一種微結(jié)構(gòu)硅基材料及其制作方法、半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種微結(jié)構(gòu)硅基材料及其制作方法、半導(dǎo)體器件，制作方法包括提供硅片及微球溶液；將微球溶液采用自組裝方式制作為微球模板；將微球模板轉(zhuǎn)移至硅片表面，進(jìn)行退火熱處理；以微球作為掩膜，并采用反應(yīng)離子束刻蝕工藝刻蝕硅片，再清洗后鍍膜，形成金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的制作方法中，首先，采用自組裝方式得到微球模板作為掩膜，相對于現(xiàn)有技術(shù)中采用專門制作掩膜的工藝制作得到的掩膜而言，本發(fā)明提供的掩膜制作方法簡單，且成本較低；其次，本發(fā)明提供制作方法中采用相對廉價的反應(yīng)離子束刻蝕工藝對硅片進(jìn)行刻蝕，相對于現(xiàn)有技術(shù)中的聚焦離子束刻蝕工藝、電子束曝光和激光直寫等微納加工方法，工藝簡單，且成本也較低。
【專利說明】
一種微結(jié)構(gòu)硅基材料及其制作方法、半導(dǎo)體器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微結(jié)構(gòu)硅基材料及其制作方法、半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]目前按照芯片材料的種類，成像傳感器大致可分為基于硅基材料的可見光成像傳感器和基于非娃基材料的紅外光成像傳感器。娃基成像傳感器具有制造工藝成熟、成本低廉、器件結(jié)構(gòu)簡單、能在室溫下工作、抗環(huán)境能力強(qiáng)等優(yōu)點，目前硅基成像傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中，例如手機(jī)攝像頭、單反相機(jī)的核心成像元件都是由硅基CMOS成像傳感器制成的，但是硅基成像傳感器的感光區(qū)域主要集中于可見波段(波長小于1.?μm)，這嚴(yán)重限制了硅基成像傳感器在紅外波段的應(yīng)用。怎樣實現(xiàn)硅基成像傳感器對于紅外波段的響應(yīng)具有重大的意義和價值。
[0003]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是微納加工能力的提高，例如聚焦離子束刻蝕、電子束曝光、激光直寫等一些先進(jìn)的微納加工手段，使得加工納米級尺度的微結(jié)構(gòu)成為可能。2011年，Knight等人提出一種光學(xué)天線設(shè)計，證明了硅基天線可以在表面等離子體衰退過程中產(chǎn)生熱電子形成光電流，進(jìn)而實現(xiàn)硅材料在波段1250nm-1650nm的近紅外波段的響應(yīng)，這種方法克服了硅材料本身禁帶寬度I.lev不能吸收轉(zhuǎn)化波長大于1.1Mi的光波的限制。
[0004]由以上可知，利用硅基與金屬微結(jié)構(gòu)表面相接處形成肖特基勢皇，并且由金屬微結(jié)構(gòu)激發(fā)表面等離子體，由表面等離子體非輻射衰退過程中形成的熱電子可以在熱化之前通過金屬與半導(dǎo)體界面，并且被注入半導(dǎo)體的導(dǎo)帶，從而形成光電流，利用這個原理可以實現(xiàn)娃基材料的成像傳感器的近紅外響應(yīng)。
[0005]但是就目前的研究結(jié)果表明，這種新型的硅基材料的成像傳感器面臨著加工步驟繁瑣且加工成本高的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供一種微結(jié)構(gòu)硅基材料及其制作方法、半導(dǎo)體器件，以解決現(xiàn)有技術(shù)中硅基材料的成像傳感器的加工步驟繁瑣且加工成本高的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]—種微結(jié)構(gòu)硅基材料的制作方法，包括:
[0009]提供硅片以及微球溶液；
[0010]清洗所述硅片；
[0011 ]將所述微球溶液采用自組裝方式制作形成單層有序排列的微球模板；
[0012]將所述微球模板轉(zhuǎn)移至所述硅片表面，并對所述硅片進(jìn)行退火熱處理；
[0013]以所述微球模板中的微球為掩膜，利用反應(yīng)離子束刻蝕工藝刻蝕所述硅片，以在所述娃片表面形成娃基納米錐狀微結(jié)構(gòu)；
