專利名稱：使用混合氣體刻蝕制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及微納加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種使用混合氣體刻蝕制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)是一種新型多學(xué)科交叉的技術(shù)，它涉及機(jī)械、電子、化學(xué)、物理、光學(xué)、生物、材料等多種學(xué)科。隨著MEMS工藝的發(fā)展，納米加工技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到微流體、生物工程和光學(xué)傳感器件等多個(gè)領(lǐng)域。在納米加工技術(shù)中，通常會(huì)出于不同目的，通過刻蝕或者其他多種工藝的結(jié)合，在襯底例如硅晶片內(nèi)形成大范圍高密度均勻的納米結(jié)構(gòu)(Nanopillar、Nanotip或Nanoporous),從而增加表面積體積比。相比于普通娃片，納米結(jié)構(gòu)的表面反射率大大降低，對(duì)可見光也有很強(qiáng)的吸收作用，在太陽(yáng)能電池和高靈敏度光學(xué)傳感器方面有很大的研究?jī)r(jià)值。并且，微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的加工近年來也已引起廣泛的重視，如眾多納米二次結(jié)構(gòu)的理論被提出用于超疏水表面和自清潔表面的研究等。傳統(tǒng)的刻蝕方法在形成納米結(jié)構(gòu)時(shí)，需要首先在硅晶片的表面定義納米掩膜層然后采用干法刻蝕技術(shù)形成納米柱(Nanopillar)，其中納米掩膜層是起到后續(xù)圖形轉(zhuǎn)移刻蝕工藝阻擋層的作用。但是，這類刻蝕方法由于需要刻蝕掩膜，增加了工藝成本和復(fù)雜性，且在微米尺度結(jié)構(gòu)表面制作掩膜依然是一大技術(shù)難題，更為重要的是利用它們?cè)谖⒚壮叨冉Y(jié)構(gòu)上制作大范圍的納米尺度結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)刻蝕去除大量微米尺度結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致微米尺度結(jié)構(gòu)失效，甚至消失。除上所述，納米光刻工藝如電子束光刻(Electron-Beam Lithography, EBL),聚焦離子束(Focused Ion beam, FIB),干涉光刻(Interference Lithography, IL)也被廣泛米用來制備納米結(jié)構(gòu)。光學(xué)光刻允許并行大批量加工并且能夠獲得小于IOOnm的特征尺寸，但是成本極高。直寫技術(shù)如EBL和FIB只適用于小范圍的納米加工，并不能滿足大范圍如晶片級(jí)的納米加工，而在應(yīng)用于太陽(yáng)能電池時(shí)，單元尺寸通常會(huì)大于IOcmX 10cm。此外,一些非光學(xué)光刻技術(shù)如納米球(Nanosphere)圖形轉(zhuǎn)移工藝(NIL)也被用于納米結(jié)構(gòu)的制備。但是NIL這種基于化學(xué)合成的方法仍然存在加工效率低，加工質(zhì)量(即形狀控制和均勻性)很難控制，以及加工面積小(毫米級(jí))等問題。另外，上述納米加工的方法大多數(shù)只適用于平坦硅晶片表面而不適用于非平面微結(jié)構(gòu)表面，利用這些方法在微米尺度結(jié)構(gòu)上制作納米尺度的結(jié)構(gòu)時(shí)，由于微米尺度結(jié)構(gòu)表面的不平整和非均一性，很難在整個(gè)表面同時(shí)制備高深寬比高密度的納米結(jié)構(gòu)，這樣就限制了他們與其他微加工工藝的集成。現(xiàn)有技術(shù)中提到一種基于無掩膜深反應(yīng)離子刻蝕制備黑硅的方法(授權(quán)公告號(hào)為CN101734611B)，通過交替通入SF6 (六氟化硫)和C4F8 (八氟環(huán)丁烷)，同時(shí)平板電源與 SF6氣體同步地間歇工作，可以無需掩膜便得到納米結(jié)構(gòu)，但這種方法因需要交替地對(duì)硅片進(jìn)行刻蝕和鈍化處理，即依次反復(fù)充入兩種氣體，在調(diào)節(jié)相應(yīng)的流量、功率、時(shí)間和環(huán)境參數(shù)時(shí)，較為復(fù)雜，并且C4F8這種用于鈍化的物質(zhì)含氟，在制備時(shí)還需要額外考慮其環(huán)保問題，因而對(duì)設(shè)備性能要求很高，過程控制較繁瑣，而且需要精確控制，不易實(shí)現(xiàn)。