硅针阵列的制备方法

摘要

本发明提供的一种硅针阵列的制备方法，在硅片的所有表面沉积生长保护膜。保护膜在刻蚀面形成硅片保护层。在进行刻蚀以及腐蚀硅的处理过程中，通过保护膜可以对硅片进行保护。通过第一掩膜为遮挡，在硅片上选定的区域中对硅片保护层进行干法刻蚀，且只刻蚀覆盖区域以外的区域。在硅片的刻蚀面刻蚀形成所述第二掩膜。干法刻蚀直接利用刻蚀硅片保护层实现掩膜图形化，无需使用腐蚀液，消除了腐蚀液各向同性腐蚀带来的线宽损失。同时，通过硅针阵列的制备方法对硅片进行加工的步骤少，过程简单、容易操作，且成本低。

权利要求

1.一种硅针阵列的制备方法，其特征在于，包括：

S10，提供一片硅片(10)，所述硅片(10)包括一刻蚀面(101)；

S20，对所述硅片(10)热氧化处理，在所述硅片(10)的外部包覆形成保护膜，所述保护膜在所述刻蚀面(101)形成200纳米至400纳米厚的硅片保护层(20)；

S30，提供掩膜图形，根据所述掩膜图形将光刻胶旋涂于所述硅片保护层(20)远离所述硅片(10)的表面，并将所述硅片(10)进行光刻、2s～30s曝光以及80s～100s显影，形成第一掩膜(30)；

所述掩膜图形包括多个掩膜图形单元(610)，每个所述掩膜图形单元(610)包括一个方形(611)以及4个补偿图形(612)，所述方形(611)对应着4个所述补偿图形(612)，所述补偿图形(612)为在所述硅片(10)的<100>面的所述方形(611)四个角上设置的以<110>为边缘的方形，所述方形(611)的四边分别与所述补偿图形(612)的边平行，且所述方形(611)的顶点位于各个所述补偿图形(612)的对角线交点上；

S40，以所述第一掩膜(30)为遮挡，干法刻蚀所述硅片保护层(20)，在所述硅片(10)的刻蚀面(101)刻蚀形成第二掩膜(40)，所述第二掩膜(40)包括多个间隔设置的凸台(410)，部分所述刻蚀面(101)由所述多个凸台(410)之间的间隔露出，并去除所述第一掩膜(30)；

以及

S50，采用质量比20％～40％的KOH溶液对所述硅片(10)的所述刻蚀面(101)以0.25um/min～0.45um/min的腐蚀速率进行腐蚀，并控制腐蚀时间为2min～10min，在所述硅片(10)的所述刻蚀面(101)形成多个硅针(501)。

2.如权利要求1所述的硅针阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤S20中，对所述硅片(10)热氧化处理采用热氧化工艺，且在所述硅片(10)的外部包覆形成二氧化硅保护膜。

3.如权利要求1所述的硅针阵列的制备方法，其特征在于，在所述步骤S30中所述光刻胶的厚度为1微米至2微米。

4.如权利要求3所述的硅针阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤S30中，所述第一掩膜(30)包括多个间隔设置的掩膜单元(310)，每个所述掩膜单元(310)包括一个主凸台(312)，以及环绕所述主凸台(312)的多个辅凸台(314)。

5.如权利要求4所述的硅针阵列的制备方法，其特征在于，所述掩膜单元(310)远离所述硅片(10)的掩膜单元表面(3102)包括所述主凸台(312)远离所述硅片(10)的主凸台面(3122)以及多个所述辅凸台(314)远离所述硅片(10)的辅凸台面(3142)；

所述主凸台面(3122)的形状为方形，所述辅凸台面(3142)的形状为方形；

多个所述辅凸台面(3142)设置于所述主凸台面(3122)的四个角，且所述主凸台面(3122)的顶点位于多个所述辅凸台面(3142)的对角线交点；

所述主凸台面(3122)的四边分别与多个所述辅凸台面(3142)的边平行。

6.如权利要求1所述的硅针阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤S50中的多个所述硅针(501)的形状为底面是八边形的棱锥。

7.如权利要求1所述的硅针阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤S40包括：S410，以所述第一掩膜(30)为遮挡，反应离子刻蚀所述刻蚀面(101)的所述硅片保护层(20)，并等离子氧清洗反应离子刻蚀后的所述硅片(10)，在所述硅片(10)的刻蚀面(101)刻蚀形成第二掩膜(40)；

