片清洗干净后放入真空镀膜腔体内，蒸发氯化铯薄膜，膜厚200埃-7000埃。硅片选用半导体工业所使用的硅片，厚度0.2毫米-0.5毫米，P型，电阻率为I Ω.cm-?ο Ω.cm，表面为抛光面或粗糙面。
[0031]如图3所示，氯化铯薄膜镀完后，向腔体内通入一定湿度的气体，相对湿度为10% -70%，显影氯化铯薄膜，氯化铯在湿度气体作用下发生团聚，在硅片表面形成一个个类似水滴的纳米氯化铯半岛结构。
[0032]如图4所示，由于氯化铯纳米岛结构是通过自组装获得，生长出的氯化铯岛直径不相同，具有较宽的直径尺寸分布，直径尺寸大致符合高斯分布。用真空热蒸发的方法，在带有氯化铯纳米岛的硅片表面蒸发一层含量为99.99%的铝金属薄膜，薄膜的厚度大约为40纳米。
[0033]如图5所示，将镀了铝薄膜的硅片放入去离子水中，超声剥离，由于氯化铯易溶于水的特性，氯化铯表面的铝脱离硅片表面，而直接蒸发在硅表面的铝保存完好，这样就在硅片表面制备得到40纳米厚的铝金属多孔薄膜，孔的平均直径可以控制在400纳米到1.5微米之间，在同一个娃片表面，孔具有较宽的直径尺寸分布，直径尺寸大致符合高斯分布。
[0034]如图6所示，以这层多孔铝膜为掩膜，对硅片进行等离子体深度刻蚀，等离子体刻蚀工艺是通过F离子与暴露在外的硅反应而将硅刻蚀掉，出现圆孔结构，而在铝膜保护的位置硅表面保持完好，实现孔结构的图形转移。等离子体深度刻蚀，是为了保证刻蚀发生在垂直方向，而对于水平方向的刻蚀较小，侧壁得以保护，它是通过交替转换刻蚀气体与钝化气体实现刻蚀与边壁钝化的。其中刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8, He为冷却气体。C4F8在等离子体中能够形成氟化碳类高分子聚合物，它沉积在硅表面能够阻止氟离子与硅的反应。刻蚀与钝化每5到15秒转换一个周期。在短暂的各向同性刻蚀之后立刻将刚刚刻蚀过的硅表面钝化。在深度方向由于有离子的物理溅射轰击，钝化膜被剥离，使化学反应离子刻蚀可以进一步发生。但侧壁方向不会受到离子轰击，钝化膜可以保留下来，这样下一个周期的刻蚀就不会发生侧向刻蚀。通过这样周期性“刻蚀-钝化-刻蚀”，刻蚀只沿着深度方向进行，所需要的深度可以通过刻蚀周期个数来控制，如图5所示。
[0035]最后，将深度刻蚀以后的硅片放入质量分数为5%的氢氧化钠碱性溶液中，表面40纳米厚的多孔铝层将会被腐蚀掉，至此完成硅片表面纳米孔结构的制备，如图7所示。
[0036]图8为硅片表面纳米孔结构的SEM图(平面)，图9为硅片表面纳米孔结构的SEM图(垂直截面)。
[0037]实施例
[0038]以下是本发明实施例的制备硅片表面纳米孔结构的工艺流程图，该方法包括以下步骤:
[0039]步骤1:在硅片上以热蒸发的方法蒸镀氯化铯薄膜，薄膜厚度300纳米，厚度通过石英晶体测厚仪来测量和控制。
[0040]步骤2:将镀有氯化铯薄膜的硅片放入湿度为50%的通气腔体内，湿度由通入腔体的潮湿气体流量控制，在这一湿度条件下显影I小时，使氯化铯薄膜团聚成纳米岛结构，在娃片表面形成氯化铯纳米岛结构。氯化铯纳米岛平均直径600纳米。
[0041]步骤3:将表面有氯化铯纳米岛结构的硅片放入真空镀膜机腔体内，蒸发源是纯度为99.99%的铝丝，蒸发的薄膜厚度为40纳米。
[0042]步骤4:将硅片取出后放入去离子水中，超声剥离，时间5分钟，使得氯化铯纳米岛上的铝脱离，而硅表面的铝保持粘附状态，在硅片表面得到平均直径为600纳米的多孔铝薄膜。
[0043]步骤5:将表面有纳米多孔铝薄膜的硅片放入等离子体刻蚀机的刻蚀腔体内进行深度刻蚀，刻蚀条件为SF6: He = 60: lOsccm，激励功率400瓦，偏压功率为30瓦，压强3.5帕，刻蚀时间8秒。钝化条件为C4F8: He = 150: lOsccm，激励功率400瓦，偏压功率为O瓦，压强4帕，钝化时间10秒。刻蚀10个周期。
