单面区域腐蚀的夹具和腐蚀方法技术

本发明专利技术涉及一种单面区域腐蚀的夹具和腐蚀方法。该夹具包括：夹具上部，其上端开口，底部设有通孔；载片，位于所述夹具上部的下方；O型圈组，位于所述夹具上部和所述载片之间，且位于所述通孔下方；所述O型圈组包括外部O型圈和内部O型圈，所述外部O型圈用于阻止外部水浴溶液进入，所述内部O型圈用于在其内部放置被腐蚀芯片并阻止腐蚀液腐蚀流出；夹紧装置，用于使所述夹具上部和所述载片夹紧。进一步还可包括压力平衡环、磁转子、表面保护膜等。本发明专利技术实现了腐蚀面向上的单面腐蚀，利于腐蚀气体排出，能够对芯片的单面的部分区域进行可靠腐蚀，保护其他区域不受影响，并能够在腐蚀穿通条件下稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】
单面区域腐蚀的夹具和腐蚀方法
本专利技术属于腐蚀夹具领域，具体涉及一种对芯片的单面的部分区域进行可靠腐蚀，保护其他区域不受影响、在腐蚀穿通条件下稳定可靠的腐蚀固定夹具，以及采用该夹具的腐蚀方法。
技术介绍
对半导体芯片进行湿法腐蚀，是微电子工艺中必不可少的基本工艺，其中对芯片衬底的体硅材料进行湿法腐蚀是微机电系统工艺中常用工艺手段之一，用于将表面结构从硅衬底上释放。腐蚀包含腐蚀腐蚀面材料和利用腐蚀穿通释放芯片另一面结构。在科研领域中，利用腐蚀穿通释放薄膜可以获得透明的纳米尺度的薄膜材料，方便研究薄膜材料的力学、光学、电子学性质，或者利用其作为承载层在上方放置感兴趣的材料，此时薄膜层及其上方感兴趣材料不希望被腐蚀液腐蚀，常规腐蚀方法及常规的黑胶保护等手段可能均不适用，本专利提供了一种解决方案。本专利所描述的方法适用于几乎所有半导体芯片腐蚀工艺，但本专利的设计尤其针对腐蚀穿通所需要满足的以下要求：1)单面、小区域腐蚀：除了腐蚀面的待腐蚀位置及附近范围区域，腐蚀面另一面、芯片侧面边缘、腐蚀面同侧远离待腐蚀区域的部分均不能被腐蚀液腐蚀；2)保护正面材料：正面材料为目标材料结构，不应接触化学试剂，也不应被受到物理接触；3)需要排气：腐蚀过程中大量产生气泡，气泡附着在表面会使得腐蚀停止或者非常不均匀，需要排出气泡；4)避免过腐蚀：半导体芯片的腐蚀面的另一面有纳米尺度厚度氮化硅薄膜作为腐蚀停止层，为避免其过度减薄腐蚀时需要尽量避免在已经腐蚀穿通衬底材料后继续氮化硅薄膜。为满足上述要求，通常需要使用腐蚀夹具。现有技术中的腐蚀夹具有：1)专利CN104201135A公开了一种腐蚀夹具，其特点是利用真空固定芯片进行单面腐蚀，该夹具存在的问题是不适用于腐蚀穿通的腐蚀，负压容易损坏薄膜。2)专利CN104986721B公开了一种腐蚀夹具，其特点是利用去离子水对保护面进行保护，该夹具存在的缺点是与很多之前的芯片倒置腐蚀专利一样(如US4165252、CN1477231A、CN105220143等)，面临腐蚀中产生的气泡难以及时排出的问题，在腐蚀较深后几乎无法排出，不适用于KOH等硅腐蚀液进行深腐蚀乃至腐蚀穿通。此外，这种装置腐蚀穿通后，一旦有膜破裂，腐蚀液与保护液发生交换将损伤被保护区域，不适用与腐蚀穿通的腐蚀情况。