綜上所述，尋求能夠?qū)崿F(xiàn)與微加工工藝集成且高效率、低成本、制作過程方便、易于實(shí)現(xiàn)的納米加工方法成為研究的方向。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種使用混合氣體刻蝕制備納米森林(nanoforest)結(jié)構(gòu)的方法，將刻蝕氣體和鈍化氣體混合后一并通入反應(yīng)室，并對(duì)硅片進(jìn)行特殊的等離子體刻蝕加工，直接在晶片范圍內(nèi)均勻地制備高密度、高深寬比的納米森林結(jié)構(gòu)。其參數(shù)設(shè)計(jì)較少，控制步驟簡(jiǎn)單，同時(shí)還在一定程度上避免了碳氟化合物對(duì)空氣的污染。本發(fā)明的方法，其步驟包括I)將硅片放入等離子體刻蝕設(shè)備反應(yīng)室； 2)抽取反應(yīng)室內(nèi)氣體至本底真空，混合通入刻蝕氣體與鈍化氣體，調(diào)節(jié)工作壓強(qiáng)至預(yù)設(shè)范圍；3)啟動(dòng)射頻電源，產(chǎn)生穩(wěn)定等離子體；4)等離子體與硅發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)行刻蝕，形成納米森林結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的，上述步驟還包括設(shè)置刻蝕工藝參數(shù)步驟，該步驟視實(shí)際情況，可在步驟I)之前進(jìn)行；或在步驟2)之前進(jìn)行；此外，在產(chǎn)生等離子體和等離子體與硅發(fā)生反應(yīng)的過程中，也可以根據(jù)工藝要求和需要，對(duì)相應(yīng)的刻蝕工藝參數(shù)進(jìn)行合適的調(diào)整(包括手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)調(diào)整)，以制備更加符合要求的納米森林結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的，所述工藝參數(shù)包括刻蝕氣體流量、鈍化氣體流量、線圈功率、平板功率、刻蝕時(shí)間和溫度。進(jìn)一步的，所述刻蝕氣體為SF6、SiF4, CF4, CHF3> CH2F2, CH3F, C2F6, C2H2F4, C2F4, C3F8,C3F6, C4F6, C4F8, C5F8, NF3> CL2其中的一種或幾種，優(yōu)選SF6,所述鈍化氣體為02、N2, He、NH3>CO2、CO其中的一種或幾種，優(yōu)選O2。進(jìn)一步的，所述線圈功率和平板功率在整個(gè)刻蝕過程中恒定不變；所述線圈功率的工作范圍為350w-1200w，優(yōu)選為700w-950w ;所述平板功率的工作范圍為10w-200w，優(yōu)選為 50w_150w。步驟2)中所述的本底真空范圍預(yù)先設(shè)置為10_5_10_3Pa ;所述工作壓強(qiáng)范圍的預(yù)先設(shè)置為lPa_20Pa，通過調(diào)整反應(yīng)室的抽氣速度保證。進(jìn)一步的,所述刻蝕氣體為SF6,流量為20sccm-150sccm,優(yōu)選為50sccm-120sccm ；所述純化氣體為02,流量為30sccm-180sccm,優(yōu)選為80sccm_150sccm。進(jìn)一步的，在步驟4)之后還包括步驟a)間歇，停止通入工作氣體及施加的電源，抽出反應(yīng)室中的剩余氣體；步驟b)重復(fù)步驟2)至步驟4)，形成至少二級(jí)納米森林結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的，在所述步驟I)之前，還包括預(yù)處理步驟，所述預(yù)處理步驟包括清洗硅片、去除自然氧化層和/或硅片的結(jié)構(gòu)加工。進(jìn)一步的，在形成所述納米森林結(jié)構(gòu)之后，還包括步驟5)后期處理，通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，在納米森林結(jié)構(gòu)表面形成薄膜。
