书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：大规模超薄纳米膜的剥离

编号：JFKJ-21-345

作者：炬丰科技

摘要

  超薄硅基纳米膜在从分离到组织工程的应用中取得重大进展。这些膜的广泛应用受到它们小的活性面积的阻碍，活性面积通常在平方微米到平方毫米之间。由于耗时的晶圆蚀刻工艺，这些膜通常作为小窗口支撑在硅芯片上。这方法导致相对较低的有源面积，并且由于刚性硅支撑，集成到设备中可能具有挑战性。在本文中，展示了一种剥离方法，其中膜由聚合物支架支撑并与晶片分离，从而能够制造具有 >80% 活性面积的膜片 (>75 cm2)。用 50 nm 厚的微孔和纳米孔氮化硅 (SiN) 膜演示了晶圆级剥离工艺。大规模 SiN 膜的释放是通过湿式和干式完成的

升空技术。干法使用 XeF2 气体蚀刻牺牲硅膜，而湿法蚀刻使用缓冲氧化物蚀刻剂去除二氧化

硅牺牲层。最后，它证明剥离膜具有出色的光学特性，可用于支持常规规模的细胞培养。

关键词：纳米膜，硅，剥离，间充质干细胞

简介

  纳米膜有能力推进包括分离、能源生产、传感和医学在内的各个领域，以及促进对纳米级现象的基本理解。超薄 (<100 nm) 膜与传统膜相比具有许多优点，包括数量级更大的扩散和透水性、最小的表面积和改进的光学质量。由于对厚度、孔径和表面功能化的精确控制，许多这些超薄膜都是基于硅的且与超薄有机物相比和聚合物膜相比，硅基膜通常具有更高的机械稳定性和耐化学性。

方法

牺牲层和SiN膜

所有测试均使用标准 ø150 mm 硅晶片 ( 100 定向，单面抛光，700 µm 厚）。第一步是在通孔蚀刻工艺中应用硅或二氧化硅的牺牲层。对于 XeF2 蚀刻，在施加牺牲硅膜之前，将二氧化硅蚀刻停止层施加到晶片上。氧化层 (100 nm) 在 1100 °C 和氧气 (环境压力) 下以 1.7 nm min-1 的生长速率在晶片 (Bruce Tube Furnace) 上热生长。之所以选择这个厚度，主要是因为它的深蓝色在使用光学显微镜的剥离过程中为通孔蚀刻提供了良好的视觉对比度跟踪。

支撑脚手架   略

XeF2 剥离蚀刻   略

结论

  总之，描述了一种用于制造具有许多平方厘米独立区域的 50 nm 厚、微孔和纳米孔 SiN 膜的新方法。我们的方法包括首先从负抗蚀剂聚合物图案化微观尺度的支撑支架，然后对下面的牺牲层进行通孔蚀刻以实现释放或剥离。

结果与讨论

膜沉积和支架图案化

  基于 XeF2 干法蚀刻的一般方法用于执行微孔和纳米孔氮化物膜的剥离如图所示 1. 对于这两种情况，多晶硅牺牲层沉积在热氧化物蚀刻停止层上。随后在通孔蚀刻中去除该牺牲层以从晶片衬底上释放氮化物膜。SiN层使用LP-CVD以富硅化学计量沉积以形成低应力膜。然后根据图中概述的步骤处理这些薄膜以形成微孔或纳米孔1. 使用标准光刻和 RIE 对微孔（ø2 µm，6 µm 间距的密堆积图案）进行图案化。纳米多孔膜的制备方法在别处有详细描述[15] 并将在此简要总结。