S420，将所述硅片(10)进行等离子轰击4min～6min；以及

S430，将所述硅片(10)放置于去胶液中浸泡4min～6min，去除所述第一掩膜(30)。

8.如权利要求1所述的硅针阵列的制备方法，其特征在于，所述硅针阵列的制备方法还包括S60，利用去除液去除剩余的所述保护膜，在所述硅片(10)的所述刻蚀面(101)形成硅针阵列(50)，所述硅针阵列(50)包括多个所述硅针(501)。

9.如权利要求8所述的硅针阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤S60中所述去除液为BOE溶液。

说明书

硅针阵列的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及集成电路制造技术领域，特别是涉及一种硅针阵列的制备方法。

背景技术

[0002] 目前，基于微电子机械系统(MEMS)的微针技术研究是当前生物研究领域的热点。MEMS微针是直径为几十微米、长度在100μm以上的针状结构。微针制作的材料主要包含硅、金属和聚合物，其中硅针制作已具备一定的成熟度。随着科技的发展，通过硅针制作方法获得的硅针阵列被应用于各种性能测试，如其力学性能、流体性能以及给药能力研究。在硅针阵列制备方面通常采用化学旋涂混有硅纳米晶的生物减反膜，并通过硅颗粒掩蔽干法刻蚀晶体硅形成规则纳米柱。通过此方法虽然能得到规则分布的硅针阵列，但是涉及到的化学药品较多，且在配置腐蚀液与控制腐蚀过程中不易掌控，不易获得较大程度的结果保障。同时，控制腐蚀厚度困难，且难以与集成电路进行集成，使得受硅纳米晶被刻蚀造成掩蔽效果差的影响，导致硅针结构被腐蚀。

发明内容

[0003] 基于此，有必要针对在配置腐蚀液与控制腐蚀过程中不易掌控导致的硅针结构被腐蚀的问题，提供一种消除了腐蚀液各向同性腐蚀带来的线宽损失的一种硅针阵列的制备方法。

[0004] 本发明提供一种硅针阵列的制备方法，包括：

[0005] S10，提供一片硅片，所述硅片包括一刻蚀面；

[0006] S20，对所述硅片热氧化处理，在所述硅片的外部包覆形成保护膜，所述保护膜在所述刻蚀面形成200纳米至400纳米厚的硅片保护层；

[0007] S30，在所述硅片保护层远离所述硅片的表面形成图案化的第一掩膜；

[0008] S40，以所述第一掩膜为遮挡，干法刻蚀所述硅片保护层，在所述硅片的刻蚀面刻蚀形成第二掩膜，所述第二掩膜包括多个间隔设置的凸台，部分所述刻蚀面由所述多个凸台之间的间隔露出，并去除所述第一掩膜；以及

[0009] S50，采用质量比20％～40％的KOH溶液对所述硅片的所述刻蚀面以0.25um/min～0.45um/min的腐蚀速率进行腐蚀，并控制腐蚀时间为2min～10min，在所述硅片的所述刻蚀面形成多个硅针。

[0010] 在其中一个实施例中，所述步骤S20中，对所述硅片热氧化处理采用热氧化工艺，且在所述硅片的外部包覆形成二氧化硅保护膜。

[0011] 在其中一个实施例中，所述步骤S30包括：

[0012] S310，提供掩膜图形，并绘制光刻版图；

[0013] S320，根据所述光刻版图，将光刻胶旋涂于所述硅片保护层远离所述硅片的表面，且所述光刻胶的厚度为1微米至2微米；以及

[0014] S330，将所述硅片进行光刻、2s～30s曝光以及80s～100s显影，形成所述第一掩膜。

[0015] 在其中一个实施例中，所述步骤S30中，所述第一掩膜包括多个间隔设置的掩膜单元，每个所述掩膜单元包括一个主凸台，以及环绕所述主凸台的多个辅凸台。

[0016] 在其中一个实施例中，所述掩膜单元远离所述硅片的掩膜单元表面包括所述主凸台远离所述硅片的主凸台面以及多个所述辅凸台远离所述硅片的辅凸台面；

[0017] 所述主凸台面的形状为方形，所述辅凸台面的形状为方形；

[0018] 多个所述辅凸台面设置于所述主凸台面的四个角，且所述主凸台面的顶点位于多个所述辅凸台面的对角线交点；

[0019] 所述主凸台面的四边分别与多个所述辅凸台面的边平行。

[0020] 在其中一个实施例中，所述步骤S50包括：

[0021] S510，配置质量比为20％～40％的KOH溶液；

[0022] S520，根据所述掩膜图形，采用质量比20％～40％的KOH溶液对所述硅片的所述刻蚀面以0.25um/min～0.45um/min的腐蚀速率进行腐蚀，并控制腐蚀时间2min～10min；以及[0023] S530，在所述硅片的所述刻蚀面形成多个硅针。