進(jìn)一步的，所述后期處理步驟中，采用的氣體為SF6和O2 ;可依次通入SF6和02，時(shí)間依次為3-8分鐘和8-12分鐘，或同時(shí)通入SF6和02，時(shí)間為3-10分鐘；線圈功率開啟，平板功率關(guān)閉。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明提供的制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法，在無需任何納米掩膜的條件下即可在晶片范圍內(nèi)均勻地制備高密度、高深寬比的納米森林結(jié)構(gòu)，工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，且制備效率高、成本低廉。在本發(fā)明提出的方法中，刻蝕氣體和鈍化氣體在刻蝕過程中混合后連續(xù)通入，不需要交替控制，線圈射頻電源和平板射頻電源也是以恒定功率連續(xù)工作，不需要間歇，過程簡(jiǎn)單，因而對(duì)設(shè)備性能的要求和控制的精確度都有很大程度的降低，刻蝕速率也有提高。此外，優(yōu)選的鈍化氣體O2相比于C4F8制備更簡(jiǎn)單成本更低，同時(shí)還在一定程度上 避免了碳氟化合物對(duì)空氣的污染。該方法還可以在已有的任意微結(jié)構(gòu)表面繼續(xù)形成納米森林結(jié)構(gòu)，并且不會(huì)破壞原有結(jié)構(gòu)，便于與其他微加工工藝集成。通過對(duì)納米森林結(jié)構(gòu)進(jìn)行后期處理，還可以改變其表面反射率特性及親疏水特性，擴(kuò)大了其適用范圍。


通過閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯，附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。圖I為本發(fā)明使用SF6和O2制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法基本的步驟流程圖；圖2為本發(fā)明使用SF6和O2制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法實(shí)施例二的步驟流程圖；圖3為本發(fā)明使用SF6和O2制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法實(shí)施例三的步驟流程圖；圖4為使用本發(fā)明所述方法制備的一級(jí)納米森林結(jié)構(gòu)表面的掃描電子顯微鏡照片;圖5為使用本發(fā)明所述方法制備的兩級(jí)納米森林結(jié)構(gòu)表面的掃描電子顯微鏡照片;圖6為微納復(fù)合加工結(jié)果的掃描電子顯微鏡照片，其中圖6(a)為錐型槽底；圖6(b)為梯型槽底。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明不以此為限。實(shí)施例一參照?qǐng)D1，圖I為本發(fā)明使用優(yōu)選的刻蝕氣體SF6和鈍化氣體O2制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法基本的步驟流程圖，包括如下步驟步驟S101，將硅片放入等離子體刻蝕設(shè)備反應(yīng)室。步驟S102，抽取反應(yīng)室內(nèi)本底真空，通入工作氣體SF6和O2，調(diào)節(jié)工作壓強(qiáng)。抽取所述反應(yīng)室內(nèi)的氣體，使得所述反應(yīng)室的壓強(qiáng)進(jìn)入預(yù)定的本底真空范圍，所述預(yù)定本底真空范圍為KT5-IO-3Pa ;然后向所述反應(yīng)室混合通入所述工作氣體SF6和O2，調(diào)整所述反應(yīng)室的抽氣速度，使得所述反應(yīng)室的壓強(qiáng)進(jìn)入預(yù)定的工作壓強(qiáng)范圍，所述預(yù)定工作壓強(qiáng)范圍為lPa~20Pao步驟S103，調(diào)整設(shè)備的刻蝕工藝參數(shù)。所述刻蝕工藝參數(shù)包括=SF6氣體流量、O2氣體流量、線圈功率、平板功率、刻蝕時(shí)間和溫度。通過調(diào)節(jié)選取合適的刻蝕工藝參數(shù)，在無需任何納米掩膜的條件下即可在硅片表面生成大范圍、高密度的納米森林結(jié)構(gòu)。所述SF6為刻蝕氣體，流量為20sccm-150sccm,優(yōu)選為50sccm-120sccm ;所述O2為鈍化氣體，流量為30sccm-180sccm,優(yōu)選為80sccm-150sccm。所述線圈功率在整個(gè)刻蝕過程中恒定不變，其工作范圍為350w-1200w ，優(yōu)選為700w-950w。所述平板功率在整個(gè)刻蝕過程中恒定不變，其工作范圍為10w-200w，優(yōu)選為50w-150w。且控制溫度為2V _15°C，總刻蝕時(shí)間為6分鐘-30分鐘。