在硅基体上刻蚀孔洞的方法、含孔洞硅基体和半导体器件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种在硅基体上刻蚀孔洞的方法，包括以下步骤：在硅基体上镀上一层银膜；将镀有银膜的硅基体进行退火处理得到具有银颗粒表面的硅基体；将具有银颗粒表面的硅基体进行金属辅助化学刻蚀；利用硝酸溶液去除银颗粒。还提供含孔洞的硅基体以及基于该硅基体的半导体器件。制备的微纳孔洞结构可以在硅发光器件，太阳能电池，传感器等领域得到诸多应用，能够具有优异的电学性能和机械性能。
【专利说明】
在硅基体上刻蚀孔洞的方法、含孔洞硅基体和半导体器件
技术领域
[0001]本发明涉及微纳加工领域，特别涉及一种在硅基体上制备孔洞的方法，以及依据该方法制备的含孔洞硅基体，以及具有该含空洞硅基体的半导体器件，如硅发光器件、太阳能电池或者传感器。
【背景技术】
[0002]硅作为一种常见的半导体材料具有优异的电学性能和机械性能，已经被广泛应用到微电子和光电子领域。要实现对硅材料的具体应用，需要通过技术手段制备出各种形貌的微纳结构。在硅材料中制备微纳孔洞结构可以在硅发光器件，太阳能电池，传感器等领域得到诸多应用。传统的制备硅纳米孔洞的方法有很多，如电化学阳极腐蚀法，激光烧蚀法，光刻等。但这些方法通常工艺复杂，成本高昂，条件要求苛刻。
[0003]近几年来，一种被称为金属辅助化学刻蚀的方法受到人们的重视，这种方法利用硅原子与银离子的氧化还原反应来实现对硅材料的刻蚀。但目前这种方法主要被用来制备硅纳米线，这是由于这种方法中，硝酸银溶液中的银离子被还原成银以后会在硅表面形成互联网络，这种结构有利于硅纳米线的形成。由于利用这种直接还原的方法是很难形成很规则的银颗粒，所以现有技术中没有用其来制备孔洞结构。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在硅基体上刻蚀孔洞的方法、含孔洞硅基体和半导体器件
[0005]为达到上述目的，本发明提供一种在硅基体上刻蚀孔洞的方法，包括以下步骤:
[0006](I)在硅基体上镀上一层银膜；
[0007](2)将镀有银膜的硅基体进行退火处理得到具有银颗粒表面的硅基体；
[0008](3)将具有银颗粒表面的硅基体进行金属辅助化学刻蚀；
[0009](4)利用硝酸溶液去除银颗粒。
[0010]根据本发明的一具体实施方案，所述硅基体为(100)取向的单晶硅片。
[0011]根据本发明的一具体实施方案，所述银膜的镀覆采用的是无电化学沉积、磁控溅射、电子束蒸发或者热蒸发工艺;优选的，所述无电化学沉积使用的反应液为AgN03、HF和去离子水组成的混合液，其中AgNO3的浓度为0.0I?0.1mo I /L，HF浓度为I?I Omo I /L，沉积温度为30?80°C，沉积时间为5?60s。
[0012]根据本发明的一具体实施方案，所述银膜厚度为5?lOOnm。
[0013]根据本发明的一具体实施方案，所述退火处理的温度为400?800 °C，退火时间为10?10min，退火气氛为氮气或氩气。
[0014]根据本发明的一具体实施方案，通过步骤(2)所形成的银颗粒为单分散的，形状为球形，直径为1?I OOOnm ο
[0015]根据本发明的一具体实施方案，所述的金属辅助化学刻蚀的反应液为HF、H202和去离子水组成的混合溶液，其中HF的浓度为I?1moI/L，H2O2的浓度为0.1?ImoI/L，刻蚀温度为30?80°C，刻蚀时间为10?lOOmin。
[0016]优选的，所述的硝酸溶液浓度为I?16mol/L。
[0017]根据本发明的一具体实施方案，所述的纳米孔洞垂直于硅基体表面，孔洞直径为1 ?I OOOnm，深度为 I Onm?I OOym。
[0018]根据本发明的一方面，提供上述任意所述方法制备的含孔洞硅基体。
[0019]根据本发明的一方面，提供一种半导体器件，包括以上所述的含孔洞硅基体。
[0020]优选的，所述半导体器件为硅发光器件，太阳能电池或传感器。
