[发明专利]基于绝缘体上硅选择性制备多孔硅的方法

摘要

本发明涉及一种基于绝缘体上硅（SOI）选择性制备多孔硅的新方法。该方法是采用在SOI硅片上两次腐蚀后进行多孔硅的制备，第一次腐蚀是将SOI硅片的底层硅刻蚀出一个凹槽，第二次是腐蚀在凹槽处露出的绝缘层。再采用电化学腐蚀方法在凹槽对应的上层硅上制备多孔硅，在这上层硅上可以分别在两侧制得多孔硅，也可以两侧都腐蚀出多孔硅。在制备过程中由于只有在腐蚀了绝缘材料区域导通电流，故制备出的多孔硅表面形状和尺寸与掩膜板上设有的透光区域相一致。此方法利用成熟的腐蚀工艺，制备方法很简单，便于操作，成本低廉，在微电子机械系统(MEMS)和集成电路(IC)等领域具有非常好的推广价值。

主权项

基于绝缘体上硅选择性制备多孔硅的方法，其特征在于具体操作步骤如下：（1）备片：绝缘体上硅的硅片由上层硅（1）、绝缘材料层（2）和底层硅（3）形成的三层结构的整体硅片，所述上层硅（1）的材料和底层硅（3）的材料均为硅，所述绝缘材料层（2）材料为二氧化硅或氮化硅；用99.5%分析纯的丙酮溶液对硅片进行超声清洗5min，去除表面的油脂污染物，用去离子水冲洗干净；然后用无水乙醇进行超声清洗5min，去除表面的有机残留物，用去离子水冲洗干净；将硅片在氮气保护下、温度150℃的热板上脱水烘焙1min；（2）湿法刻蚀底层硅：    1）采用匀胶机在硅片的底层硅（3）上旋涂一层厚度1μm的光刻胶，形成光刻胶层（6），匀胶机的旋转速度为3000‑5000转/min，旋涂时间为50s；在氮气保护下、温度90℃的热板上烘焙120s；    2）在光刻胶层（6）上贴上掩膜板（7），所述掩膜板（7）上设有透光区域，所述透光区域与生成多孔硅的表面形状和尺寸相一致；在光刻机下曝光，曝光时间为30s，取下掩膜板（7），对已曝光的硅片在氮气保护下、温度110℃的热板上烘焙60s；    3）采用正胶显影液对曝光后的硅片进行显影，消除曝光区域（8）的光刻胶；显影后的硅片在氮气保护下、温度120℃的热板上烘焙120s，将残余的显影液蒸干；    4）采用浓度5%的氢氧化钾溶液对曝光区域（8）的底层硅（3）刻蚀，刻蚀到绝缘材料层（2）的表面时停止；由于未曝光的光刻胶区域的硅受到保护不被腐蚀，曝光区域（8）没有受到光刻胶保护而被腐蚀，从而形成一凹槽；    5）使用99.5%分析纯的丙酮溶液去除硅片的底层硅（3）表面上剩余的光刻胶；（3）干法刻蚀凹槽处露出的绝缘层：    1）当绝缘材料层（2）材料为二氧化硅时，利用体积流量比为50:3的三氟甲烷和氧气（CHF3:O2）的混合气体对与曝光区域（8）对应凹槽处露出的绝缘材料层（2）进行垂直刻蚀，其刻蚀速率为30‑50nm/min，刻蚀到与凹槽处相对应的上层硅（1）的下表面（4）时停止；    2）当绝缘材料层（2）材料为氮化硅时，利用体积流量比为10:1的四氟化硫和氧气（SF6:O2）的混合气体对与曝光区域（8）对应凹槽处露出的绝缘材料层（2）进行垂直刻蚀，刻蚀到与凹槽处相对应的上层硅（1）的下表面（4）时停止；（4）用电化学腐蚀法在硅片的上层硅（1）上制备多孔硅层：所述电化学腐蚀法中阳极材料和阴极材料均为石墨，腐蚀液为溶度40%的氢氟酸溶液和无水乙醇的混合液，所述混合液的体积比为2：1～1：2；将硅片的上层硅（1）的凹槽一侧面对阴极，即在凹槽内的上层硅（1）的下表面（4）上制备出一层下表面多孔硅（9）；所述下表面多孔硅（9）是体内有大量空洞的硅材料，其空洞为纳米孔、介孔和大孔，纳米硅原子簇为骨架的“量子海绵”状微结构，所述下表面多孔硅（9）的厚度为1～25μm。