用于生產(chǎn)機械柔性的硅基底的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于制造機械柔性的硅基底的方法。在一個實施例中，該方法包括提供硅基底。該方法進一步包括在所述硅基底中形成第一蝕刻停止層和在所述硅基底中形成第二蝕刻停止層。該方法還包括在所述第一蝕刻停止層和所述第二蝕刻停止層上方形成一個或多個溝槽。該方法進一步包括移除所述第一蝕刻停止層與所述第二蝕刻停止層之間的硅基底。
【專利說明】用于生產(chǎn)機械柔性的硅基底的方法
[0001]交叉引用相關申請
[0002]該申請要求2011年8月15日申請的US臨時專利申請61/523，606的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容合并于此作為參考。該申請還要求2012年7月11日申請的國際專利申請PCT/US2012/046205的優(yōu)先權，其要求2011年7月11日申請的US臨時專利申請61/506，495的優(yōu)先權，這兩者的全部內(nèi)容合并于此作為參考。
[0003]發(fā)明背景
【技術領域】
[0004]本發(fā)明涉及微結構的制造，且更具體地涉及一種用于生產(chǎn)機械柔性的硅基底的方法。
[0005]相關技術的說明
[0006]以基底、線、帶和顆粒形式的單晶硅的納米結構元件有益于電子、光電子、傳感及其他領域中的多個應用?？缮炜s的且易于展開的硅基集成電路(IC)將有助于可植入生物醫(yī)學應用、可再生能源、傳感器及智能卡領域中的許多新技術的發(fā)展。
[0007]依賴于半導體晶片的上表面的光刻工藝方法能夠很好地控制厚度、寬度、長度和結晶度。這些方法可形成具有微米到納米范圍的厚度的膜、管和帶。
[0008]制造機械柔性的納米帶(基底)的一種常見的做法是選用濕法蝕刻(111)硅或絕緣娃(SOI)晶片，并隨后將廣品轉移到塑料基底上。然而，由于聞成本的(111)娃或SOI晶片的使用，該工藝的成本較高。制造機械柔性的基底的另一個類似的常見做法為使用背磨工藝。背磨排除了再循環(huán)利用不包括在機械柔性的基底的最終產(chǎn)品中的剩余部分晶片的可能性。因此，存在對于機械柔性的硅基底的低成本制造的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]公開了 一種用于制造機械柔性的硅基底的方法。在一個實施例中，該方法可包括提供硅基底，在所述硅基底中形成第一蝕刻停止層，在所述硅基底中形成第二蝕刻停止層，在所述第一蝕刻停止層和所述第二蝕刻停止層中形成一個或多個溝槽，以及移除所述第一蝕刻停止層與所述第二蝕刻停止層之間的硅基底。
[0010]在一個實施例中，形成第一蝕刻停止層可包括離子注入。所述第一蝕刻停止層可包括硼層。在一個實施例中，形成第二蝕刻停止層也可包括離子注入。所述第二蝕刻停止層可包括硼層。在一個實施例中，形成一個或多個溝槽可包括在所述硅基底之上形成保護層。該方法還可包括蝕刻所述保護層和部分所述硅基底。該方法可進一步包括在一個或多個溝槽中的每一個的內(nèi)部形成垂直的側壁層。在一個實施例中，該方法可包括移除保護層。該方法還可包括移除所述垂直側壁形成膜層。
[0011 ] 術語“耦聯(lián)”被定義為盡管不必直接地也不必機械地連接。
[0012]除非另外明確地要求，術語“a”和“an”被定義為一個或多個。
[0013]術語“基本上”和它的變型很大程度上而不必完全地按照本領域普通技術人員所理解的那樣詳細說明，且在非限定的實施例中，“基本上”涉及所規(guī)定的范圍的10%、優(yōu)選為5%、更優(yōu)選地為1%，以及最優(yōu)選地為0.5%。
[0014]術語“包括”(以及包括的任何形式，諸如包括的“單數(shù)動詞形式”和“動名詞形式”)、“具有”(以及具有的任何形式，諸如具有的“單數(shù)動詞形式”和“動名詞形式”)、“包含”(以及包含的任何形式，諸如包含的“單數(shù)動詞形式”和“動名詞形式”)以及“含有”(以及含有的任何形式，諸如含有的“單數(shù)動詞形式”和“動名詞形式”)為開放式的系動詞。因此，“包括”、“具有”、“包含”或“含有” 一個或多個步驟或元件的方法或裝置具有這些一個或多個步驟或元件，但是不限于僅僅擁有這些一個或多個元件。同樣地，“包括”、“具有”、“包含”或“含有” 一個或多個特征的方法的步驟或裝置的元件擁有這些一個或多個特征，但不限于僅僅擁有這些一個或多個特征。而且，以特定方式構成的裝置或結構至少以那種方式構成，但也可以未列出的方式構成。