[0021]通过上述技术方案，本发明的有益效果在于:
[0022](I)通过对银薄膜进行退火处理后，在表面张力的作用下，银薄膜会转化成颗粒状，由于利用物理方法所沉积的银薄膜具有较均匀的厚度，其形成的银颗粒往往成球形，尺寸也会比较均匀；
[0023](2)银颗粒的大小还与所沉积的银薄膜厚度有关，通过控制沉积厚度，可以获得不同尺寸的孔洞结构；
[0024](3)本发明的方法制备工艺简单，孔洞尺寸可以灵活控制；
[0025](4)制备的微纳孔洞结构可以在硅发光器件，太阳能电池，传感器等领域得到诸多应用，能够具有优异的电学性能和机械性能。
【附图说明】
[0026]图1为本发明一具体实施例的制造方法的工艺流程图；
[0027]图2为本发明一具体实施例所制备的银颗粒表面形貌；
[0028]图3为本发明一具体实施例所制备的硅孔洞表面形貌。
【具体实施方式】
[0029]根据本发明总体上的发明构思，提供一种利用银颗粒在硅基体上刻蚀孔洞的方法，其包括如下步骤:
[0030](I)在硅基体上镀上一层银膜；
[0031](2)将镀有银膜的硅基体进行退火处理得到具有银颗粒表面的硅基体；
[0032](3)将具有银颗粒表面的硅基体进行金属辅助化学刻蚀；
[0033](4)利用硝酸溶液去除银颗粒。
[0034]上述发明构思原理在于:通过对银薄膜进行高温处理后，在表面张力的作用下，银薄膜会转化成颗粒状。由于利用物理方法所沉积的银薄膜具有较均匀的厚度，其形成的银颗粒往往成球形，尺寸也会比较均匀。并且银颗粒的大小还与所沉积的银薄膜厚度有关，这就有利于我们通过控制沉积厚度来获得不同尺寸的孔洞结构。
[0035]上述技术方案中，所述硅基体优选的为(100)取向的单晶硅基体，可以是P型或N型，表面抛光。且硅基体预先经过清洗过程，在去离子水、丙酮和异丙醇溶液中分别超声I Omin。娃基体优选的可以为娃片材料。
[0036]上述技术方案中，所述银膜镀制采用的是无电化学沉积，磁控溅射、电子束蒸发或者热蒸发工艺。在蒸发过程中，利用工件台旋转使沉积的银膜厚度均匀，所形成的银膜只需覆盖硅基体的一个面。通过沉积速率和沉积时间来控制银膜厚度，最终形成的银膜厚度为5?I OOnm。经过蒸发沉积技术形成的银膜表面光滑，呈银白色镜面。
[0037]上述技术方案中，所述无电化学沉积工艺使用的反应液为AgN03、HF和去离子水组成的混合液，其中AgNO3的浓度为0.0I?0.1mo I /L，HF浓度为I?I Omo I /L，沉积温度为30?80 0C，沉积时间为5?60s。
[0038]上述技术方案中，所述退火处理温度为400?800 V，气氛为氮气或氩气。当温度上升到设定温度后将沉积好银膜的硅基体放入退火炉中，退火时间为10?lOOmin。退火完成后需要等退火炉完全冷却再将样品取出，以免银纳米颗粒接触空气被氧化。退火完成后的银薄膜由光滑的银白色变成浅黄色或者浅蓝色。
[0039]上述技术方案中，通过步骤(2)所形成的银颗粒为单分散的，相互之间没有形成互联结构，形状为球形，直径为10?lOOOnm，间距为10?2000nm。银颗粒的尺寸可以通过银膜的厚度来控制，其中银颗粒的直径随着银膜的厚度增加而增加。
[0040]上述技术方案中，所述的金属辅助化学刻蚀在聚四氟溶液中进行，所用的反应液为HF、H2O2和去离子水组成的混合溶液，其中HF的浓度为I?1moI/L，H2O2的浓度为0.1?lmol/L，刻蚀温度为20?80°C，刻蚀时间为10?lOOmin。刻蚀过程中，覆盖有银颗粒的一面朝上，刻蚀完以后表面呈黑色。
[0041 ]上述技术方案中，所述的去除银颗粒的硝酸溶液浓度为I?16mol/L。
[0042]上述技术方案中，所述的纳米孔洞呈圆形，孔洞方向垂直于硅基体表面，孔洞直径为 1 ?I OOOnm，深度为 I Onm?I OOym。
[0043]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
