一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，包括如下步骤：提供一硅基片，硅基片表面布设有垂直盲孔或通孔；通过电解法在硅基片表面及盲孔或通孔的孔壁上制备多孔层；最后通过电解法在多孔层上形成硅氧化物薄膜。本发明专利技术通过先在硅基片的表面及盲孔或通孔的孔壁上腐蚀出多孔层作为硅氧化物的前驱体反应物，大大降低了后续氧化反应的反应温度，对比起传统的气相沉积技术最低150℃的反应温度，本发明专利技术可将反应温度降低至室温，有效拓展了应用前景，并在大深宽比的微通道中制备出了厚度可控的硅氧化物绝缘层。

A silicon wafer with silicon oxide film on its surface and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片及制备方法
本专利技术属于半导体材料制备领域，尤其涉及一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片及制备方法。
技术介绍
半导体通孔互连技术具有较高的集成密度以及较为成熟的工艺条件，可以被广泛应用于3D封装，已经成为未来最重要的封装形式之一。在半导体微通道绝缘层制备技术中，现有绝缘层主要包括硅氧化物、氮化硅等无机绝缘层及有机绝缘层。无机绝缘层具有击穿电压高、介质损耗小、硬度高、耐磨损等优势，在半导体制造中具有极大的应用前景。无机绝缘层的制备方法主要有传统的热氧化工艺和以气相沉积为主的薄膜制备方法。但是传统的热氧化工艺反应温度达800～1000℃，同时由于表面氧化反应的各向同性，此方法无法适用于对精度和温度要求较高的器件；故随着半导体器件集成度的提高，各类复杂微通道对于制备精度的要求逐渐提升，出现了以气相沉积为主的薄膜制备方式。通过控制引入的气相化合物前驱体，可在基底表面反应形成特定的无机、有机薄膜。同时等离子体增强化学气相沉积的使用进一步扩展了其应用。然而，这些化学气相沉积技术无法应用于室温条件大深宽比微通道的绝缘层制备，同时目前该项技术极限应用温度约为150℃，仍然无法满足室温要求。为了满足纳米级高精度制造的需求，并在各类复杂微通道中获得成形良好的绝缘层，逐步发展出使用电化学方法获得硅氧化物绝缘层的方法。然而，由于硅的化学性质较为稳定，常规条件下需要高温方能将硅进行氧化得到硅氧化物绝缘层。而室温下的电化学方法难以实现大深宽比的微通道中厚度可控的绝缘层。
技术实现思路
r>本专利技术的目的是提供一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片及制备方法，可在室温下得到硅氧化物绝缘层薄膜，突破了现有工艺生产方法对温度要求的限制，改善了薄膜的制备条件。为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，包括如下步骤：A1：提供一硅基片，所述硅基片表面布设有垂直盲孔或通孔；A2：所述硅基片表面多孔层前驱体制备：将所述硅基片置于腐蚀溶液中，向所述硅基片与所述腐蚀溶液接触的外表面提供氟离子，并在室温下通过电解法对所述硅基片表面及所述盲孔或所述通孔的孔壁进行腐蚀，形成所述多孔层；A3：硅氧化物薄膜制备：将所述步骤A2得到的所述多孔层前驱体置于酸性溶液中，向所述多孔层提供氧化剂，并在室温下通过电解法在所述多孔层上进行氧化反应，在所述多孔层上形成所述硅氧化物薄膜。优选地，所述步骤A2中的在室温下通过电解法对所述硅基片表面及所述盲孔或所述通孔的孔壁进行腐蚀具体包括：以所述硅基片为正极，铂丝为负极，在室温下采用恒流模式对所述硅基片表面及所述盲孔或所述通孔的孔壁进行腐蚀。优选地，所述恒流模式是指采用直流电源在所述硅基片上施加一恒定的电流，施加在所述硅基片上的电流密度介于2.5～7.5mA/cm2之间，恒流过程持续的时间为1～30分钟。优选地，所述步骤A3中的在室温下通过电解法对所述多孔层进行氧化具体包括：以所述硅基片为正极，铂丝为负极，在室温下采用恒压模式在所述多孔层上进行氧化反应。优选地，所述恒压模式是指采用直流电源在所述硅基片上施加一恒定的电压，施加在所述硅基片上的电压为20～60V之间，恒压过程持续的时间为5～30分钟。优选地，所述步骤A2进一步包括如下步骤：A21：清洗所述硅基片：将所述硅基片采用丙酮、乙醇及去离子水依次进行超声清洗，每次清洗时间为5～15分钟。A22：所述硅基片表面多孔层前驱体制备：将经过所述步骤A21清洗过的硅基片置于腐蚀溶液中，向所述硅基片与所述腐蚀溶液接触的外表面提供氟离子，并在室温下通过电解法对所述硅基片表面及所述盲孔或所述通孔的孔壁进行腐蚀，形成所述多孔层。优选地：所述腐蚀溶液的组成成分为乙醇和含氟试剂，其体积比为1～5：1。优选地，所述步骤A3进一步包括如下步骤：A31：所述多孔层前驱体清洗：将所述步骤A2制得的多孔层前驱体采用丙酮、乙醇及去离子水依次进行超声清洗，每次清洗时间为5～15分钟；A32：所述多孔层前驱体预处理：将经过所述步骤A31清洗过的所述多孔层前驱体置于真空镶嵌机中，在真空状态下保持10～30分钟，将去离子水压入真空腔中，使所述多孔层前驱体浸没在去离子水中；A33：硅氧化物薄膜制备：将经过所述步骤A32预处理得到的所述多孔层前驱体置于酸性溶液中，向所述多孔层提供氧化剂，并在室温下通过电解法在所述多孔层上进行氧化反应，在所述多孔层上形成所述硅氧化物薄膜。优选地，所述盲孔或所述通孔的深宽比为1：1～1：10。基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供了一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片，为上述的方法制得。