一种氢氟酸蒸汽刻蚀硅反应装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种刻蚀硅反应装置，尤其是涉及一种便于控制的氢氟酸蒸汽刻蚀硅
目.0
【背景技术】
[0002]化学气相沉积、电子束和反应离子束刻蚀是常见的硅纳米结构制备方法，然而这些方法由于生长机制的限制，需要较高的温度或贵重设备。近年来提出的金属催化刻蚀技术可以在硅衬底表面刻蚀制备出大面积单一轴向排布的单晶硅纳米线阵列[参见:中国专利CNl382626 ；中国专利ZL 200810183135.0]。上述方法采用化学镀或物理沉积技术，在硅表面沉积一层银或金纳米颗粒薄膜，然后将处理过的硅衬底浸入含有硝酸银或双氧水的氢氟酸溶液中进行腐蚀。这种液相刻蚀技术不需要高温和复杂设备，但需要消耗大量的氢氟酸，用到的双氧水、硝酸银等强氧化剂毒性大且成本高。
【发明内容】
[0003]为了克服现有的液相金属催化刻蚀硅微纳米结构技术的不足，本实用新型提供一种氢氟酸蒸汽刻蚀硅反应装置，该装置利用氢氟酸蒸汽和氧气作为硅的刻蚀剂，不需要添加双氧水或硝酸银等强氧化剂，可以充分高效的利用氢氟酸，从而有效减少了氢氟酸用量。
[0004]本实用新型的技术方案是:它包括充气装置(1)、氢氟酸储液瓶(2)、腐蚀反应腔室
(3)和尾气处理与收集装置(4);充气装置(I)与氢氟酸储液瓶(2)通过导气管(5)连接，导气管(5)设有气体流量调节阀(6);充气装置(I)与腐蚀反应腔室(3)通过导气管(7)连接，导气管(7)设有气体流量调节阀(8);氢氟酸储液瓶(2)与腐蚀反应腔室(3)通过导气管(9)连接，导气管(9)设有气体流量调节阀(10);腐蚀反应腔室(3)和尾气处理与收集装置(4)通过导气管(11)连接，导气管(11)设有气体流量调节阀(12);促进氢氟酸溶液蒸发的加热装置
(13)位于氢氟酸储液瓶(2)下面。
[0005]在上述一种氢氟酸蒸汽刻蚀硅反应装置中，充气装置(I)栗入的气体为空气或氧气，氢氟酸储液瓶(2)、腐蚀反应腔室(3)、尾气处理与收集装置(4)、导气管(5、7、9、11)和气体流量调节阀(6、8、10、12)由耐氢氟酸腐蚀的聚四氟乙烯制成。
【附图说明】
[0006]图1是本实用新型的一种整体结构不意图；
[0007]图中所示:1_充气装置、2-氢氟酸储液瓶、3-腐蚀反应腔室、4-尾气处理与收集装置、5-导气管、6-气体流量调节阀、7-导气管、8-气体流量调节阀、9-导气管、10-气体流量调节阀、11-导气管、12-气体流量调节阀、13-促进氢氟酸溶液蒸发的加热装置。
【具体实施方式】
[0008]下面通过实施例，并结合附图1，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0009]实施例1
[0010]首先将表面沉积有银催化剂的硅衬底放入腐蚀反应腔室(3);利用高压氧气瓶作为充气装置(I)，关闭气体流量调节阀(6)和(9)，将气体流量调节阀(8)和(12)打开，排空腐蚀反应腔室里面的气体;关闭气体流量调节阀(8)和(12)，打开气体流量调节阀(6)和(10)，利用高压氧气瓶将氧气和氢氟酸蒸汽带入腐蚀反应腔室(3)中，利用加热器作为促进氢氟酸溶液蒸发装置(13)加速氢氟酸蒸发。反应一段时间后，关闭气体流量调节阀(6)和(9)，打开气体流量调节阀(8)和(12)，利用高压氮气瓶作为充气装置(I)将反应气体产物驱赶至尾气处理与收集装置(4)，用饱和的氢氧化钙吸收产物中的硅氟酸等有害物质，其余产物气体压缩回收。
[0011]实施例2
[0012]首先将表面沉积有银催化剂的硅衬底放入腐蚀反应腔室;利用空气压缩机作为充气装置(I)，关闭气体流量调节阀(6)和(9)，将气体流量调节阀(8)和(12)打开，排空腐蚀反应腔室里面的气体;关闭气体流量调节阀(8)和(12)，打开气体流量调节阀(6)和(10)，利用空气压缩机将氧气和氢氟酸蒸汽带入腐蚀反应腔室(3)中，利用加热器作为促进氢氟酸溶液蒸发装置(13)加速氢氟酸蒸发。反应一段时间后，关闭气体流量调节阀(6)和(9)，打开气体流量调节阀(8)和(12)，利用高压氮气瓶作为充气装置(I)将反应气体产物驱赶至尾气处理与收集装置(4)，用饱和的氢氧化钙吸收产物中的硅氟酸等有害物质，其余产物气体压缩回收。
[0013]实施例3
