一種硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微米、納米半導(dǎo)體微加工技術(shù)，尤其是一種硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，納米結(jié)構(gòu)因其具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、催化以及生物特性，引起了納米材料和微納加工等領(lǐng)域科研工作者的極大興趣。納米陣列結(jié)構(gòu)不僅在科學(xué)研宄領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，而且已經(jīng)在光電器件、磁記錄、傳感器、生物信息等領(lǐng)域得到應(yīng)用。特別地，硅作為重要的微電子材料，為實(shí)現(xiàn)硅納米電子器件的應(yīng)用推廣，需要發(fā)展與硅工藝相兼容的方法來制備硅納米陣列結(jié)構(gòu)，這正是納米半導(dǎo)體領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)之一。硅片表面的納米結(jié)構(gòu)也是多種多樣的，主要包括各種尺寸納米柱結(jié)構(gòu)與納米孔結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)形貌在不同的領(lǐng)域有著不同的應(yīng)用前景。氯化銫納米島自組裝技術(shù)是一種制作無規(guī)則的納米柱陣列的有效方法，早在2000年，Mino Green等人就開始應(yīng)用氯化銫納米島自組裝技術(shù)在娃片表面制備氯化銫納米島，然后以此為掩模，結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕的方法制備硅的納米柱陣列，也嘗試做過幾十納米深的二氧化硅圓孔。但是，目前還沒有在硅表面應(yīng)用氯化銫納米島自組裝技術(shù)制備尺寸幾百納米深度大于I微米的納米硅孔的形貌的先例，本專利就是針對應(yīng)用氯化銫納米島自組裝技術(shù)制備硅表面的納米孔結(jié)構(gòu)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一 )要解決的技術(shù)問題
[0004]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的制備方法，以簡化工藝，降低成本。
[0005]( 二 )技術(shù)方案
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括:步驟1:在娃片表面制備氯化銫島結(jié)構(gòu)；步驟2:在帶有氯化銫納米島結(jié)構(gòu)的娃片表面蒸鍍一層鋁金屬薄膜，放入去離子水中超聲剝離，去掉氯化銫島結(jié)構(gòu)及其上的鋁金屬薄膜，得到多孔鋁薄膜；步驟3:以多孔鋁薄膜為掩膜，在等離子體刻蝕機(jī)的刻蝕腔體內(nèi)對硅片表面進(jìn)行深度刻蝕；步驟4:去除硅片表面的多孔鋁薄膜，在硅片表面得到納米孔結(jié)構(gòu)。
[0007]上述方案中，步驟I中所述硅片，厚度0.2毫米-0.5毫米，P型，電阻率為I Ω.cm-?ο Ω.cm，表面為拋光面或粗糙面。所述在娃片表面制備氯化銫島結(jié)構(gòu)，是采用氯化銫自組裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，氯化銫島結(jié)構(gòu)的直徑在500-1500納米，厚度為200-7000埃。
[0008]上述方案中，步驟2中所述在帶有氯化銫納米島結(jié)構(gòu)的硅片表面蒸鍍一層鋁金屬薄膜，是采用熱蒸發(fā)的方法實(shí)現(xiàn)的，鋁金屬薄膜的厚度為40納米。
[0009]上述方案中，步驟3中所述以多孔鋁薄膜為掩膜在等離子體刻蝕機(jī)的刻蝕腔體內(nèi)對硅片表面進(jìn)行深度刻蝕，是通過交替轉(zhuǎn)換刻蝕氣體與鈍化氣體實(shí)現(xiàn)刻蝕發(fā)生在垂直方向，而對于水平方向的刻蝕較小，側(cè)壁得以保護(hù)。所述刻蝕氣體為SF6，鈍化氣體為C4F8, He為冷卻氣體，鈍化氣體C4F8在等離子體中能夠形成氟化碳類高分子聚合物，該氟化碳類高分子聚合物沉積在硅表面阻止氟離子與硅的反應(yīng)。
[0010]上述方案中，所述交替轉(zhuǎn)換刻蝕氣體與鈍化氣體，具體包括:刻蝕與鈍化每5到15秒轉(zhuǎn)換一個(gè)周期，在短暫的各向同性刻蝕之后立刻將刻蝕過的硅表面鈍化；在深度方向由于有離子的物理濺射轟擊，鈍化膜被剝離，使化學(xué)反應(yīng)離子刻蝕可以進(jìn)一步發(fā)生；但側(cè)壁方向不會(huì)受到離子轟擊，鈍化膜保留下來，這樣下一個(gè)周期的刻蝕就不會(huì)發(fā)生側(cè)向刻蝕；通過這樣周期性“刻蝕-鈍化-刻蝕”，刻蝕只沿著深度方向進(jìn)行，刻蝕所需的深度能夠通過刻蝕周期個(gè)數(shù)來控制。
[0011]上述方案中，步驟4中所述去除硅片表面的多孔鋁薄膜，是采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氧化鈉溶液實(shí)現(xiàn)的。
[0012](三)有益效果
[0013]本發(fā)明提供的硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的制備方法，采用真空氯化銫鍍膜、氯化銫自組裝、真空熱蒸發(fā)鍍膜、剝離技術(shù)和等離子體深度刻蝕工藝完成，利用本發(fā)明制備出的硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)，位置無序地分布在硅片表面，納米孔結(jié)構(gòu)大小不同，直徑呈高斯分布，深度相近，側(cè)壁不平滑。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明提供的制備硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的方法流程圖。