[0024] 在其中一个实施例中，所述步骤S530中的多个所述硅针的形状为底面是八边形的棱锥。

[0025] 在其中一个实施例中，所述步骤S40包括：

[0026] S410，以所述第一掩膜为遮挡，反应离子刻蚀所述刻蚀面的所述硅片保护层，并等离子氧清洗反应离子刻蚀后的所述硅片，在所述硅片的刻蚀面刻蚀形成第二掩膜；

[0027] S420，将所述硅片进行等离子轰击4min～6min；以及

[0028] S430，将所述硅片放置于去胶液中浸泡4min～6min，去除所述第一掩膜。

[0029] 在其中一个实施例中，所述硅针阵列的制备方法还包括

[0030] S60，利用去除液去除剩余的所述保护膜，在所述硅片的所述刻蚀面形成硅针阵列，所述硅针阵列包括多个所述硅针。

[0031] 在其中一个实施例中，所述步骤S60中所述去除液为BOE溶液。

[0032] 在所述硅片的所有表面沉积生长所述保护膜。所述保护膜在所述刻蚀面形成所述硅片保护层。在进行刻蚀以及腐蚀硅的处理过程中，通过所述保护膜可以对所述硅片进行保护。通过所述第一掩膜为遮挡，在所述硅片上选定的区域中对所述硅片保护层进行干法刻蚀，且只刻蚀覆盖区域以外的区域。在所述硅片的所述刻蚀面刻蚀形成所述第二掩膜。所述干法刻蚀直接利用刻蚀所述硅片保护层实现掩膜图形化，无需使用腐蚀液，消除了腐蚀液各向同性腐蚀带来的线宽损失。同时，通过所述硅针阵列的制备方法对所述硅片进行加工的步骤少，过程简单、容易操作，且成本低。

附图说明

[0033] 图1为本发明提供的所述硅针阵列的制备方法的工艺流程示意图；

[0034] 图2为本发明提供的所述硅针结构形成示意图；

[0035] 图3为本发明提供的掩模图形示意图；

[0036] 图4为本发明提供的掩模图形单元的补偿图形示意图；

[0037] 图5为本发明提供的掩模图形单元示意图；

[0038] 图6为本发明提供的所述硅片的所述第一掩模俯视示意图；

[0039] 图7为本发明提供的所述掩膜单元表面的示意图；

[0040] 图8为本发明提供的所述主凸台面与所述辅凸台面的示意图；

[0041] 图9为本发明提供的所述硅针的效果图；

[0042] 图10为本发明提供的所述硅针阵列的效果图。

[0043] 附图标记说明

[0044] 硅片10、刻蚀面101、硅片保护层20、第一掩膜30、掩膜单元310、主凸台312、辅凸台314、掩膜单元表面3102、主凸台面3122、辅凸台面3142、第二掩膜40、凸台410、硅针阵列50、硅针501、台柱502、掩膜图形单元610、方形611、补偿图形612。

具体实施方式

[0045] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0046] 请参见图1-2，本发明提供一种硅针阵列的制备方法，包括：

[0047] S10，提供一片硅片10，所述硅片10包括一刻蚀面101；

[0048] S20，对所述硅片10热氧化处理，在所述硅片10的外部包覆形成保护膜，所述保护膜在所述刻蚀面101形成200纳米至400纳米厚的硅片保护层20；

[0049] S30，在所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面形成图案化的第一掩膜30；

[0050] S40，以所述第一掩膜30为遮挡，干法刻蚀所述硅片保护层20，在所述硅片10的刻蚀面101刻蚀形成第二掩膜40，所述第二掩膜40包括多个间隔设置的凸台410，部分所述刻蚀面101由所述多个凸台410之间的间隔露出，并去除所述第一掩膜30；以及[0051] S50，采用质量比20％～40％的KOH溶液对所述硅片10的所述刻蚀面101以0.25um/min～0.45um/min的腐蚀速率进行腐蚀，并控制腐蚀时间为2min～10min，在所述硅片10的所述刻蚀面101形成多个硅针501。

[0052] 在所述硅片10的所有表面沉积生长所述保护膜。所述保护膜在所述刻蚀面101形成所述硅片保护层20。在进行刻蚀以及腐蚀硅的处理过程中，通过所述保护膜可以对所述硅片10进行保护。通过所述第一掩膜30为遮挡，在所述硅片10上选定的区域中对所述硅片保护层20进行干法刻蚀，且只刻蚀覆盖区域以外的区域。在所述硅片10的所述刻蚀面101刻蚀形成所述第二掩膜40。所述干法刻蚀直接利用刻蚀所述硅片保护层20实现掩膜图形化，无需使用腐蚀液，消除了腐蚀液各向同性腐蚀带来的线宽损失。同时，通过所述硅针阵列的制备方法对所述硅片10进行加工的步骤少，过程简单、容易操作，且成本低。通过所述刻蚀面101可以在所述硅片10的表面进行刻蚀，用以形成硅针阵列，广泛的应用于医疗以及半导体微细加工技术等领域。