所述步驟S103也可在將硅片放入等離子體刻蝕設(shè)備反應(yīng)室之前進(jìn)行；或在抽取所述反應(yīng)室內(nèi)本底真空，通入所述工作氣體調(diào)節(jié)工作壓強(qiáng)之前進(jìn)行；并且，在產(chǎn)生等離子體和等離子體與硅發(fā)生反應(yīng)的過程中，也可以根據(jù)工藝要求和需要，對(duì)相應(yīng)的刻蝕工藝參數(shù)進(jìn)行合適的調(diào)整(包括手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)調(diào)整)，以制備更加符合要求的納米森林結(jié)構(gòu)。步驟S104，產(chǎn)生穩(wěn)定等離子體。啟動(dòng)線圈射頻電源，產(chǎn)生適當(dāng)密度的等離子體，促使等離子體輝光放電。同時(shí)啟動(dòng)平板射頻電源，向硅片施加偏置電壓。在等離子體刻蝕工藝中，通常在晶片上施加偏置電壓，從而在晶片附近形成一個(gè)非電中性的區(qū)域，即等離子體鞘層。鞘層內(nèi)電場(chǎng)直接控制著入射到晶片上的離子能量分布和角度分布，從而影響等離子體的工藝過程。電源功率參數(shù)已在所述步驟S103中設(shè)置。步驟S105，等離子體與硅發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)行刻蝕，形成納米森林結(jié)構(gòu)。與等離子體浸沒離子注入工藝不同，在等離子體刻蝕工藝中，等離子體直接作用于晶片表面，該作用包括化學(xué)反應(yīng)和物理轟擊。刻蝕氣體在形成等離子體時(shí)主要會(huì)形成兩類粒子自由基和離子。自由基不帶電，會(huì)均勻地與整個(gè)硅片表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，屬各向同性刻蝕；離子帶電，在電場(chǎng)中加速后，會(huì)對(duì)硅片表面實(shí)現(xiàn)轟擊刻蝕，且垂直方向性明顯，屬各向異性刻蝕。由于無需注入到晶片內(nèi)部，對(duì)電壓要求較低，因而無需很高的平板功率，對(duì)設(shè)備要求低。等離子體刻蝕工藝是基于ICP刻蝕設(shè)備，ICP刻蝕設(shè)備是標(biāo)準(zhǔn)的深刻蝕設(shè)備，應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。等離子體對(duì)晶片表面進(jìn)行刻蝕，反應(yīng)速率均勻，過程容易控制，能取得很好的效果。等離子體刻蝕工藝得到的納米森林結(jié)構(gòu)一般為針狀、錐狀、柱狀或釘狀，此類結(jié)構(gòu)具有更高更好的深寬t匕，因而更加有利于降低其表面反射率，可以廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池的制作上。且其高深寬比可使表面積體積比數(shù)倍增大，也可應(yīng)用在許多領(lǐng)域，比如用來催化化學(xué)反應(yīng)。這種納米森林結(jié)構(gòu)還可以在常溫下通過物理施壓實(shí)現(xiàn)互相鍵合，優(yōu)勢(shì)非常明顯。并且經(jīng)過后處理之后，可以進(jìn)一步地改善表面反射率，同時(shí)疏水性能會(huì)有更顯著的提高。在等離子體刻蝕過程中，所述鈍化氣體會(huì)在硅片表面形成一層聚合物保護(hù)層，而刻蝕氣體在去除保護(hù)層以刻蝕硅的過程中，不可避免地會(huì)殘留許多微小的聚合物顆粒，這些聚合物顆粒就會(huì)阻止刻蝕氣體進(jìn)一步對(duì)硅刻蝕，從而使得硅片表面有的地方被刻蝕，有的地方被保護(hù)，最終實(shí)現(xiàn)表面不同速率的刻蝕，得到所述高深寬比的納米森林結(jié)構(gòu)，因而聚合物顆粒被稱為“微掩膜”。由于這個(gè)過程是在等離子體刻蝕過程中自發(fā)產(chǎn)生的，故這種效應(yīng)被稱為“自掩膜效應(yīng)”。經(jīng)過使用SFf^PO2的等離子體刻蝕工藝處理的硅片表面為呈連續(xù)狀分布的納米錐狀結(jié)構(gòu)，高度范圍為100nm-5000nm,底面寬度范圍為300nm-1000nm。若選用其他刻蝕氣體和鈍化氣體，則相應(yīng)調(diào)整各參數(shù)即可。實(shí)施例二參照?qǐng)D2，圖2為本發(fā)明使用優(yōu)選的刻蝕氣體SF6和鈍化氣體O2制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法的另一實(shí)施例的步驟流程圖，包括如下步驟步驟S201，預(yù)處理。在將硅片放入等離子體刻蝕反應(yīng)室之前，還包括有預(yù)處理步驟，所述預(yù)處理步驟包括清洗硅片、去除自然氧化層和硅片的結(jié)構(gòu)加工等。