[发明专利]一种制备锥形硅基实心微针阵列的方法

说明书

本发明公开一种制备锥形硅基实心微针阵列的方法，包括：(1)选取单抛单晶硅片，所述单抛单晶硅片包括彼此相反的抛光面和第二表面，在抛光面和第二表面上分别沉积氮化硅保护膜，利用磁控溅射在抛光面的氮化硅保护膜上镀铝保护膜；(2)利用光刻工艺将掩模板图形转移到抛光面的铝保护膜上；(3)对铝保护膜进行刻蚀，对抛光面上的氮化硅保护膜进行刻蚀；(4)对步骤(3)后硅片抛光面进行各向异性刻蚀得到圆柱体阵列结构；(5)对步骤(4)后的硅片进行各向同性湿法腐蚀，刻蚀出径向可控的锥形阵列结构，腐蚀液置于冰水混合物槽中；(6)清洗步骤(5)后的硅片，去除硅片上残余酸性腐蚀液。本发明解决了硅圆柱径向刻蚀速率调制问题。

技术领域

本发明属于半导体硅加工和制造技术领域，尤其是涉及一种制备锥形硅基实心微针阵列的方法，所述方法为硅基的各向异性干法深刻蚀和各向同性湿法腐蚀相结合的制造方法。

背景技术

采用低温等离子体电感耦合等离子体刻蚀系统(ICP)各向异性刻蚀和各向同性化学湿法腐蚀相结合是制备硅基实心微针阵列的常用方法。在已知ICP刻蚀速率情况下，通过刻蚀时间可以控制硅圆柱高度；在已知化学湿法腐蚀液浓度和腐蚀温度情况下，采用浸渍提拉法调制湿法腐蚀过程中硅圆柱径向腐蚀时间，可以制备出实心锥形微针阵列。浸渍提拉法1917年由J.Czochralski提出，又称丘克拉斯基法，是用于从熔体中提拉生长高质量单晶的方法。本人利用低温ICP各向异性刻蚀技术和氢氟酸(HF)、硝酸(HNO₃)与醋酸(HAc)的混合液(HNA)各向同性湿法腐蚀技术制备了一定高度的倒漏斗形硅材料微针阵列(倒漏斗形硅基实心微针阵列的制备方法，ZL201810941632.6)，当ICP刻蚀硅圆柱深宽比大于2时，在湿法腐蚀过程中无论使用充分搅拌还是无搅拌的方法，均能腐蚀出倒漏斗形微针阵列，有搅拌和无搅拌的区别在前者的斗体更大，这主要与化学湿法腐蚀速率和腐蚀液体的流动程度有关。但是，这种倒漏斗形微针阵列在倒模转印过程中容易断裂，漏斗颈深宽比越大越容易断裂，因此具有一定局限性；另外，高深宽比微针阵列制备需要长时间干法刻蚀和湿法腐蚀对掩模有很高要求。基于浸渍提拉法在HNA湿法腐蚀过程中可调制硅圆柱径向刻蚀速率，和金属掩模在ICP刻蚀过程中具有很高的刻蚀比，可实现高深宽比、针尖直径小于10微米，微针高度大于800微米的锥形硅基实心微针阵列加工，采用倒模转印技术可实现可溶解或可降解大分子材料复制，是医美行业大分子透皮给药的很好途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：采用低温ICP干法刻蚀技术和湿法酸腐蚀技术相结合，提供一种制备锥形硅基实心微针阵列的方法，所述方法为一种具有高深宽比、圆柱刻蚀速率径向可控和表面光滑的硅基锥形阵列结构和制备工艺。

本发明采用以下技术方案：

一种制备锥形硅基实心微针阵列的方法，包括以下步骤：

(1)选取单抛单晶硅片，所述单抛单晶硅片包括彼此相反的抛光面和第二表面，在抛光面和第二表面上分别沉积氮化硅保护膜，然后在抛光面的氮化硅保护膜上镀铝保护膜；

(2)在抛光面的铝保护膜上旋涂光刻胶，利用光刻工艺将掩模板图形转移到抛光面的铝保护膜上；

(3)利用电感耦合等离子体刻蚀系统(ICP)对铝保护膜进行刻蚀，采用反应离子刻蚀(RIE)干法刻蚀工艺对抛光面的氮化硅保护膜进行刻蚀；

(4)利用低温等离子体深硅刻蚀工艺，对步骤(3)后的硅片抛光面进行各向异性刻蚀得到圆柱体阵列结构；

(5)利用酸性腐蚀液对步骤(4)后的硅片进行各向同性湿法腐蚀；将硅片悬空倒置，在受控条件下使硅片浸入酸腐蚀液，未被氮化硅膜保护的硅单晶与酸腐蚀液在接触面上不断进行氧化和溶解，在反复提拉和浸渍过程中，刻蚀出径向可控的锥形阵列结构，腐蚀液置于冰水混合物槽中；

(6)清洗步骤(5)后的硅片，去除硅片上残余酸性腐蚀液。

本发明中，低温等离子体中的术语“低温”是指温度为-150℃～-30℃。