[0014]首先将表面沉积有金催化剂的硅衬底放入腐蚀反应腔室;利用空气压缩机作为充气装置(I)，关闭气体流量调节阀(6)和(9)，将气体流量调节阀(8)和(12)打开，排空腐蚀反应腔室里面的气体;关闭气体流量调节阀(8)和(12)，打开气体流量调节阀(6)和(10)，利用空气压缩机将氧气和氢氟酸蒸汽带入腐蚀反应腔室(3)中。反应一段时间后，关闭气体流量调节阀(6)和(9)，打开气体流量调节阀(8)和(12)，利用高压氮气瓶作为充气装置(I)将反应气体产物驱赶至尾气处理与收集装置(4)，用饱和的氢氧化钙吸收产物中的硅氟酸等有害物质，其余产物气体压缩回收。
[0015]实施例4
[0016]首先将表面沉积有碳催化剂的硅衬底放入腐蚀反应腔室;利用空气压缩机作为充气装置(I)，关闭气体流量调节阀(6)和(9)，将气体流量调节阀(8)和(12)打开，排空腐蚀反应腔室里面的气体;关闭气体流量调节阀(8)和(12)，打开气体流量调节阀(6)和(10)，利用空气压缩机将氧气和氢氟酸蒸汽带入腐蚀反应腔室(3)中，利用加热器作为促进氢氟酸溶液蒸发装置(13)加速氢氟酸蒸发。反应一段时间后，关闭气体流量调节阀(6)和(9)，打开气体流量调节阀(8)和(12)，利用高压氮气瓶作为充气装置(I)将反应气体产物驱赶至尾气处理与收集装置(4)，用饱和的氢氧化钙吸收产物中的硅氟酸等有害物质，其余产物气体压缩回收。
[0017]实施例5
[0018]首先将表面沉积有碳催化剂的硅衬底放入腐蚀反应腔室;利用高压氧气瓶作为充气装置(I)，关闭气体流量调节阀(6)和(9)，将气体流量调节阀(8)和(12)打开，排空腐蚀反应腔室里面的气体;关闭气体流量调节阀(8)和(12)，打开气体流量调节阀(6)和(10)，利用高压氧气瓶将氧气和氢氟酸蒸汽带入腐蚀反应腔室(3)中。反应一段时间后，关闭气体流量调节阀(6)和(9)，打开气体流量调节阀(8)和(12)，利用高压氮气瓶作为充气装置(I)将反应气体产物驱赶至尾气处理与收集装置(4)，用饱和的氢氧化钙吸收产物中的硅氟酸等有害物质，其余产物气体压缩回收。
【主权项】
1.一种氢氟酸蒸汽刻蚀硅反应装置，其特征在于，它包括充气装置(I)、氢氟酸储液瓶(2)、腐蚀反应腔室(3)和尾气处理与收集装置(4);充气装置(I)与氢氟酸储液瓶(2)通过导气管(5)连接，导气管(5)设有气体流量调节阀(6);充气装置(I)与腐蚀反应腔室(3)通过导气管(7)连接，导气管(7)设有气体流量调节阀(8);氢氟酸储液瓶(2)与腐蚀反应腔室(3)通过导气管(9)连接，导气管(9)设有气体流量调节阀(10);腐蚀反应腔室(3)和尾气处理与收集装置(4)通过导气管(11)连接，导气管(11)设有气体流量调节阀(12);促进氢氟酸溶液蒸发的加热装置(13)位于氢氟酸储液瓶(2)下面。2.根据权利要求1所述的一种氢氟酸蒸汽刻蚀硅反应装置，其特征在于，充气装置(I)栗入的气体为空气或氧气。3.根据权利要求1所述的一种氢氟酸蒸汽刻蚀硅反应装置，其特征在于，氢氟酸储液瓶(2)、腐蚀反应腔室(3)和尾气处理与收集装置(4)由耐氢氟酸腐蚀的聚四氟乙烯制成。4.根据权利要求1所述的一种氢氟酸蒸汽刻蚀硅反应装置，其特征在于，导气管(5、7、9,11)和气体流量调节阀(6、8、1、12)由耐氢氟酸腐蚀的聚四氟乙烯制成。5.根据权利要求1所述的一种氢氟酸蒸汽刻蚀硅反应装置，其特征在于，氢氟酸储液瓶(2)下面放置有促进氢氟酸溶液蒸发的加热装置(13)。
【专利摘要】本实用新型发明涉及一种便于控制的氢氟酸蒸汽刻蚀硅反应装置。该装置包括一个充气装置、一个氢氟酸储液瓶、一个腐蚀反应腔室以及一个尾气处理与收集装置。充气装置泵入的气体为空气或氧气。储液瓶和腐蚀反应腔室连接有一根导气管，导气管设有气体流速调节阀。腐蚀反应腔室和尾气处理与收集装置连接有一根导气管，导气管设有气体流速调节阀。本实用新型的有益效果是通过向氢氟酸储藏箱里面冲入氧气或空气将氢氟酸蒸汽带入腐蚀反应腔室，可以大幅度减少氢氟酸用量；通过气体流速调节阀与腐蚀反应腔室温度，可控制硅腐蚀速度。本反应操作简单，适合规模化刻蚀硅微纳米结构。
【IPC分类】C23F1/24
【公开号】CN205329160
【申请号】CN201521014000
【发明人】彭奎庆, 胡雅
【申请人】北京师范大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2015年12月10日