去除自然氧化層可使用氫氟酸腐蝕或其他濕法腐蝕、干法腐蝕的方法；對(duì)硅片的結(jié)構(gòu)加工包括光刻圖形、力口 工孔槽等，其中孔槽的加工主要通過腐蝕實(shí)現(xiàn)，包括等離子刻蝕和非等離子刻蝕技術(shù)，非等離子刻蝕又包括濕法刻蝕、干法刻蝕，以及能夠在硅表面產(chǎn)生微小凹凸結(jié)構(gòu)的物理、化學(xué)及電化學(xué)方法的刻蝕。也就是說，在后續(xù)處理過程中的硅片，其表面可以具有或不具有微結(jié)構(gòu)，平坦或不平坦，且娃暴露面積為任意的娃片。步驟S202至步驟S206，與圖I中的步驟SlOl至S105近似，故不再贅述。步驟S207，后期處理。經(jīng)過步驟S206形成納米森林結(jié)構(gòu)之后，還需進(jìn)行后期處理步驟，通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，在納米森林結(jié)構(gòu)表面形成薄膜。后期處理步驟中采用的氣體為SF6和O2 ;可依次通入SF6和02，時(shí)間依次為3-8分鐘和8-12分鐘，或同時(shí)通入SFf^P O2，時(shí)間為3-10分鐘；線圈功率開啟，平板功率關(guān)閉。通過控制氣體流量和時(shí)間在納米森林結(jié)構(gòu)表面形成不同薄膜，可以在納米森林結(jié)構(gòu)本身的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變表面反射率特性及親疏水特性。實(shí)施例三參照?qǐng)D3，圖3為本發(fā)明使用優(yōu)選的刻蝕氣體SF6和鈍化氣體O2制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法實(shí)施例的另一步驟流程圖，包括如下步驟步驟S301至步驟S305與圖I的步驟SlOl至步驟S105近似，形成初級(jí)納米森林結(jié)構(gòu)。步驟S306，間歇。停止通入所述工作氣體，停止施加線圈電源功率和平板電源功率，并且抽出所述等離子體刻蝕設(shè)備反應(yīng)室中的剩余氣體。間歇時(shí)間為3-10分鐘。步驟S307，抽取反應(yīng)室內(nèi)本底真空，通入工作氣體SFf^P O2，調(diào)節(jié)工作壓強(qiáng)。步驟S308，調(diào)整設(shè)備的二次刻蝕工藝參數(shù)。所述刻蝕工藝參數(shù)包括=SF6氣體流量、O2氣體流量、線圈功率、平板功率、刻蝕時(shí)間和溫度。所述二次刻蝕工藝參數(shù)與所述初次刻蝕工藝參數(shù)的設(shè)置互相沒有影響，可根據(jù)需要分別設(shè)置。所述步驟S308也可在所述步驟S307抽取所述反應(yīng)室內(nèi)本底真空，通入所述工作氣體調(diào)節(jié)工作壓強(qiáng)之前進(jìn)行；并且，在所述步驟S309產(chǎn)生等離子體和所述步驟S310等離子體與硅發(fā)生反應(yīng)的過程中，也可以根據(jù)工藝要求和需要，對(duì)相應(yīng)的刻蝕工藝參數(shù)進(jìn)行合適的調(diào)整(包括手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)調(diào)整)，以制備更加符合要求的納米森林結(jié)構(gòu)。步驟S309，產(chǎn)生穩(wěn)定等離子體。啟動(dòng)線圈射頻電源，產(chǎn)生適當(dāng)密度的等離子體，促使等離子體輝光放電。同時(shí)啟動(dòng)平板射頻電源，向硅片施加偏置電壓。電源功率參數(shù)已在所述步驟S308中設(shè)置。步驟S310，等離子體與硅發(fā)生反應(yīng)，再次進(jìn)行刻蝕，形成二級(jí)納米森林結(jié)構(gòu)。在第一次刻蝕結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過改變第二次刻蝕過程中的工藝參數(shù)，可以改變所形成聚合物顆粒的尺度及刻蝕速率，從而得到不同尺寸級(jí)別的納米結(jié)構(gòu)?？梢钥吹?，步驟S307-S310實(shí)際上是對(duì)步驟S302-S305進(jìn)行了重復(fù)，但是通過調(diào)整不同的參數(shù)設(shè)置，可以形成新的納米結(jié)構(gòu)，得到含有兩種尺寸級(jí)別的納米森林結(jié)構(gòu)。在重復(fù)步驟S307-S310之前，還包括所述間歇步驟S306。因此，對(duì)步驟S306-S310進(jìn)行多次重復(fù)，通過設(shè)計(jì)每個(gè)重復(fù)單元的刻蝕工藝參數(shù)，就可以最終得到含有不同尺寸的多級(jí)別的納米森林結(jié)構(gòu)。此外，在所述步驟S30 1之前，還可以包括預(yù)處理步驟。所述預(yù)處理步驟包括清洗硅片、去除自然氧化層和硅片的結(jié)構(gòu)加工等。去除自然氧化層可使用氫氟酸腐蝕或其他濕法腐蝕、干法腐蝕的方法。
