本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，屬于半導(dǎo)體加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

高分辨率、低成本的加工工藝是半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展的重大需求。一個(gè)典型的代表就是將目標(biāo)圖案轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體基底上，金屬圖案的加工是其中最具挑戰(zhàn)的一項(xiàng)。半導(dǎo)體表面的金屬圖案作為集成電極或電感應(yīng)/磁感應(yīng)元件在MEMS器件、光電子器件、磁效應(yīng)器件中有著廣泛的應(yīng)用，半導(dǎo)體表面的金屬圖案還能夠作為催化劑催化半導(dǎo)體表面的化學(xué)反應(yīng)如金屬輔助化學(xué)刻蝕來代替等離子刻蝕等傳統(tǒng)的方法來在半導(dǎo)體表面加工微結(jié)構(gòu)。另外，金屬圖案和半導(dǎo)體表面結(jié)合形成的金屬/半導(dǎo)體肖特基結(jié)在太陽能電池等領(lǐng)域也有著重要應(yīng)用。

目前應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體表面金屬圖案的加工工藝流程如下：首先在半導(dǎo)體用光刻膠或其他材料作為犧牲層制作圖案，然后通過磁控濺射、熱蒸發(fā)或化學(xué)沉積的方法沉積金屬，再去除犧牲層從而得到相應(yīng)的金屬圖案。

這種工藝需要用到其他材料作為犧牲層來，不能直接將金屬圖案化，同時(shí)還必需借助昂貴的設(shè)備，因而工藝復(fù)雜、成本較高。

為了解決以上問題，需要發(fā)展一種低成本的在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，能夠直接在半導(dǎo)體表面將金屬圖案化，使半導(dǎo)體表面金屬圖案的加工擺脫儀器設(shè)備和復(fù)雜工藝的限制。然而，還沒有查閱到直接在半導(dǎo)體表面將金屬圖案化的相關(guān)信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

鑒于此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明旨在提出一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，本發(fā)明能夠在不使用昂貴儀器設(shè)備的條件下在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案包括金屬合金圖案和多層金屬圖案，能夠加工大面積和多種面型的半導(dǎo)體材料，工藝簡(jiǎn)單，成本低，并且加工出的金屬圖案分辨率高、厚度均勻、與半導(dǎo)體基底的附著力好。

本發(fā)明所采取的方案為：一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，具體步驟為：

步驟a、增加半導(dǎo)體材料表面設(shè)定圖案區(qū)域內(nèi)的粗糙度；

步驟b、制作金屬沉積液；

步驟c、將步驟a所得半導(dǎo)體材料置入金屬沉積液中，半導(dǎo)體材料表面粗糙度改變的區(qū)域會(huì)進(jìn)行金屬沉積反應(yīng)；

步驟d、從金屬沉積液中取出半導(dǎo)體材料進(jìn)行清洗、烘干。

上述一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，所述步驟a包括以下步驟：

步驟a1、制作與設(shè)定圖案相同的壓印模板，所述壓印模板基底材料為耐氫氟酸腐蝕的彈性材料；

步驟a2、在壓印模板上鍍一層0.1-1000nm厚的貴金屬層；

步驟a3、將1-50份的氫氟酸與1-50份的氧化劑以及100-1000份的溶劑混合配置氫氟酸和氧化劑的混合溶液，所述氧化劑包括H₂O₂、HNO₃、Fe(NO₃)₃、KMnO₄、KBrO₃、K₂Cr₂O₇、O₂等常見氧化劑，所述溶劑包括水、乙醇等常用溶劑；

步驟a4、在步驟a3所得氫氟酸和氧化劑的混合溶液中將步驟a2所得壓印模板覆蓋在半導(dǎo)體材料表面上，半導(dǎo)體材料表面與壓印模板上的貴金屬層接觸的區(qū)域會(huì)與氫氟酸和氧化劑發(fā)生金屬輔助化學(xué)刻蝕反應(yīng)，粗糙度增大。

上述一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，所述步驟b包括以下步驟：

步驟b1、稱量與所要制作的金屬圖案中所含金屬等物質(zhì)的量的對(duì)應(yīng)的金屬鹽，并配置為0.001-1mmol/L的水溶液，得到金屬鹽溶液；