[0014]對經(jīng)過刻蝕后的硅片進(jìn)行去球清洗，以去除刻蝕后殘留的微球；
[0015]對所述硅片的刻蝕表面進(jìn)行鍍膜，以形成表面帶有金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)的硅基材料。
[0016]優(yōu)選地，所述硅片為η型硅片。
[0017]優(yōu)選地，所述微球溶液為聚苯乙烯微球溶液。
[0018]優(yōu)選地，所述提供硅片以及微球溶液中提供微球溶液的具體步驟為:
[0019]提供第一培養(yǎng)皿；
[0020]清洗并風(fēng)干所述第一培養(yǎng)皿；
[0021]取濃度為7.5%的聚苯乙烯微球原溶液加入到所述第一培養(yǎng)皿中；
[0022]往所述第一培養(yǎng)皿中加入乙醇，所述乙醇的體積為所述聚苯乙烯微球原溶液體積的兩倍；
[0023]將所述第一培養(yǎng)皿放入超聲儀中超聲處理，使聚苯乙烯微球與乙醇混合均勻。
[0024]優(yōu)選地，所述將所述微球溶液采用自組裝方式制作形成單層有序排列的微球模板具體為:
[0025]提供第二培養(yǎng)皿；
[0026]清洗并風(fēng)干所述第二培養(yǎng)皿；
[0027]向所述第二培養(yǎng)皿里注入蒸餾水；
[0028]再注入環(huán)己烷，所述環(huán)己烷浮在所述蒸餾水的表面；
[0029]將所述聚苯乙烯微球溶液滴在所述環(huán)己烷的表面，形成單層有序排列的聚苯乙烯微球。
[0030]優(yōu)選地，在所述將所述微球模板轉(zhuǎn)移至所述硅片表面，進(jìn)行退火熱處理步驟之前還包括:
[0031]向所述第二培養(yǎng)皿中添加表面活性劑，使所述聚苯乙烯微球排列緊密。
[0032]優(yōu)選地，所述對經(jīng)過刻蝕后的硅片進(jìn)行去球清洗，以去除刻蝕后殘留的微球具體為:
[0033]將經(jīng)過刻蝕后的硅片放置在甲苯溶液中清洗，以去除殘留的聚苯乙烯微球。
[0034]優(yōu)選地，所述清洗所述硅片的具體步驟為:
[0035]將所述娃片放入雙氧水中浸泡；
[0036]取出所述硅片，再放入氨水中浸泡；
[0037]取出所述硅片，并用蒸餾水清洗所述硅片。
[0038]優(yōu)選地，所述對所述硅片的刻蝕表面進(jìn)行鍍膜，以形成表面帶有金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)的硅基材料的具體步驟為:
[0039]采用電子束蒸發(fā)工藝或磁控濺射工藝將金屬鍍在所述硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)表面，以形成表面帶有金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)的硅基材料。
[0040]本發(fā)明還提供一種微結(jié)構(gòu)硅基材料，所述微結(jié)構(gòu)硅基材料采用上面所述的方法制作而成，所述微結(jié)構(gòu)硅基材料包括:
[0041]硅基片；
[0042]位于所述硅基片表面，且凸出于所述硅基片表面，呈周期排列的硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)；
[0043]以及位于所述硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)表面的金屬膜。
[0044]本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件的硅基材料為上面所述的微結(jié)構(gòu)硅基材料。
[0045]經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的微結(jié)構(gòu)硅基材料及其制作方法、半導(dǎo)體器件，所述制作方法包括提供硅片及微球溶液;將所述微球溶液采用自組裝方式制作為微球模板;將所述微球模板轉(zhuǎn)移至所述硅片表面，進(jìn)行退火熱處理；以所述微球模板為掩膜，并采用反應(yīng)離子束刻蝕工藝刻蝕所述硅片，再清洗后鍍膜，形成金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的微結(jié)構(gòu)硅基材料制作方法中，首先，采用自組裝方式得到微球模板，再以所述微球模板中的單層有序排列的微球作為掩膜，相對于現(xiàn)有技術(shù)中采用專門制作掩膜的工藝制作得到的掩膜而言，本發(fā)明提供的掩膜制作方法簡單，且成本較低;其次，本發(fā)明提供的微結(jié)構(gòu)硅基材料制作方法中采用相對廉價的反應(yīng)離子束刻蝕工藝對硅片進(jìn)行刻蝕，相對于現(xiàn)有技術(shù)中的聚焦離子束刻蝕工藝、電子束曝光和激光直寫等微納加工方法，工藝簡單，且成本也較低。
