專利名稱：一種制備黑硅方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體材料制備技術領域，尤其涉及一種制備黑硅的方法。
背景技術：
黑娃(black silicon)是指幾乎可以吸收所有可見光、反射率極低的娃表面或娃基薄膜。黑硅是ー種電子產(chǎn)業(yè)革命性的新型半導體材料，與一般的硅材料結構相比，黑硅具有很強的吸光能力，如果將黑硅應用于光學傳感器或太陽能電池，那么光學傳感器的感光效率會提高上百倍，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也得以顯著提高。因此，黑硅在光伏電池、超靈敏傳感器等領域有十分重要應用潛力。目前，現(xiàn)有技術中的一種制備黑硅的方法為采用飛秒激光器制備，其利用飛秒激光在充滿鹵素氣體的真空環(huán)境下照射硅片，在硅表面激光輻照區(qū)產(chǎn)生微米量級的尖峰結構，形成森林狀的釘狀陣列。這種納米陷光表面結構有利于減少光線反射，增強硅表面對光線的吸收能力。然而，采用飛秒激光器制備黑硅，エ藝相當復雜，過程控制繁瑣，設備成本極為昂貴，維護不便，不利于大規(guī)模的生產(chǎn)制造?，F(xiàn)有技術中的另ー種制備黑硅的方法為基于無掩膜深反應離子刻蝕制備黑硅，通過控制深反應離子刻蝕制備黑硅的エ藝參數(shù)，采用刻蝕與鈍化的方式交替對硅片進行處理。所采用的エ藝參數(shù)包括氣體流量、刻蝕平板功率、鈍化平板功率、線圈功率和刻蝕、鈍化的周期、溫度。雖然基于無掩膜深反應離子刻蝕的制備方法比采用飛秒激光器的制備方法效率更高，成本更低，但是由于其需要交替地對硅片進行刻蝕和鈍化處理即依次反復充入刻蝕氣體，并且調(diào)節(jié)相應的流量、功率、時間和環(huán)境參數(shù)。因此，利用該方法來制備黑硅，存在著エ藝較為復雜、過程控制較繁瑣和效率低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種制備黑硅的方法，以在控制黑硅制備成本的同時，簡化工藝流程，并提高制備效率。為此，本發(fā)明實施例提供了如下技術方案ー種制備黑硅方法，包括對硅片表面進行清潔處理；在硅片表面沉積納米銀顆粒，形成納米銀顆粒掩膜；將具有納米銀顆粒掩膜的硅片進行等離子刻蝕，從而在硅片表面形成納米陷光結構。進ー步的，采用RCA標準清洗法對硅片表面進行清潔處理。
進ー步的，采用磁控濺射技術在硅片表面沉積納米銀顆粒。進ー步的，所述磁控濺射技術包括將硅片放入磁控濺射真空室，并抽真空至lxlO_3Pa ；
以40sccm的流量向真空室通入?。?調(diào)節(jié)真空室氣壓至0. 5Pa ；待真空室氣壓穩(wěn)定后，加射頻功率，調(diào)節(jié)匹配器至起輝，濺射2 20秒；濺射完成后，關閉射頻電源，停止供氣，抽真空至lxlO_3Pa ；關閉抽氣系統(tǒng)，并通入氮氣進真空室內(nèi)至I個大氣壓后取出硅片。進ー步的，所述納米銀顆粒掩膜中的納米銀顆粒的粒徑尺寸為20 80nm。進ー步的，所述等離子刻蝕包括
將硅片放入等離子體刻蝕腔中，并抽真空至IxKT3Pa ；以40 50sccm的流量通入SF6,并以2 IOsccm的流量通入O2 ；調(diào)節(jié)高閥使等離子體刻蝕腔內(nèi)的氣壓保持在IPa ；上電極加頻率為27. 12MHz的射頻功率250W，下電極加頻率為13. 56MHz的射頻功率50W，刻蝕5 10分鐘；關閉射頻電源，停止供氣，抽真空至5xlO_3Pa ；關閉抽氣系統(tǒng)，充氮氣進等離子體刻蝕腔至I個大氣壓后取出硅片。進ー步的，所述硅片為單晶硅片或多晶硅片。與現(xiàn)有技術相比，上述技術方案具有以下優(yōu)點本發(fā)明實施例所提供的技術方案中，在硅片表面制備納米尺寸的銀顆粒掩膜層，之后再通過掩膜層進行等離子體干法刻蝕，納米級銀顆粒可減少等離子體刻蝕過程中離子轟擊對硅片造成的損傷，并可制得均勻分布的絨面結構層，其具有較低的表面反射率和較高的載流子壽命，應用該方法能夠在硅片上形成具有很強吸光特性、對光極其敏感的黑硅，同時該方法成本較低，エ藝流程簡單，且可以直接制備大面積的黑硅，具有較高的制備效率。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為實施例一提供的制備黑硅方法流程示意圖；圖2為實施例一提供的硅片表面以及納米銀顆粒的掃描電鏡微觀組織圖；圖3為實施例ニ提供的等離子刻蝕之后的硅片表面掃描電鏡微觀組織圖；圖4為實施例ニ提供的硅電池片的反射率示意圖。