[0015]參考與附圖相關聯(lián)的特定實施例的隨后的詳細說明，其他的特征及相關的優(yōu)點將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面的附圖形成本說明書的一部分并被包含以進一步說明本發(fā)明的某些方面。通過參考與本文所提出的具體實施例的詳細說明相結合的這些附圖中的一個或多個，本發(fā)明可被更好地理解。
[0017]圖1為闡釋一種用于制造機械柔性的硅基底的方法的一個實施例的示意圖。
[0018]圖2為闡釋一種用于制造機械柔性的硅基底的方法的一個實施例的示意流程圖。
[0019]圖3A-3J為逐步闡釋一種用于制造機械柔性的硅基底的方法的產(chǎn)品的剖面示意圖。
[0020]圖4示出了機械柔性的硅基底的一個實施例。
[0021]圖5示出了光學透明的硅基底的一個實施例。
[0022]詳細說明
[0023]參考結合附圖闡述的和隨后描述詳細說明的非限制性實施例，各種特征和有利細節(jié)將被更全面地闡明。公知的原材料、處理技術、成份和設備的說明被省略，以致不會不必要地在細節(jié)上模糊本發(fā)明。然而，應理解，詳細的說明和具體的示例，盡管標示本發(fā)明的實施例，僅僅以闡釋的方式給出，而不是以限定的方式給出。根據(jù)該公開，基于本發(fā)明潛在的創(chuàng)造性構思的精神和/或范圍內(nèi)的各種替換、變型、添加、和/或組合，對于本領域技術人員來說將變得顯而易見。
[0024]圖1闡釋了用于制造機械柔性的硅基底的方法100的一個實施例。圖3示出了由方法100的每一步所生產(chǎn)的產(chǎn)品。在一個實施例中，如圖3中所示出的，該方法可包括102提供硅基底302。該方法100可進一步包括104在所述硅基底中形成第一蝕刻停止層304。在一個實施例中，形成所述第一蝕刻停止層304可包括離子注入。在一個實施例中，離子注入可為高能量硼注入(lE20/cm3)。
[0025]在一個實施例中，該方法100可進一步包括106在所述硅基底中形成第二蝕刻停止層306。在一個實施例中，形成所述第二蝕刻停止層306可包括離子注入。在一個實施例中，離子注入可為高能量硼注入(lE20/cm3)。所述第二蝕刻停止層306可被構造成平行于所述第一蝕刻停止層304。在這樣的實施例中，硅層可形成于第一蝕刻停止層304與第二蝕刻停止層306之間。所述第一蝕刻停止層304和所述第二蝕刻停止層306的位置可被構造成控制機械柔性的硅基底的深度。
[0026]在一個實施例中，方法100可進一步包括108移除所述第一蝕刻停止層304與所述第二蝕刻停止層306之間的硅層。在一個實施例中，移除所述第一蝕刻停止層304與所述第二蝕刻停止層306之間的硅層可包括利用聯(lián)氨的硅的濕法蝕刻。
[0027]在一個實施例中，由方法100形成的硅基底可為機械柔性的。在一個實施例中，由方法100形成的硅基底可為光學透明的。由方法100形成的硅基底也可為多孔的。在另一個實施例中，方法100也可被用于直接在柔性硅上制造高性能電子器件，而不用任何轉移或這類工藝。
[0028]圖2闡釋了用于制造機械柔性的硅基底的方法200的一個實施例。圖3示出了由方法200的每個步驟生產(chǎn)出的相應產(chǎn)品。在一個實施例中，方法200可包括202提供硅基底302。該方法200還可包括204在所述硅基底302中形成第一蝕刻停止層304。在一個實施例中，在所述硅基底302上形成所述第一蝕刻停止層304可包括離子注入。在一個實施例中，離子注入可為高能量硼注入(lE20/cm3)。
