一种高深宽比中阻P型宏孔硅结构及其快速制备方法与流程

本发明属于电化学腐蚀与硅微结构制备领域，具体涉及一种高深宽比中阻p型宏孔硅结构及其快速制备方法。

背景技术：

p型宏孔硅是指使用电化学腐蚀法在p型单晶硅上制备出的孔径在50纳米以上的多孔结构。因宏孔硅具有大的孔径和高的深宽比值，好的均匀性，优异的吸附性，被广泛应用于二维光子晶体，mems器件的牺牲层及各类传感器的载体，因此引起了人们广泛的研究兴趣。随着宏孔硅应用领域的不断拓展，宏孔硅的快速制备成为了限制其大规模应用的重要因素。

目前，高深宽比宏孔硅的制备速率较低，以n型宏孔硅为例，采用基于氢氟酸和双氧水的电化学腐蚀法，其制备速率在3-10μm/min，深宽比值在5-100。现有技术中使用电化学腐蚀法实现了对高阻即电阻率为20-40ω·cm的p型宏孔硅结构的快速制备，速率为16-30μm/min，对应的深宽比值在15-110，具体而言，当腐蚀时间设定为11分钟时，腐蚀速率达到了16μm/min，对应深宽比为110，但是宏孔硅结构形貌较差，宏孔硅结构上部区域出现过度腐蚀现象，孔壁粗糙度增加，分叉现象严重。更重要的是，较大的电阻率也限制了其在cmos器件上的应用。

由于近90％的mems制备过程中的牺牲层和结构层材料是中阻p型宏孔硅材料，因此，实现在电阻率为10-20ω·cm的p型硅片快速制备高深宽比电的宏孔硅结构，具有重要的应用价值。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种高深宽比中阻p型宏孔硅结构及其快速制备方法，解决中阻值p型宏孔硅的快速制备问题，可以保证在高的腐蚀速率下制备具有高深宽比值的宏孔硅结构，且所制备的宏孔硅结构形貌规则，孔壁光滑，壁厚均匀，无明显分叉现象，方法简单易操作，价格低廉，便于高效率大规模批量化生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高深宽比中阻p型宏孔硅结构的快速制备方法，包括以下步骤：

