CN111816558A - 一种硅基深孔微结构的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种硅基深孔微结构的制作方法，包括先将硅片依次放入双氧水、氨水中各浸泡十分钟，然后用蒸馏水清洗干净放置洁净处晾干备用；微球去离子水中悬浊液，选取合适尺寸400nm‑100um的微球原溶液加入体积两倍的乙醇，并放入超声仪中超声处理半小时，使聚苯乙烯与乙醇混合均匀；微球在液面上形成单层有序的排列；利用液面沉降法将排列好的微球转移到硅片上；对微球尺寸进行缩减以获得特定的尺寸；利用镀膜技术向刻蚀后的样片上沉积10‑20nm的金属铬，去除微球形成铬膜上带有的孔阵列的微结构；以带有孔阵列的铬膜为掩膜，刻蚀后去除铬膜，最终制作而成硅基深孔微结构。为硅基材料微结构化提供了一种简单、高效、大面积、低成本的方法。

Description

一种硅基深孔微结构的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体材料技术领域，特别涉及一种在硅基上制作深孔微结构的方法。
背景技术
众所周知，硅材料是目前世界上应用最广泛的半导体材料。相比于其他半导体材料，硅材料具有以下突出的优势：首先，硅元素储量巨大，圆晶硅加工方便，机械性能良好，相较其他的半导体材料成本更低；其次，硅材料在通讯波长是透明的，在某些波段非常适合作传输波导；第三，硅基光电子技术与目前成熟的互补金属氧化物半导体工艺高度兼容，技术经验积累十分充足。由于以上几点因素，使得硅基半导体器件具有制造工艺成熟、成本低廉、器件结构简单、室温下工作、抗环境干扰能力强等众多非硅基器件无法比拟的优点，因而被广泛应用于太阳能电池、光电探测、集成芯片、信号处理等各个领域。但同时，由于硅材料本身折射率较高，所以表面反射较高，在很大程度上限制了其应用。
近些年来，将硅基表面微结构化成为一种新的发展趋势，这种新型的硅基材料可以有效地降低表面反射，有效地提高了对入射光的利用率，并且有利于进一步的集成化以及微型化，所以，将硅基材料微结构化在太阳能电池、光电探测、表面等离激元学以及硅基光电子学等领域有着广阔的应用前景。目前，获得微结构化的硅基材料一般有电子束曝光、聚焦离子束刻蚀以及纳米压印等微纳加工手段，成本昂贵而且不适合大面积生产制作；除此之外，利用飞秒激光等手段制作的诸如黑硅材料等，也面临着无法精确控制微结构尺寸的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种制作硅基深孔微结构的方法，该制作工艺简单，成本低，适合大面积生产。同时该深孔微结构的周期(400nm-100um)、直径(200nm-95um)、深度(100nm-10um)等参数广泛可调，并且可以较精确地控制，为硅基材料微结构化提供了一种新思路，本发明采用如下方案：
一种硅基深孔微结构的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：清洗，硅片厚度100-500um，先将硅片依次放入双氧水、氨水中各浸泡十分钟，然后用蒸馏水清洗干净放置洁净处晾干备用；
步骤2：配置聚苯乙烯微球溶液，微球去离子水中悬浊液，其浓度为5.0-10.0wt％，选取合适尺寸400nm-100um的微球原溶液加入体积两倍的乙醇，并放入超声仪中超声处理半小时，使聚苯乙烯与乙醇混合均匀；
步骤3：气液界面组装法，微球在液面上形成单层有序的排列；
步骤4：利用液面沉降法将排列好的微球转移到硅片上，风干后对其退火处理；
步骤5：利用反应离子束刻蚀技术，对微球尺寸进行缩减以获得特定的尺寸；
步骤6：镀膜，利用镀膜技术向刻蚀后的样片上沉积10-20nm的金属铬，然后去除微球，形成铬膜上带有的孔阵列的微结构；
步骤7：利用反应离子束刻蚀技术，以带有孔阵列的铬膜为掩膜，对样品进行刻蚀，刻蚀后去除铬膜，最终制作而成硅基深孔微结构。
优选地，所述退火处理工艺包括快速热处理、管式炉热处理和平板式烧结炉等工艺，热处理温度优选为50℃-150℃，热处理时间优选为2min-10min。
优选地，所述镀膜工艺包括电子束共蒸发、磁控共溅射等工艺。
所述的一种硅基深孔微结构的制作方法，涉及微球自组装并结合反应离子束刻蚀手段，避免了使用昂贵的电子束曝光、聚焦离子束刻蚀等加工方式为硅基材料微结构化提供了一种简单、高效、大面积、低成本的方法；通过改变聚苯乙烯微球尺寸半径以及反应离子束刻蚀的时间来调控深孔微结构的周期、半径以及深度等。
附图说明
图1为本发明硅基深孔微结构的俯视图；
图2为本发的硅基深孔微结构的截面图；
图3为本发明硅基深孔微结构的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
制作流程如附图3所示:
步骤1：清洗，硅片厚度100-500um，硅片表面清洗，为了增强硅片表面的亲水性，先将硅片依次放入双氧水、氨水中各浸泡十分钟，然后用蒸馏水清洗干净放置洁净处晾干备用；
取一个直径10厘米的培养皿先用蒸馏水清洗干净，再将培养皿放入超声仪中超声清洗1小时，取出放在洁净处晾干。
步骤2：配置聚苯乙烯微球溶液，微球去离子水中悬浊液，其浓度为5.0-10.0wt％，选取合适尺寸400nm-100um的微球原溶液加入体积两倍的乙醇，并放入超声仪中超声处理半小时，使聚苯乙烯与乙醇混合均匀；
使用的聚苯乙烯微球具有成本低廉，无毒无害等优势，选取合适尺寸的400nm-100um的微球原溶液，选取合适尺寸400nm-100um的微球原溶液加入体积两倍的乙醇，微球直径决定深孔微结构的周期。
步骤3：气液界面组装法，微球在液面上形成单层有序的排列；
在准备以上工作完成后，将清洗好的硅片放在培养皿底部并且向培养皿里面注入三分之一体积的蒸馏水以及表面活化剂，待微球在培养皿中的睡眠上均匀铺展开后，控制培养皿的放水口，缓慢防水，知道液面上的单层微球自然沉降落到培养皿底部的基片上，自然风干即可形成微球模板。
步骤4：利用液面沉降法将排列好的微球转移到硅片上，风干后对其退火处理；