[0044]参见图1，图2和图3，图1是本发明一具体实施例的工艺流程图，图2是本发明一具体实施例所制备的银颗粒表面形貌，图3是本发明一具体实施例所制备的硅孔洞表面形貌。如图1所示，本发明的具体实施例中硅孔洞结构的制备工艺包括以下步骤:
[0045]步骤1:清洗单晶硅片。所用硅片为(100)晶向，其厚度为200?600μπι，Ν型或P型，电阻率为0.1?10 Ω.Cm。用砂轮切片机将硅片切割成IcmX Icm大小的小片，将其置于石英架或者聚四氟架上。在烧杯中加入丙酮，将放有硅片的架子放入烧杯，超声10分钟。超声完后取出，用氮气吹干，再放回架子上。在烧杯中计入98%的硫酸和30%的过氧化氢混合溶液，其体积比为7: 3ο将架子放入烧杯中，水浴加热到800C，浸泡30分钟后停止加热。等溶液冷却至室温后，将硅片取出用去离子水冲洗干净。将硅片放入15%的HF溶液中浸泡10分钟以去除表面氧化层，用去离子水冲洗干净后再用无水乙醇超声10分钟。最后把硅片放入无水乙醇溶液中保存备用。
[0046]步骤2:利用无电化学沉积，磁控溅射、电子束蒸发或者热蒸发工艺的方法在硅片镀上一层银膜。无电化学沉积过程所使用的反应液为AgN03、HF和去离子水组成的混合液，其中AgNO3的浓度为0.0I?0.1mo 1/L，HF浓度为I?1mo I /L。将配置好的反应溶液放入聚四氟烧杯中，将硅片平放在烧杯底部。沉积所用温度为10?80°C，沉积时间为5?60s。磁控溅射、电子束蒸发或者热蒸发等真空沉积工艺过程所使用的原材料为Ag块体，沉积速率为
0.01?lnm/s。制备过程中，利用工件台旋转使沉积的银膜厚度均匀，所形成的银膜只需覆盖硅片的一个面。通过沉积速率和沉积时间来控制银膜厚度，最终形成的银膜厚度为10?lOOnm。经过真空沉积技术形成的银膜表面光滑，呈银白色镜面。
[0047]步骤3:将镀有银膜的片进行退火处理得到银颗粒。退火处理温度为400?800°C，气氛为氮气或氩气。当温度上升到设定温度后将沉积好银膜的硅片放入退火炉中，退火时间为10?lOOmin。退火完成后需要等退火炉完全冷却再将样品取出，以免银纳米颗粒接触空气被氧化。退火完成后的银薄膜由光滑的银白色变成浅黄色或者浅蓝色。如图2所示，所形成的银颗粒为单分散的，相互之间没有形成互联结构，形状为球形，直径为10?lOOOnm，间距为10?2000nm。银颗粒的尺寸可以通过银膜的厚度来控制，其中银颗粒的直径随着银膜的厚度增加而增加。
[0048]步骤4:将退火后的硅片放入HF、H202和去离子水组成的混合溶液中进行金属辅助化学刻蚀。金属辅助化学刻蚀在聚四氟溶液中进行，所用的反应液为hf、h202和去离子水组成的混合溶液，其中HF的浓度为I?1moI/L，H2O2的浓度为0.1?ImoI/L，刻蚀温度为20?80°C，刻蚀时间为10?lOOmin。刻蚀过程中，覆盖有银颗粒的一面朝上，刻蚀完以后表面呈黑色。
[0049]步骤5:将刻蚀完的硅片浸泡到硝酸溶液中以去除银颗粒。硝酸溶液浓度为I?16mol/L，腐蚀时间在5?30min。然后对片子进行清洗，清洗过程为在去离子水，丙酮和异丙醇溶液中分别超声lOmin。如图3所示，最终所得的纳米孔洞呈圆形，孔洞方向垂直于硅片表面，孔洞直径为1?I OOOnm，深度为I Onm?I OOym。
[0050]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】
1.一种在硅基体上刻蚀孔洞的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)在硅基体上镀上一层银膜； (2)将镀有银膜的硅基体进行退火处理得到具有银颗粒表面的硅基体； (3)将具有银颗粒表面的硅基体进行金属辅助化学刻蚀； (4)利用硝酸溶液去除银颗粒。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅基体为(100)取向的单晶硅片。