[發明專利]一種大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法

有效

• 申請號: 201310310028.0
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN104332398B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 顧長志;胡趙勝;李俊杰;全保剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙)11390
• 代理人: 王藝

技術領域

本發明涉及傘狀硅錐復合結構制備領域，尤其涉及一種大面積周期性的傘狀硅錐結構陣列，而且八棱傘面尺寸和中心納米錐尖比例可控的采用紫外光刻方法結合濕法腐蝕方法制備大面積傘狀硅錐復合結構陣列的方法。

背景技術

硅納米錐結構在納米光學、太陽能、真空電子學以及傳感探測以及生物等領域都具有重要的應用。目前硅納米錐的制備通常采用干法刻蝕的方法，需要掩膜制備工藝，并借助于等離子體刻蝕過程，制備出的硅納米錐表面較為粗糙，而且由于刻蝕過程可能會導致表面層的離子注入及損傷，影響了硅表面的本征電學和光學特性，同時由于制備方法的限制也難以制備非常小的納米錐結構以及具有棱面的錐結構。與干法刻蝕相比，濕法腐蝕也是制備硅錐結構的重要技術途徑之一，雖然按照硅晶面方向的腐蝕技術能獲得光滑的結構表面以及規則的棱面結構，但是通常只能制備尺寸較大的錐結構，也很難制備出納米錐結構。因此如何制備表面光滑無損傷且具有棱面的硅納米錐結構成為一個挑戰。

基于上述問題，我們需要一種技術方案能夠較好地解決制備大面積、無損傷、表面光滑的硅納米錐結構陣列的技術難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法，能夠提高大面積錐硅結構的制備效率，且制造方法簡單，制造成本較低。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法，其包括以下步驟：

步驟A：在清洗好的硅襯底基片上，采用鍍膜設備生長的氮化硅層；

步驟B：在氮化硅層上旋涂光刻膠，采用紫外光刻法在光刻膠上制備正 方形陣列圖形；

步驟C：將步驟B中得到的產品采用酸性溶液各向同性腐蝕和堿性溶液各向異性腐蝕出傘狀硅錐陣列；

步驟D：將經上一步處理后的產品放置于氫氟酸以及去離子水中洗去殘留的氮化硅。

作為上述的大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法的一種優選方案，在步驟C中，所述酸性溶液包括氫氟酸。

作為上述的大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法的一種優選方案，在步驟C中，所述堿性溶液至少包括氫氧化鉀、氫氧化鈉或四甲基氫氧化銨其中之一。

作為上述的大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法的一種優選方案，在步驟B中，所述光刻膠為紫外線敏感光刻膠。

作為上述的大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法的一種優選方案，在步驟A中，硅襯底基片清洗好后，還需要在熱板上烘烤5min-10min。

作為上述的大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法的一種優選方案，在步驟A中生長的氮化硅層的厚度為30nm-50nm。

作為上述的大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法的一種優選方案，在步驟B中，在氮化硅上旋涂光刻膠后，需要利用熱板或烘箱烘烤1min-2min。

作為上述的大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法的一種優選方案，在步驟B中，在紫外線光刻過程中，紫外線曝光時間為15s-18s。

作為上述的大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法的一種優選方案，所述堿性溶液為氫氧化鉀和四甲基氫氧化銨，產品先在氫氧化鉀中被腐蝕1min-10min，再在四甲基氫氧化銨中被腐蝕1min-9min，且通過控制產品在氫氧化鉀和四甲基氫氧化銨中被腐蝕的時間，能夠調節錐的尺寸比例。

作為上述的大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法的一種優選方案，在步驟A中，對硅襯底的清洗包括丙酮、酒精、去離子水三步超聲清洗，每步各清洗3～5分鐘,然后再使用氮氣槍吹干；

在步驟D中，在洗殘留的氮化硅過程中，先用氫氟酸液清洗1min，再用乙醇、去離子水各洗5min。

本發明的有益效果為：本發明通過提供大面積制備傘狀硅錐復合結構陣列的方法，通過在制備大面積的周期性的圖形，能夠實現產品的批量生產；在制備過程中采用紫外光刻和濕法腐蝕方法，制備過程簡單可靠而且大面積各個部分錐形貌一致，進而降低了產品生產的成本；且光刻過程和濕法腐蝕過程所需時間短，提高了產品的生產效率；并且還可以通過控制腐蝕時間比例的調節能有效的控制錐的尺寸參數即具有尺寸可調性，因而能夠滿足不同實際應用的需求；通過此方法制備的硅錐陣列具有表面光滑的優點，更加有利于硅錐上附金屬薄層以制作等離激元器件等操作。

附圖說明

圖1是本發明具體實施方式一提供的大面積傘狀硅錐復合結構陣列的制備方法的流程圖；

圖2是本發明實施例一大面積傘狀硅錐復合結構陣列的制備工藝示意圖；