具體實施例方式為了在控制黑硅制備成本的同時，簡化其エ藝流程，并提高黑硅制備效率，本發(fā)明實施例提供了ー種制備黑硅方法，包括對硅片表面進行清潔處理；在硅片表面沉積納米銀顆粒，形成納米銀顆粒掩膜；將具有納米銀顆粒掩膜的硅片進行等離子刻蝕，從而在硅片表面形成納米陷光結構。
本發(fā)明實施例所提供的技術方案中，在硅片表面制備納米尺寸的銀顆粒掩膜層，之后再通過掩膜層進行等離子體干法刻蝕，納米級銀顆?？蓽p少等離子體刻蝕過程中離子轟擊對硅片造成的損傷，并可制得均勻分布的絨面結構層，其具有較低的表面反射率和較高的載流子壽命，應用該方法能夠在硅片上形成具有很強吸光特性、對光極其敏感的黑硅，同時該方法成本較低，エ藝流程簡單，且可以直接制備大面積的黑硅，具有較高的制備效率。以上是本申請的核心思想，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。 首先對實施例中可能用到的英文縮寫進行說明Sccm :氣體流量單位,標準毫升姆分鐘；Pa :氣壓單位；MHZ :兆赫茲；SF6 :六氟化硫；02 :氧氣；nm :納米。實施例一為了在控制黑硅制備成本的同時，簡化其エ藝流程，并提高黑硅制備效率，本實施例提供了ー種制備黑硅方法，如圖I所示，為該方法的一種流程示意圖，該方法包括以下步驟步驟SlOl，對硅片表面進行清潔處理；步驟S102，在硅片表面沉積納米銀顆粒，形成納米銀顆粒掩膜；步驟S103，將具有納米銀顆粒掩膜的硅片進行等離子刻蝕，從而在硅片表面形成納米陷光結構。具體的，步驟SlOl中，可以采用半導體業(yè)界標準的RCA清洗エ藝，去除硅片表面的玷污。目前使用的RCA清洗大多包括四歩，即先用含硫酸的酸性過氧化氫進行酸性氧化清洗，再用含胺的弱堿性過氧化氫進行堿性氧化清洗，接著用稀的氫氟酸溶液進行清洗，最后用含鹽酸的酸性過氧化氫進行酸性氧化清洗，在毎次清洗中間都要用超純水(DI水)進行漂洗，最后再用低沸點有機溶劑進行干燥。所述步驟S102中，可以采用磁控濺射技術在硅片表面沉積納米銀顆粒，以形成納米銀顆粒掩膜。通過控制磁控濺射過程中的エ藝參數(shù)，控制納米銀顆粒掩膜中的納米銀顆粒的粒徑尺寸為20 80nm。如圖2所示，為硅片表面以及納米銀顆粒的掃描電鏡微觀組織圖，其中的納米銀顆粒(粒徑尺寸為20 80nm)呈均勻分布，組成了步驟S103中等離子體刻蝕エ藝中的掩膜。其中，以P型多晶硅片為例，步驟S102中所述的磁控濺射技術具體可以包括以下步驟步驟S102a :將經(jīng)過RCA清洗過的P型多晶硅片放入磁控濺射真空室，并抽真空至1x103Pa ；步驟S102b :以40sccm的流量向真空室通入氬氣，調(diào)節(jié)真空室氣壓至0. 5Pa ；
步驟S102c :待真空室氣壓穩(wěn)定后，加射頻功率，調(diào)節(jié)匹配器至起輝，濺射2 20秒；步驟S102d :濺射完成后，關閉射頻電源，停止供氣，抽真空至lxlO_3Pa ；步驟S102e :關閉抽氣系統(tǒng)，然后通入氮氣進真空室內(nèi)，待真空室內(nèi)氣壓達到I個大氣壓之后，打開真空室，并將硅片取出。接下來，步驟S103中所述的等離子刻蝕具體可以包括以下步驟步驟S103a，將硅片放入等離子體刻蝕腔中，并抽真空至IxKT3Pa ；步驟S103b,以40 50sccm的流量通入SF6,并以2 IOsccm的流量通入O2 ；步驟S103c，調(diào)節(jié)高閥使等離子體刻蝕腔內(nèi)的氣壓保持在IPa ；步驟S103d，上電極加頻率為27. 12MHz的射頻功率250W，下電極加頻率為13. 56MHz的射頻功率50W，刻蝕5 10分鐘；步驟S103e，關閉射頻電源，停止供氣，抽真空至5xlO_3Pa ；步驟S103f，關閉抽氣系統(tǒng)，然后通入氮氣進真空室內(nèi)，待真空室內(nèi)氣壓達到I個大氣壓之后，打開真空室，并將硅片取出。