退火处理工艺包括快速热处理、管式炉热处理和平板式烧结炉等工艺,然后放入退火炉中在50℃-120℃温度下保持2-10分钟，使聚苯乙烯微球平整的排列在硅片上并且和硅片形成接触。
步骤5：利用反应离子束刻蚀技术，对微球尺寸进行缩减以获得特定的尺寸；
接着运用反应离子束刻蚀技术对微球进行尺寸调整，以获得需要的深孔直径，对聚苯乙烯微球尺寸缩减需要进行氧离子刻蚀，刻蚀条件是在氧气氛围下20-60sccm，气压20-50mTorr，射频功率150-250W。经过实验探索，发现在刻蚀工艺参数确定的情况下，聚苯乙烯缩减后的尺寸与刻蚀时间呈线性变化，利用这个性质，可以通过控制刻蚀时间来控制微球的直径，刻蚀后微球的直径将决定最后深孔微结构的直径。
步骤6：镀膜，利用镀膜技术向刻蚀后的样片上沉积10-20nm的金属铬，然后去除微球，形成铬膜上带有的孔阵列的微结构；镀膜工艺包括电子束共蒸发、磁控共溅射等工艺。
接下来垂直向样片沉积10-20nm的金属铬膜，然后利用胶带粘取或者甲苯溶液中超声波清洗去除微球，这样在硅片上形成了带有微孔阵列的铬膜，这层铬膜充当下一步刻蚀的掩膜。
步骤7：利用反应离子束刻蚀技术，以带有孔阵列的铬膜为掩膜，对样品进行刻蚀，刻蚀后去除铬膜，最终制作而成硅基深孔微结构。
利用反应离子束刻蚀硅片，利用六氟化硫气体刻蚀，气体流速为20-60sccm，气压20-50mTorr，刻蚀功率150-250W。经过实验探索，发现在刻蚀工艺参数确定的情况下，刻蚀后孔的深度与刻蚀时间呈线性变化，利用这个性质，可以通过控制刻蚀时间来控制最终获得的深孔深度。参见附图1及附图2：刻蚀后，在洗铬液中去除铬膜，最终得到了硅基深孔微结构。
该制作工艺简单，成本低，适合大面积生产；同时该深孔微结构的周期(400nm-100um)、直径(200nm-95um)、深度(100nm-10um)等参数广泛可调，并且可以较精确地控制。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种硅基深孔微结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：清洗，硅片厚度100-500um，先将硅片依次放入双氧水、氨水中各浸泡十分钟，然后用蒸馏水清洗干净放置洁净处晾干备用；
步骤2：配置聚苯乙烯微球溶液，微球去离子水中悬浊液，其浓度为5.0-10.0wt％，选取合适尺寸400nm-100um的微球原溶液加入体积两倍的乙醇，并放入超声仪中超声处理半小时，使聚苯乙烯与乙醇混合均匀；
步骤3：气液界面组装法，微球在液面上形成单层有序的排列；
步骤4：利用液面沉降法将排列好的微球转移到硅片上，风干后对其退火处理；
步骤5：利用反应离子束刻蚀技术，对微球尺寸进行缩减以获得特定的尺寸；
步骤6：镀膜，利用镀膜技术向刻蚀后的样片上沉积10-20nm的金属铬，然后去除微球，形成铬膜上带有的孔阵列的微结构；
步骤7：利用反应离子束刻蚀技术，以带有孔阵列的铬膜为掩膜，对样品进行刻蚀，刻蚀后去除铬膜，最终制作而成硅基深孔微结构。
2.如权利要求1所述的硅基深孔微结构的制作方法，其特征在于，所述退火处理工艺包括快速热处理、管式炉热处理和平板式烧结炉等工艺，热处理温度优选为50℃-150℃，热处理时间优选为2min-10min。
3.如权利要求1所述的硅基深孔微结构的制作方法，其特征在于，所述镀膜工艺包括电子束共蒸发、磁控共溅射等工艺。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113023668A (zh) * 2021-03-10 2021-06-25 北京理工大学 一种基于模板制造两级微纳结构阵列的方法
CN113213421A (zh) * 2021-05-12 2021-08-06 清华大学 大面阵纳米针结构制备方法及装置
CN114249325A (zh) * 2021-12-22 2022-03-29 杭州电子科技大学 一种制备硅纳米腔的方法
CN114262866A (zh) * 2021-12-21 2022-04-01 武汉中维创发工业研究院有限公司 粉体及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101308219A (zh) * 2008-06-27 2008-11-19 吉林大学 以单层纳米粒子为刻蚀阻挡层构筑抗反射微结构的方法
CN103112816A (zh) * 2013-01-30 2013-05-22 中国科学院大学 一种在单晶硅衬底上制备金字塔阵列的方法
CN103499847A (zh) * 2013-10-11 2014-01-08 吉林大学 一种具有光学增透功能的中空纳米锥阵列膜的制备方法
CN104505408A (zh) * 2014-12-17 2015-04-08 上海师范大学 晶体硅纳米孔阵列材料及其制备方法
CN104555910A (zh) * 2014-12-31 2015-04-29 吉林大学 一种基于反应离子束刻蚀技术制备薄膜有序微结构的方法
CN106082112A (zh) * 2016-06-24 2016-11-09 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种微结构硅基材料及其制作方法、半导体器件
CN107188427A (zh) * 2017-06-19 2017-09-22 江苏师范大学 一种纳米微球衬底的制备方法
CN108152264A (zh) * 2017-11-23 2018-06-12 中国科学院合肥物质科学研究院 一种纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法及其应用
CN108996469A (zh) * 2018-07-27 2018-12-14 纤瑟(天津)新材料科技有限公司 一种纳米孔金薄膜的制作方法及应用该薄膜的硅基