[0046]本發(fā)明還提供一種利用上述微結(jié)構(gòu)硅基材料制作方法得到的微結(jié)構(gòu)硅基材料和半導(dǎo)體器件，由于上述加工工藝的步驟簡單、成本較低，可以簡化微結(jié)構(gòu)硅基材料和半導(dǎo)體器件的加工步驟，且降低微結(jié)構(gòu)硅基材料和半導(dǎo)體器件的制作成本。
【附圖說明】
[0047]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0048]圖1為本發(fā)明提供的微結(jié)構(gòu)硅基材料制作流程示意圖；
[0049]圖2為本發(fā)明實施例提供的帶有微球的硅片示意圖；
[0050]圖3為本發(fā)明實施例提供的經(jīng)過刻蝕工藝后的硅片示意圖；
[0051 ]圖4為本發(fā)明實施例提供的去除微球后的硅片示意圖；
[0052]圖5為本發(fā)明實施例提供的微結(jié)構(gòu)硅基材料示意圖。
【具體實施方式】
[0053]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0054]本發(fā)明提供一種微結(jié)構(gòu)硅基材料制作方法，如圖1所示，包括:
[0055 ]步驟S11:提供硅片以及微球溶液。
[0056]需要說明的是，本發(fā)明中對所述硅片的摻雜類型不做限定，對所述硅片的晶向也不做限定，優(yōu)選的，本實施例中所述硅片為η型且晶向為100的硅片。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易知道，在本發(fā)明的其他實施例中所述硅片還可以為其他類型的硅片，本實施例中對此不再進(jìn)行贅述。
[0057]本實施例中所述微球溶液中的微球為納米微球或微米微球，從而實現(xiàn)硅片上微納結(jié)構(gòu)的加工。所述納米微球一般由高分子聚合而成，例如聚苯乙烯或聚丙烯酸等。本實施例中優(yōu)選的，所述微球溶液為聚苯乙烯微球溶液。在本發(fā)明的其他實施例中，還可以為其他微球溶液，只要能夠?qū)崿F(xiàn)硅片上的微納結(jié)構(gòu)的加工即可，本發(fā)明對此不做限定。
[0058]提供聚苯乙烯微球溶液的具體步驟為:
[0059]提供第一培養(yǎng)皿，所述第一培養(yǎng)皿用于制作聚苯乙烯微球溶液，需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述第一培養(yǎng)皿還可以用其他容器替代，本實施例中對此不做限定。本實施例中優(yōu)選的，所述第一培養(yǎng)皿的直徑為10厘米。
[0060]清洗并風(fēng)干所述第一培養(yǎng)皿，本實施例中采用超聲波對所述第一培養(yǎng)皿進(jìn)行清洗，具體地，將第一培養(yǎng)皿先用蒸餾水清洗干凈，再將第一培養(yǎng)皿放入超聲儀中超聲清洗I小時，取出放在潔凈處晾干。需要說明的是，本實施例中對所述第一培養(yǎng)皿的超聲清洗時間也不進(jìn)行限定，只要能將所述第一培養(yǎng)皿清洗干凈即可。
[0061]將第一培養(yǎng)皿清洗并晾干后，取濃度為7.5%的聚苯乙烯微球原溶液加入到所述第一培養(yǎng)皿中；往所述第一培養(yǎng)皿中加入乙醇，所述乙醇的體積為所述聚苯乙烯微球原溶液體積的兩倍;將所述第一培養(yǎng)皿放入超聲儀中超聲處理半小時，使聚苯乙烯微球與乙醇混合均勻。同樣的，所述超聲處理的時間，可以依據(jù)聚苯乙烯微球溶液的體積來定，本實施例中對此不做限定。
[0062]步驟S102:清洗所述硅片。
[0063]需要說明的是，清洗所述硅片的步驟與提供微球溶液的步驟可以同時進(jìn)行，也可以進(jìn)行互換，本實施例中不限定清洗硅片與提供微球溶液的順序。
[0064]為保證后續(xù)微球能夠更加規(guī)則的排布，降低形成的掩膜的缺陷，需要對所述硅片的表面進(jìn)行清洗，以提高所述硅片表面的親水性，進(jìn)而利于微球更加規(guī)則的排布。
[0065]所述清洗所述硅片的具體步驟為:
[0066]將所述娃片放入雙氧水中浸泡，本實施例中優(yōu)選地，浸泡十分鐘。
[0067]取出所述硅片，再放入氨水中浸泡，本實施例中優(yōu)選地，浸泡十分鐘。