选择材料：选择中阻p型硅片；

制备样品：在p型硅片上设置铝膜，将p型硅片切割成方形硅片；

清洗样品：将切割后的方形硅片进行清洗；

溶液配制：配制电化学腐蚀液，所述电化学腐蚀液包括氢氟酸hf和n,n二甲基甲酰胺dmf，所述氢氟酸hf和n,n二甲基甲酰胺dmf按1:1的体积比混合；

电化学腐蚀：将所述方形硅片放入盛有所述电化学腐蚀液的容器中，优选为阳极氧化装置，施加恒定的电流进行电化学腐蚀，得到高深宽比中阻p型宏孔硅结构。

上述方案中，所述选择材料的步骤中p型硅片的电阻率为10-20ω·cm，厚度为525±25μm。

上述方案中，所述制备样品的步骤中铝膜厚度为500nm；所述方形硅片的尺寸为1.5×1.5cm。

进一步的，所述制备样品的步骤中在p型硅片上通过磁控溅射仪溅射金属铝形成铝膜，以增加欧姆接触。

上述方案中，所述清洗样品的步骤具体为：将切割后的方形硅片放入超声波清洗机中，依次用去离子水、酒精、丙酮清洗方形硅片，用氮气枪吹干并密封保存以备用。

上述方案中，所述溶液配制的步骤中在具有通风橱的操作台上使用量筒配制电化学腐蚀液。

上述方案中，所述电化学腐蚀的步骤中施加90-300ma/cm²的恒定电流，腐蚀时间为3-5min。

进一步的，所述恒定电流为300ma/cm²。

进一步的，所述腐蚀时间为5min。

上述方案中，所述电化学腐蚀的步骤中在黑暗环境下进行电化学腐蚀。

上述方案中，还包括以下步骤：

已腐蚀样品清洗：电化学腐蚀结束后，取出方形硅片并用去离子水清洗腐蚀区域，之后用氮气吹干硅片。

一种高深宽比中阻p型宏孔硅结构，所述高深宽比中阻p型宏孔硅结构为利用根据所述高深宽比中阻p型宏孔硅结构的快速制备方法制得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明氢氟酸hf和n,n二甲基甲酰胺dmf的体积比为1:1制得的电化学腐蚀液，以及在大的电流密度和较短腐蚀时间下：90-300ma/cm²的恒定电流，腐蚀时间为3-5min，可以实现中阻p型硅的高深宽比宏孔结构的快速制备，且在高腐蚀速率和大的深宽比下，仍可以保证所制备的中阻p型宏孔硅结构具有优良的形貌，小的孔壁粗糙度，均匀的孔壁厚度，并无明显分叉，在许多领域具有广泛的前景。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是不同腐蚀时间下中阻p型宏孔硅腐蚀速率；

图2是不同腐蚀时间下中阻p型宏孔硅深宽比；

图3是按上述方案3min条件下所制备的p型宏孔硅结构sem截面图；

图4是按上述方案4min条件下所制备的p型宏孔硅结构sem截面图；

图5是按上述方案5min条件下所制备的p型宏孔硅结构sem截面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

选择材料：选择中阻p型硅片，优选的，硅片为[100]晶向的p型单晶硅，电阻率为10-20ω·cm，厚度为525±25μm。

制备样品：在p型硅片上使用磁控溅射仪在非抛光面溅射500nm厚的金属铝膜，以增加欧姆接触；然后用金刚石刀具将硅片分割成1.5×1.5cm的方形硅片。

清洗样品：将切割后的方形硅片依次放入盛有去离子水、酒精、丙酮的烧杯中进行超声清洗3min。

溶液配制：在具有通风橱的操作台上使用吸管各取出15ml的氢氟酸hf和n,n二甲基甲酰胺dmf溶液放入塑料量筒配制电化学腐蚀液。

电化学腐蚀：将所述方形硅片在室温的条件下，优选为18±1℃，放入盛有电化学腐蚀液的阳极氧化装置中，在黑暗环境内进行电化学腐蚀，施加90-300ma/cm²的恒定电流，腐蚀时间为3min。

已腐蚀样品清洗：用夹子取出已制备样品，并用去离子水小心冲洗腐蚀区域3min，用氮气吹干硅片并密封保存以备后续检测之用。

实施例2

本实施例2与实施例1的区别在于，电化学腐蚀的腐蚀时间为4min。

实施例3

本实施例3与实施例1的区别在于，电化学腐蚀的腐蚀时间为5min。

结果分析

对比不同电流和不同腐蚀时间下的实验结果，中阻p型硅宏孔硅制备的速率如图1所示，在电流为300ma/cm2、时间为5min，腐蚀速率达20.5μm/min，同时深宽比可达75，深宽比如图2所示。

通过对实施例1和实施例2的实验样品进行形貌测试。图3显示为300ma/cm2的恒定电流，腐蚀时间为3min，腐蚀条件下的结构，孔径1.27μm，腐蚀深度73.5μm。图4显示为300ma/cm2的恒定电流，腐蚀时间为4min，腐蚀条件下的结构，孔径1.33μm，腐蚀深度为101μm。图5显示为300ma/cm2的恒定电流，腐蚀时间为5min，腐蚀条件下的结构，孔径1.36μm，腐蚀深度102.5μm。从结果分析中可以看出在高腐蚀速率和大的深宽比下，本方法仍可以保证所制备的p型宏孔硅结构具有优良的形貌，小的孔壁粗糙度，均匀的孔壁厚度，并无明显分叉，在许多领域具有广泛的前景。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。