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述银膜的镀覆采用的是无电化学沉积、磁控溅射、电子束蒸发或者热蒸发工艺;优选的，所述无电化学沉积使用的反应液为AgN03、HF和去离子水组成的混合液，其中AgNO3的浓度为0.01?0.111101/1，册浓度为1?1011101/1，沉积温度为30?80 0C，沉积时间为5?60s。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述银膜厚度为5?lOOnm。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火处理的温度为400?800°C，退火时间为10?10min，退火气氛为氮气或氩气。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过步骤(2)所形成的银颗粒为单分散的，形状为球形，直径为10?100nm07.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属辅助化学刻蚀的反应液为HF、H2O2和去离子水组成的混合溶液，其中HF的浓度为I?1moVUH2O2的浓度为0.1?lmol/L，刻蚀温度为30?800C，刻蚀时间为10?10min;优选的，所述的硝酸溶液浓度为I?16mol/L08.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的纳米孔洞垂直于硅基体表面，孔洞直径为1?I OOOnm，深度为I Onm?I OOym。9.依据权利要求1-8任意一项所述方法制备的含孔洞硅基体。10.—种半导体器件，包括权利要求9所述的含孔洞硅基体，优选的，所述半导体器件为硅发光器件，太阳能电池或传感器。
【文档编号】B81C1/00GK105967139SQ201610317925
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】刘孔, 曲胜春, 王智杰, 卢树弟, 岳世忠, 任宽宽
【申请人】中国科学院半导体研究所
【专利摘要】本发明公开了一种在硅基体上刻蚀孔洞的方法，包括以下步骤：在硅基体上镀上一层银膜；将镀有银膜的硅基体进行退火处理得到具有银颗粒表面的硅基体；将具有银颗粒表面的硅基体进行金属辅助化学刻蚀；利用硝酸溶液去除银颗粒。还提供含孔洞的硅基体以及基于该硅基体的半导体器件。制备的微纳孔洞结构可以在硅发光器件，太阳能电池，传感器等领域得到诸多应用，能够具有优异的电学性能和机械性能。
【专利说明】
在硅基体上刻蚀孔洞的方法、含孔洞硅基体和半导体器件
技术领域
[0001]本发明涉及微纳加工领域，特别涉及一种在硅基体上制备孔洞的方法，以及依据该方法制备的含孔洞硅基体，以及具有该含空洞硅基体的半导体器件，如硅发光器件、太阳能电池或者传感器。
【背景技术】
[0002]硅作为一种常见的半导体材料具有优异的电学性能和机械性能，已经被广泛应用到微电子和光电子领域。要实现对硅材料的具体应用，需要通过技术手段制备出各种形貌的微纳结构。在硅材料中制备微纳孔洞结构可以在硅发光器件，太阳能电池，传感器等领域得到诸多应用。传统的制备硅纳米孔洞的方法有很多，如电化学阳极腐蚀法，激光烧蚀法，光刻等。但这些方法通常工艺复杂，成本高昂，条件要求苛刻。
[0003]近几年来，一种被称为金属辅助化学刻蚀的方法受到人们的重视，这种方法利用硅原子与银离子的氧化还原反应来实现对硅材料的刻蚀。但目前这种方法主要被用来制备硅纳米线，这是由于这种方法中，硝酸银溶液中的银离子被还原成银以后会在硅表面形成互联网络，这种结构有利于硅纳米线的形成。由于利用这种直接还原的方法是很难形成很规则的银颗粒，所以现有技术中没有用其来制备孔洞结构。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在硅基体上刻蚀孔洞的方法、含孔洞硅基体和半导体器件
[0005]为达到上述目的，本发明提供一种在硅基体上刻蚀孔洞的方法，包括以下步骤:
[0006](I)在硅基体上镀上一层银膜；
