本发明涉及硅基刻蚀，具体涉及一种硅基固态纳米孔刻蚀方法。
背景技术：
1、利用分子穿过施加有偏置电压的纳米孔时产生的阻塞电流，可以检测穿孔分子的大小、类型和几何构型等信息。常用的纳米孔分子传感器主要分为两大类：生物纳米孔和固态纳米孔，相对于从自然界获取的生物纳米孔，固态纳米孔具有机械性能好、可适应环境变化范围广、可以在更宽的ph值、盐条件和温度范围内保持化学稳定性以及加工精度高等优点，而常见的固态纳米孔制造方法主要包括聚焦离子束法、激光刻蚀法、离子径迹刻蚀法、金属辅助化学刻蚀、以碱性湿法刻蚀等，下面介绍这几种主要加工方法的原理与优缺点：
2、聚焦离子束法：原理是通过聚焦离子束轰击样本表面，定点移除样本原子，从而实现在悬空薄膜表面加工纳米孔，利用氦离子、镓离子、氖离子等作为离子源，聚焦离子束可实现直径接近亚10nm的小直径以及高精度纳米孔的制造，但这种方法每次只能加工一个纳米孔，并且操作过程成本高且耗时长。
3、激光刻蚀法：原理是使用低功率高聚集激光和共聚焦显微镜制造直径为单个纳米的纳米孔技术，主要利用高能量密度的激光束使材料表面局部升温、熔化或气化实现材料逐层去除，特别适合加工陶瓷、玻璃、金刚石、碳化硅、蓝宝石等超硬材料，但其激光刻蚀技术在光路设置和尺寸控制的方面较差。
4、离子径迹刻蚀法：原理是通过将高能重金属离子射入聚合物膜产生径迹，然后用刻蚀剂刻蚀被重离子辐照的薄膜，轨道区域的刻蚀速率大于非轨道区域的刻蚀速率，从而形成孔隙，由于薄膜的厚度可达到几微米，因此可形成高纵横比的圆锥形，但该方法只能用于聚合物膜，在加工中可能会在聚合物膜表面引入负电荷而导致生物分子的捕获效率下降，并且由于离子轨道不可控，容易出现孔径分布不均匀的现象，而且需要昂贵的重离子加速计，增加了加工的成本。
5、金属辅助化学刻蚀：原理是以贵金属(ag,au,pt和pd)为掩膜的硅基片在氢氟酸和氧化剂中进行湿法刻蚀，在刻蚀过程中，氧化剂会在贵金属表面优先被还原，同时空穴通过贵金属注入硅，使得贵金属下方硅的刻蚀速率远高于未覆盖贵金属硅的刻蚀速率，利用此方法，可以通过设计贵金属掩膜形状获得特定的几何结构，但是刻蚀过程会在催化剂/刻蚀剂的结合物下产生氢气泡，造成不同的刻蚀速率，导致纳米孔阵列中孔深的非均匀性，此外流体流过催化剂还会影响催化剂的刻蚀路径，从而影响刻蚀结果。
6、碱性湿法刻蚀：原理是利用硅在碱性溶液中刻蚀的各向异性对硅进行加工的方法，该方法的优势在于对不同刻蚀材料的选择比较高，不会造成材料内部损伤，费用也较低，具备先后从晶圆两面分步骤刻蚀获得纳米孔的方法，但超过纳米孔开启的时间越长，所得的纳米孔径越大，难以控制实际刻蚀的纳米孔大小，因此通过刻蚀时间实现纳米孔孔径的控制是一大缺陷。
7、综上所述，现有技术中固态纳米孔制造方法主要存在纳米孔的位置和尺寸无法控制，且操作复杂，加工效率低的问题。
技术实现思路
1、本发明提供了一种硅基固态纳米孔刻蚀方法，旨在解决固态纳米孔制造方法主要存在纳米孔的位置和尺寸无法控制，且操作复杂，加工效率低的问题。
2、本发明实施例提供了一种硅基固态纳米孔刻蚀方法，其包括以下步骤：
3、步骤s1、依次对硅片进行第一次清洗及第一次干燥；所述第一次清洗是将所述硅片放入去离子水中进行超声波清洗，所述第一次干燥采用氮气流进行；
4、步骤s2、在所述硅片的正面和反面制备掩膜图案；
5、步骤s3、将所述硅片放入氢氧化钾和异丙醇混合形成的混合液中，并在所述硅片的正面刻蚀出倒金字塔结构槽，在所述硅片的反面刻蚀倒梯形结构槽以减薄所述硅片的厚度，所述硅片的正面和反面的刻蚀同时进行；
6、步骤s4、对所述硅片进行第二次清洗，清洗完成后在所述倒梯形结构槽的槽底旋涂金纳米粒子，旋涂完成后将所述硅片浸泡在hf/h2o2溶液中以刻蚀出纳米孔；所述第二次清洗是将所述硅片放入等离子体机中进行清洗；
7、步骤s5、去除所述硅片表面的掩膜和杂质，再依次对所述硅片进行离心洗涤和第二次干燥；所述第二次干燥为真空干燥。
8、优选的，所述步骤s2中，在所述硅片的正面和反面制备掩膜图案的具体步骤如下：
9、步骤s21、通过反应源气体在反应炉内对所述硅片进行沉积反应，以在所述硅片的正面和反面沉积出氮化硅掩膜；
10、步骤s22、在所述硅片的正面和反面的氮化硅掩膜上旋涂光刻胶并烘干固化，再利用光刻机对准所述硅片的指定位置，并对所述硅片的正面和反面依次进行曝光、显影、冲洗以及第三次干燥，以使所述硅片的正面和反面的氮化硅掩膜的待刻蚀区域暴露；
