一种利用湿法刻蚀制备黑硅的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体材料制备技术领域，具体涉及一种制备黑硅的方法。
【背景技术】
[0002]黑硅作为兴起的一种新型硅材料，以其在可见光与近红外波段有极高的光吸收率，使其对光线十分敏感，它的光敏感度可以达到传统硅材料的100?500倍。在正常情况下，一个光子只能产生一个电子，而在黑硅这种材料中，由于它具备光电导增益效果，可以由一个光子产生多个电子，从而使电流增大到200?300倍，使其在微光探测方面的性能较一般材料有着飞跃般的进步，并且黑硅的制造工艺可以较容易地嵌入到目前的半导体工艺中，使其在照相机、夜视仪等光电探测方面有着广阔的应用前景。
[0003]目前国际上其通用的制备方式主要有两种:飞秒激光器刻蚀和深反应离子刻蚀。其中，飞秒激光器刻蚀是SF6环境下，利用飞秒激光器产生的超短脉冲激光对硅片表面进行辐照，其激光脉冲的高能在与硅片表面作用的同时，在表面附近积聚大量能量，能瞬间使背景气体SF6分解出游离的F _离子，并与表面汽化的Si原子生成易挥发的SiF 2和SiF 4，使硅片表面不断被刻蚀，最终形成准规则排列的微米量级尖锥结构。这样改造后的硅表面具有极高的光吸收率，而反应离子刻蚀的原理是利用一定压强下的刻蚀气体在高频电场的作用下，通过气体辉光发电产生等离子体，通过电场加速活性基团对被刻蚀物体进行离子轰击和化学反应，生成挥发性气体，反应产物在低压真空腔中被抽走来实现对材料的刻蚀，最终在硅片表面得到与飞秒激光器刻蚀相似的微结构，从而制备所说的黑硅。目前这两种方式都比较成熟，都能得到稳定的结果，但是这两种方式对反应条件要求苛刻，实验设备成本高昂，不利于大规模生产。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提出一种利于大规模生产的制备黑硅的方法。
[0005]本发明的技术方案在于:
一种利用湿法刻蚀制备黑硅的方法，包括以下步骤:
(I)首先，利用PECVD在清洁的硅片表面沉积一层Si3N4，其厚度为100 nm，之后旋涂一层光刻胶，覆盖上掩膜后通过光刻机对其进行曝光处理，然后通过显影在硅片表面得到掩膜图案，硅片经过后烘后，把硅片上通过显影后而暴露出区域的Si3N4层刻蚀掉，最终再对硅片表面的残留光刻胶用丙酮洗去；在硅片上形成需要的Si3N4掩膜层。
[0006](2)光刻后在娃片表面形成间距与半径比为2um:2um的圆形Si3N4掩膜。
[0007](3)在硅片表面制备好Si3N4掩膜后用丙酮和去离子水依次对光刻过后的硅片进行超声清洗，保证硅片表面的清洁度。
[0008](4)清洗后对硅片进行碱刻蚀，碱刻蚀后的片子在清洗后进行酸处理，刻蚀时间为8min。
[0009](5)刻蚀完成后利用12，KI溶液，I225g，KI100 g，H2O IL溶液洗去硅片表面残余的金颗粒，即制得黑硅。
[0010]优选地，所述的碱刻蚀的刻蚀温度为85°C，溶液配比为KOH 2.891g，去离子水50mL,异丙醇12mL。
[0011]或者优选地，所述的进行酸处理的反应温度为室温，溶液的配方为氯金酸(0.04% ) I mL,双氧水5mL,氢氟酸2mL,乙醇2mL。
[0012]本发明的技术效果在于:
本文采用两种湿法刻蚀相结合的方法制备黑硅材料。先利用Si3N4充当掩膜层，用光刻的方式在硅片表面形成图案，然后通过KOH溶液对其进行刻蚀，在硅片表面形成规则的尖锥形貌，然后利用金纳米颗粒作为催化剂，用HF酸对经碱刻蚀后的硅片样品表面进行改性，以进一步提高其光吸收率，最终制备的黑硅的光吸收率可以达到95%以上，这种制备方法具有实验设备较简单，变量易控等优点，利于大规模生产。
