[发明专利]一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构及其研究方法

说明书

本发明公开了一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构及其研究方法，通过设置超声波换能器探头与电磁铁，电磁铁的磁力作用能够增强刻蚀的速率，提高刻蚀孔的垂直性，超声波和磁场耦合作用高深宽比刻蚀硅基，减少表面损伤，降低机械应力，能够有效保证刻蚀的精度以及侧壁的质量，形成合理的高深宽比的硅微通道，保证使用效果，有利于上述基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构在微纳米制造技术领域的推广及应用。

技术领域

本发明属于微纳米制造技术领域，具体是一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构及其研究方法。

背景技术

磁导金属辅助化学刻蚀是一种在硅基上刻蚀高深宽比(HAR)结构的湿法刻蚀技术。从本质上说就是一个氧化还原反应，贵金属作为催化剂沉积在硅表面。硅基沉积金属催化剂后浸入氢氟酸-过氧化氢水溶液中时，发生氧化还原反应，其中催化剂下的硅体积被溶解。催化剂会进一步移动到蚀刻的空腔中，以帮助连续蚀刻并形成HAR结构，金属催化剂表面发生氧化还原反应产生电子空穴(h+)，电子空穴的输运可能会严重影响金属辅助化学刻蚀(MaCE) 的三维分布。我们把h+的运动过程称为电荷运输过程。在磁导化学腐蚀中，使用具有磁性的三层金属催化剂(Au/Fe/Au)代替单一的贵金属层，然后，在外加磁场的作用下，样品沿着所需的蚀刻方向进行电化学蚀刻，提高了刻蚀速率和刻蚀的垂直度。为了增强动力学和控制方向，沉积了具有磁性的铁层用于磁导向硅刻蚀。

但是，目前的磁场辅助金属化学刻蚀方法，缺乏超声波-磁场耦合相互作用的研究，在结构成形过程中表面结构仍具有损伤，致使成形结构表面质量参差不齐，无法实现刻蚀高精度、高质量侧壁和高深宽比的硅微通道。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明的第一个发明目的在于提供一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构，该结构巧妙，能够有效保证刻蚀的精度以及侧壁的质量，形成合理的高深宽比的硅微通道；本发明的第二个发明目的在于提供一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构的研究方法，该研究方法同样能够有效保证刻蚀的精度以及侧壁的质量，形成合理的高深宽比的硅微通道，保证使用效果，有利于上述基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构在微纳米制造技术领域的推广及应用。

上述一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构与一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构的研究方法技术上相互关联，属于同一个发明构思。

为了实现上述第一个发明目的，本发明采用以下技术方案:一种基于超声波磁场耦合作用硅基刻蚀高深宽比结构，包括超声波换能器探头、催化剂层、磁性铁层、光刻胶模板、硅基及电磁铁，所述超声波换能器探头位于所述硅基上方设置，所述催化剂层沉积在所述磁性铁层的上方和下方，具有一定厚度的所述光刻胶模板作为掩膜板覆着于所述硅基表面，所述电磁铁位于所述硅基下方且与所述硅基不接触设置。

作为本发明的一种优选方案，所述超声波换能器探头的中心轴线与所述硅基的中心轴线位于同一条直线。

作为本发明的一种优选方案，所述电磁铁位于所述硅基正下方设置。

作为本发明的一种优选方案，所述光刻胶模板由耐腐蚀材料制成。

为了实现上述第二个发明目的，本发明采用以下技术方案:一种基于电磁场作用硅基刻蚀高深宽比结构的研究方法，包括以下步骤：S1，以光刻胶模板为掩膜，获得催化剂层刻蚀硅基的圆柱微孔的结构；S2，硅基下方放置有可控的电磁铁；S3，超声波换能器探头的超声波与电磁铁的磁场之间相互耦合作用形成高深宽比刻蚀硅基。

作为本发明的一种优选方案，S1中，使用对催化剂层具有较高耐腐蚀性的光刻胶模板作为掩膜，催化剂层沉积在磁性铁层的上方和下方，刻蚀前，先进行退火处理。

作为本发明的一种优选方案，S1中，在硅基表面进行圆柱孔结构刻蚀。