步驟b2、向金屬鹽溶液中加入氫氟酸，使氫氟酸的濃度為1％-40％，得到金屬沉積液。

上述一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，所述步驟c中金屬沉積反應(yīng)的反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度為0℃～80℃，反應(yīng)時(shí)間為1-8小時(shí)，金屬沉積液需要通入氮?dú)饣蚴褂闷渌椒ㄈコ芙庋?，半?dǎo)體材料表面除需制作金屬圖案的區(qū)域之外需要涂覆防氫氟酸腐蝕的材料，反應(yīng)時(shí)避免強(qiáng)光照射。

上述一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，還包括步驟e，對(duì)沉積有金屬圖案的半導(dǎo)體材料進(jìn)行高溫退火處理。

上述一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，所述半導(dǎo)體材料包括Si、Ge、SiC等IV族半導(dǎo)體材料，AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb等III-V族半導(dǎo)體材料以及其它在金屬催化作用下能與氫氟酸和氧化劑發(fā)生反應(yīng)的半導(dǎo)體材料。

上述一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，所述半導(dǎo)體材料表面的原始粗糙度Ra小于1nm。

本發(fā)明所達(dá)到的效果為：

第一、通過使用鍍有貴金屬的壓印模板與半導(dǎo)體材料表面在氫氟酸與氧化劑的混合溶液中接觸發(fā)生金屬輔助化學(xué)刻蝕的方法改變半導(dǎo)體材料表面的粗糙度，再將處理后的半導(dǎo)體材料置入金屬沉積液中，金屬會(huì)自發(fā)地在粗糙度改變的區(qū)域沉積，從而形成金屬圖案。整個(gè)工藝流程不需要使用任何儀器且工藝環(huán)節(jié)少，工藝簡(jiǎn)單，能夠大批量低成本地在半導(dǎo)體表面制作金屬圖案。

第二、金屬沉積液中的金屬會(huì)完全沉積在半導(dǎo)體材料表面，所需金屬鹽的物質(zhì)的量要比傳統(tǒng)的磁控濺射或電子束蒸發(fā)等方法所需金屬的物質(zhì)的量小1-3個(gè)數(shù)量級(jí)，尤其是制作貴金屬圖案的時(shí)候有著明顯的成本優(yōu)勢(shì)。

第三、所有的工藝環(huán)節(jié)均在溶液中進(jìn)行，對(duì)加工環(huán)境的潔凈度沒有要求，進(jìn)一步降低了加工成本，而且所有的工藝環(huán)節(jié)均在溶液中進(jìn)行，不需要借助任何儀器，沒有儀器尺寸和加工能力的限制，因此對(duì)半導(dǎo)體材料的尺寸和面型沒有限制，能夠在大面積、任意面型的半導(dǎo)體材料表面加工金屬圖案。

第四、通過控制金屬沉積液中金屬鹽的種類和比例，能夠在半導(dǎo)體材料表面上沉積多種金屬如錫、鎳、鈷、銅、銀、金、鉑及其合金，或者依次將半導(dǎo)體材料置入含不同金屬鹽的金屬沉積液中，能夠在半導(dǎo)體材料表面上沉積多層不同種類的金屬。

第五、由于金屬只在粗糙度改變的區(qū)域沉積，因此沉積出的金屬圖案分辨率高。

第六、通過化學(xué)反應(yīng)的方法沉積金屬，因此沉積出的金屬圖案與半導(dǎo)體基底的附著力好，并且厚度均勻。

附圖說明

圖1是本發(fā)明在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明步驟a所述增加半導(dǎo)體材料表面設(shè)定圖案區(qū)域內(nèi)的粗糙度的工藝流程圖。

圖中：1 壓印模板，2 貴金屬層，3 混合溶液，4 半導(dǎo)體材料。

具體實(shí)施方式

在下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡(jiǎn)明起見，在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會(huì)隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對(duì)得益于本發(fā)明公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。

在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

具體實(shí)施例一：本實(shí)施例的一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，流程如圖1所示，包括以下步驟：

步驟a、增加半導(dǎo)體材料表面設(shè)定圖案區(qū)域內(nèi)的粗糙度；

步驟b、制作金屬沉積液；

步驟c、將步驟a所得半導(dǎo)體材料置入金屬沉積液中，半導(dǎo)體材料表面粗糙度改變的區(qū)域會(huì)進(jìn)行金屬沉積反應(yīng)；

步驟d、從金屬沉積液中取出半導(dǎo)體材料進(jìn)行清洗、烘干。

具體實(shí)施例二：本實(shí)施例的一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，在具體實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)一步限定步驟a包括以下步驟，如圖2所示：