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供一种对芯片的单面的部分区域进行可靠腐蚀的腐蚀固定夹具，以及采用该夹具的腐蚀方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种单面区域腐蚀的夹具，其包括：夹具上部，其上端开口，底部设有通孔；载片，位于所述夹具上部的下方；O型圈组，位于所述夹具上部和所述载片之间，且位于所述通孔下方；所述O型圈组包括外部O型圈和内部O型圈，所述外部O型圈用于阻止外部水浴溶液进入，所述内部O型圈用于在其内部放置被腐蚀芯片并阻止腐蚀液腐蚀流出；夹紧装置，用于使所述夹具上部和所述载片夹紧。进一步地，所述载片为透明载片，用于利用透光性实现终点检测。进一步地，还包括压力平衡环，套在所述夹具上部之外，所述夹紧装置将所述夹具上部、所述压力平衡环和所述载片夹紧。进一步地，所述压力平衡环的材质为不锈钢，所述O型圈组的材质为氟橡胶，所述腐蚀夹具上部的材质为聚四氟，所述载片的材质为石英玻璃。进一步地，所述夹具上部的底部的通孔为一个或多个，通过多个所述通孔同时腐蚀多片被腐蚀芯片。进一步地，所述夹紧装置为下列的一种：螺丝、将所述夹具上部和所述载片粘结在一起的粘胶、分别位于所述夹具上部和所述载片上的相互配合的螺纹、分别位于所述夹具上部和所述载片上的相互配合的卡扣。进一步地，还包括磁转子，用于放入所述压力平衡环内的腐蚀溶液内以实现对腐蚀溶液的搅拌。进一步地，还包括设置于被腐蚀芯片底部的防护膜，所述防护膜在对应被腐蚀芯片被保护区域的位置打孔。一种采用上面所述单面区域腐蚀的夹具的腐蚀方法，包括以下步骤：1)将夹具上部倒置，放置O型圈组、被腐蚀芯片和载片；2)将所述夹具上部和所述载片夹紧；3)将腐蚀溶液倒入所述夹具上部之内；4)将腐蚀夹具放入恒温水浴锅进行腐蚀。进一步地，上述方法采用透明载片，利用透光性观察是否腐蚀结束，从而实现终点检测。本专利技术的有益效果如下：1.本专利技术实现了腐蚀面向上的单面腐蚀，利于腐蚀气体排出，相比于倒置芯片能够极大地增加平整度。2.本专利技术实现了小区域腐蚀，保护绝大部分区域，适用腐蚀情况更广泛，相比于整片腐蚀能对每个腐蚀更精密地控制。3.本专利技术利用磁转子搅拌腐蚀液，使得腐蚀液均匀、利于气体排出，腐蚀更加稳定、均匀、平整。4.本专利技术利用防护膜(如蓝膜)支撑和隔离，在腐蚀穿通条件下即使单个腐蚀区域破裂也不会影响到其他腐蚀区域另一面被保护的地方，若腐蚀完好的话，全程操作中被保护区域不接触化学物质，不会受到物理接触。5.本专利技术实现了光学的腐蚀完成观察，可以进行光学的自动腐蚀完成检测或腐蚀完成报警，可以进一步改善腐蚀质量，在腐蚀速率受控因素很多的情况下减少因各因素带来影响，及时停止腐蚀，防止过度腐蚀。附图说明图1是实施例1中腐蚀夹具的结构示意图。图2是实施例1中夹具上部的结构示意图。图3是实施例1中压力平衡环的结构示意图。图4是实施例1中为O型圈组的分布示意图。图5是实施例1中玻璃载片的结构示意图。图6是实施例1中O型圈组、被腐蚀芯片和玻璃载片组合在一起的示意图。图7是实施例1中用被保护区域已打孔的蓝膜保护的被腐蚀芯片示意图。图8是实施例1中腐蚀夹具水浴使用时的示意图。图9是实施例4中实现多个芯片同时腐蚀的示意图。图10是实施例5中实现整个四寸芯片腐蚀的示意图。图中：11-夹具上部，111-管状部件，112-底盘；12-压力平衡环；13-O型圈组，131-位于螺丝部位的O型圈，132-外部O型圈，133-内部O型圈；14-被腐蚀芯片；15-玻璃载片；16-防护膜；17-恒温水浴锅；18-磁转子支撑部件。