[0015]圖2至圖7是依照本發(fā)明實(shí)施例的制備硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的工藝流程圖。
[0016]圖8為依照本發(fā)明實(shí)施例的硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的SM平面圖。
[0017]圖9為依照本發(fā)明實(shí)施例的硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的SEM垂直截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]本發(fā)明提出了一種硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法采用真空氯化銫鍍膜、氯化銫自組裝、真空熱蒸發(fā)鍍膜、剝離技術(shù)和等離子體深度刻蝕工藝完成。首先利用氯化銫納米島光刻技術(shù)完成原始氯化銫納米島結(jié)構(gòu)，然后利用熱蒸發(fā)技術(shù)在氯化銫納米島表面蒸發(fā)一層厚度為40納米的鋁金屬層，再用剝離技術(shù)剝離掉氯化銫表面的鋁，在硅片表面得到鋁的多孔膜結(jié)構(gòu)，接著利用反應(yīng)離子深度刻蝕技術(shù)將孔結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到硅材料表面，最后用稀釋的氫氧化鈉溶液去除表面的多孔鋁薄膜，至此完成納米孔結(jié)構(gòu)在硅表面的制備。
[0020]如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的制備硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的方法流程圖，該方法包括以下步驟:
[0021]步驟1:在硅片表面制備氯化銫島結(jié)構(gòu)；
[0022]在本步驟中，硅片厚度0.2毫米-0.5毫米，P型，電阻率為I Ω.cm-10 Ω.αιι，表面為拋光面或粗糙面。所述在硅片表面制備氯化銫島結(jié)構(gòu)，是采用氯化銫自組裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，氯化銫島結(jié)構(gòu)的直徑在500-1500納米，厚度為200埃-7000埃。
[0023]步驟2:在帶有氯化銫納米島結(jié)構(gòu)的硅片表面蒸鍍一層鋁金屬薄膜，放入去離子水中超聲剝離，去掉氯化銫島結(jié)構(gòu)及其上的鋁金屬薄膜，得到多孔鋁薄膜，這層多孔鋁膜實(shí)現(xiàn)了圖形的翻轉(zhuǎn)即使得原來用氯化銫保護(hù)的部分暴露出來，并且鋁掩模版對干法刻蝕的耐刻性要比氯化銫掩模版好；
[0024]在本步驟中，在帶有氯化銫納米島結(jié)構(gòu)的硅片表面蒸鍍一層鋁金屬薄膜，是采用熱蒸發(fā)的方法實(shí)現(xiàn)的，鋁金屬薄膜的厚度為40納米。
[0025]步驟3:以多孔鋁薄膜為掩膜，在等離子體刻蝕機(jī)的刻蝕腔體內(nèi)對硅片表面進(jìn)行深度刻蝕，用常規(guī)的刻蝕方法鉆蝕很嚴(yán)重，不適合做納米尺度的孔結(jié)構(gòu)，應(yīng)用氯化銫納米島技術(shù)制備的鋁納米孔掩模版，只能與深度刻蝕相結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)圖形的轉(zhuǎn)移，制成硅納米孔結(jié)構(gòu)，也正因?yàn)檫@種深度刻蝕方法才使得納米孔的側(cè)壁不夠光滑，出現(xiàn)周期性的形貌；
[0026]在本步驟中，以多孔鋁薄膜為掩膜在等離子體刻蝕機(jī)的刻蝕腔體內(nèi)對硅片表面進(jìn)行深度刻蝕，是通過交替轉(zhuǎn)換刻蝕氣體與鈍化氣體實(shí)現(xiàn)刻蝕發(fā)生在垂直方向，而對于水平方向的刻蝕較小，側(cè)壁得以保護(hù)?？涛g氣體為SF6，鈍化氣體為C4F8, He為冷卻氣體，鈍化氣體C4F8在等離子體中能夠形成氟化碳類高分子聚合物，該氟化碳類高分子聚合物沉積在硅表面阻止氟離子與硅的反應(yīng)?？涛g與鈍化每5到15秒轉(zhuǎn)換一個(gè)周期，在短暫的各向同性刻蝕之后立刻將刻蝕過的硅表面鈍化；在深度方向由于有離子的物理濺射轟擊，鈍化膜被剝離，使化學(xué)反應(yīng)離子刻蝕可以進(jìn)一步發(fā)生；但側(cè)壁方向不會(huì)受到離子轟擊，鈍化膜保留下來，這樣下一個(gè)周期的刻蝕就不會(huì)發(fā)生側(cè)向刻蝕；通過這樣周期性“刻蝕-鈍化-刻蝕”，刻蝕只沿著深度方向進(jìn)行，刻蝕所需的深度能夠通過刻蝕周期個(gè)數(shù)來控制。
[0027]步驟4:去除硅片表面的多孔鋁薄膜，在硅片表面得到納米孔結(jié)構(gòu)；
[0028]在本步驟中，去除硅片表面的多孔鋁薄膜，是采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氧化鈉溶液實(shí)現(xiàn)的。
[0029]基于圖1所示的制備硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的方法流程圖，圖2至圖7是依照本發(fā)明實(shí)施例的制備硅片表面納米孔結(jié)構(gòu)的工藝流程圖，本實(shí)施例中采用了氯化銫納米島自組裝技術(shù)與微加工的剝離及等離子體深度刻蝕技術(shù)來完成硅表面納米孔結(jié)構(gòu)的制備，該方法包括以下步驟:
[0030]如圖2所示，將硅