[0068]取出所述硅片，并用蒸餾水清洗所述硅片，清洗干凈后，將所述硅片放置在潔凈處晾干備用。
[0069]步驟S103:將所述微球溶液采用自組裝方式制作形成單層有序排列的微球模板。
[0070]將表面帶同種電荷的膠體顆粒(如非晶二氧化硅微球、聚苯乙烯微球等)按一定的體積濃度分散于去離子水(或溶劑)中，由于顆粒表面之間的電荷相互作用，結(jié)果使得顆粒能自動聚集排列呈類似于原子晶體結(jié)構(gòu)排列方式的有序結(jié)構(gòu)，稱為微球自組裝。
[0071]本發(fā)明利用上述原理，采用微球自組裝方式，經(jīng)所述微球溶液制作成單層有序排列的微球模板，具體包括以下步驟:
[0072]提供第二培養(yǎng)皿，所述第二培養(yǎng)皿用于制作形成微球模板，需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述第二培養(yǎng)皿還可以用其他容器替代，本實施例中對此不做限定。另夕卜，所述第二培養(yǎng)皿的尺寸本實施例中也不進(jìn)行限定，可以依據(jù)硅片的尺寸而定，只要所述第二培養(yǎng)皿的尺寸大于所述硅片的尺寸，且方便后續(xù)將微球模板轉(zhuǎn)移到硅片上的操作即可。
[0073]清洗并風(fēng)干所述第二培養(yǎng)皿，本實施例中采用超聲波對所述第二培養(yǎng)皿進(jìn)行清洗，具體地，將第二培養(yǎng)皿先用蒸餾水清洗干凈，再將第二培養(yǎng)皿放入超聲儀中超聲清洗I小時，取出放在潔凈處晾干。需要說明的是，對所述第二培養(yǎng)皿的超聲清洗時間，本實施例中也不進(jìn)行限定，只要能將所述第二培養(yǎng)皿清洗干凈即可。
[0074]向所述第二培養(yǎng)皿里注入蒸餾水，本實施例中優(yōu)選的，所述蒸餾水的體積約為所述第二培養(yǎng)皿體積的三分之一，本實施例中對所述蒸餾水的體積不做限定，還可以為其他值。
[0075]再注入環(huán)己烷，所述環(huán)己烷的體積約為所述第二培養(yǎng)皿體積的三分之一，由于所述環(huán)己烷的密度小于蒸餾水的密度，且環(huán)己烷不溶于水，所以環(huán)己烷能夠浮在所述蒸餾水的表面。
[0076]將所述聚苯乙烯微球溶液滴在所述環(huán)己烷的表面，形成單層有序排列的聚苯乙烯微球。
[0077]聚苯乙烯微球在溶液的表面張力與聚苯乙烯微球之間的靜電排斥的作用下在環(huán)己烷表面形成單層二維有序模板。
[0078]為了使得所述聚苯乙烯微球排列更加緊密，本實施例中還可以包括以下步驟:向所述第二培養(yǎng)皿中添加表面活性劑。
[0079]步驟S104:將所述微球模板轉(zhuǎn)移至所述硅片表面，并對所述硅片進(jìn)行退火熱處理。
[0080]將所述微球模板轉(zhuǎn)移至所述硅片表面后得到的硅片，如圖2所示，微球I有序排列在所述硅片2的表面，將所述微球模板轉(zhuǎn)移至所述硅片表面的具體步驟為:
[0081 ]將硅片慢慢傾斜地放入所述第二培養(yǎng)皿的蒸餾水中，使用提拉法把微球排列轉(zhuǎn)移到硅片表面上，然后令硅片上的蒸餾水自然蒸發(fā)，使微球在硅片上單層有序排列。
[0082]對所述硅片進(jìn)行退火熱處理的工藝為管式爐退火熱處理工藝、快速退火熱處理工藝或平板式燒結(jié)爐退火熱處理工藝，本實施例中對所述退火熱處理工藝不進(jìn)行限定，優(yōu)選的采用管式爐退火熱處理工藝。將蒸餾水蒸發(fā)后的硅片放入退火爐中，在80°C-150°C溫度下保持退火2分鐘-5分鐘，使聚苯乙烯微球平整的排列在硅片表面，并且和硅片形成接觸，需要說明的是，當(dāng)所述退火溫度低于80°C時，起不到退火的作用；當(dāng)所述退火溫度過高，高于150°C時，會對所述微球結(jié)構(gòu)造成破壞，因此，本實施例中的退火溫度優(yōu)選為80°C-150°C，包括端點值。
[0083]步驟S105:以所述微球模板中的微球為掩膜，利用反應(yīng)離子束刻蝕工藝刻蝕所述硅片，以在所述硅片表面形成硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)。
[0084]本實施例中，利用反應(yīng)離子束刻蝕硅片，在刻蝕硅片的過程中，作為掩膜的微球也被刻蝕，尺寸逐漸縮小，如圖3所示，微球邊緣處下方的硅片被刻蝕時間相對于微球球心下方的硅片被刻蝕時間較長，刻蝕深度也較深，從而形成錐狀微結(jié)構(gòu)。