[0053] 在所述步骤S20中，采用所述RCA标准清洗液清洗并甩干净化后的所述硅片10在800～1100℃下进行高温热氧化，使所述硅片10的表面生长出所述保护膜。所述硅片10的所有表面沉积生长所述保护膜。也就是说，所述保护膜将所述硅片10整个包覆起来。在进行刻蚀以及腐蚀硅的处理过程中，通过所述保护膜可以对所述硅片10进行保护。所述保护膜可以为二氧化硅或氮化硅，从而可以对所述硅片10起到保护作用。所述保护膜在所述刻蚀面
101形成200纳米至400纳米厚的硅片保护层20。

[0054] 在所述硅片10的所有表面沉积生长所述保护膜。在进行刻蚀以及腐蚀硅的处理过程中，通过所述保护膜可以对所述硅片10进行保护。所述保护膜可以为氧化硅或氮化硅等。在所述热氧化工艺中，所述硅片10与含有氧化物质的气体，例如水汽和氧气在高温下进行化学反应，而在所述硅片10的所有表面产生一层致密的二氧化硅薄膜。所述热氧化工艺是硅平面技术中一项重要的工艺。

[0055] 常用的热氧化装置是将所述硅片10置于用石英玻璃制成的反应管中，反应管用电阻丝加热炉加热一定温度，常用的温度为900～1200℃，在特殊条件下可降到600℃以下，氧气或水汽通过反应管时，在所述硅片10的表面发生化学反应。在所述硅片10的表面沉积生成的氧化硅层，其厚度一般在几十埃到上万埃之间。所述硅热氧化工艺，按所用的氧化气氛可分为：干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化。

[0056] 在所述步骤S40中，通过所述第一掩膜30做为遮挡，在所述硅片10上选定的区域中对所述硅片保护层20进行干法刻蚀，且只刻蚀覆盖区域以外的区域。在所述硅片10的所述刻蚀面101刻蚀形成所述第二掩膜40。在对所述硅片保护层20进行刻蚀时采用干法刻蚀，所述干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。所述干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。所述干法刻蚀直接利用刻蚀所述硅片保护层20实现掩膜图形化，无需使用腐蚀液，消除了腐蚀液各向同性腐蚀带来的线宽损失。同时，通过所述硅针阵列的制备方法对所述硅片10进行加工的步骤少，过程简单、容易操作，且成本低。

[0057] 所述干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。当气体以等离子体形式存在时，它具备两个特点：一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，就可以更快地与材料进行反应，实现刻蚀去除的目的；另一方面，还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使其具备一定能量。当其轰击被刻蚀物的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。因此，干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。

[0058] 在一个实施例中，所述干法刻蚀分为三种：物理性刻蚀、化学性刻蚀以及物理化学性刻蚀。其中，所述物理性刻蚀又称为溅射刻蚀。所述化学性刻蚀利用等离子体中的化学活性原子团与被刻蚀材料发生化学反应，从而实现刻蚀目的。目前广泛应用的一些物理化学性刻蚀技术，例如反应离子刻蚀(RIE)和高密度等离子体刻蚀。所述物理化学性刻蚀技术通过活性离子对所述硅片10进行物理轰击和化学反应双重作用刻蚀，同时兼有各向异性和选择性好的优点。目前RIE已成为超大规模集成电路制造工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术。

[0059] 在所述步骤S50中，通过KOH腐蚀台，所述KOH腐蚀台的凹槽中设置有质量比为20％～40％的KOH溶液，将所述硅片10放置于所述KOH腐蚀台中的所述镂空篮中，将而将放置有所述硅片10的楼空篮放置于KOH溶液中。所述第二掩膜40包括多个间隔设置的凸台410，部分所述刻蚀面101由所述多个凸台410之间的间隔露出。从而，对设置有所述多个凸台410的所述硅片10的所述刻蚀面101以0.25um/min～0.45um/min的腐蚀速率进行腐蚀，并控制腐蚀时间2min～10min，在所述硅片10的所述刻蚀面101形成多个硅针501。同时，所述硅片10的所有表面沉积有二氧化硅薄膜，二氧化硅的腐蚀速率很小，不容易被腐蚀，对所述硅片10进行了保护。

