专利名称：n型硅光辅助电化学腐蚀装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种光辅助电化学腐蚀装置，主要应用于硅片的光辅助电化学腐蚀，属于硅 微细加工技术领域。
技术背景光辅助电化学腐蚀方法是一种可用于n型硅微细加工的工艺。在n型硅中空穴为少子，主 要载流子是电子，欲使硅的阳极氧化溶解反应进行下去，必须采用光照射激发产生空穴，这 一过程称为光化学刻蚀(PEC)。在该领域的一些与本发明相关的研究有， 一篇刊登于美国《电 化学学会杂志》(J.Electrochem. Soc.,1993, 140(10) : 2836-2843)，由V Lehmann撰写的题为 "低掺杂n型硅中大孔硅形成物理"(The Physics of Macropore Formation in Low Doped n-Type Silicon)的文章指出，这种光生空穴使得空穴流独立于所施加的腐蚀电压之外，从而可以通过 控制光源控制腐蚀过程,为在硅片上刻蚀具有一定长径比的微通道奠定技术基础。而在此之前, 根据刊登在同一杂志另一期(1990, 137(2) : 653-658)，由VLehmann和HF6ll共同撰写的题为"n 型硅中电化学刻蚀沟槽的形成机理与性质"(Formation mechanism and properties of electrochemically etched trenches in n-type silicon)的文章的报道， 一种典型的有关光辅助电化 学腐蚀装置见图l所示，在电化学池1中盛有腐蚀液2。在电化学池l的侧壁上开孔，硅片3贴附 于开孔处，与电化学池l侧壁呈密封状态，防止腐蚀液2泄漏。硅片3被加工的一面为正面，朝 向腐蚀液2，硅片3的背面是欧姆接触层4，见图2所示，工作电极5与该欧姆接触层4接触。参 考电极6、辅助电极7置于腐蚀液2中，辅助电极7与硅片3相对，参考电极6位于辅助电极7与硅 片3之间。光源8采用100W卤素灯，另外，采用牌号为KG5玻璃的滤光片9吸收大于800nm的 光辐射，防止深度穿透硅片3在微通道10通道壁区域产生空穴，或者称有害激发，发生横向刻 蚀。同时也解决了红外辐射致使硅片3发热的问题。腐蚀电压加在工作电极5、参考电极6之间。 仍需要通过调整光源8的电源功率精确控制光源8的发光强度，控制刻蚀区形貌，以获得具有 较大长径比的微通道10。 发明内容已知技术为了避免有害激发，将波长大于800nm的光滤除，可是，由于波长越短，被欧 姆接触层4吸收越多，虽然因光激发产生电子空穴对，但是，由于欧姆接触层4为重掺杂层， 载流子复合速率高，且外加电场在欧姆接触层4中产生的压降较低，因此，只有少数光生空穴可以通过扩散逃出欧姆接触层4，进而在扩散与漂移双重作用下到达腐蚀区，参与刻蚀过程， 因此，光激发效率大大降低。而卤素灯的发光强度难于控制，从而无法通过采用波长较长的 光激发的同时，精密控制光源实现高效率激发及避免有害激发。为了保证有用激发所需光强 度，需要提高光源功率，因而光源能耗大，发热量也大。卤素灯本身加上散热装置、滤光部 件等，致使光源体积大。鉴于此，为了降低光源能耗，减小光源体积，在消除有害激发的同 时提高光激发效率，我们发明了本发明之n型硅光辅助电化学腐蚀装置。本发明是这样实现的，见图2、图3所示，所述n型硅光辅助电化学腐蚀装置由电化学池l、 工作电极5、参考电极6、辅助电极7以及光源8组成；在电化学池1中盛有腐蚀液2;在电化学 池l的侧壁上开孔，硅片3贴附于开孔处；工作电极5与硅片3的欧姆接触层4接触，参考电极6、 辅助电极7置于腐蚀液2中，辅助电极7与硅片3相对，参考电极6位于辅助电极7与硅片3之间； 光源8照射硅片3的欧姆接触层4一侧，其特征在于，光源8采用发光二极管(LED)或者半导 体激光器(LD)，发射波长在700nm 1100nm之间。本发明所选用的光源8，发射波长在700nm 1100nm之间，光源8的电源功率0.1W 100W。 由于发射波长长于现有技术所采用的光源发射波长，大部分光可以透过硅片3背面的欧姆接触 层4而起激发作用，减少了光生空穴的复合数量，从而提高了光激发效率，也正是由于光激发 效率的提高，在保证刻蚀过程正常进行的前提下，可以进一步降低光源8电源功率。或者说即 使光源8电源功率小于已知技术，也能满足激发需要。同时，由于不论是发光二极管还是半导 体激光器，其发光强度相比卤素灯容易控制，因此，可以精密控制发光强度，控制激发光在 硅片3中的传播，使其在微通道10的前端部激发空穴，避免有害激发的产生。另外，发光二极 管或者半导体激光器相对于已知技术还具有体积小、功耗低、效率高、散热低等特点。