11、步骤s23、利用干法刻蚀刻蚀所述硅片的正面和反面未覆盖光刻胶的窗口，以去除所述窗口上的氮化硅掩膜，之后用去离子水清洗并进行氮气真空干燥。
12、优选的，所述步骤s21中，所述反应源气体为氨气和二氯硅烷，反应炉的压强小于133pa；所述硅片的正面和反面的氮化硅掩膜的厚度皆为100nm。
13、优选的，所述步骤s22中，光刻的设计图案的中心对准所述硅片的中心，光刻的设计图案为至少一边平行于所述硅片的直线边界的正方形；所述光刻胶为az系列正胶。
14、优选的，所述步骤s23中，干法刻蚀采用的气体为cf4/o2或chf3/ar。
15、优选的，所述步骤s3中，所述氢氧化钾的浓度质量分数为30wt％，所述异丙醇的浓度质量分数为3.78wt％；所述硅片的正面和反面的刻蚀时间为3.5-4h，刻蚀温度为70±0.1℃。
16、优选的，所述步骤s4中，所述金纳米粒子使用二氧化硅包覆；所述金纳米粒子采用匀胶机进行旋涂，所述匀胶机的加速度为300m/s2。
17、优选的，所述步骤s4中，所述hf/h2o2溶液的浓度比为hf：h2o2＝4.7m：0.68m，刻蚀温度为室温，刻蚀时间为0.5-1h。
18、优选的，所述步骤s5中，所述离心洗涤的转速为500～800rpm，洗涤时间为5-10min。
19、优选的，所述步骤s5中，所述第二次干燥的温度为60-80℃，干燥时间为5-10min。
20、与现有技术相比，本发明中的硅基固态纳米孔刻蚀方法通过依次对硅片进行第一次清洗及第一次干燥；在所述硅片的正面和反面制备掩膜图案；将所述硅片放入氢氧化钾和异丙醇混合形成的混合液中，并在所述硅片的正面刻蚀出倒金字塔结构槽，在所述硅片的反面刻蚀倒梯形结构槽以减薄所述硅片的厚度，所述硅片的正面和反面的刻蚀同时进行；对所述硅片进行第二次清洗，清洗完成后在所述倒梯形结构槽的槽底旋涂金纳米粒子，旋涂完成后将所述硅片浸泡在hf/h2o2溶液中以刻蚀出纳米孔；去除所述硅片表面的掩膜和杂质，再依次对所述硅片进行离心洗涤和第二次干燥，从而完成硅基固态纳米孔刻蚀，这种刻蚀方法不仅可以控制纳米孔的位置和尺寸，且操作简单，加工效率高。
1.一种硅基固态纳米孔刻蚀方法，其特征在于，所述硅基固态纳米孔刻蚀方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的硅基固态纳米孔刻蚀方法，其特征在于，所述步骤s2中，在所述硅片的正面和反面制备掩膜图案的具体步骤如下：
3.如权利要求2所述的硅基固态纳米孔刻蚀方法，其特征在于，所述步骤s21中，所述反应源气体为氨气和二氯硅烷，反应炉的压强小于133pa；所述硅片的正面和反面的氮化硅掩膜的厚度皆为100nm。
4.如权利要求2所述的硅基固态纳米孔刻蚀方法，其特征在于，所述步骤s22中，光刻的设计图案的中心对准所述硅片的中心，光刻的设计图案为至少一边平行于所述硅片的直线边界的正方形；所述光刻胶为az系列正胶。
5.如权利要求2所述的硅基固态纳米孔刻蚀方法，其特征在于，所述步骤s23中，干法刻蚀采用的气体为cf4/o2或chf3/ar。
6.如权利要求1所述的硅基固态纳米孔刻蚀方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述氢氧化钾的浓度质量分数为30wt％，所述异丙醇的浓度质量分数为3.78wt％；所述硅片的正面和反面的刻蚀时间为3.5-4h，刻蚀温度为70±0.1℃。
7.如权利要求1所述的硅基固态纳米孔刻蚀方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述金纳米粒子使用二氧化硅包覆；所述金纳米粒子采用匀胶机进行旋涂，所述匀胶机的加速度为300m/s2。
8.如权利要求1所述的硅基固态纳米孔刻蚀方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述hf/h2o2溶液的浓度比为hf：h2o2＝4.7m：0.68m，刻蚀温度为室温，刻蚀时间为0.5-1h。
9.如权利要求1所述的硅基固态纳米孔刻蚀方法，其特征在于，所述步骤s5中，所述离心洗涤的转速为500～800rpm，洗涤时间为5-10min。
10.如权利要求1所述的硅基固态纳米孔刻蚀方法，其特征在于，所述步骤s5中，所述第二次干燥的温度为60-80℃，干燥时间为5-10min。