[0007](2)将镀有银膜的硅基体进行退火处理得到具有银颗粒表面的硅基体；
[0008](3)将具有银颗粒表面的硅基体进行金属辅助化学刻蚀；
[0009](4)利用硝酸溶液去除银颗粒。
[0010]根据本发明的一具体实施方案，所述硅基体为(100)取向的单晶硅片。
[0011]根据本发明的一具体实施方案，所述银膜的镀覆采用的是无电化学沉积、磁控溅射、电子束蒸发或者热蒸发工艺;优选的，所述无电化学沉积使用的反应液为AgN03、HF和去离子水组成的混合液，其中AgNO3的浓度为0.0I?0.1mo I /L，HF浓度为I?I Omo I /L，沉积温度为30?80°C，沉积时间为5?60s。
[0012]根据本发明的一具体实施方案，所述银膜厚度为5?lOOnm。
[0013]根据本发明的一具体实施方案，所述退火处理的温度为400?800 °C，退火时间为10?10min，退火气氛为氮气或氩气。
[0014]根据本发明的一具体实施方案，通过步骤(2)所形成的银颗粒为单分散的，形状为球形，直径为1?I OOOnm ο
[0015]根据本发明的一具体实施方案，所述的金属辅助化学刻蚀的反应液为HF、H202和去离子水组成的混合溶液，其中HF的浓度为I?1moI/L，H2O2的浓度为0.1?ImoI/L，刻蚀温度为30?80°C，刻蚀时间为10?lOOmin。
[0016]优选的，所述的硝酸溶液浓度为I?16mol/L。
[0017]根据本发明的一具体实施方案，所述的纳米孔洞垂直于硅基体表面，孔洞直径为1 ?I OOOnm，深度为 I Onm?I OOym。
[0018]根据本发明的一方面，提供上述任意所述方法制备的含孔洞硅基体。
[0019]根据本发明的一方面，提供一种半导体器件，包括以上所述的含孔洞硅基体。
[0020]优选的，所述半导体器件为硅发光器件，太阳能电池或传感器。
[0021]通过上述技术方案，本发明的有益效果在于:
[0022](I)通过对银薄膜进行退火处理后，在表面张力的作用下，银薄膜会转化成颗粒状，由于利用物理方法所沉积的银薄膜具有较均匀的厚度，其形成的银颗粒往往成球形，尺寸也会比较均匀；
[0023](2)银颗粒的大小还与所沉积的银薄膜厚度有关，通过控制沉积厚度，可以获得不同尺寸的孔洞结构；
[0024](3)本发明的方法制备工艺简单，孔洞尺寸可以灵活控制；
[0025](4)制备的微纳孔洞结构可以在硅发光器件，太阳能电池，传感器等领域得到诸多应用，能够具有优异的电学性能和机械性能。
【附图说明】
[0026]图1为本发明一具体实施例的制造方法的工艺流程图；
[0027]图2为本发明一具体实施例所制备的银颗粒表面形貌；
[0028]图3为本发明一具体实施例所制备的硅孔洞表面形貌。
【具体实施方式】
[0029]根据本发明总体上的发明构思，提供一种利用银颗粒在硅基体上刻蚀孔洞的方法，其包括如下步骤:
[0030](I)在硅基体上镀上一层银膜；
[0031](2)将镀有银膜的硅基体进行退火处理得到具有银颗粒表面的硅基体；
[0032](3)将具有银颗粒表面的硅基体进行金属辅助化学刻蚀；
[0033](4)利用硝酸溶液去除银颗粒。
[0034]上述发明构思原理在于:通过对银薄膜进行高温处理后，在表面张力的作用下，银薄膜会转化成颗粒状。由于利用物理方法所沉积的银薄膜具有较均匀的厚度，其形成的银颗粒往往成球形，尺寸也会比较均匀。并且银颗粒的大小还与所沉积的银薄膜厚度有关，这就有利于我们通过控制沉积厚度来获得不同尺寸的孔洞结构。
[0035]上述技术方案中，所述硅基体优选的为(100)取向的单晶硅基体，可以是P型或N型，表面抛光。且硅基体预先经过清洗过程，在去离子水、丙酮和异丙醇溶液中分别超声I Omin。娃基体优选的可以为娃片材料。
[0036]上述技术方案中，所述银膜镀制采用的是无电化学沉积，磁控溅射、电子束蒸发或者热蒸发工艺。在蒸发过程中，利用工件台旋转使沉积的银膜厚度均匀，所形成的银膜只需覆盖硅基体的一个面。通过沉积速率和沉积时间来控制银膜厚度，最终形成的银膜厚度为5?I OOnm。经过蒸发沉积技术形成的银膜表面光滑，呈银白色镜面。