步驟a1、制作與設(shè)定圖案相同的壓印模板1；

步驟a2、在壓印模板1上鍍一層0.1-1000nm厚的貴金屬層2；

步驟a3、將1-50份的氫氟酸與1-50份的氧化劑以及100-1000份的溶劑混合配置氫氟酸和氧化劑的混合溶液3，所述氧化劑包括H₂O₂、HNO₃、Fe(NO₃)₃、KMnO₄、KBrO₃、K₂Cr₂O₇、O₂等常見氧化劑，所述溶劑包括水、乙醇等常用溶劑；

步驟a4、在混合溶液3中將壓印模板1覆蓋在半導(dǎo)體材料4表面上，半導(dǎo)體材料4表面與壓印模板1上的貴金屬層2接觸的區(qū)域會(huì)與氫氟酸和氧化劑發(fā)生金屬輔助化學(xué)刻蝕反應(yīng)，粗糙度增大。

具體實(shí)施例三：本實(shí)施例的一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，在具體實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)一步限定步驟a還能通過以下方法實(shí)現(xiàn)：對(duì)半導(dǎo)體材料表面設(shè)定圖案區(qū)域進(jìn)行機(jī)械掃描刻劃；對(duì)半導(dǎo)體材料表面設(shè)定圖案區(qū)域進(jìn)行激光直寫；對(duì)半導(dǎo)體材料表面設(shè)定圖案區(qū)域進(jìn)行電子束直寫；先制作與設(shè)定圖案互補(bǔ)的光刻膠或其他材質(zhì)作為犧牲層，然后進(jìn)行等離子刻蝕或化學(xué)腐蝕，最后去除犧牲層。

具體實(shí)施例四：本實(shí)施例的一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，在具體實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)一步限定步驟b包括以下步驟：

步驟b1、稱量與所要制作的金屬圖案中所含金屬等物質(zhì)的量的對(duì)應(yīng)的金屬鹽，并配置為0.001-1mmol/L的水溶液，得到金屬鹽溶液；

步驟b2、向金屬鹽溶液中加入氫氟酸，使氫氟酸的濃度為1％-40％,得到金屬沉積液。

具體實(shí)施例五：本實(shí)施例的一種在半導(dǎo)體表面加工金屬圖案的方法，在具體實(shí)施例一的基礎(chǔ)上還包括步驟e，對(duì)沉積有金屬圖案的半導(dǎo)體材料進(jìn)行高溫退火處理。

步驟e所解決的技術(shù)問題在于，雖然在具體實(shí)施例一中已經(jīng)獲得了良好表面形貌及附著力的金屬圖案，但是無論何種方法在半導(dǎo)體表面沉積的金屬層都有一定的空隙和裂紋，這些空隙和裂紋會(huì)嚴(yán)重影響金屬層的機(jī)械性能和表面粗糙度以及導(dǎo)電性能等。對(duì)沉積有金屬圖案的半導(dǎo)體材料進(jìn)行高溫退火處理能夠消除這些空隙和裂紋，提高金屬層的機(jī)械性能和導(dǎo)電性能并降低其表面粗糙度。

以上實(shí)施例中，所述步驟c的反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度為0℃～80℃，反應(yīng)時(shí)間為1-8小時(shí)，金屬沉積液需要通入氮?dú)饣蚴褂闷渌椒ㄈコ芙庋?，半?dǎo)體材料表面除需制作金屬圖案的區(qū)域之外需要涂覆防氫氟酸腐蝕的材料，反應(yīng)時(shí)避免強(qiáng)光照射；所述半導(dǎo)體材料包括Si、Ge、SiC等IV族半導(dǎo)體材料，AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb等III-V族半導(dǎo)體材料以及其它在金屬催化作用下能與氫氟酸和氧化劑發(fā)生反應(yīng)的半導(dǎo)體材料；所述半導(dǎo)體材料表面的原始粗糙度Ra應(yīng)小于1nm。

雖然本發(fā)明所揭示的實(shí)施方式如上，但其內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案而采用的實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭示的核心技術(shù)方案的前提下，可以在實(shí)施的形式和細(xì)節(jié)上做任何修改與變化，但本發(fā)明所限定的保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書限定的范圍為準(zhǔn)。