图l是现有技术之n型硅光辅助电化学腐蚀装置示意图。图2是采用本发明之装置在硅片上 腐蚀微通道示意图。图3是本发明之n型硅光辅助电化学腐蚀装置示意图。该图兼做摘要附图。
具体实施方式
见图2、图3所示，光源8采用发光二极管(LED)时，指的是单管发光二极管或者发光二 极管面阵；光源8采用半导体激光器(LD)时，指的是单管半导体激光器或者半导体激光器 列阵。发射波长在700nm 1100nm之间，光源8的电源功率在0.1W 100W之间。下面通过实例说明本发明之技术方案及技术效果。光源8采用1W、 850nm单管发光二极 管。硅片3为n型〈10O晶向硅片，电阻率为2 4Q'cm。腐蚀液2的体积配比为 H20 : C2H5OH : HF=9 :9:2。在光源8的照射下，激发产生腐蚀反应所需空穴，进行阳极氧 化7小时，刻蚀速率为30nm/小时，制得深210nm的大孔硅微通道10，直径4pm，长径比52.5，微通道10尺寸均匀、侧壁光滑。或者，光源8采用波长为850nm、 12xl2的发光二极管面阵，总功率14.4W。硅片3为n型 <100>晶向硅片，电阻率为2 4Q'cm。腐蚀液2的体积配比为H20 : C2H5OH : HF=9 : 9 : 2。在 光源8的照射下，激发产生腐蚀反应所需空穴，进行阳极氧化5小时，刻蚀速率为33pm/小时， 制得深16(Hmi的硅微通道10，直径3nm，长径比53，微通道10尺寸均匀、侧壁光滑。或者，光源8采用2W、 808nm半导体激光器，经扩束后照射硅片3。硅片3为n型〈10O晶 向硅片，电阻率为2 4Q'cm。腐蚀液2的体积配比为H20 : C2H5OH : HF=9 :9:2。在光源8的 照射下，激发产生腐蚀反应所需空穴，进行阳极氧化10小时，刻蚀速率为28pm/小时，制得深 280pm的大孔硅微通道10，直径5nm，长径比达到56，微通道10尺寸均匀、侧壁光滑。
权利要求
1、一种n型硅光辅助电化学腐蚀装置，由电化学池(1)、工作电极(5)、参考电极(6)、辅助电极(7)以及光源(8)组成；在电化学池(1)中盛有腐蚀液(2)；在电化学池(1)的侧壁上开孔，硅片(3)贴附于开孔处；工作电极(5)与硅片(3)的欧姆接触层(4)接触，参考电极(6)、辅助电极(7)置于腐蚀液(2)中，辅助电极(7)与硅片(3)相对，参考电极(6)位于辅助电极(7)与硅片(3)之间；光源(8)照射硅片(3)的欧姆接触层(4)一侧，其特征在于，光源(8)采用发光二极管或者半导体激光器，发射波长在700nm～1100nm之间。
2、 根据权利要求l所述的光辅助电化学腐蚀装置，其特征在于，光源(8)采用发光二极 管时，指的是单管发光二极管或者发光二极管面阵；光源(8)采用半导体激光器时，指的是 单管半导体激光器或者半导体激光器列阵。
3、 根据权利要求l、 2所述的光辅助电化学腐蚀装置，其特征在于，光源(8)的电源功 率在0.1W 100W之间。
全文摘要
n型硅光辅助电化学腐蚀装置属于硅微细加工技术领域。已知技术采用卤素灯为光源，采用滤光片滤除大于800nm的光辐射。该方案导致光激发效率大大降低，并且，无法通过采用波长较长的光激发的同时，精密控制光源实现高效率激发及避免有害激发。再有，其光源能耗大，发热量也大，体积大。本发明采用发光二极管(LED)或者半导体激光器(LD)为光源，发射波长在700nm～1100nm之间，光源的电源功率在0.1W～100W之间。全面克服了已知技术存在的不足。可应用于在n型硅片上刻蚀具有较大长径比的微通道。
文档编号C25F3/12GK101285209SQ200810050598
公开日2008年10月15日 申请日期2008年4月15日 优先权日2008年4月15日
发明者野 李, 王国政, 端木庆铎 申请人:长春理工大学