9放入右腔體11的空腔處，用實心銅圈10來固定它。在硅片2和鉑金片9分別與左腔體12和右腔體11結(jié)合部設(shè)有特氟龍密封圈8，特氟龍密封圈8的作用是為了保證整個腔體的氣密性。然后將左腔體12與右腔體11通過螺紋14來固定在主腔體13上，主腔體13用304不銹鋼支架18來支撐，將硅片2和鉑金片9處的陰陽兩極給引出來接到外部電源的電源A16上，將HF導(dǎo)入空腔內(nèi)，通過連接外部的蠕動栗15來循環(huán)，打開光源6和兩個電源以及蠕動栗15的開關(guān)，刻蝕一段時間后，即可刻蝕出高深寬比較高的多孔硅。
[0020]附圖3，表示的是硅片在HF中被刻蝕出具體高深寬比的孔。本實用新型可以用電學(xué)的知識來解釋刻蝕的機理，在刻蝕前，硅片2被固定在陽極位置，在硅片2的背后還有光源6，在陰陽兩極接通電源后，硅片2內(nèi)部的電子空穴就會往硅片2的上表面轉(zhuǎn)移，在上表面處聚集，使上表面變成空間電荷區(qū)3，有了光源6的照射，會加快電子空穴出現(xiàn)的數(shù)目和移動的速度。在上表面處有小孔的地方，電子空穴移動至此會將小孔變大，逐漸將小孔刻蝕的越來越深。
【主權(quán)項】
1.一種光電化學(xué)刻蝕設(shè)備，其特征在于: 包括左腔體，作為陽極的硅片固定在左腔體上； 包括空心銅圈，設(shè)置在硅片的背后，所述的空心銅圈中間設(shè)有通孔； 包括光源，所述的光源放置在空心銅圈的通孔內(nèi)； 包括右腔體，右腔體中設(shè)有作為陰極的鉑金片； 包括實心銅圈，用于將鉑金片固定于硅片相對的位置； 包括主腔體，用于連接左腔體和右腔體，并使兩個腔體合并組成一個刻蝕腔腔室； 所述的腔室內(nèi)裝滿刻蝕液氫氟酸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電化學(xué)刻蝕設(shè)備，其特征在于:以上所述的刻蝕腔為圓柱形的腔室。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電化學(xué)刻蝕設(shè)備，其特征在于:以上所述的刻蝕腔連接蠕動栗，利用蠕動栗，實現(xiàn)刻蝕液體的自動循環(huán)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電化學(xué)刻蝕設(shè)備，其特征在于:還包括分別為光源提供能量，和為刻蝕液中陰陽兩極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)提供偏壓的電源。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電化學(xué)刻蝕設(shè)備，其特征在于:以上所述的左腔體與右腔體通過螺紋來固定在主腔體上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電化學(xué)刻蝕設(shè)備，其特征在于:在硅片和鉑金片分別與左腔體和右腔體結(jié)合部設(shè)有保證腔體的氣密性的特氟龍密封圈。
【專利摘要】本實用新型公開了一種光電化學(xué)刻蝕設(shè)備，用于制備高深寬比硅微納結(jié)構(gòu)的加工。由左右兩個腔體合并組成的腔室，在左腔體上固定有作為陽極的硅片，硅片的背后有銅圈，所述的銅圈中間設(shè)有通孔，通孔內(nèi)放置光源；所述的右腔體中設(shè)有作為陰極的鉑金片，并通過實心銅圈固定于硅片相對的位置，還包括用于連接左右兩個腔體的主腔體上。在外部設(shè)備——蠕動泵，電源，燈源的配合下，將硅片作為陽極，鉑金片作為陰極置于HF中，即可制得高深寬比較高的多孔硅。是一種無需掩膜，價格低廉，操作簡單的光電化學(xué)刻蝕設(shè)備。
【IPC分類】C25F7/00, C25F3/12
【公開號】CN204727978
【申請?zhí)枴緾N201520448337
【發(fā)明人】孫廣毅, 蔣秀芬, 趙新
【申請人】南開大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年6月26日