[发明专利]一种电解加工用的纳米尺度多晶硅工具电极及其制备方法

权利要求书

1.一种电解加工用的纳米尺度多晶硅工具电极，其特征在于，包括硅基体、导电金属层和多晶硅阴极；所述的导电金属层的前部与多晶硅阴极的后部相互连接，导电金属层的后部位于硅基体上；所述的多晶硅阴极的前端部为电极工作端，多晶硅阴极的后部通过基体附着层与硅基体的前部相互连接；所述的硅基体的背面加工有定位槽，用于当多晶硅工具电极处于工作状态时，使工具电极与其它工件夹持定位，

其中所述的多晶硅阴极的材料为经过高浓度掺杂的多晶硅材料，多晶硅阴极在单晶硅基体表面部分的尺寸为毫米级，多晶硅阴极与所述的导电金属层连接，多晶硅阴极的电极工作端的特征尺寸为纳米级。

2.如权利要求1所述的工具电极，其特征在于其中所述的多晶硅阴极包括基体附着层和电极工作端均为经过高浓度掺杂的多晶硅材料，高浓度掺杂的掺杂元素为磷或硼，多晶硅阴极的电导率小于10^-2Ωcm。

3.如权利要求1所述的工具电极，其特征在于其中所述的导电金属层为由金属剥离工艺和金属沉积工艺制备的图形化薄膜，金属种类为银、铂或金。

4.如权利要求3所述的工具电极，其特征在于，所述金属种类为铂。

5.一种制备权利要求1～4中任一项所述电解加工用的纳米尺度多晶硅工具电极的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)提供一个单晶硅材料基底；

(2)在单晶硅材料基底上制备一层图形化的图形化牺牲层；

(3)在步骤(1)的单晶硅材料基底和图形化牺牲层上沉积一层图形化多晶硅层；

(4)对步骤(3)的图形化多晶硅层进行高浓度掺杂，得到多晶硅电极层；

(5)对步骤(4)的多晶硅电极层进行刻蚀，并在刻蚀后的多晶硅表面沉积一层金属层，得到金属层；

(6)在步骤(5)的单晶硅材料基底的底面和顶面分别沉积一层掩蔽层；

(7)对步骤(6)的单晶硅材料基底的底面和顶面的掩蔽层进行刻蚀，得到图形化的刻蚀窗口，然后，在单晶硅材料基底的底面刻蚀出减薄窗口和定位槽，在单晶硅材料基底的顶面刻蚀出工具电极的基本轮廓；

(8)在步骤(7)的图形化多晶硅层的中间点进行刻蚀；

(9)对步骤(8)的工具电极中的图形化牺牲层进行湿法腐蚀工艺，将图形化牺牲层去除；

(10)在步骤(8)的漏斗状凹槽处，将单晶硅材料基底按照工具电极的轮廓断开，使工具电极从单晶硅材料基底脱离下来，得到独立的工具电极。

6.如权利要求5的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)中，采用沉积工艺，在单晶硅材料基底上沉积一层二氧化硅，二氧化硅的厚度为10～500nm，得到图形化牺牲层；采用刻蚀工艺对图形化牺牲层进行一次光刻，去除SiO₂层，直到露出单晶硅材料基底。

7.如权利要求5的制备方法，其特征在于所述的步骤(3)的具体过程为：以光刻胶作为掩膜，在步骤(2)的单晶硅材料基底和图形化牺牲层上沉积一层多晶硅，除胶后得到图形化多晶硅层，图形化多晶硅层的厚度为20～200nm。

8.如权利要求5的制备方法，其特征在于所述的步骤(4)中，对图形化多晶硅层整体掺杂，掺杂浓度需在10¹⁹～10²⁰/cm²范围内，掺杂类型为N型或P型，形成多晶硅电极层。

9.如权利要求5的制备方法，其特征在于所述的步骤(5)的具体过程为：以光刻胶作为掩膜，在多晶硅电极层表面上沉积金属层，除胶后得到图形化金属层，金属层材料为惰性金属，沉积得到的金属层厚度为100～500nm。

10.如权利要求5的制备方法，其特征在于所述的步骤(9)中，去除掩蔽层，在多晶硅电极层表面上进行单面光刻，以光刻胶作为掩膜，在两个正对的硅电极间刻蚀，将二者分离。