[0085]本實施例中提供的反應(yīng)離子束刻蝕為在傳統(tǒng)的反應(yīng)離子束刻蝕機(jī)中利用六氟化硫氣體刻蝕，氣體流速優(yōu)選為35sccm-40sccm，包括端點值;壓強(qiáng)優(yōu)選為3.0Pa-4.0Pa，包括端點值;刻蝕功率優(yōu)選為200W，刻蝕時間優(yōu)選為4分鐘-6分鐘，從而在整個硅基上形成規(guī)則的納米錐狀微結(jié)構(gòu)。
[0086]需要說明的是，以上刻蝕條件均為本實施例中的優(yōu)選方案，在此優(yōu)選條件下，能夠得到較好的刻蝕效果。
[0087]本實施例中所述硅片上的硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)的尺寸與聚苯乙烯微球的尺寸相關(guān)，同時也與刻蝕過程中的刻蝕時間有關(guān)。本實施例中可以通過使用不同尺寸半徑的聚苯乙烯微球和反應(yīng)離子束刻蝕的時間來調(diào)控納米錐狀微結(jié)構(gòu)的底面直徑和高度，從而制作出理想的納米錐微結(jié)構(gòu)，本實施例中不限定所述聚苯乙烯微球的半徑以及反映離子束刻蝕的時間，實際操作過程中，可以依據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定。
[0088]如圖3所示，為本實施例提供的經(jīng)過刻蝕工藝后的硅片示意圖，經(jīng)過刻蝕工藝后，硅片為硅基片22表面帶有硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)21的硅片，此時，聚苯乙烯微球I也被刻蝕了一部分，但還有部分殘留，為去除殘留的聚苯乙烯微球I，進(jìn)入步驟S106。
[0089]步驟S106:對經(jīng)過刻蝕后的硅片進(jìn)行去球清洗，以去除刻蝕后殘留的微球。
[0090]對經(jīng)過刻蝕后的硅片進(jìn)行去球清洗，將經(jīng)過刻蝕后的硅片放置在甲苯溶液中清洗10分鐘-20分鐘，包括端點值；以去除刻蝕后殘留在硅片表面的聚苯乙烯微球。如圖4所示，為去除微球后的硅片示意圖。
[0091]步驟S107:對所述硅片的刻蝕表面進(jìn)行鍍膜，以形成表面帶有金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)的硅基材料。
[0092]本實施例中采用電子束蒸發(fā)工藝或磁控濺射工藝將金屬鍍在所述硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)表面，以形成金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)。
[0093]具體的，將刻蝕完畢的硅片置于鍍膜機(jī)的真空室中，當(dāng)真空室的壓強(qiáng)低于8X 10—4Pa后沉積金屬形成薄膜，本實施例中優(yōu)選地，該薄膜的制備工藝為磁控共濺射工藝。需要說明的是，所述金屬可以是金、銀、鋁等；由于金的化學(xué)特性比較穩(wěn)定，在后續(xù)半導(dǎo)體器件的制作過程中不容易被氧化，因此，本實施例中優(yōu)選的，所述金屬為金(Au)，純度高于99.99%，薄膜厚度優(yōu)選為20nm-30nm。如圖5所示，為采用經(jīng)過所述微結(jié)構(gòu)娃基材料制作方法得到的微結(jié)構(gòu)硅基材料在硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)21表面鍍金屬膜3，金屬膜3與硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)21組合為金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)。
[0094]本發(fā)明提供的微結(jié)構(gòu)硅基材料制作方法，包括提供硅片及微球溶液;將所述微球溶液采用自組裝方式制作為微球模板;將所述微球模板轉(zhuǎn)移至所述硅片表面，進(jìn)行退火熱處理；以所述微球薄膜為掩膜，并采用反應(yīng)離子束刻蝕工藝刻蝕所述硅片，再清洗后鍍膜，形成金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的微結(jié)構(gòu)硅基材料制作方法中，首先，采用自組裝方式得到微球模板作為掩膜，相對于現(xiàn)有技術(shù)中采用專門制作掩膜的工藝制作得到的掩膜而言，本發(fā)明提供的掩膜制作方法簡單，且成本較低;其次，本發(fā)明提供的微結(jié)構(gòu)硅基材料制作方法中采用相對廉價的反應(yīng)離子束刻蝕工藝對硅片進(jìn)行刻蝕，相對于現(xiàn)有技術(shù)中的聚焦離子束刻蝕工藝、電子束曝光和激光直寫等微納加工方法，工藝簡單，且成本也較低。
