[發明專利]一種利用光刻膠以及低溫等離子刻蝕制備黑硅的方法

有效

• 申請號: 201510708520.2
• 申請日: 2015-10-27
• 公開（公告）號: CN105399045B
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 徐麗華;閆蘭琴;褚衛國
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81B1/00;H01L21/308
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君

本發明涉及一種利用光刻膠以及低溫等離子體刻蝕制備黑硅的方法，包括以下步驟：在硅片表面涂覆光刻膠，曝光，烘烤固化，進行低溫等離子體刻蝕，從而在硅片表面形成密排的納米錐狀的陷光結構。本發明提供的方法能夠在硅片上形成具有很強吸光特性的黑硅，且該方法工藝流程簡單、工藝容忍度大、重復性好，可以直接制備大面積的黑硅，具有較高的制備效率。

技術領域

本發明涉及半導體材料的微納加工領域，尤其涉及一種高效制備黑硅材料的方法。

背景技術

黑硅是一種表面呈森林狀結構的硅材料，肉眼看上去呈現黑色。當光照射在黑硅上時，大部分光子進入森林狀或錐狀結構后不會被反射回去，而是在森林結構中不斷散射，最終到達結構的底部，這個效應不僅對可見光有效，對紅外光線也一樣有效。所以黑硅在近紫外到近紅外波段具有高吸收率,具有良好的光譜吸收特性,克服了普通硅光電響應范圍窄、響應率低等缺點。因此，可應用于太陽能電池、光電探測、光致發光等領域。

目前，制備黑硅的方法主要有飛秒激光掃描、化學濕法腐蝕和等離子體干法刻蝕的方法。其中，飛秒激光制備的黑硅表面微結構相對規則，但制備的黑硅面積小，設備比較昂貴，工藝較復雜；采用化學腐蝕法可以降低制備成本，實現大面積黑硅制備，但是制備的黑硅微結構依賴于晶向；等離子體刻蝕處理相比于飛秒激光掃描,制備面積大，易于大規模制備，相比于濕法化學腐蝕，黑硅的形貌可控，并且不受晶向的限制，還可用于制備多晶硅材料的黑硅。

等離子體刻蝕方法制作黑硅主要分為兩種，無掩膜刻蝕和有掩膜刻蝕。無掩膜刻蝕依賴并限制于刻蝕設備及其獨特的刻蝕工藝，形成黑硅的條件較苛刻。有掩膜刻蝕的方法在掩膜制備上有金屬粒子掩膜、二氧化硅光刻膠掩膜等，但金屬粒子作為掩膜依賴于鍍膜設備，且要求粒子的單分散性，粒子太小構不成掩膜作用，粒子生長也不能形成連續的島狀結構，所以對鍍膜工藝較嚴苛；二氧化硅光刻膠掩膜需要將SiO₂顆粒均勻混合于光刻膠中，混合方法工藝復雜，較難操作，且SiO₂原料需另外獲得。

目前，亟待開發一種簡便、高效制備黑硅的新方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用光刻膠以及低溫等離子刻蝕工藝制備黑硅的方法。該方法工藝簡便，制備效率高，且所得黑硅反射率低，效果優異。

具體而言，本發明提供了一種利用低溫等離子體刻蝕制備黑硅的方法，該包括以下步驟：在硅片表面涂覆光刻膠，曝光，烘烤固化，進行低溫等離子體刻蝕，即得。

所述光刻膠涂覆在硅片的一側表面。在涂覆光刻膠之前，硅片表面應先進行清潔處理。

所述光刻膠優選為紫外光刻膠，涂覆所得光刻膠層的厚度為1～6μm。

所述曝光優選為紫外曝光。所述曝光劑量優選為40～170mj/cm²，顯影時間優選為30s～1min。

所述曝光之前優選先進行烘干處理。所述烘干處理的條件為：在100～110℃下烘干2～5分鐘。

所述烘烤固化的溫度優選為110～130℃，時間為5～10分鐘。經過上述烘烤固化處理后，可以使光刻膠底膠殘余顆粒固化。

本發明將處理后的硅片進行高選擇比的低溫等離子體刻蝕，可以在硅片表面形成錐狀陷光結構。由于常規硅刻蝕采用常溫工藝，對膠的刻蝕選擇比較低，無法形成理想的錐體結構；本發明采用低溫工藝刻蝕黑硅，對膠的刻蝕選擇比可達到幾十比一，從而形成理想的椎體結構。所述低溫等離子體刻蝕的溫度為-120～-100℃。

本發明所述低溫等離子體刻蝕可采用等離子體刻蝕機進行，例如：電感耦合等離子體刻蝕機。具體而言，將涂覆有光刻膠并進行曝光、烘烤處理后的硅片，置于載片上，再置于等離子體蝕刻機的下電極載片臺上，進行刻蝕。所述-120～-100℃的低溫條件通過對等離子體刻蝕機的下電極載片臺溫度進行調節而實現。所述下電極載片臺可采用液氦背冷裝置，以保證熱量傳遞。