图形化多孔硅的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体制造技术领域，具体地讲，涉及一种图形化多孔硅的制备方法。
【背景技术】
[0002]多孔硅材料具有良好的绝热性、发光特性、高比表面积、高电阻率、高机械强度以及与微机电(简称MEMS)加工工艺兼容等优点，其在气体传感器、温湿度传感器、光致电致发光器等诸多领域均有应用。
[0003]多孔硅的制备工艺不仅与硅基MEMS器件的制备工艺以及1C加工工艺有良好的兼容性;而且，与目前常用的悬臂梁、悬膜结构相比，其在具有相当的功耗接近及隔热效果的同时，还具有更好的机械强度;与此同时，其还可以根据MEMS器件的需求采用不同的制备方法制备所需的多孔硅，以提高MEMS器件的性能。然而，针对不同的MEMS器件，多孔硅往往不是覆盖整个MEMS器件，而是分布在特定区域内以发挥其作用。因此，多孔硅的图形化制备便成为决定多孔硅材料能否在MEMS器件中应用的关键。
[0004]MEMS器件在制备中所使用的多孔硅主要是采用溶液腐蚀法获得，因此，如何在刻蚀液中刻蚀图形区域，并且有效地保护非刻蚀区域便成为选择掩膜所需解决的关键问题。离子注入可以实现多孔硅的图形化，但该方法仅能制备薄层多孔硅，并且受限于衬底类型，不利于与MEMS技术兼容。诱导方法也可制备图形化的多孔硅材料，其省去了制备掩膜的步骤，一定程度上简化了制备工艺，但该方法制备的图形化的多孔硅形状简单、图形区域较大且形状不容易控制，无法满足MEMS器件小型化、多样化制备的需求。
[0005]目前在MEMS器件的制备中，较为有效的图形化方法是图形化淀积氮化硅或多晶硅作为掩膜;但是，氮化硅、多晶硅等掩膜不易被去除，且不同工艺生长的氮化硅对刻蚀液的阻挡效果不同，无法实现标准化制备，制约MEMS器件的制备。
【发明内容】
[0006]为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种图形化多孔硅的制备方法，该制备方法通过制备金属掩膜，并将金属掩膜与硅片进行共销蚀，制备得到图形化多孔硅。所述制备方法可根据MEMS器件的制备需求，调节图形化多孔硅的孔深及图形尺寸。
[0007]为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案:
[0008]—种图形化多孔娃的制备方法，包括:在娃片的表面形成若干金属掩膜;刻蚀具有所述金属掩膜的硅片，以使所述硅片的暴露区与所述金属掩膜共销蚀，在所述硅片的暴露区形成若干孔，得到所述图形化多孔硅。
[0009]进一步地，在所述硅片的表面形成所述若干金属掩膜的具体方法包括:图形化所述娃片，在所述娃片的表面形成若干介质掩膜;在所述娃片的具有介质掩膜的一侧沉积金属层；剥离所述介质掩膜及位于其表面的金属层，以使所述硅片表面的金属层形成所述金属掩膜;或在所述硅片的表面沉积金属层;在所述硅片具有所述金属层的一侧形成若干介质掩膜;刻蚀所述具有介质掩膜的硅片，以使所述金属层的未被所述介质掩膜覆盖的暴露区销蚀，形成所述金属掩膜。
[0010]进一步地，所述介质掩膜为光刻胶掩膜。
[0011 ]进一步地，所述金属掩膜在刻蚀液中的刻蚀速率低于所述硅片在所述刻蚀液中的刻蚀速率。
[0012]进一步地，所述金属掩膜的刻蚀速率为2nm/min?8nm/min;所述硅片的刻蚀速率为lym/min?4ym/min。
[0013]进一步地，所述金属掩膜的厚度通过其与所述硅片在所述刻蚀液中的刻蚀速率之比以及所述图形化多孔硅的孔深来确定，以达到所述硅片的暴露区与所述金属掩膜的共销蚀。
[OOM] 进一步地，所述金属掩膜选自由金属附、(:11、411、？1:、0中的任意一种形成的单一金属层或依次叠层设置的若干所述单一金属层，或选自由至少两种所述金属形成的合金中的任意一种。
[0015]进一步地，在刻蚀具有所述金属掩膜的硅片时，刻蚀方法选自双槽电解法、原电池法或化学腐蚀法中的任意一种。
[0016]进一步地，在刻蚀具有所述金属掩膜的硅片时，刻蚀液为含有氢氟酸与有机试剂的混合溶液。
[0017]进一步地，所述娃片为〈100〉晶向的单晶娃，所述娃片的厚度为150μηι?500μηι，所述硅片为中度掺杂或重度掺杂;其中，所述中度掺杂指经过掺杂的所述硅片的电阻率为0.1Ω.ηι?100Ω.m，所述重度掺杂指经过掺杂的所述娃片的电阻率小于0.1 Ω.m。
[0018]进一步地，在剥离所述介质掩膜及位于其表面的金属层时，剥离液选自丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。