[0060] 在一个实施例中，所述步骤S10具体包括：

[0061] S110，提供一片N型<100>硅片10；以及

[0062] S120，将所述硅片10采用RCA标准清洗液清洗并甩干。

[0063] 在所述步骤S110中，所述N型<100>硅片10可以为相同电阻率的N型硅片。相同电阻率的N型硅片的少数载流子寿命比P型硅片要高。有的相同电阻率N型硅片的少数载流子寿命比P型硅片的高出1～2个数量级，一般都在毫秒级。清洗时，首先去除所述硅片10的表面的有机沾污。因为有机物会遮盖部分所述硅片10的表面，从而使氧化膜和与之相关的沾污难以去除。然后，溶解氧化膜，因为氧化层是"沾污陷阱"，也会引入外延缺陷。最后再去除颗粒、金属等沾污，同时使所述硅片10的表面钝化。

[0064] 在所述步骤S120中，清洗时，首先，在按4:1比例配置的H2SO2与H2O2中清洗5min，清洗后在去离子水中冲洗。然后，放入浓度配比为1:1:5的NH4OH/H2O2/去离子水的溶液中清洗5min，清洗后在去离子水中冲洗；再放入浓度配比为1:1:4的HCL/H2O2/去离子水的溶液中清洗5min，清洗后在去离子水中冲洗；最后放入浓度为2％的HF中清洗30s，清洗后在去离子水中冲洗。清洗完成后的所述硅片10放入甩干机，并以2000r/min的速度甩干5min。

[0065] 在一个实施例中，所述步骤S20中，对所述硅片10热氧化处理可以采用热氧化工艺，且在所述硅片10的外部包覆形成二氧化硅保护膜。在所述硅片10的所有表面沉积生长所述保护膜，用以保护所述硅片10。在后续步骤中，所述保护膜保护不需要刻蚀的位置，但是需要刻蚀的位置通过一些列处理去除所述保护膜，用以形成多个硅针阵列。

[0066] 所述二氧化硅保护膜为无定形结构，由硅-氧四面体无规则排列组成的三维网络。由于电阻率很高，介电常数达3.9，因而是很好的绝缘和介电材料。热生长二氧化硅已在半导体器件和集成电路中广泛地用作绝缘栅、绝缘隔离、互连导线隔离材料和电容器的介质层等。同时，一些元素如硼、磷、砷、锑等在二氧化硅中的扩散系数很小。因而，二氧化硅薄层在集成电路制备中常被用作杂质选择扩散的掩蔽模和离子注入的掩模。二氧化硅又易于被氢氟酸腐蚀，而氢氟酸不腐蚀硅本身。利用这一特性，扩散掺杂、离子注入技术、光刻技术和各种薄膜淀积技术相结合，能制造出各种不同性能的半导体器件和不同功能的集成电路。

[0067] 在一个实施例中，在所述步骤S30中包括：

[0068] S310，提供掩膜图形，并绘制光刻版图；

[0069] S320，根据所述光刻版图，将光刻胶旋涂于所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面，且所述光刻胶的厚度为1微米至2微米；

[0070] S330，将所述硅片10进行光刻、2s～30s曝光以及80s～100s显影，形成所述第一掩膜30。

[0071] 请参见图3-5所示，在所述步骤S310中，所述掩膜图形包括多个掩膜图形单元610。所述掩膜图形包括多个方形与多个补偿图形。所述掩膜图形中，每个所述掩膜图形单元610包括一个方形611以及4个补偿图形612，所述方形611对应着4个所述补偿图形612。所述方形611可以为长方形或正方形。在一个实施例中，所述补偿图形612为在所述硅片10的<100>面的正方形四个角上设置一个以<110>为边缘的方形。所述方形611的四边分别与所述补偿图形612的边平行，且所述方形611的顶点位于各个所述补偿图形612的对角线交点上。通过所述掩膜图形的所述补偿图形612简单，不包含斜线，且图形尺寸计算简便准确，加工光刻版时难度低。在设计所述掩膜图形时，通过设计合适的所述补偿图形612，随着腐蚀的进行，这些多余部分被腐蚀去除，当腐蚀结束时，可以得到所需的目标图形。通过所述补偿图形
612可以对所述掩膜图形起到保护作用。根据所述掩膜图形绘制光刻版图，从而根据光刻版图将光刻胶旋涂于所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面，且所述光刻胶的厚度为1微米至2微米。

