[发明专利]基于无掩膜深反应离子刻蚀制备黑硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳米加工领域中，制备晶片级黑硅表面的方法，尤其涉及一种基于无掩膜深反应离子刻蚀制备黑硅的方法。

背景技术

目前，纳米结构加工已经广泛应用到微流体，生物工程，光学传感器件等领域。

在微纳米结构加工中，通常用于不同目的，在衬底例如硅晶片内形成大范围高密度均匀的纳米结构(nanotips和nanoporous)从而增加表面积体积比。通过刻蚀或者沉积生长以及多种工艺的结合形成纳米结构。例如采用纳米光刻技术在硅晶片衬底定义纳米掩膜然后采用干法刻蚀技术形成纳米柱(nanopillar)。通常，采用刻蚀方法形成纳米结构需要首先在硅晶片的表面定义纳米掩膜层。纳米掩膜层包括光刻胶。氧化物，氮化物以及金属/金属氧化物等。其中光刻胶被称为软掩膜，其它几种又被称为硬掩膜。无论软掩膜还是硬掩膜都是起到后续图形转移刻蚀工艺阻挡层的作用。采用沉积生长工艺制备纳米结构如碳纳米管生长等工艺。但是，采用掩模技术进行微纳米技术的加工，其缺点是，效率低，成本高。

标准的纳米光刻工艺如电子束光刻(Electron-BeamLithography，EBL)，聚焦离子束(Focused Ion beam，FIB)，干涉光刻(Interference Lithography，IL)被广泛采用制备纳米结构。光学光刻允许并行大批量加工并且能够获得小于100nm的特征尺寸，但是成本极高。直写技术如EBL和FIB只适用于小范围的纳米加工，并不能满足大范围如晶片(wafer)级的纳米加工。此外，一些非光学光刻技术如纳米球(nanosphere)图形转移工艺(NIL)也被用于纳米结构的制备。但是Nil这种基于化学合成的方法仍然存在加工效率低，加工质量(即形状控制和均匀性)很难控制，以及加工面积小(毫米级)等问题。另外，上述纳米加工的方法大多数只适用于平坦硅晶片表面而不适用于非平面微结构表面，这样就限制了他们与其他微加工工艺的集成。

并且，微纳混合结构的加工已引起广泛的重视。例如，众多二次结构的理论被提出用于超疏水表面和自清洁表面的研究。另一个例子是微型太阳传感器，通过在传感器微孔径表面增加纳米防反射层以减少反射从而提高传感器的灵敏度。

从以上的介绍可知，需要提供一种高效低成本且能够与微加工集成的纳米加工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无掩膜深反应离子刻蚀制备黑硅的方法，该制备黑硅的方法效率高、成本低，且能够与其他微加工工艺集成。

本发明公开了一种基于无掩膜深反应离子刻蚀制备黑硅的方法，包括如下步骤：初始化和等离子体稳定步骤，对所述制备黑硅的方法的所采用的设备进行初始化和等离子稳定，以使等离子体进行辉光放电；黑硅刻蚀步骤，控制所述深反应离子刻蚀制备黑硅的工艺参数，采用刻蚀与钝化的方式交替对硅片进行处理；其中，所述参数包括：等离子体气体流量、刻蚀平板功率、钝化平板功率、线圈功率和刻蚀、钝化周期、温度。

在上述制备黑硅的方法中，优选在所述黑硅刻蚀步骤中，采用刻蚀的方式对硅片进行处理时，刻蚀气体包括SF₆，且刻蚀时，流量为20sccm～45sccm；采用钝化的方式对硅片进行处理时，钝化气体包括C₄F₈，且钝化时，流量为30sccm～50sccm。

在上述制备黑硅的方法中，优选在所述黑硅刻蚀步骤中，采用刻蚀的方式对硅片进行处理时，刻蚀平板功率为8～10w。

在上述制备黑硅的方法中，优选在所述黑硅刻蚀步骤前，还包括有：粗糙处理步骤，对硅片采用等离子刻蚀或者非等离子刻蚀，以增加硅片表面的粗糙度。

在上述制备黑硅的方法中，优选在所述粗糙处理步骤中，所述等离子刻蚀采用的气体包括：SF₆、C₄F₈和Ar。

在上述制备黑硅的方法中，优选所述非等离子刻蚀包括湿法刻蚀，干法刻蚀，以及能够在硅表面产生微小凹凸结构的物理、化学及电化学方法的刻蚀。

在上述制备黑硅的方法中，优选在所述黑硅刻蚀步骤中，采用刻蚀的方式对硅片进行处理时，所述平板功率为8W。

在本发明中，直接对硅片表面进行等离子体处理，通过调节选取合适的刻蚀工艺参数，在无需任何纳米掩膜的条件下即可在硅片表面生成大范围、高密度的纳米结构，即“黑硅”表面。该方法还可以应用在已有的任意微结构表面并且不会破坏原有结构。并且，该制备黑硅的方法效率高、成本低，且能够与其他微加工工艺集成。

附图说明