在所述步驟S310之后，還可以包括后期處理步驟。通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，在納米森林結(jié)構(gòu)表面形成薄膜。后期處理步驟中采用的氣體為SFf^P O2 ;可依次通A SF6和02，時(shí)間依次為3-8分鐘和8-12分鐘，或同時(shí)通入SF6和02，時(shí)間為3_10分鐘；線圈功率開啟，平板功率關(guān)閉。通過控制氣體流量和時(shí)間在納米森林結(jié)構(gòu)表面形成不同薄膜，可以在納米森林結(jié)構(gòu)本身的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變表面反射率特性及親疏水特性。本發(fā)明使用SF6和O2制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法所得結(jié)果如圖4所示。圖4是將制備所得的納米森林結(jié)構(gòu)放置于掃描電子顯微鏡下觀察得到的圖像，可以看出，硅片表面為呈連續(xù)狀分布的納米錐狀結(jié)構(gòu)，高度范圍為100nm-5000nm，底面寬度范圍為300nm-1000nm。圖5為使用本發(fā)明所述方法制備的兩級(jí)納米森林結(jié)構(gòu)表面的掃描電子顯微鏡照片?？梢钥吹剑杵砻娴募{米結(jié)構(gòu)主要分為兩種尺寸級(jí)別，兩種級(jí)別均為錐狀納米結(jié)構(gòu)，混合分布在整個(gè)硅片范圍內(nèi)。在上述實(shí)施例中，用于制備納米森林結(jié)構(gòu)的硅片與晶向、摻雜類型、摻雜濃度無關(guān)，可以包括單晶硅，多晶硅，無定形硅，還可以包括由化學(xué)、電化學(xué)，等離子體，激光及其他物理化學(xué)方法制備而成的多孔硅。單晶硅包括〈100〉，〈110〉，和〈111〉硅片；摻雜除包括N和P型摻雜外還包括通過離子注入、擴(kuò)散等方法得到的其它摻雜類型的硅片(如硫摻雜硅片)。實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明采用使用SF6和O2制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法實(shí)現(xiàn)的微納復(fù)合加工工藝沒有多余的微米結(jié)構(gòu)損失。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，首先在硅片表面加工出具有倒金字塔結(jié)構(gòu)的深孔，然后使用等離子體刻蝕工藝形成表面納米森林結(jié)構(gòu)。通過觀察可知，納米工藝加工后的倒金字塔結(jié)構(gòu)依然清晰完整，說明經(jīng)過SF6和O2等離子體刻蝕工藝制備納米結(jié)構(gòu)的方法處理后，原有微結(jié)構(gòu)并沒有受到破壞。圖6為微納復(fù)合結(jié)構(gòu)加工結(jié)果的掃描電子顯微鏡照片，其中圖6(a)是槽底為錐型的復(fù)合結(jié)構(gòu)；圖6(13)是槽底為梯型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。以上所述的具體實(shí)施例，僅為本發(fā)明較具代表的幾例具體實(shí)施方式
，并不用于限制本發(fā)明。凡在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對(duì)于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對(duì)它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制