[0095]另外，由于現(xiàn)有技術(shù)中電子束曝光和聚焦離子束刻蝕制作掩膜的尺寸受加工工藝限制，面積較小，不適宜制作較大尺寸的硅片；而本發(fā)明中采用微球自組裝方式來制作掩膜，其面積可以做到較大，因此，本發(fā)明提供的方法可以適用于大尺寸硅片和半導(dǎo)體器件的制作。
[0096]采用微球作為掩膜制作得到硅片表面的金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)，得到的金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)對稱性較好，能夠吸收更多的近紅外光，降低入射光角和偏振對近紅外光吸收的影響，使具有金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件在大角度和不同偏振光入射時依然保持較高的吸收和光電響應(yīng)，進(jìn)而使得采用該微結(jié)構(gòu)硅基材料制作而成的半導(dǎo)體器件的光電響應(yīng)效率較高。
[0097]本發(fā)明還提供一種微結(jié)構(gòu)硅基材料，所述微結(jié)構(gòu)硅基材料采用上面實施例中提供的微結(jié)構(gòu)硅基材料制作方法形成，如圖5所示，所述微結(jié)構(gòu)硅基材料包括:硅基片22;位于所述硅基片22表面，且凸出于所述硅基片22表面，呈周期排列的硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)21;以及位于所述硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)21表面的金屬膜3。
[0098]本發(fā)明同時還提供一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件的硅基材料為上面所述的微結(jié)構(gòu)娃基材料。
[0099]由于采用的微結(jié)構(gòu)硅基材料制作方法的加工工藝的步驟簡單、成本較低，可以簡化微結(jié)構(gòu)硅基材料和半導(dǎo)體器件的加工步驟，且降低微結(jié)構(gòu)硅基材料和半導(dǎo)體器件的制作成本。
[0100]且采用微球自組裝方式來制作掩膜，其面積可以做到較大，因此，本發(fā)明提供的方法可以適用于大尺寸硅片和半導(dǎo)體器件的制作。采用微球作為掩膜制作得到硅片表面的金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)，得到的金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)對稱性較好，能夠吸收更多的近紅外光，降低入射光角和偏振對近紅外光吸收的影響，使具有金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件在大角度和不同偏振光入射時依然保持較高的吸收和光電響應(yīng)，進(jìn)而使得采用該硅片制作而成的半導(dǎo)體器件的光電響應(yīng)效率較高。
[0101]需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
[0102]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種微結(jié)構(gòu)硅基材料的制作方法，其特征在于，包括: 提供硅片以及微球溶液； 清洗所述娃片； 將所述微球溶液采用自組裝方式制作形成單層有序排列的微球模板； 將所述微球模板轉(zhuǎn)移至所述硅片表面，并對所述硅片進(jìn)行退火熱處理； 以所述微球模板中的微球為掩膜，利用反應(yīng)離子束刻蝕工藝刻蝕所述硅片，以在所述娃片表面形成娃基納米錐狀微結(jié)構(gòu)； 對經(jīng)過刻蝕后的硅片進(jìn)行去球清洗，以去除刻蝕后殘留的微球； 對所述硅片的刻蝕表面進(jìn)行鍍膜，以形成表面帶有金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)的硅基材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微結(jié)構(gòu)娃基材料的制作方法，其特征在于，所述娃片為η型娃片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微結(jié)構(gòu)硅基材料的制作方法，其特征在于，所述微球溶液為聚苯乙烯微球溶液。