[0029]在一個實施例中，方法200可進一步包括206在所述硅基底302中形成第二蝕刻停止層306。所述第二蝕刻停止層306可形成于所述第一蝕刻停止層304的上方。在一個實施例中，在所述硅基底302上形成所述第二蝕刻停止層306可包括離子注入。在一個實施例中，離子注入可為高能量硼注入(lE20/cm3)。
[0030]在一個實施例中，所述第二蝕刻停止層306可被構造成平行于第一蝕刻停止層304。在這樣的實施例中，硅層可形成于所述第一蝕刻停止層304與所述第二蝕刻停止層306之間。所述第一蝕刻停止層304和所述第二蝕刻停止層306的位置可控制機械柔性的硅基底的深度。圖3C中示出了硅基底302中所形成的所述第一蝕刻停止層304和所述第二蝕刻停止層306。
[0031]在一個實施例中，所述方法200可進一步包括208在硅基底302的表面之上形成硬掩膜層308。所述硬掩膜層308可平行于所述第一蝕刻停止層304和所述第二蝕刻停止層306。在一個實施例中，硬掩膜層308可為Si3N4層。在可替換的實施例中，硬掩膜層308可為氧化物層。本領域的普通技術人員可認識到用于硬掩膜層308的其他材料。方法200可進一步包括209在所述硬掩膜層308之上形成光刻膠層309。
[0032]方法200可進一步包括210蝕刻所述硅基底以便在所述第二蝕刻停止層306之上形成一個或多個溝槽310。210蝕刻可穿透所述光刻膠層309、所述硬掩膜層308和所述第二蝕刻停止層306之上的硅層。該方法可進一步包括211移除所述光刻膠層309。在一個實施例中，所述一個或多個溝槽301的頂部可與硬掩膜層308的頂部處于同一水平。在一個實施例中，210蝕刻硅基底可包括RIE。在另一個實施例中，210蝕刻硅基底可包括DRIE。本領域普通技術人員可認識到形成溝槽310的其它的各向異性蝕刻方法。
[0033]在一個實施例中，方法200可進一步包括212氧化所述硅基底302以便在所述一個或多個溝槽310內(nèi)暴露的娃上形成垂直側壁層312。在一個實施例中，如果所述垂直側壁為二氧化硅，那么212氧化所述硅基底302可包括在富氧環(huán)境中烘烤所述基底302。
[0034]該方法200可進一步包括214移除所述一個或多個溝槽310中的每一個的底部上的垂直側壁層312。在一個實施例中，移除所述一個或多個溝槽310中的每一個的底部上的垂直側壁層312可包括RIE。本領域普通技術人員可認識到移除一個或多個溝槽310中的每一個的底部上的垂直側壁層312的其他替換方式。
[0035]在一個實施例中，方法200可進一步包括216移除所述第一蝕刻停止層304與所述第二蝕刻停止層306之間的硅層。在一個實施例中，216移除所述第一蝕刻停止層304與所述第二蝕刻停止層306之間的硅層可包括利用聯(lián)氨蝕刻所述硅層。所述方法200還可包括218移除所述硬掩膜層308。所述方法200可進一步包括220移除所述一個或多個溝槽310中的每一個內(nèi)的垂直側壁層312。方法200也可包括221使頂層硅層與所述基底分離。
[0036]在一個實施例中，由方法200形成的硅基底可為機械柔性的。在一個實施例中，由方法200形成的所述硅基底可為光學透明的。由方法200形成的所述硅基底也可為多孔的。在另一個實施例中，方法200也可被用于直接在柔性硅上制造高性能的電子器件，而無需任何轉移或這類工藝。
[0037]圖4和5示出了由方法200所生產(chǎn)的硅基底。如從圖4中所見的，所生產(chǎn)的硅基底為機械柔性的。圖5示出了所產(chǎn)生的硅基底為光學透明的。
[0038]根據(jù)本公開，本文所公開和要求保護的所有方法可被制造和實行，而無需過度試驗。盡管已依據(jù)優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明的裝置和方法，變型可被施加到本文所描述的方法和步驟中或者方法步驟的順序中而無需脫離本發(fā)明的概念、精神和范圍，對于本領域技術人員來說是顯而易見的。此外，可對所公開的裝置進行修改，及元件可被消除或替換，而對于本文所描述的元件將會獲得同樣的或等同的結果。對于本領域技術人員來說顯而易見的所有這樣的等同替換和變型，被認為位于本發(fā)明的精神、范圍和概念內(nèi)，諸如附屬的權利要求所限定的。
【權利要求】
