本发明专利技术公开了一种双面交叉硅沟槽的湿法刻蚀制备方法,以硅作为衬底层,在硅衬底上下双面采用化学气相沉积技术生长Si3N4钝化层,利用匀胶机在一面的Si3N4钝化层上旋涂负性光刻胶层,对负性光刻胶层进行曝光显影,在另一面重复上述步骤,正反两面光刻后所形成的微沟槽图案相互交叉,并且正反两面微沟槽之间的夹角为70.53
【技术实现步骤摘要】
一种双面交叉硅沟槽的湿法刻蚀制备方法
[0001]本专利技术涉及半导体核辐射探测
,尤其涉及一种双面交叉硅沟槽的湿法刻蚀制备方法。
技术介绍
[0002]中子探测器是中子探测的核心部件。基于半导体的中子探测器具有功耗低、结构简单、响应速度快、n/γ分辨率好、体积小、工作电压低等优点。作为一种新型的探测技术,为了发挥其探测性能,有研究人员开展了相关研究。为了提高中子探测效率,1987年,R.A.Muninov等人提出了在半导体衬底表面刻蚀微结构来制备中子探测器的想法。随后,J.Schelten等人提出了利用KOH湿法腐蚀技术在硅衬底上刻蚀微沟槽来提升中子探测效率,若采用双面微沟槽结构则探测效率更高。采用该湿法腐蚀能形成双面微沟槽,但两面的微沟槽是平行的。若要获得双面交叉硅微沟槽,至少一面要采用干法刻蚀才能形成。与湿法刻蚀相比,干法刻蚀会显著增加材料损伤,提高漏电流,降低探测器性能。
技术实现思路
[0003]本专利技术所解决的技术问题在于提供一种双面交叉硅沟槽的湿法刻蚀制备方法,以解决上述
技术介绍
中干法刻蚀对材料的损伤问题。
[0004]本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0005]一种双面交叉硅沟槽的湿法刻蚀制备方法,以硅作为衬底层,在硅衬底上下双面采用化学气相沉积技术生长Si3N4钝化层,利用匀胶机在一面的Si3N4钝化层上旋涂负性光刻胶层,对负性光刻胶层进行曝光显影,在另一面重复上述步骤,正反两面光刻后所形成的微沟槽图案相互交叉,并且正反两面微沟槽之间的夹角为70.53
°
;去除Si3N4钝化层已曝光的部分及光刻胶,然后浸泡在蚀刻液中恒温、超声处理对硅衬底进行刻蚀从而形成双面交叉微沟槽结构。
[0006]优选,所述微沟槽结构中沟槽的宽度为5~50μm,深度为10~260μm,沟槽壁宽度为5~50μm。
[0007]优选,具体步骤如下:
[0008]S1,准备(110)晶面的本征硅片作为衬底,其电阻率为10~20kΩ
·
cm,厚度为400~600μm;
[0009]S2,在硅衬底上下双面采用化学气相沉积技术生长500~800nm的Si3N4钝化层;
[0010]S3,在正面Si3N4钝化层上旋涂一层负性光刻胶层,放入烘烤机中,升温至100℃烘烤90~120s,冷却后取出放入光刻机曝光位置,选用微沟槽图案的光刻板,使光刻板上的微沟槽方向与硅片的晶向或晶向保持平行,然后进行曝光,再用显影液进行显影,显影后清洗显影液,显影吹干后形成光刻掩模图像;再将样品另一面朝上放置在匀胶机上,旋涂一层负性光刻胶层,放入烘烤机中,升温至100℃烘烤90~120s,冷却后取出放入光刻机曝光位置,使光刻板上的微沟槽图案与硅片的晶向或晶向保持平行,然后
进行曝光,正反两面光刻后所形成的微沟槽图案相互交叉,其夹角为70.53
°
;
[0011]S4,在光刻掩模图像上对Si3N4钝化层已曝光部分用BOE溶液进行去除;
[0012]S5,采用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗3~6min将光刻胶层去除;
[0013]S6,将样品浸泡在质量浓度为50%KOH溶液中,温度恒定60~80℃,在超声机中超声60~120min,对硅衬底进行刻蚀从而形成双面交叉微沟槽结构。
[0014]优选,曝光是在低真空状态下进行的,光刻板为带有微沟槽结构图形的光刻板。
[0015]本专利技术的机理为:
[0016]本专利技术采用湿法刻蚀制备方法,是采用晶面为(110)的硅片在KOH水溶液中沿着硅片表面(111)晶向进行刻蚀。在(110)晶面硅片上存在6种(111)晶向,且(110)晶向与(111)晶向具有很高的刻蚀选择比,可形成高深宽比微结构,其中,晶向与晶向、
[0017]晶向与晶向分别互相平行,彼此间的夹角为70.53
°
,都与硅片表面的(110)面垂直,当光刻对准这四个晶向刻蚀时,形成的微沟槽为垂直侧壁,利用这种性质可在硅片的正反面所对应的不同的晶向进行深沟槽阵列的湿法刻蚀,并且正反面刻蚀后所形成的交叉微沟槽之间的夹角为70.53
