一种光电化学刻蚀设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于制备高深宽比硅微纳结构的加工设备，是一种集成光、电、化学反应的设备，在微纳加工、半导体材料制备等领域着广泛的应用。
【背景技术】
[0002]目前，微机电系统(MEMS)技术迅速发展，各种新器件、新工艺、新设备不断涌现，微惯性器件、Lab-on-Chip、微管道、微探针，这些无法用肉眼观察到的小东西正在改变着我们的生活和世界。随着MEMS器件的蓬勃发展，这些MEMS器件的加工工艺与加工设备也在不断的进步。其中一项重要技术就是高深宽比刻蚀。针对不同材料的高深宽比刻蚀方法主要包括:LIGA、聚焦离子束刻蚀(FIB)、硅深反应离子刻蚀(DRIE)、激光微加工、微电火花加工等。然而，这些工艺所用到的设备以及后期的维护都是非常昂贵的。拿硅深反应离子刻蚀举例，在此步骤之前，需要通过光刻工艺来做掩膜，光刻工艺中所用到的光刻机这台设备价格不菲。
【发明内容】
[0003]为了降低高深宽比刻蚀工艺的成本，本实用新型提供一种能够刻蚀高深宽比硅微纳结构的设备，本设备不需要复杂的维护，实现成本低廉，使用简单、方便，具有较高的安全性。相对其它刻蚀工艺来说，工艺流程操作简单，容易让操作人员很快掌握操作技巧。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]—种光电化学刻蚀设备，包括左腔体，作为阳极的硅片固定在左腔体上；包括空心铜圈，设置在硅片的背后，所述的空心铜圈中间设有通孔；包括光源，所述的光源放置在空心铜圈的通孔内；包括右腔体，右腔体中设有作为阴极的铂金片；包括实心铜圈，用于将铂金片固定于硅片相对的位置；包括主腔体，用于连接左腔体和右腔体，并使两个腔体合并组成一个刻蚀腔腔室；所述的腔室内装满刻蚀液氢氟酸。
[0006]进一步的，所述的刻蚀腔为圆柱形的腔室。
[0007]进一步的，所述的刻蚀腔连接蠕动栗，利用蠕动栗，实现刻蚀液体的自动循环。
[0008]进一步的，还包括分别为光源提供能量，和为刻蚀液中阴阳两极发生化学反应提供偏压的电源。
[0009]进一步的，左腔体与右腔体通过螺纹来固定在主腔体上。
[0010]进一步的，在硅片和铂金片分别与左腔体和右腔体结合部设有保证腔体的气密性的特氟龙密封圈。
[0011]本实用新型的有益效果是，在硅的高深宽比刻蚀工艺中，设备造价低，不需要后续长时间的维护。操作流程简单，容易掌握。
【附图说明】
[0012]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0013]图1是刻蚀腔体的横剖面构造图；
[0014]图2是刻蚀腔体与外接设备连接示意图；
[0015]图3是在光照下，硅在HF中所发生的刻蚀反应示意图。
[0016]图中1.蚀刻液，2.硅片，3.空间电荷区，4.电流，5.电子空穴，6.光源，7.空心铜圈，8.特氟龙密封圈，9.铂金片，10.实心铜圈左腔体，11.右腔体，12.左腔体，13.主腔体，14.螺纹，15.蠕动栗，16.电源A，17.电源B，18.不锈钢支架。
【具体实施方式】
[0017]参见附图1，在光电化学刻蚀工艺中，需要用到刻蚀腔、光源6、蠕动栗和两个电源，蠕动栗和两个电源是电化学刻蚀工艺的常规设备。本实用新型整个刻蚀腔都是由特氟龙材料加工而成，刻蚀腔是由左右两个腔体通过螺纹14合并在一起，从而组成了一个圆柱形的腔室。在腔室中，装满刻蚀液氢氟酸(HF)。硅片2作为阳极，被固定在左腔体12上，硅片2的背后有空心铜圈7以及来保证腔体的气密性的特氟龙密封圈8，空心铜圈7通过螺纹14是可以卸载下来的，既可以调节刻蚀腔的气密性，又可以灵活装载刻蚀的硅片2。这个空心铜圈7是一个通孔铜圈，中间通孔是为了放置特定波长的光源6。在右腔体中，铂金片9作为阴极，被固定于硅片2相对的位置。同样用铜圈拧的松紧程度来控制铂金片9的固定程度。这个铜圈是一个实心铜圈10。光源6采用特定波长段的灯，是用来激发硅片2中的电子空穴，促进反应的快速进行。