【具体实施方式】
[0013]一种利用湿法刻蚀制备黑硅的方法，包括以下步骤:
(I)首先，利用PECVD在清洁的硅片表面沉积一层Si3N4，其厚度为100 nm，之后旋涂一层光刻胶，覆盖上掩膜后通过光刻机对其进行曝光处理，然后通过显影在硅片表面得到掩膜图案，硅片经过后烘后，把硅片上通过显影后而暴露出区域的Si3N4层刻蚀掉，最终再对硅片表面的残留光刻胶用丙酮洗去；在硅片上形成需要的Si3N4掩膜层。
[0014](2)光刻后在娃片表面形成间距与半径比为2um:2um的圆形Si3N4掩膜。
[0015](3)在硅片表面制备好Si3N4掩膜后用丙酮和去离子水依次对光刻过后的硅片进行超声清洗，保证硅片表面的清洁度。
[0016](4)清洗后对硅片进行碱刻蚀，碱刻蚀后的片子在清洗后进行酸处理，刻蚀时间为8min。
[0017](5)刻蚀完成后利用I2, KI溶液，I225g，KI100 g，H2O IL溶液洗去硅片表面残余的金颗粒，即制得黑硅。
[0018]其中，碱刻蚀的刻蚀温度为85°C，溶液配比为KOH 2.891g，去离子水50 mL，异丙醇12mL。进行酸处理的反应温度为室温,溶液的配方为氯金酸(0.04%) I mL,双氧水5mL,氢氟酸2mL，乙醇2mL。
【主权项】
1.一种利用湿法刻蚀制备黑硅的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)首先，利用PECVD在清洁的硅片表面沉积一层Si3N4，其厚度为100nm，之后旋涂一层光刻胶，覆盖上掩膜后通过光刻机对其进行曝光处理，然后通过显影在硅片表面得到掩膜图案，硅片经过后烘后，把硅片上通过显影后而暴露出区域的Si3N4层刻蚀掉，最终再对硅片表面的残留光刻胶用丙酮洗去；在硅片上形成需要的Si3N4掩膜层； (2)光刻后在娃片表面形成间距与半径比为2um:2um的圆形Si3N4掩膜； (3)在硅片表面制备好Si3N4掩膜后用丙酮和去离子水依次对光刻过后的硅片进行超声清洗，保证硅片表面的清洁度； (4)清洗后对硅片进行碱刻蚀，碱刻蚀后的片子在清洗后进行酸处理，刻蚀时间为8min ； (5)刻蚀完成后利用12，KI溶液，I225g，KIlOOg，H2O IL溶液洗去硅片表面残余的金颗粒，即制得黑硅。
2.如权利要求1一种利用湿法刻蚀制备黑硅的方法，其特征在于:所述的碱刻蚀的刻蚀温度为85°C，溶液配比为KOH 2.891g，去离子水50 mL，异丙醇12mL。
3.如权利要求1一种利用湿法刻蚀制备黑硅的方法，其特征在于:所述的进行酸处理的反应温度为室温，溶液的配方为氯金酸(0.04%) I mL,双氧水5mL,氢氟酸2mL,乙醇2mL。
【专利摘要】本发明涉及半导体材料制备技术领域，具体涉及一种制备黑硅的方法。一种利用湿法刻蚀制备黑硅的方法，包括以下步骤：在硅片表面沉积一层Si3N4，旋涂一层光刻胶，覆盖上掩膜后，曝光，显影，后烘，把暴露出区域的Si3N4层刻蚀掉，洗去残留光刻胶；形成掩膜。依次对光刻过后的硅片进行超声清洗；碱刻蚀，酸处理，刻蚀；洗去硅片表面残余的金颗粒，即制得黑硅。本发明的方法具有实验设备较简单，变量易控等优点，利于大规模生产。
【IPC分类】H01L31-18
【公开号】CN104638062
【申请号】CN201410750300
【发明人】宫俊峰
【申请人】宫俊峰
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月10日