[0037]上述技术方案中，所述无电化学沉积工艺使用的反应液为AgN03、HF和去离子水组成的混合液，其中AgNO3的浓度为0.0I?0.1mo I /L，HF浓度为I?I Omo I /L，沉积温度为30?80 0C，沉积时间为5?60s。
[0038]上述技术方案中，所述退火处理温度为400?800 V，气氛为氮气或氩气。当温度上升到设定温度后将沉积好银膜的硅基体放入退火炉中，退火时间为10?lOOmin。退火完成后需要等退火炉完全冷却再将样品取出，以免银纳米颗粒接触空气被氧化。退火完成后的银薄膜由光滑的银白色变成浅黄色或者浅蓝色。
[0039]上述技术方案中，通过步骤(2)所形成的银颗粒为单分散的，相互之间没有形成互联结构，形状为球形，直径为10?lOOOnm，间距为10?2000nm。银颗粒的尺寸可以通过银膜的厚度来控制，其中银颗粒的直径随着银膜的厚度增加而增加。
[0040]上述技术方案中，所述的金属辅助化学刻蚀在聚四氟溶液中进行，所用的反应液为HF、H2O2和去离子水组成的混合溶液，其中HF的浓度为I?1moI/L，H2O2的浓度为0.1?lmol/L，刻蚀温度为20?80°C，刻蚀时间为10?lOOmin。刻蚀过程中，覆盖有银颗粒的一面朝上，刻蚀完以后表面呈黑色。
[0041 ]上述技术方案中，所述的去除银颗粒的硝酸溶液浓度为I?16mol/L。
[0042]上述技术方案中，所述的纳米孔洞呈圆形，孔洞方向垂直于硅基体表面，孔洞直径为 1 ?I OOOnm，深度为 I Onm?I OOym。
[0043]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
[0044]参见图1，图2和图3，图1是本发明一具体实施例的工艺流程图，图2是本发明一具体实施例所制备的银颗粒表面形貌，图3是本发明一具体实施例所制备的硅孔洞表面形貌。如图1所示，本发明的具体实施例中硅孔洞结构的制备工艺包括以下步骤:
[0045]步骤1:清洗单晶硅片。所用硅片为(100)晶向，其厚度为200?600μπι，Ν型或P型，电阻率为0.1?10 Ω.Cm。用砂轮切片机将硅片切割成IcmX Icm大小的小片，将其置于石英架或者聚四氟架上。在烧杯中加入丙酮，将放有硅片的架子放入烧杯，超声10分钟。超声完后取出，用氮气吹干，再放回架子上。在烧杯中计入98%的硫酸和30%的过氧化氢混合溶液，其体积比为7: 3ο将架子放入烧杯中，水浴加热到800C，浸泡30分钟后停止加热。等溶液冷却至室温后，将硅片取出用去离子水冲洗干净。将硅片放入15%的HF溶液中浸泡10分钟以去除表面氧化层，用去离子水冲洗干净后再用无水乙醇超声10分钟。最后把硅片放入无水乙醇溶液中保存备用。
[0046]步骤2:利用无电化学沉积，磁控溅射、电子束蒸发或者热蒸发工艺的方法在硅片镀上一层银膜。无电化学沉积过程所使用的反应液为AgN03、HF和去离子水组成的混合液，其中AgNO3的浓度为0.0I?0.1mo 1/L，HF浓度为I?1mo I /L。将配置好的反应溶液放入聚四氟烧杯中，将硅片平放在烧杯底部。沉积所用温度为10?80°C，沉积时间为5?60s。磁控溅射、电子束蒸发或者热蒸发等真空沉积工艺过程所使用的原材料为Ag块体，沉积速率为
0.01?lnm/s。制备过程中，利用工件台旋转使沉积的银膜厚度均匀，所形成的银膜只需覆盖硅片的一个面。通过沉积速率和沉积时间来控制银膜厚度，最终形成的银膜厚度为10?lOOnm。经过真空沉积技术形成的银膜表面光滑，呈银白色镜面。
[0047]步骤3:将镀有银膜的片进行退火处理得到银颗粒。退火处理温度为400?800°C，气氛为氮气或氩气。当温度上升到设定温度后将沉积好银膜的硅片放入退火炉中，退火时间为10?lOOmin。退火完成后需要等退火炉完全冷却再将样品取出，以免银纳米颗粒接触空气被氧化。退火完成后的银薄膜由光滑的银白色变成浅黄色或者浅蓝色。如图2所示，所形成的银颗粒为单分散的，相互之间没有形成互联结构，形状为球形，直径为10?lOOOnm，间距为10?2000nm。银颗粒的尺寸可以通过银膜的厚度来控制，其中银颗粒的直径随着银膜的厚度增加而增加。
