[發明專利]利用等離子體浸沒離子注入制備黑硅的方法

有效

• 申請號: 201010235399.3
• 申請日: 2010-07-23
• 公開（公告）號: CN101880914A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 夏洋;劉邦武;李超波;劉杰;汪明剛;李勇滔
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: C30B33/12
• 分類號: C30B33/12
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明涉及一種黑硅制備方法，尤其是涉及一種利用等離子體浸沒離子注入制備黑硅的方法。

背景技術

黑硅是一種電子產業革命性的新型材料結構，通常是指吸收率很高的硅表面或硅基薄膜。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，那么感光效率會提高上百倍，太陽能電池的轉換效率也得以顯著提高。

黑硅的制備，開始于1999年美國哈佛大學Eric?Mazur教授的實驗。在實驗中，Eric?Mazur教授和他的研究生把硅片放進一個充滿鹵素氣體的真空環境里面，然后用超強和超短時間激光束(飛秒激光器)對硅片進行掃描。經掃描后，硅片表面變成黑色，但不是燒焦所引起的黑色。通過電子顯微鏡，研究人員觀察到硅片的表面形成了一個森林狀的釘狀表面。這種表面結構有利于減小光線反射，增強對光線的吸收能力。

此后，Eric?Mazur教授和他的團隊還使用了在半導體工業常見的六氟化硫氣體(SF₆)，即把普通硅放在充滿六氟化硫氣體的封閉空間內，然后用飛秒激光器的強力脈沖去轟擊硅。經過500次脈沖掃描后，用肉眼觀看硅晶片呈黑色。利用電子顯微鏡，研究人員發現硅片的表面呈現出超細的釘狀結構，這一過程可以把硅的表面變粗糙。然而，采用飛秒激光器來制備黑硅，工藝相當復雜，過程控制繁瑣，設備成本極為昂貴，維護不便，不利于大規模的生產制造。

中國專利說明書CN?101734611A(公開日：2010年6月16日)公開了一種基于無掩模深反應離子刻蝕制備黑硅的方法。該方法包括如下步驟：對所述制備黑硅的方法的所采用的設備進行初始化和等離子穩定，以使等離子體進行輝光放電；控制所述深反應離子刻蝕制備黑硅的工藝參數，采用刻蝕與鈍化的方式交替對硅片進行處理；其中，所述參數包括：等離子體氣體流量、刻蝕平板功率、鈍化平板功率、線圈功率和刻蝕、鈍化周期、溫度。雖然該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和鈍化氣體，并且調節相應的流量、功率、時間和環境參數，因此，利用該方法來制備黑硅，存在著工藝較為復雜、過程控制較繁瑣和效率低等問題。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種利用等離子體浸沒離子注入制備黑硅的方法，采用本方法，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，制備效率高，成本低廉，過程控制簡單方便。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種利用等離子體浸沒離子注入制備黑硅的方法，所述方法為將硅片放置于黑硅制備裝置內，采用等離子體浸沒離子注入工藝來制備黑硅。

進一步地，本發明還具有如下特點，所述方法包括：

(a)將所述硅片放置于所述黑硅制備裝置的注入腔室內；

(b)調整所述黑硅制備裝置的工藝參數進入預先設置的數值范圍；

(c)所述黑硅制備裝置產生等離子體，所述等離子體中的反應離子注入至所述硅片內；

(d)所述反應離子與所述硅片發生反應，形成黑硅。

進一步地，本發明還具有如下特點：所述步驟(a)進一步包括將所述硅片與可施加偏置電壓的電源電氣連接。

進一步地，本發明還具有如下特點：所述工藝參數包括所述注入腔室的本底壓強和工作壓強。

進一步地，本發明還具有如下特點，所述步驟(b)包括如下步驟：

抽取所述注入腔室內的氣體，使得所述注入腔室的壓強進入預先設置的本底壓強范圍，所述預先設置的本底壓強范圍為10^-7Pa～1000Pa；

向所述注入腔室充入可與所述硅片發生反應的混合氣體，調整所述混合氣體的流量，使得所述注入腔室的壓強進入預先設置的工作壓強范圍，所述預先設置的工作壓強范圍為10^-3Pa～1000Pa。

進一步地，本發明還具有如下特點，所述步驟(b)包括如下步驟：

抽取所述注入腔室內的氣體，使得所述注入腔室的壓強進入預先設置的本底壓強范圍，所述預先設置的本底壓強范圍為10^-7Pa～1000Pa；

向所述注入腔室充入可與所述硅片發生反應的混合氣體，調整所述黑硅制備裝置抽取所述注入腔室內的氣體的抽取速度，使得所述注入腔室的壓強進入預先設置的工作壓強范圍，所述預先設置的工作壓強范圍為10-3Pa～1000Pa。

進一步地，本發明還具有如下特點：所述混合氣體由具有刻蝕作用的氣體和具有鈍化作用的氣體組成。