[发明专利]倒漏斗形硅基实心微针阵列的制备方法

说明书

本发明提出一种倒漏斗形硅基实心微针阵列的制备方法，包括以下步骤：1)在单晶硅片上沉积正面氮化硅保护膜和反面氮化硅保护膜；2)在正面氮化硅保护膜上旋涂光刻胶进行光刻，光刻后的光刻胶形成阵列状的圆形遮挡胶膜；3)干法刻蚀掉暴露在遮挡胶膜外的正面氮化硅保护膜，露出单晶硅片；4)利用电感耦合等离子体刻蚀系统，采用深硅刻蚀Bosch工艺，对单晶硅片进行各向异性刻蚀，在单晶硅片上刻蚀出阵列状的圆柱体；5)去除单晶硅片上遮挡胶膜；6)利用酸性腐蚀液对单晶硅片进行各向同性湿法腐蚀，得到微针阵列。本发明可实现高深宽比、针尖直径与长度可控的倒漏斗形结构的实心微针阵列加工。

技术领域

本发明涉及半导体硅材料表面微加工和制造技术领域，具体是一种倒漏斗形硅基实心微针阵列的制备方法。

背景技术

现有的硅基实心微针阵列化学湿发腐蚀主要采用各向异性和各向同性相结合的方法，通过选择腐蚀液和精确控制腐蚀过程中刻蚀液浓度、刻蚀温度、刻蚀时间等参数，可以制备出实心微针三维模具。肖丽君等人利用紫外光刻与KOH各向同性刻蚀技术制备了一定高度的硅材料微针阵列(一种聚合物实心微针的制作方法，MEMS器件与技术，2009，46(12)744-749)；通过SiO₂作为牺牲层，徐谦刚等人利用酸性腐蚀液对硅基材料进行各向同性腐蚀制备了深度与宽度比较小的二维图形(一种硅基各向同性湿发刻蚀工艺，CN102931070A)。但是，受刻蚀晶向、刻蚀速率的影响，这种方法只能够加工一定深宽比微针尖，具有一定局限性；此外，强碱、强酸的长时间交替腐蚀对掩模有较高要求。基于侧墙保护原理，采用低温ICP干法刻蚀技术把刻蚀和钝化分成两步，利用SF₆作为刻蚀气体，C₄F₈作为聚合物产生气体，刻蚀与钝化交替进行，通过这种周期性方式，能很好地平衡刻蚀和钝化，更好地控制各向异性腐蚀，可获得很高深宽比(20∶1)的结构，侧壁接近90度，但此方法只能得到垂直侧壁，无法加工斜壁面或弧形结构。

发明内容

本发明提出一种倒漏斗形硅基实心微针阵列的制备方法，解决了现有技术中制备微针阵列存在的深宽比受限或无法加工斜壁面或弧形结构的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种倒漏斗形硅基实心微针阵列的制备方法，包括以下步骤：

1)选取(100)晶面、双面抛光单晶硅片，在单晶硅片的正面沉积正面氮化硅保护膜，在单晶硅片的反面沉积反面氮化硅保护膜；

2)在正面氮化硅保护膜上旋涂光刻胶，利用光刻工艺将掩模板图形转移到光刻胶上，掩膜版的图形为阵列状的圆形斑点，光刻后的光刻胶形成阵列状的圆形遮挡胶膜；

3)干法刻蚀掉暴露在遮挡胶膜外的正面氮化硅保护膜，露出单晶硅片；

4)利用电感耦合等离子体刻蚀系统，采用深硅刻蚀Bosch工艺，对步骤3露出的单晶硅片进行各向异性刻蚀，在单晶硅片上刻蚀出阵列状的圆柱体；

5)去除单晶硅片上遮挡胶膜；

6)利用酸性腐蚀液对步骤5后的单晶硅片进行各向同性湿法腐蚀，得到微针阵列。

进一步地，所述步骤1中，单晶硅片为N型，电阻率范围为1-10Ω·cm，厚度为700±10μm；

正面氮化硅保护膜和反面氮化硅保护膜都为500nm厚，采用低压化学气相沉积工艺沉积在单晶硅片上。

进一步地，所述步骤2中，旋涂光刻胶的转速为2500r/min，时间40s，光刻胶膜厚度10.6微米；然后，将单晶硅片在95℃环境中前烘10min，待单晶硅片自然冷却后进行掩模图形光刻，曝光130s，剂量为1539mJ/cm²，然后在浓度为2.38％的NMD-W显影液中显影10min，用去离子水冲洗1min，再在100℃环境中坚膜15min，把掩模板图形转移到光刻胶上；