°
。
[0018]有益效果:
[0019]本专利技术利用硅的选择性湿法刻蚀特性有效解决了单晶硅材料的双面交叉微沟槽湿法刻蚀问题,湿法刻蚀形成的交叉微沟槽结构质量显著优于干法刻蚀的质量,并且刻蚀成本更低。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的较佳实施例中硅衬底的结构示意图;
[0021]图2为本专利技术的较佳实施例中硅衬底双面沉积Si3N4钝化层后的结构示意图;
[0022]图3为本专利技术的较佳实施例中旋涂负性光刻胶层后的结构示意图;
[0023]图4为本专利技术的较佳实施例中硅片晶向分布图;
[0024]图5为本专利技术的较佳实施例中样品光刻掩模图像的结构示意图;
[0025]图6为本专利技术的较佳实施例中蚀掉已曝光部分的Si3N4钝化层的结构示意图;
[0026]图7为本专利技术的较佳实施例中去除负性光刻胶层后的结构示意图;
[0027]图8为本专利技术的较佳实施例中蚀掉已暴露出来的部分硅形成双面微沟槽的结构示意图;
[0028]图9(a)为本专利技术的较佳实施例中的本湿法刻蚀制备方法刻蚀得到的样品SEM图,图9(b)为采用传统干法刻蚀制备方法刻蚀得到的样品SEM图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本专利技术。
[0030]实施例1:
[0031]一种双面交叉硅沟槽的湿法刻蚀制备方法,具体步骤如下:
[0032]如图1所示,首先,准备(110)晶面的本征硅片作为衬底,其电阻率为20kΩ
·
cm,厚度为500μm;
[0033]如图2所示,在硅衬底1上下双面采用化学气相沉积技术生长500nm的Si3N4钝化层2;
[0034]如图3所示,利用匀胶机在正面Si3N4钝化层2上旋涂一层厚度为1.5μm的RPN1150负性光刻胶层3,并将涂有负性光刻胶层3的样品材料放入烘烤机中,升温至100℃烘烤100s,冷却后取出放入光刻机曝光位置,选用微结构图形的光刻板,光刻板上的微沟槽图案与如图4所示的硅片的晶向平行,在低真空状态下曝光12s,以曝光部分Si3N4钝化层2,同时选用NMD
‑
3显影液进行显影50s,清洗显影液,之后用氮气吹干;再将样品另一面朝上放置在匀胶机上,在反面Si3N4钝化层2上旋涂一层厚度为1.5μm的RPN1150负性光刻胶层3,并将涂有负性光刻胶层3的样品材料放入烘烤机中,升温至100℃烘烤100s,冷却后取出放入光刻机曝光位置,选用微结构图形的光刻板,光刻板上的微沟槽图案与如图4所示硅片的晶向平行,在低真空状态下曝光12s,以曝光部分Si3N4钝化层2,同时选用NMD
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3显影液进本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双面交叉硅沟槽的湿法刻蚀制备方法,其特征在于,以硅作为衬底层,在硅衬底上下双面采用化学气相沉积技术生长Si3N4钝化层,利用匀胶机在一面的Si3N4钝化层上旋涂负性光刻胶层,对负性光刻胶层进行曝光显影,在另一面重复上述步骤,正反两面光刻后所形成的微沟槽图案相互交叉,并且正反两面微沟槽之间的夹角为70.53
°
;去除Si3N4钝化层已曝光的部分及光刻胶,然后浸泡在蚀刻液中恒温、超声处理对硅衬底进行刻蚀从而形成双面交叉微沟槽结构。2.根据权利要求1所述的一种双面交叉硅沟槽的湿法刻蚀制备方法,其特征在于,所述微沟槽结构中沟槽的宽度为5~50μm,深度为10~260μm,沟槽壁宽度为5~50μm。3.根据权利要求1所述的一种双面交叉硅沟槽的湿法刻蚀制备方法,其特征在于,具体步骤如下:S1,准备(110)晶面的本征硅片作为衬底,其电阻率为10~20kΩ.cm,厚度为400~600μm;S2,在硅衬底上下双面采用化学气相沉积技术生长500~800nm的Si3N4钝化层;S3,在正面Si3N4钝化层上旋涂一层负性光刻胶层,放...
【专利技术属性】
技术研发人员:邹继军,汤彬,杨淑婷,彭新村,张明智,
申请(专利权)人:东华理工大学,
类型:发明
国别省市:
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