[0019]本发明的有益效果:本发明通过在硅片上制备金属掩膜，再对所述金属掩膜与硅片的暴露区进行共销蚀，在硅片的暴露区形成了若干孔，制备得到图形化多孔硅。所述制备方法可根据MEMS器件的制备需求，调节图形化多孔硅的孔深及图形尺寸；同时，金属掩膜与硅片的暴露区的共销蚀也避免了后续金属掩膜的去除工艺，减少工艺步骤，节约工艺成本。
【附图说明】
[0020]通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中:
[0021 ]图1是根据本发明的实施例的图形化多孔硅的制备方法的步骤流程图；
[0022]图2是根据本发明的实施例的具有介质掩膜的硅片的结构示意图；
[0023]图3是根据本发明的实施例的具有金属层的硅片的结构示意图；
[0024]图4是根据本发明的实施例的具有金属掩膜的硅片的结构示意图；
[0025]图5是根据本发明的实施例的硅片在刻蚀过程中的结构示意图；
[0026]图6是根据本发明的实施例的图形化多孔硅的结构示意图；
[0027]图7是图6中A区域的局部结构示意图；
[0028]图8是图6的俯视图；
[0029]图9是根据本发明的实施例的图形化多孔硅的剖面SEM图；
[0030]图10是根据本发明的实施例的图形化多孔硅的俯视SEM图；
[0031]图11是图10中B区域的局部俯视SEM图；
[0032]图12是图10中C区域的局部俯视SEM图。
【具体实施方式】
[0033]以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。
[0034]图1是根据本发明的实施例的图形化多孔硅的制备方法的步骤流程图。
[0035]参照图1，根据本发明的实施例的图形化多孔硅的制备方法包括如下步骤:
[0036]在步骤110中，图形化硅片1，在硅片1的表面形成若干介质掩膜11。在本实施例中，所述介质掩膜11为光刻胶掩膜，且介质掩膜11阵列排布覆盖在娃片1的表面。
[0037]所述硅片1为〈100〉晶向的单晶硅，其厚度D为150μπι?500μπι;在本实施例中，该硅片1的厚度D为150μπι左右，且其电阻率小于0.1Ω.πι，属于重度掺杂。但本发明并不限制于此，该娃片还可以是电阻率为0.1 Ω.ηι?100Ω.Π1的中度掺杂。
[0038]当然，在对所述硅片1进行图形化之前，还需对其表面进行清洁处理。
[0039]步骤110的具体方法如下:(1)使用体积比为3:1的浓H2S04和Η202的混合溶液去除硅片1表面的其他有机、无机杂质；(2)在恒温箱中于110°C下烘干所述硅片1，并用六甲基二硅胺(简称HMDS)处理硅片1;其中，HMDS作为一种粘附剂，可增加硅片1和后续光刻过程中光刻胶之间的粘附性；(3)利用光刻标准工艺曝光、显影，对经过前处理的硅片1进行光刻，在硅片1表面上形成若干阵列排布的介质掩膜11，从而实现了硅片1的图形化。具有介质掩膜11的硅片1的结构示意图如图2所示。
[0040]在步骤120中，在硅片1的具有介质掩膜11的一侧沉积金属层2a。也就是说，在硅片1的未被介质掩膜11覆盖处(即介质掩膜11阵列之间的狭缝处)及介质掩膜11的表面上均形成金属层2a。具有金属层2a的硅片1的结构示意图如图3所示。
[0041 ]具体地，在本实施例中，通过磁控溅射技术向硅片1的具有介质掩膜11的一侧沉积40nm厚的金属Cr作为金属层2a。当然，用于在介质掩膜11上沉积金属层2a的方法不限于本实施例中的磁控溅射技术，还可以是其他如电子束蒸发、电镀等方法。
[0042]在步骤130中，剥离介质掩膜11及位于其表面的金属层2a，硅片1表面的金属层2a形成金属掩膜2。具有金属掩膜2的硅片1的结构示意图如图4所示。
[0043]在本实施例中，采用丙酮作为剥离液，将具有金属层2a的硅片1浸入剥离液中，并采用超声处理，对介质掩膜11及位于其上的金属层2a从硅片1上进行剥离；剥离液也可选用其他如N-甲基吡咯烷酮等有机溶液。
[0044]当然，考虑到后续金属掩膜2要在刻蚀液中与硅片1的暴露区进行共销蚀，因此，金属掩膜2的材料应当能溶于刻蚀液。因此，能够作为金属掩膜2的材料并不限于本实施例中的由金属Cr形成的单一金属层，还可以是由金属N1、Cu、Au、Pt中的任意一种形成的单一金属层，或是Ni金属层-Cr金属层等由若干上述单一金属层叠层设置形成的叠层金属层，或是N1-Au、N1-Cr等由上述至少两种金属形成的合金中的任意一种。
[0045]值得说明的是，因金属掩膜2由步骤120中的覆盖在硅片1表面的金属层2a转变而来，因此，在步骤120中，金属层2a的厚度根据其材料与硅片1在刻蚀液中的刻蚀速率之比，以及预制备的图形化多孔硅的孔深d来决定。例如在本实施例中，金属Cr在刻蚀液中的刻蚀速率约为4nm/min，其远