晶體硅納米孔陣列材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明晶體硅納米孔陣列材料及其制備方法，具體指一種工藝簡(jiǎn)單、具有大面積的、周期性的納米尺寸的空陣列晶體硅材料的制備技術(shù)，涉及周期性納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件制備【技術(shù)領(lǐng)域】。材料為厚度400～500μm，單面拋光的晶體硅，納米孔徑為200～500nm,孔徑間距500nm，空洞深度可控范圍500～1500nm。包括準(zhǔn)備晶體硅預(yù)刻蝕樣品，制備單層聚苯乙烯納米球，縮小聚苯乙烯納米球尺寸，沉積金屬鎳，去除聚苯乙烯納米球和刻蝕硅片，去除金屬鎳，去離子水沖凈，然后用N2吹干等步驟。本發(fā)明通過(guò)自組裝單層聚苯乙烯納米球制備金屬鎳膜，以此為掩膜用于反應(yīng)離子刻蝕。相較電化學(xué)腐蝕，得到孔徑更規(guī)則統(tǒng)一，可保證大面積周期性等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】晶體硅納米孔陣列材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及周期性納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體指一種工藝簡(jiǎn)單、具有大面積的、周期性的納米尺寸的空陣列晶體硅材料的制備技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]具有規(guī)則周期性的亞波長(zhǎng)納米尺寸結(jié)構(gòu)的晶體硅，可以有效減少光反射，減少載流子復(fù)合，因此晶體硅的微結(jié)構(gòu)調(diào)制已廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、光電探測(cè)器等半導(dǎo)體領(lǐng)域。具有嚴(yán)格周期性納米結(jié)構(gòu)的硅材料，相比傳統(tǒng)的非周期性多孔硅材料，具有更好的減反特性及其它類光柵光學(xué)性質(zhì)。但規(guī)則周期性的生產(chǎn)帶來(lái)了較高的成本問(wèn)題和技術(shù)限制。1956年，Arthur Uhlir Jr.和Ingebory Uhlir在貝爾實(shí)驗(yàn)室偶然發(fā)現(xiàn)了多孔娃。后人陸續(xù)通過(guò)電化學(xué)腐蝕、金屬輔助刻蝕等方法制造出納米尺寸的微結(jié)構(gòu)娃材料。2013年NanoscaleResearch Letter上由日本課題組Hidetaka Asoh發(fā)表的文章通過(guò)先制備多孔銷陽(yáng)極，再利用金屬一輔助化學(xué)刻蝕方法制備出了孔徑低于10nm的周期性硅陣列結(jié)構(gòu)。但是這一方法工藝復(fù)雜，垂直性差；而且過(guò)程中使用了貴金屬和HF這帶來(lái)了成本與安全等問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服工藝復(fù)雜的現(xiàn)狀，提出一種具有大面積的周期性納米尺寸的孔陣列晶體硅材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明為一種周期性晶體硅納米孔陣列材料，其特點(diǎn)，包含利用納米球光刻工藝與反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在厚度400?500 μπι，單面拋光的晶體硅上制備周期性納米孔陣列。
[0005]其中，所述納米孔徑范圍為200?500nm，孔徑間距500nm，空洞深度可控范圍500 ?1500nm.
[0006]本發(fā)明一種晶體硅納米孔陣列材料的制備方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1，準(zhǔn)備晶體硅預(yù)刻蝕樣品。
[0008]步驟2，將稀釋過(guò)的聚苯乙烯溶液滴在潔凈的拋光硅片上(或足夠光滑的玻璃片上)，在空氣中晾干；然后將硅片慢慢浸入水中，聚苯乙烯納米球形成的薄膜漂浮在水面上；最后用待沉積的硅片托起漂浮的薄膜，置于空氣中自然晾干；單層膜即沉積在了硅片上。利用此方法在洗凈的硅片拋光面制備單層緊排列的直徑500nm的聚苯乙烯納米球。
[0009]步驟3，用反應(yīng)離子刻蝕的方法縮小聚苯乙烯納米球尺寸，功率40W，氧氣流量40sccm,反應(yīng)氣壓9.8Pa，刻蝕時(shí)間330s。
[0010]步驟4，用磁控濺射的方法在上述樣品同一面沉積約200nm厚的金屬鎳。
[0011]步驟5，用反應(yīng)離子刻蝕的方法去除聚苯乙稀納米球，功率40W，氧氣流量80sccm,反應(yīng)氣壓9.8Pa，刻蝕時(shí)間900s。
[0012]步驟6，用反應(yīng)離子刻蝕的方法刻蝕硅片，刻蝕氣體SF6流量70SCCm，氣壓5Pa，功率200W,刻蝕時(shí)間1200s。
[0013]步驟7，將樣品經(jīng)泡在鹽酸中900s，去除金屬鎳。
[0014]步驟8，將樣品用去離子水沖凈，然后用N2吹干，即獲得所述的晶體硅納米孔陣列。