[0072] 在一个实施例中，在所述步骤S320中，根据所述掩膜图形，将所述光刻胶旋涂于所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面，且所述光刻胶厚度为1微米～2微米。将所述掩膜图形的图案通过所述光刻胶转移至所述硅片保护层20，并将所述硅片10的所述刻蚀面101进行覆盖。通过进行遮挡，在所述硅片10上选定的区域中对所述硅片保护层20进行刻蚀，且只刻蚀覆盖区域以外的区域。从而，将所述硅片10进行光刻、2s～30s曝光以及80s～100s显影，形成所述第一掩膜30。

[0073] 硅的各向异性腐蚀技术是指在硅的腐蚀过程中，硅的不同晶面具有不同的腐蚀速度，采用硅各向异性腐蚀技术能够制造多种微机电系统结构。但正是因为腐蚀过程的各向异性，往往得到的结构和设计的掩膜不一致，典型情况是器件结构中的凸角被切削。因此，在设计所述掩膜图形时，需要设计补偿图形，随着腐蚀进行，这些多余部分被腐蚀去除，当腐蚀结束时，得到所需的目标图形。通过所述掩膜图形在所述硅片10上选定的区域中进行遮盖，继而后续步骤中的腐蚀或扩散将只影响选定的区域以外的区域。

[0074] 通过所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面薄膜的特定部分除去。通过光刻，所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面会留下带有所述掩膜图形的薄膜，保留有所述掩膜图形的部分。将所述光刻胶旋涂于所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面。在所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面形成薄的、均匀的，且没有缺陷的光刻胶膜。在所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面上涂好所述光刻胶后，根据所述掩膜图形在表面上准确定位或对准。通过2s～30s曝光，将所述掩膜图形转移到所述光刻胶涂层上。从而，通过80s～100s显影，将所述掩膜图形的图案复制到所述光刻胶上，形成所述第一掩膜30。

[0075] 请参见图6，在一个实施例中，所述步骤S30中，所述第一掩膜30包括多个间隔设置的掩膜单元310，每个所述掩膜单元310包括一个主凸台312，以及环绕所述主凸台312的多个辅凸台314。

[0076] 请参见图7-8，在一个实施例中，所述掩膜单元310远离所述硅片10的掩膜单元表面3102包括所述主凸台312远离所述硅片10的主凸台面3122以及多个所述辅凸台314远离所述硅片10的辅凸台面3142。所述主凸台面3122的形状为方形，所述辅凸台面3142的形状为方形。多个所述辅凸台面3142设置于所述主凸台面3122的四个角，且所述主凸台面3122的顶点位于多个所述辅凸台面3142的对角线交点。所述主凸台面3122的四边分别与多个所述辅凸台面3142的边平行。

[0077] 在所述步骤S30中，根据所述光刻版图，将光刻胶旋涂于所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面，且所述光刻胶的厚度为1微米至2微米。将所述硅片10进行光刻、2s～30s曝光以及80s～100s显影，形成所述第一掩膜30。通过所述光刻版图将所述掩膜图形转移至所述硅片10的所述刻蚀面101，形成所述第一掩膜30。通过所述第一掩膜30将所述硅片10的所述刻蚀面101在刻蚀时将需要保留的地方进行保护。所述掩膜单元表面3102的形状与所述掩膜图形的形状相同。所述主凸台面3122与所述方形611形状相同，所述辅凸台面3142的形状与所述补偿图形612的形状相同。

[0078] 通过所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面薄膜的特定部分除去。通过光刻，所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面会留下带有所述掩膜图形的薄膜，保留有所述掩膜图形的部分。将所述光刻胶旋涂于所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面。在所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面形成薄的、均匀的，且没有缺陷的光刻胶膜。通过所述掩膜图形的所述补偿图形简单，不包含斜线，且图形尺寸计算简便准确，加工光刻版时难度低，从而降低了所述第一掩膜30形成时的刻蚀难度。在设计所述掩膜图形时，通过设计合适的所述补偿图形，随着腐蚀的进行，这些多余部分被腐蚀去除，当腐蚀结束时，可以得到所需的目标图形，在所述硅片10上获得所需要的硅针形状。通过所述补偿图形可以对所述掩膜图形起到保护作用。

[0079] 在一个实施例中，所述步骤S40包括：

[0080] S410，以所述第一掩膜30为遮挡，反应离子刻蚀所述刻蚀面101的所述硅片保护层20，并等离子氧清洗反应离子刻蚀后的所述硅片10，在所述硅片10的刻蚀面101刻蚀形成第二掩膜40；