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微結(jié)構(gòu)硅基材料的制作方法，其特征在于，所述提供硅片以及微球溶液中提供微球溶液的具體步驟為: 提供第一培養(yǎng)皿； 清洗并風(fēng)干所述第一培養(yǎng)皿； 取濃度為7.5 %的聚苯乙烯微球原溶液加入到所述第一培養(yǎng)皿中； 往所述第一培養(yǎng)皿中加入乙醇，所述乙醇的體積為所述聚苯乙烯微球原溶液體積的兩倍； 將所述第一培養(yǎng)皿放入超聲儀中超聲處理，使聚苯乙烯微球與乙醇混合均勻。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微結(jié)構(gòu)硅基材料的制作方法，其特征在于，所述將所述微球溶液采用自組裝方式制作形成單層有序排列的微球模板具體為: 提供第二培養(yǎng)皿； 清洗并風(fēng)干所述第二培養(yǎng)皿； 向所述第二培養(yǎng)皿里注入蒸餾水； 再注入環(huán)己烷，所述環(huán)己烷浮在所述蒸餾水的表面； 將所述聚苯乙烯微球溶液滴在所述環(huán)己烷的表面，形成單層有序排列的聚苯乙烯微球。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微結(jié)構(gòu)硅基材料的制作方法，其特征在于，在所述將所述微球模板轉(zhuǎn)移至所述硅片表面，進(jìn)行退火熱處理步驟之前還包括: 向所述第二培養(yǎng)皿中添加表面活性劑，使所述聚苯乙烯微球排列緊密。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微結(jié)構(gòu)硅基材料的制作方法，其特征在于，所述對經(jīng)過刻蝕后的硅片進(jìn)行去球清洗，以去除刻蝕后殘留的微球具體為: 將經(jīng)過刻蝕后的硅片放置在甲苯溶液中清洗，以去除殘留的聚苯乙烯微球。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微結(jié)構(gòu)硅基材料的制作方法，其特征在于，所述清洗所述硅片的具體步驟為: 將所述硅片放入雙氧水中浸泡； 取出所述硅片，再放入氨水中浸泡； 取出所述硅片，并用蒸餾水清洗所述硅片。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微結(jié)構(gòu)硅基材料的制作方法，其特征在于，所述對所述硅片的刻蝕表面進(jìn)行鍍膜，以形成表面帶有金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)的硅基材料的具體步驟為: 采用電子束蒸發(fā)工藝或磁控濺射工藝將金屬鍍在所述硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)表面，以形成表面帶有金屬納米錐狀微結(jié)構(gòu)的硅基材料。10.—種微結(jié)構(gòu)娃基材料，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)娃基材料采用權(quán)利要求1-9任意一項所述的方法制作而成，所述微結(jié)構(gòu)娃基材料包括: 娃基片; 位于所述硅基片表面，且凸出于所述硅基片表面，呈周期排列的硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)； 以及位于所述硅基納米錐狀微結(jié)構(gòu)表面的金屬膜。11.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件的硅基材料為權(quán)利要求10所述的微結(jié)構(gòu)娃基材料。
【文檔編號】H01L27/146GK106082112SQ201610473087
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】楊海貴, 李強(qiáng), 高勁松, 劉小翼, 王延超, 李資政, 王笑夷
【申請人】中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所