[0044]步骤6:将放入体积分数为5 %的氢氧化钠溶液中，10分钟，表面40纳米厚的多孔铝膜将会被腐蚀掉，在硅片表面得到纳米孔结构，用去离子水清洗干净，至此完成硅片表面纳米孔结构的制备。
[0045]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种硅片表面纳米孔结构的制备方法，其特征在于，该方法包括: 步骤1:在娃片表面制备氯化铯岛结构； 步骤2:在带有氯化铯纳米岛结构的硅片表面蒸镀一层铝金属薄膜，放入去离子水中超声剥离，去掉氯化铯岛结构及其上的铝金属薄膜，得到多孔铝薄膜； 步骤3:以多孔铝薄膜为掩膜，在等离子体刻蚀机的刻蚀腔体内对硅片表面进行深度刻蚀； 步骤4:去除硅片表面的多孔铝薄膜，在硅片表面得到纳米孔结构。
2.根据权利要求1所述的硅片表面纳米孔结构的制备方法，其特征在于，步骤I中所述硅片，厚度0.2毫米-0.5毫米，P型，电阻率为I Ω.cm-10 Ω.cm，表面为抛光面或粗糙面。
3.根据权利要求1所述的硅片表面纳米孔结构的制备方法，其特征在于，步骤I中所述在硅片表面制备氯化铯岛结构，是采用氯化铯自组装技术实现的，氯化铯岛结构的直径在500-1500纳米，厚度为200-7000埃。
4.根据权利要求1所述的硅片表面纳米孔结构的制备方法，其特征在于，步骤2中所述在带有氯化铯纳米岛结构的硅片表面蒸镀一层铝金属薄膜，是采用热蒸发的方法实现的，铝金属薄膜的厚度为40纳米。
5.根据权利要求1所述的硅片表面纳米孔结构的制备方法，其特征在于，步骤3中所述以多孔铝薄膜为掩膜在等离子体刻蚀机的刻蚀腔体内对硅片表面进行深度刻蚀，是通过交替转换刻蚀气体与钝化气体实现刻蚀发生在垂直方向，而对于水平方向的刻蚀较小，侧壁得以保护。
6.根据权利要求5所述的硅片表面纳米孔结构的制备方法，其特征在于，所述刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8, He为冷却气体，钝化气体C4F8在等离子体中能够形成氟化碳类高分子聚合物，该氟化碳类高分子聚合物沉积在硅表面阻止氟离子与硅的反应。
7.根据权利要求5所述的硅片表面纳米孔结构的制备方法，其特征在于，所述交替转换刻蚀气体与钝化气体，具体包括: 刻蚀与钝化每5到15秒转换一个周期，在短暂的各向同性刻蚀之后立刻将刻蚀过的硅表面钝化；在深度方向由于有离子的物理溅射轰击，钝化膜被剥离，使化学反应离子刻蚀可以进一步发生；但侧壁方向不会受到离子轰击，钝化膜保留下来，这样下一个周期的刻蚀就不会发生侧向刻蚀；通过这样周期性“刻蚀-钝化-刻蚀”，刻蚀只沿着深度方向进行，刻蚀所需的深度能够通过刻蚀周期个数来控制。
8.根据权利要求1所述的硅片表面纳米孔结构的制备方法，其特征在于，步骤4中所述去除硅片表面的多孔铝薄膜，是采用质量分数为5%的氢氧化钠溶液实现的。
【专利摘要】本发明公开了一种硅片表面纳米孔结构的制备方法，该方法包括：在硅片表面制备氯化铯岛结构；在带有氯化铯纳米岛结构的硅片表面蒸镀一层铝金属薄膜，放入去离子水中超声剥离，去掉氯化铯岛结构及其上的铝金属薄膜，得到多孔铝薄膜；以多孔铝薄膜为掩膜，在等离子体刻蚀机的刻蚀腔体内对硅片表面进行深度刻蚀；去除硅片表面的多孔铝薄膜，在硅片表面得到纳米孔结构。利用本发明制备出的硅片表面纳米孔结构，位置无序地分布在硅片表面，纳米孔结构大小不同，直径呈高斯分布，深度相近，侧壁不平滑。
【IPC分类】B81C1-00
【公开号】CN104528631
【申请号】CN201410797689
【发明人】刘静, 伊福廷, 张天冲, 王波, 张新帅, 孙钢杰
【申请人】中国科学院高能物理研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月18日