造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種使用混合氣體刻蝕制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法，其步驟包括 1)將硅片放入等離子體刻蝕設(shè)備反應(yīng)室； 2)抽取反應(yīng)室內(nèi)氣體至本底真空，混合通入刻蝕氣體與鈍化氣體，調(diào)節(jié)工作壓強(qiáng)至預(yù)設(shè)范圍； 3)啟動(dòng)射頻電源,產(chǎn)生穩(wěn)定等離子體； 4)等離子體與硅發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)行刻蝕，形成納米森林結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括設(shè)置刻蝕工藝參數(shù)步驟，該步驟視實(shí)際情況在步驟I)之前或在步驟2)之前或步驟3)、4)中進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述工藝參數(shù)包括刻蝕氣體流量、鈍化氣體流量、線圈功率、平板功率、刻蝕時(shí)間和溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述線圈功率和平板功率在整個(gè)刻蝕過程中恒定不變；所述線圈功率的工作范圍為350w-1200w，優(yōu)選為700w-950w ;所述平板功率的工作范圍為10w-200w，優(yōu)選為50w-150w。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述本底真空范圍預(yù)先設(shè)置為10_5_10_3Pa；所述工作壓強(qiáng)范圍的預(yù)先設(shè)置為lPa_20Pa，通過調(diào)整反應(yīng)室的抽氣速度保證。
6.如權(quán)利要求I至5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述刻蝕氣體為SF6，流量為20sccm_150sccm,優(yōu)選為 50sccm_120sccm ;所述純化氣體為 02,流量為 30sccm-180sccm,優(yōu)選為 80sccm_150sccm。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在步驟4)之后還包括 步驟a)間歇，停止通入工作氣體及施加的電源，抽出反應(yīng)室中的剩余氣體； 步驟b)重復(fù)步驟2)至步驟4)，形成至少二級(jí)納米結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求I或2或7所述的方法，其特征在于，在所述步驟I)之前，還包括預(yù)處理步驟，所述預(yù)處理步驟包括清洗硅片、去除自然氧化層和/或硅片的結(jié)構(gòu)加工。
9.如權(quán)利要求I或2或7所述的方法，其特征在于，在形成所述納米結(jié)構(gòu)之后，還包括步驟5)后期處理，通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，在納米結(jié)構(gòu)表面形成薄膜。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述后期處理步驟中，采用的氣體為SF6和O2 ;依次通入SF6和02，時(shí)間依次為3-8分鐘和8-12分鐘，或同時(shí)通入SF6和02，時(shí)間為3_10分鐘；線圈功率開啟，平板功率關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用混合氣體刻蝕制備納米森林結(jié)構(gòu)的方法。將硅片放入等離子體刻蝕設(shè)備反應(yīng)室后，抽取反應(yīng)室內(nèi)氣體至本底真空，混合通入刻蝕氣體與鈍化氣體，調(diào)節(jié)工作壓強(qiáng)至預(yù)設(shè)范圍；然后啟動(dòng)射頻電源，產(chǎn)生穩(wěn)定等離子體，使等離子體與硅發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)行刻蝕，形成納米森林結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在無需任何納米掩膜的條件下即可在晶片范圍內(nèi)均勻地制備高密度、高深寬比的納米森林結(jié)構(gòu)，工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，且制備效率高、成本低廉?？涛g氣體和鈍化氣體在刻蝕過程中混合后連續(xù)通入，線圈射頻電源和平板射頻電源也是以恒定功率連續(xù)工作，不需要間歇，過程簡(jiǎn)單，因而對(duì)設(shè)備性能的要求和控制的精確度都有很大程度的降低，刻蝕速率也有提高。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102653390SQ20121011514
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者張曉升, 張海霞, 朱福運(yùn) 申請(qǐng)人:北京大學(xué)