[0081] S420，将所述硅片10进行等离子轰击4min～6min；以及

[0082] S430，将所述硅片10放置于去胶液中浸泡4min～6min，去除所述第一掩膜30。

[0083] 在所述步骤S410中，所述干法刻蚀采用反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，RIE)。所述RIE刻蚀直接利用刻蚀所述硅片保护层20实现掩膜图形化，无需使用腐蚀液，消除了腐蚀液各向同性腐蚀带来的线宽损失。同时，通过所述硅针阵列的制备方法对所述硅片10进行加工的步骤少，过程简单、容易操作，且成本低。并且，采用所述RIE刻蚀避免了在配置腐蚀液与控制腐蚀过程中不易掌控，不易获得较大程度的结果保障，提高了生产效率。

[0084] 通过离子氧清洗反应离子刻蚀后的所述硅片10，以达到清洗目的。通过等离子清洗之后所述硅片10是干燥的，不需要再经干燥处理即可送往下一道工序，可以提高整个工艺流水线的处理效率。所述等离子清洗可以远离有害溶剂对人体的伤害，同时也避免了湿法清洗中容易洗坏清洗对象的问题。所述等离子清洗避免使用三氯乙烷等ODS有害溶剂，清洗后不会产生有害污染物，因此所述等离子清洗方法属于环保的绿色清洗方法。同时，所述等离子清洗方法可以使得清洗效率获得极大的提高。整个清洗工艺流程几分钟内即可完成，因此具有产率高的特点。所述等离子清洗方法还可以有选择地对材料的整体、局部或复杂结构进行部分清洗。等离子轰击是在低于一个大气压的特定气氛中利用阴极和阳极之间产生的辉光放电进行热处理的工艺。

[0085] 在所述步骤S420中，将所述硅片10进行等离子轰击4min～6min，将所述硅片10放置于去胶液中浸泡4min～6min，去除所述第一掩膜30。所述光刻胶也称为光致抗蚀剂，是一种不导电的光敏材料，它通过受到光照后特性会发生改变的原理将所述掩膜图形转移到所述硅片10上。显影过后未固化的光刻胶需要用去胶液洗掉，再进行相应的蚀刻。所述去胶液应该高效去除光刻胶，但不能对金属、硅、氧化硅、钝化等各种底材有明显的腐蚀作用。

[0086] 在所述步骤S430中，所述去胶液主要是有机溶剂，在一个实施例中，所述去胶液采用EZ400T。

[0087] 在一个实施例中，所述步骤S50包括：

[0088] S510，配置质量比为20％～40％的KOH溶液；

[0089] S520，根据所述掩膜图形，采用质量比20％～40％的KOH溶液对所述硅片10的所述刻蚀面101以0.25um/min～0.45um/min的腐蚀速率进行腐蚀，并控制腐蚀时间2min～10min；以及

[0090] S530，在所述硅片10的所述刻蚀面101形成多个硅针501。

[0091] 在一个实施例中，所述步骤S520中所述补偿图形612为边长是a的正方形。根据所述掩膜图形，对所述硅片10的所述刻蚀面101进行腐蚀时，控制腐蚀深度与所述补偿图形612的边长相同。也就是说，所述腐蚀深度为H，所述补偿图形612的a的值等于所述腐蚀深度H，即a＝H。

[0092] 请参见图9-10，在一个实施例中，所述步骤S530中的多个所述硅针501的形状为底面是八边形的棱锥。

[0093] 在所述步骤S520中，配置质量比为20％～40％的KOH溶液，通过所述KOH溶液腐蚀所述硅片10。将温度保持在设定值，同时使所述KOH溶液处于不断循环的状态。针对不同大小的硅针，腐蚀时间不同。根据所述掩膜图形控制腐蚀时间，并以0.25um/min～0.45um/min的腐蚀速率进行腐蚀。在所述KOH溶液腐蚀所述硅片10的过程当中，其他参数不变，间隔40s～180s对所述硅片10进行观察。在观察过程中采用上扫描电镜对所述硅片10的结构进行观测。在所述KOH溶液腐蚀所述硅片10的过程当中，在所述硅片10的所述刻蚀面101上形成多个台柱502，所述多个台柱502的台面形状由正方形逐渐变成八边形台面，继续腐蚀时，所述八边形台面向内收缩形成八边形硅柱，随后所述八边形硅柱从中间位置收缩，到一定时间后从中间断开，形成多个底面是八边形的棱锥形状的所述硅针501。

[0094] 在其中一个实施例中，所述硅针阵列的制备方法还包括S60，利用去除液去除剩余的所述保护膜，在所述硅片10的所述刻蚀面101形成硅针阵列50，所述硅针阵列50包括多个所述硅针501。

[0095] 在所述步骤S60中，所述去除液为BOE溶液。体积比HF：NH4F＝1:4配制BOE溶液去除剩余的所述硅片保护层20，最后得到所述硅针阵列。所述BOE溶液为氟化氨和氢氟酸的混合液。所述硅针阵列可以适合用于美容、医疗器械和生物医疗领域，透皮给药的异平面硅微针基板的制备，适合于大规模生产。