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本专利技术做进一步详细说明。实施例1：图1为本实施例的腐蚀夹具的结构示意图。其中(a)图为整体外观示意图，(b)图为(a)图中剖面A-A的截面图。该腐蚀夹具包括夹具上部11、压力平衡环12、O型圈组13和玻璃载片15。图1中14为被腐蚀芯片。图2为夹具上部11的结构示意图。夹具上部11为筒形，包括管状部件111和底盘112，111和112固定连接或一体成形。底盘112的四周设有通孔即螺丝孔(图中示意了四个螺丝孔)，用于实现螺丝固定。管状部件111用于容纳腐蚀溶液。底盘112的中间位置即腐蚀夹具上部11的底部中间位置设有通孔，用于露出被腐蚀芯片14，使其接触腐蚀溶液以进行腐蚀。腐蚀夹具上部11采用聚四氟材质，耐腐蚀，和玻璃载片15相互压紧，压住下方的O型圈13及下方的目标单面被腐蚀芯片14。夹具上部11的底部的开孔附近可加工成下凹的形状(图1、图2中可看出该下凹的形状)，有利于磁转子稳定旋转，有利于将腐蚀液整体旋转转化为所需的芯片腐蚀面的液体旋转，从而实现更好的对腐蚀界面的搅拌效果。图3为压力平衡环12的结构示意图。压力平衡环12采用不锈钢材质，套在夹具上部11的外面，使得螺丝的压力更均匀地施加，避免因压力不均造成的碎片和漏液。压力平衡环12上的通孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单面区域腐蚀的夹具，其特征在于，包括：夹具上部，其上端开口，底部设有通孔；载片，位于所述夹具上部的下方；O型圈组，位于所述夹具上部和所述载片之间，且位于所述通孔下方；所述O型圈组包括外部O型圈和内部O型圈，所述外部O型圈用于阻止外部水浴溶液进入，所述内部O型圈用于在其内部放置被腐蚀芯片并阻止腐蚀液腐蚀流出；夹紧装置，用于使所述夹具上部和所述载片夹紧。

【技术特征摘要】
1.一种单面区域腐蚀的夹具，其特征在于，包括：夹具上部，其上端开口，底部设有通孔；载片，位于所述夹具上部的下方；O型圈组，位于所述夹具上部和所述载片之间，且位于所述通孔下方；所述O型圈组包括外部O型圈和内部O型圈，所述外部O型圈用于阻止外部水浴溶液进入，所述内部O型圈用于在其内部放置被腐蚀芯片并阻止腐蚀液腐蚀流出；夹紧装置，用于使所述夹具上部和所述载片夹紧。2.根据权利要求1所述的单面区域腐蚀的夹具，其特征在于，所述载片为透明载片，用于利用透光性实现终点检测。3.根据权利要求1或2所述的单面区域腐蚀的夹具，其特征在于，还包括压力平衡环，套在所述夹具上部之外，所述夹紧装置将所述夹具上部、所述压力平衡环和所述载片夹紧。4.根据权利要求3所述的单面区域腐蚀的夹具，其特征在于，所述压力平衡环的材质为不锈钢，所述O型圈组的材质为氟橡胶，所述腐蚀夹具上部的材质为聚四氟，所述载片的材质为石英玻璃。5.根据权利要求1所述的单面区域腐蚀的夹具，其特征在于，所述夹具上部的底部的通孔为一个或多个，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志宏，于博成，孙梅，陈清，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11