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101308219A (zh) * 2008-06-27 2008-11-19 吉林大学 以单层纳米粒子为刻蚀阻挡层构筑抗反射微结构的方法
CN103112816A (zh) * 2013-01-30 2013-05-22 中国科学院大学 一种在单晶硅衬底上制备金字塔阵列的方法
CN103499847A (zh) * 2013-10-11 2014-01-08 吉林大学 一种具有光学增透功能的中空纳米锥阵列膜的制备方法
CN104505408A (zh) * 2014-12-17 2015-04-08 上海师范大学 晶体硅纳米孔阵列材料及其制备方法
CN104555910A (zh) * 2014-12-31 2015-04-29 吉林大学 一种基于反应离子束刻蚀技术制备薄膜有序微结构的方法
CN106082112A (zh) * 2016-06-24 2016-11-09 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种微结构硅基材料及其制作方法、半导体器件
CN107188427A (zh) * 2017-06-19 2017-09-22 江苏师范大学 一种纳米微球衬底的制备方法
CN108152264A (zh) * 2017-11-23 2018-06-12 中国科学院合肥物质科学研究院 一种纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法及其应用
CN108996469A (zh) * 2018-07-27 2018-12-14 纤瑟(天津)新材料科技有限公司 一种纳米孔金薄膜的制作方法及应用该薄膜的硅基

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113023668A (zh) * 2021-03-10 2021-06-25 北京理工大学 一种基于模板制造两级微纳结构阵列的方法
CN113213421A (zh) * 2021-05-12 2021-08-06 清华大学 大面阵纳米针结构制备方法及装置
CN113213421B (zh) * 2021-05-12 2022-04-15 清华大学 大面阵纳米针结构制备方法及装置
CN114262866A (zh) * 2021-12-21 2022-04-01 武汉中维创发工业研究院有限公司 粉体及其制备方法
CN114262866B (zh) * 2021-12-21 2023-11-28 维达力实业(深圳)有限公司 粉体及其制备方法
CN114249325A (zh) * 2021-12-22 2022-03-29 杭州电子科技大学 一种制备硅纳米腔的方法

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