本专利技术由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：1)本专利技术提供了一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，包括如下步骤：提供一硅基片，硅基片表面布设有有垂直盲孔或通孔；通过电解法在硅基片表面及盲孔或通孔的孔壁上制备多孔层；最后通过电解法在多孔层上形成硅氧化物薄膜。本专利技术通过先在硅基片的表面及盲孔或通孔的孔壁上腐蚀出多孔层作为硅氧化物的前驱体反应物，大大降低了后续氧化反应的反应温度，对比起传统的气相沉积技术最低150℃的反应温度，本专利技术可将反应温度降低至室温，有效拓展了应用前景，并在大深宽比的微通道中制备出了厚度可控的硅氧化物绝缘层。2)本专利技术提供了一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，其采用恒流模式在硅基片表面制备多孔层，恒流模式保证了电流的持续均匀输出，防止电流的变化对腐蚀过程产生不利影响。3)本专利技术提供了一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，其采用恒流模式在硅基片表面制备多孔层，且恒定电流密度设置为2.5～7.5mA/cm2，如果电流密度低于2.5mA/cm2，则腐蚀效果不明显，如果电流密度高于7.5mA/cm2，则硅片被过分腐蚀导致多孔硅结构不完整。4)本专利技术提供了一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，其采用恒压模式在多孔层上形成硅氧化物薄膜，由于生成的二氧化硅不具备导电性，若反应采用恒流模式，则实验氧化电压将会在数秒内达到最大量程，无法进一步维持恒定的电流，故氧化时本专利技术采用恒压氧化模式。5)本专利技术提供了一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，其采用恒压模式在多孔层上形成硅氧化物薄膜，且恒定电压设置为20～60V，因为当电压过高时，容易造成硅氧化物剥落。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法的流程图；图2a至图2c为本专利技术实施例提供的一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法的示意图；图3为图1中步骤A2的具体流程图；图4为图1中步骤A3的具体流程图；图5a至图5b为实施例二中硅基片的盲孔孔壁上多孔层前驱体的断面SEM图；图6为实施例二中硅基片表面制备硅氧化物的红外光谱图；图7为实施例二中硅基片表面制备硅氧化物的断面SEM图；图8为实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nA1：提供一硅基片，所述硅基片表面布设有垂直盲孔或通孔；/nA2：所述硅基片表面多孔层前驱体制备：将所述硅基片置于腐蚀溶液中，向所述硅基片与所述腐蚀溶液接触的外表面提供氟离子，并在室温下通过电解法对所述硅基片表面及所述盲孔或所述通孔的孔壁进行腐蚀，形成所述多孔层；/nA3：硅氧化物薄膜制备：将所述步骤A2得到的所述多孔层前驱体置于酸性溶液中，向所述多孔层提供氧化剂，并在室温下通过电解法在所述多孔层上进行氧化反应，在所述多孔层上形成所述硅氧化物薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A1：提供一硅基片，所述硅基片表面布设有垂直盲孔或通孔；
A2：所述硅基片表面多孔层前驱体制备：将所述硅基片置于腐蚀溶液中，向所述硅基片与所述腐蚀溶液接触的外表面提供氟离子，并在室温下通过电解法对所述硅基片表面及所述盲孔或所述通孔的孔壁进行腐蚀，形成所述多孔层；
A3：硅氧化物薄膜制备：将所述步骤A2得到的所述多孔层前驱体置于酸性溶液中，向所述多孔层提供氧化剂，并在室温下通过电解法在所述多孔层上进行氧化反应，在所述多孔层上形成所述硅氧化物薄膜。


2.根据权利要求1所述的表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，其特征在于，所述步骤A2中的在室温下通过电解法对所述硅基片表面及所述盲孔或所述通孔的孔壁进行腐蚀具体包括：以所述硅基片为正极，铂丝为负极，在室温下采用恒流模式对所述硅基片表面及所述盲孔或所述通孔的孔壁进行腐蚀。


3.根据权利要求2所述的表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，其特征在于，所述恒流模式是指采用直流电源在所述硅基片上施加一恒定的电流，施加在所述硅基片上的电流密度介于2.5～7.5mA/cm2之间，恒流过程持续的时间为1～30分钟。


4.根据权利要求1所述的表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，其特征在于，所述步骤A3中的在室温下通过电解法对所述多孔层进行氧化具体包括：以所述硅基片为正极，铂丝为负极，在室温下采用恒压模式在所述多孔层上进行氧化反应。


5.根据权利要求4所述的表面具有硅氧化物薄膜的硅片的制备方法，其特征在于，所述恒压模式是指采用直流电源在所述硅基片上施加一恒定的电压，施加在所述硅基片上的电压为20～60V之间，恒压过程持续的时间为5～30分钟...

【专利技术属性】
技术研发人员：段浩泽，文紫妍，李明，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31