1.一種用于制造硅基底的方法，其包括 提供娃基底； 在所述硅基底中形成第一蝕刻停止層； 在所述硅基底中形成第二蝕刻停止層；以及 移除所述第一蝕刻停止層與所述第二蝕刻停止層之間的所述硅基底。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中，所述硅基底為柔性的。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其進一步被構造成不需任何轉移工藝而直接在柔性硅上制造高性能電子器件。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其中，形成第一蝕刻停止層包括離子注入。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其中，形成第二蝕刻停止層包括離子注入。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其中，所述第一蝕刻停止層包括硼層。
7.根據(jù)權利要求1的方法，其中，所述第二蝕刻停止層包括硼層。
8.根據(jù)權利要求1的方法，其進一步包括在所述第一蝕刻停止層和所述第二蝕刻停止層之上形成一個或多個溝槽。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其中，形成一個或多個溝槽包括在硅基底之上形成保護層。
10.根據(jù)權利要求9的方法，其進一步包括在所述保護層之上形成光刻膠層。
11.根據(jù)權利要求10的方法，`其進一步包括蝕刻所述光刻膠層、所述保護層和部分所述硅基底。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其進一步包括移除所述光刻膠層。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其進一步包括在所述一個或多個溝槽中的每一個的內(nèi)部形成垂直側壁層。
14.根據(jù)權利要求13的方法，其進一步包括移除部分所述垂直側壁層。
15.根據(jù)權利要求14的方法，其進一步包括移除所述保護層。
16.—種根據(jù)下面的方法所形成的娃基底,該方法包括: 提供娃基底； 在所述硅基底中形成第一蝕刻停止層； 在所述硅基底中形成第二蝕刻停止層；以及 移除所述第一蝕刻停止層與所述第二蝕刻停止層之間的所述硅基底。
17.根據(jù)權利要求16的硅基底，其為機械柔性的。
18.根據(jù)權利要求16的硅基底，其中，形成第一蝕刻停止層包括離子注入。
19.根據(jù)權利要求16的硅基底，其中，形成第二蝕刻停止層包括離子注入。
20.根據(jù)權利要求16的硅基底，其中，該方法進一步包括在所述第一蝕刻停止層和所述第二蝕刻停止層上方形成一個或多個溝槽。
21.根據(jù)權利要求20的硅基底，其中，形成一個或多個溝槽包括在所述硅基底之上形成保護層。
22.根據(jù)權利要求21的硅基底，其中，形成一個或多個溝槽包括在所述硅基底之上形成保護層。
23.根據(jù)權利要求22的硅基底，其中，該方法進一步包括在所述保護層之上形成光刻月父層O
24.根據(jù)權利要求23的硅基底，其中，該方法進一步包括蝕刻所述光刻膠層、所述保護層和部分所述硅基底。
25.根據(jù)權利要求24的硅基底，其中，該方法進一步包括移除所述光刻膠層。
26.根據(jù)權利要求25的娃基底,其中，該方法進一步包括在所述一個或多個溝槽中的每一個的內(nèi)部形成垂直側壁層。
27.根據(jù)權利要求26的硅基底，其中，該方法進一步包括移除部分所述垂直側壁層。
28.根據(jù)權利要求27的硅基底，其`中，該方法進一步包括移除所述保護層。
【文檔編號】H01L21/02GK103890906SQ201280049378
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年8月15日 優(yōu)先權日:2011年8月15日
【發(fā)明者】穆罕默德·M·胡賽因, 約納森·普列托·羅雅斯 申請人:阿卜杜拉國王科技大學