等離子刻蝕刻蝕過程中，納米銀顆粒可以減少離子對硅片表面造成的損傷，可以制得均勻分布的絨面結構。參見圖3所示，為等離子刻蝕之后的硅片表面掃描電鏡微觀組織圖，硅片表面形成了均勻的納米陷光結構。本實施提供的制備黑硅方法可以應用以單晶硅片或多晶硅片為原料制備黑硅的エ藝中，通過該制備黑娃的方法，可以在娃片表面上形成分布均勻、大小為150 IOOOnm尺寸可控的微結構，且其絨面反射率低于2%。參見圖4所示，為應用該方法最終得到的硅電池片的反射率示意圖。本實施例提供的制備黑硅方法中，在硅片表面制備納米尺寸的銀顆粒掩膜層，之后再通過掩膜層進行等離子體干法刻蝕，納米級銀顆粒可減少等離子體刻蝕過程中離子轟擊對硅片造成的損傷，并可制得均勻分布的絨面結構層，其具有較低的表面反射率和較高的載流子壽命，應用該方法能夠在硅片上形成具有很強吸光特性、對光極其敏感的黑硅，同時該方法成本較低，エ藝流程簡單，且可以直接制備大面積的黑硅，具有較高的制備效率。本說明書中各個部分采用遞進的方式描述，每個部分重點說明的都是與其他部分的不同之處，各個部分之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍 的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.ー種制備黑硅方法，其特征在于，包括 對硅片表面進行清潔處理； 在硅片表面沉積納米銀顆粒，形成納米銀顆粒掩膜； 將具有納米銀顆粒掩膜的硅片進行等離子刻蝕，從而在硅片表面形成納米陷光結構。
2.根據(jù)權利要求I所述的制備黑硅方法，其特征在干 采用RCA標準清洗法對硅片表面進行清潔處理。
3.根據(jù)權利要求I所述的制備黑硅方法，其特征在干 采用磁控濺射技術在硅片表面沉積納米銀顆粒。
4.根據(jù)權利要求3所述的制備黑硅方法，其特征在于，所述磁控濺射技術包括 將硅片放入磁控濺射真空室，并抽真空至lxlO_3Pa ； 以40sccm的流量向真空室通入！！氣,調(diào)節(jié)真空室氣壓至0. 5Pa ； 待真空室氣壓穩(wěn)定后，加射頻功率，調(diào)節(jié)匹配器至起輝，濺射2 20秒； 濺射完成后，關閉射頻電源，停止供氣，抽真空至IxKT3Pa ； 關閉抽氣系統(tǒng)，并通入氮氣進真空室內(nèi)至I個大氣壓后取出硅片。
5.根據(jù)權利要求I所述的制備黑硅方法，其特征在干 所述納米銀顆粒掩膜中的納米銀顆粒的粒徑尺寸為20 80nm。
6.根據(jù)權利要求I所述的制備黑硅方法，其特征在于，所述等離子刻蝕包括 將硅片放入等離子體刻蝕腔中，并抽真空至IxKT3Pa ； 以40 50sccm的流量通入SF6,并以2 IOsccm的流量通入O2 ； 調(diào)節(jié)高閥使等離子體刻蝕腔內(nèi)的氣壓保持在IPa ； 上電極加頻率為27. 12MHz的射頻功率250W，下電極加頻率為13. 56MHz的射頻功率50W，刻蝕5 10分鐘； 關閉射頻電源，停止供氣，抽真空至5xl(T3Pa ； 關閉抽氣系統(tǒng)，充氮氣進等離子體刻蝕腔至I個大氣壓后取出硅片。
7.根據(jù)權利要求I至6任一項所述的制備黑硅方法，其特征在于 所述娃片為單晶娃片或多晶娃片。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種制備黑硅方法，包括以下步驟對硅片表面進行清潔處理；在硅片表面沉積納米銀顆粒，形成納米銀顆粒掩膜；將具有納米銀顆粒掩膜的硅片進行等離子刻蝕，從而在硅片表面形成納米陷光結構。由于納米級銀顆?？蓽p少等離子體刻蝕過程中離子轟擊對硅片造成的損傷，并可制得均勻分布的絨面結構層，其具有較低的表面反射率和較高的載流子壽命，因此應用該方法能夠在硅片上形成具有很強吸光特性、對光極其敏感的黑硅，同時該方法成本較低，工藝流程簡單，且可以直接制備大面積的黑硅，具有較高的制備效率。
文檔編號H01L31/0236GK102655179SQ20111005088
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權日2011年3月3日
發(fā)明者蘇曉東, 辛煜, 鄒帥, 陳軍 申請人:蘇州大學