[0096] 在一个实施例中，利用氢氧化钾溶液腐蚀<100>硅上<110>晶向凸角补偿制备硅针阵列，包括以下步骤。

[0097] 第一步，在所述方形611为正方形，在所述正方形的基础上设计合适的所述补偿图形612，将所述方形611与所述补偿图形612共同作为所述掩膜图形，绘制光刻版图。

[0098] 所述补偿图形612为在<100>面的所述方形611的四个角上设置一个以<110>为边缘的方形补偿图形。所述方形611的四边分别与所述补偿图形612的边平行。并且所述方形611的顶点位于各个所述补偿图形612的对角线交点上。其中，所述补偿图形612为边长是a的正方形。同时，所述腐蚀深度为H，形成所述硅针结构的a值等于所述腐蚀深度H，即a＝H。

[0099] 第二步，选取一片N型6英寸<100>硅片，并用RCA标准清洗液清洗所述硅片10并甩干。

[0100] 对所述硅片10清洗时，首先，将所述硅片10放在按4:1比例配置的H2SO2与H2O2中清洗5min，清洗后在去离子水中冲洗；其次，将所述硅片10放入浓度配比为1:1:5的NH4OH/H2O2/去离子水的溶液中清洗5min，清洗后在去离子水中冲洗；再次，将所述硅片10再放入浓度配比为1:1:4的HCL/H2O2/去离子水的溶液中清洗5min，清洗后在去离子水中冲洗；再次，将所述硅片10放入浓度为2％的HF中清洗30s，清洗后在去离子水中冲洗；最后，将清洗完成后的所述硅片10放入甩干机，并以2000r/min的速度甩干5min。

[0101] 第三步，在所述硅片10表面采用热氧工艺生长二氧化硅2000埃至4000埃作为所述保护膜。

[0102] 第四步，首先，在所述硅片保护层20远离所述硅片10的表面，以4000r/min～5000r/min的转速旋涂型号为AZ5214的所述光刻胶，厚度为1um～3um；然后，将所述硅片10进行光刻、2s～5s的曝光、70s～100s的显影，形成所述第一掩膜30。

[0103] 第五步，采用RIE刻蚀没有所述第一掩膜30部分的二氧化硅，在刻蚀完没有光刻胶遮挡部分的二氧化硅后进行等离子氧清洗步骤，最终形成所述第二掩膜40，即掩膜台阶。

[0104] 第六步，对所述硅片10采用等离子轰击4min～6min后，在所述去胶液中浸泡4min～6min，去除剩余的所述第一掩膜30，即所述光刻胶。

[0105] 第七步，利用质量比为20％～40％的KOH溶液，在腐蚀温度为50℃～80℃的条件下通过循环溶液实现以约0.25um/min～0.45um/min的腐蚀速率，均匀腐蚀所述硅片10，待腐蚀至所述腐蚀深度H。在所述KOH溶液腐蚀所述硅片10的过程当中，其他参数不变，间隔40s～180s左右对所述硅片10进行观察。在观察过程中采用上扫描电镜对所述硅片10的结构进行观测。在所述KOH溶液腐蚀所述硅片10的过程当中，在所述硅片10的所述刻蚀面101上形成多个台柱502，所述多个台柱502的台面形状由正方形逐渐变成八边形台面，继续腐蚀时，所述八边形台面向内收缩形成八边形硅柱，随后所述八边形硅柱从中间位置收缩，到一定时间后从中间断开，形成多个所述硅针501，所述硅针501为底面是八边形的棱锥。

[0106] 第八步，通过所述BOE溶液去除剩余的所述保护膜，即所述二氧化硅薄膜，从而获得所述硅针阵列。

[0107] 通过所述硅针阵列的制备方法，首先，利用所述热氧工艺、光刻以及RIE干法刻蚀在远离所述硅片10的所述硅片保护层20的表面制备出带有所述补偿图形的二氧化硅掩膜图形；然后，利用合适的KOH溶液配比与温度，控制所述腐蚀深度，获得规则分布的硅针阵列。通过所述掩膜图形的所述补偿图形602简单，不包含斜线，且图形尺寸计算简便准确，加工光刻版时难度低；同时，所述硅针阵列的制备方法直接利用RIE刻蚀二氧化硅实现掩膜图形化，无需使用腐蚀液，消除了腐蚀液各向同性腐蚀带来的线宽损失。并且，所述硅针阵列的制备方法加工步骤少，过程简单，有效的降低了所述硅针阵列制备成本。

[0108] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0109] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。