[0048]步骤4:将退火后的硅片放入HF、H202和去离子水组成的混合溶液中进行金属辅助化学刻蚀。金属辅助化学刻蚀在聚四氟溶液中进行，所用的反应液为hf、h202和去离子水组成的混合溶液，其中HF的浓度为I?1moI/L，H2O2的浓度为0.1?ImoI/L，刻蚀温度为20?80°C，刻蚀时间为10?lOOmin。刻蚀过程中，覆盖有银颗粒的一面朝上，刻蚀完以后表面呈黑色。
[0049]步骤5:将刻蚀完的硅片浸泡到硝酸溶液中以去除银颗粒。硝酸溶液浓度为I?16mol/L，腐蚀时间在5?30min。然后对片子进行清洗，清洗过程为在去离子水，丙酮和异丙醇溶液中分别超声lOmin。如图3所示，最终所得的纳米孔洞呈圆形，孔洞方向垂直于硅片表面，孔洞直径为1?I OOOnm，深度为I Onm?I OOym。
[0050]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】
1.一种在硅基体上刻蚀孔洞的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)在硅基体上镀上一层银膜； (2)将镀有银膜的硅基体进行退火处理得到具有银颗粒表面的硅基体； (3)将具有银颗粒表面的硅基体进行金属辅助化学刻蚀； (4)利用硝酸溶液去除银颗粒。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅基体为(100)取向的单晶硅片。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述银膜的镀覆采用的是无电化学沉积、磁控溅射、电子束蒸发或者热蒸发工艺;优选的，所述无电化学沉积使用的反应液为AgN03、HF和去离子水组成的混合液，其中AgNO3的浓度为0.01?0.111101/1，册浓度为1?1011101/1，沉积温度为30?80 0C，沉积时间为5?60s。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述银膜厚度为5?lOOnm。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火处理的温度为400?800°C，退火时间为10?10min，退火气氛为氮气或氩气。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过步骤(2)所形成的银颗粒为单分散的，形状为球形，直径为10?100nm07.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属辅助化学刻蚀的反应液为HF、H2O2和去离子水组成的混合溶液，其中HF的浓度为I?1moVUH2O2的浓度为0.1?lmol/L，刻蚀温度为30?800C，刻蚀时间为10?10min;优选的，所述的硝酸溶液浓度为I?16mol/L08.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的纳米孔洞垂直于硅基体表面，孔洞直径为1?I OOOnm，深度为I Onm?I OOym。9.依据权利要求1-8任意一项所述方法制备的含孔洞硅基体。10.—种半导体器件，包括权利要求9所述的含孔洞硅基体，优选的，所述半导体器件为硅发光器件，太阳能电池或传感器。
【文档编号】B81C1/00GK105967139SQ201610317925
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】刘孔, 曲胜春, 王智杰, 卢树弟, 岳世忠, 任宽宽
【申请人】中国科学院半导体研究所
再多了解一些
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