[0018]参见附图2，本实用新型刻蚀腔连接外接设备蠕动栗15和两个电源，蠕动栗15是用来循环刻蚀腔中的刻蚀液1，以便硅片2刻蚀均匀。两个电源中，其中电源B17是为光源6提供能量，另一个电源A16则是为刻蚀液I中阴阳两极发生化学反应提供偏压。
[0019]装配方法是，先来装配左腔体12，将硅片2放入左腔体12空腔处，然后用空心铜圈7通过螺纹的调节固定硅片2。然后将光源6放入铜圈空腔处固定好。再来装配右腔体11，将铂金片9放入右腔体11的空腔处，用实心铜圈10来固定它。在硅片2和铂金片9分别与左腔体12和右腔体11结合部设有特氟龙密封圈8，特氟龙密封圈8的作用是为了保证整个腔体的气密性。然后将左腔体12与右腔体11通过螺纹14来固定在主腔体13上，主腔体13用304不锈钢支架18来支撑，将硅片2和铂金片9处的阴阳两极给引出来接到外部电源的电源A16上，将HF导入空腔内，通过连接外部的蠕动栗15来循环，打开光源6和两个电源以及蠕动栗15的开关，刻蚀一段时间后，即可刻蚀出高深宽比较高的多孔硅。
[0020]附图3，表示的是硅片在HF中被刻蚀出具体高深宽比的孔。本实用新型可以用电学的知识来解释刻蚀的机理，在刻蚀前，硅片2被固定在阳极位置，在硅片2的背后还有光源6，在阴阳两极接通电源后，硅片2内部的电子空穴就会往硅片2的上表面转移，在上表面处聚集，使上表面变成空间电荷区3，有了光源6的照射，会加快电子空穴出现的数目和移动的速度。在上表面处有小孔的地方，电子空穴移动至此会将小孔变大，逐渐将小孔刻蚀的越来越深。
【主权项】
1.一种光电化学刻蚀设备，其特征在于: 包括左腔体，作为阳极的硅片固定在左腔体上； 包括空心铜圈，设置在硅片的背后，所述的空心铜圈中间设有通孔； 包括光源，所述的光源放置在空心铜圈的通孔内； 包括右腔体，右腔体中设有作为阴极的铂金片； 包括实心铜圈，用于将铂金片固定于硅片相对的位置； 包括主腔体，用于连接左腔体和右腔体，并使两个腔体合并组成一个刻蚀腔腔室； 所述的腔室内装满刻蚀液氢氟酸。2.根据权利要求1所述的光电化学刻蚀设备，其特征在于:以上所述的刻蚀腔为圆柱形的腔室。3.根据权利要求1或2所述的光电化学刻蚀设备，其特征在于:以上所述的刻蚀腔连接蠕动栗，利用蠕动栗，实现刻蚀液体的自动循环。4.根据权利要求1所述的光电化学刻蚀设备，其特征在于:还包括分别为光源提供能量，和为刻蚀液中阴阳两极发生化学反应提供偏压的电源。5.根据权利要求1所述的光电化学刻蚀设备，其特征在于:以上所述的左腔体与右腔体通过螺纹来固定在主腔体上。6.根据权利要求1所述的光电化学刻蚀设备，其特征在于:在硅片和铂金片分别与左腔体和右腔体结合部设有保证腔体的气密性的特氟龙密封圈。
【专利摘要】本实用新型公开了一种光电化学刻蚀设备，用于制备高深宽比硅微纳结构的加工。由左右两个腔体合并组成的腔室，在左腔体上固定有作为阳极的硅片，硅片的背后有铜圈，所述的铜圈中间设有通孔，通孔内放置光源；所述的右腔体中设有作为阴极的铂金片，并通过实心铜圈固定于硅片相对的位置，还包括用于连接左右两个腔体的主腔体上。在外部设备——蠕动泵，电源，灯源的配合下，将硅片作为阳极，铂金片作为阴极置于HF中，即可制得高深宽比较高的多孔硅。是一种无需掩膜，价格低廉，操作简单的光电化学刻蚀设备。
【IPC分类】C25F7/00, C25F3/12
【公开号】CN204727978
【申请号】CN201520448337
【发明人】孙广毅, 蒋秀芬, 赵新
【申请人】南开大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年6月26日