[0015]如上所述，本發(fā)明一種基于晶體硅周期性納米孔陣列材料的制備方法，通過(guò)自組裝單層聚苯乙烯納米球制備金屬鎳膜，以此為掩膜用于反應(yīng)離子刻蝕。相較電化學(xué)腐蝕，此方法得到的孔徑更規(guī)則統(tǒng)一，可保證大面積周期性等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于其衍生器件的制備帶來(lái)了便利。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種晶體硅納米孔陣列材料的制備流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
[0018]本發(fā)明一種晶體硅納米孔陣列材料的制備方法(如附圖1)，包括如下步驟:
[0019]步驟1，準(zhǔn)備晶體硅預(yù)刻蝕樣品。
[0020]所述樣品為晶圓尺寸為100cm2，單面拋光，由嚴(yán)格半導(dǎo)體工藝清洗后得到并經(jīng)預(yù)刻蝕樣品由晶圓片切割2cmX2cm方形片，再5%氫氟酸水溶液浸泡600s除去表面氧化層。
[0021]步驟2，利用自組裝方法在洗凈的硅片拋光面制備單層緊排列的直徑500nm的聚苯乙稀納米球。
[0022]步驟3，用反應(yīng)離子刻蝕的方法縮小聚苯乙烯納米球尺寸，功率40W，氧氣流量40sccm,反應(yīng)氣壓9.8Pa，刻蝕時(shí)間330s。
[0023]步驟4，用磁控濺射的方法在上述樣品同一面沉積約200nm厚的金屬鎳。
[0024]步驟5，用反應(yīng)離子刻蝕的方法去除聚苯乙稀納米球，功率40W，氧氣流量80sccm,反應(yīng)氣壓9.8Pa，刻蝕時(shí)間900s。
[0025]步驟6，用反應(yīng)離子刻蝕的方法，刻蝕氣體3?6流量70SCCm，氣壓5Pa，功率200W，刻蝕時(shí)間1200s。
[0026]步驟7，將樣品經(jīng)泡在鹽酸中900s，去除金屬鎳。
[0027]步驟8，將樣品用去離子水沖凈，然后用N2吹干，即獲得所述的晶體硅納米孔陣列。
[0028]如上所述，本發(fā)明一種基于晶體硅周期性納米孔陣列材料的制備方法，通過(guò)自組裝單層聚苯乙烯納米球制備金屬鎳膜，以此為掩膜用于反應(yīng)離子刻蝕。相較電化學(xué)腐蝕，此方法得到的孔徑更規(guī)則統(tǒng)一，可保證大面積周期性等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于其衍生器件的制備帶來(lái)了便利。
【權(quán)利要求】
1.一種晶體硅周期性納米孔陣列材料，其特征在于，包含基于晶體硅襯底，厚度為400?500nm，單面拋光，結(jié)合納米球光刻與反應(yīng)離子刻蝕在娃片拋光面制備納米孔陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的晶體硅周期性納米孔陣列材料，其特征在于，所述晶體硅襯底晶圓片為晶錠經(jīng)定向、切割、單面拋光得到的工業(yè)化晶片，面積為100cm2。
3.如權(quán)利要求1所述的晶體硅周期性納米孔陣列材料，其特征在于，所述納米孔徑范圍為300?500nm，孔間距為500nm,空洞深度范圍為500?1500nm,刻蝕面積可達(dá)15cm2。
4.如權(quán)利要求1所述的晶體硅周期性納米孔陣列材料，其特征在于，所述納米球光刻，即在娃面上制備單層直徑500nm的聚苯乙稀納米球。
5.如權(quán)利要求1所述的晶體硅周期性納米孔陣列材料，其特征在于，用反應(yīng)離子刻蝕的方法，用氧氣縮減聚苯乙烯納米球。
6.如權(quán)利要求1所述的晶體硅周期性納米孔陣列材料，其特征在于，用磁控濺射方法沉積金屬鎳，用做反應(yīng)離子刻蝕的掩膜。
7.如權(quán)利要求1所述的晶體硅周期性納米孔陣列材料，其特征在于，用反應(yīng)離子刻蝕SF6氣體作為刻蝕氣體，刻蝕晶體硅。
8.如權(quán)利要求1所述的晶體硅周期性納米孔陣列材料的制備方法，其特征在于，包括步驟如下: 步驟I，準(zhǔn)備晶體硅預(yù)刻蝕樣品； 步驟2，利用自組裝方法在洗凈的硅片拋光面制備單層緊排列的直徑500nm的聚苯乙稀納米球； 步驟3，用反應(yīng)離子刻蝕的方法縮小聚苯乙稀納米球尺寸，功率40W，氧氣流量40sccm,反應(yīng)氣壓9.8Pa，刻蝕時(shí)間330s ； 步驟4，用磁控濺射的方法在上述樣品同一面沉積約200nm厚的金屬鎳； 步驟5，用反應(yīng)離子刻蝕的方法去除聚苯乙稀納米球，功率40W，氧氣流量80sccm，反應(yīng)氣壓9.8Pa，刻蝕時(shí)間900s ； 步驟6，用反應(yīng)離子刻蝕的方法，刻蝕氣體SF6流量70SCCm，氣壓5Pa，功率200W，刻蝕時(shí)間1200s ; 步驟7，將樣品經(jīng)泡在鹽酸中900s，去除金屬鎳； 步驟8，將樣品用去離子水沖凈，然后用N2吹干，即獲得所述的晶體硅納米孔陣列。
【文檔編號(hào)】H01L31/0236GK104505408SQ201410790995
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】秦曉梅, 張棟, 程傳偉, 石旺舟 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)