黑硅制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體制備領域，特別是涉及一種黑硅制備方法。
【背景技術】
[0002] 黑硅（Black Silicon)是最新研究發現的一種能大幅度提高光電轉換效率的新型 電子材料。美國哈佛大學物理實驗室研究人員采用超短波、高強度激光脈沖掃描普通的硅 片，經過500次脈沖掃描后，用肉眼觀看硅晶片呈黑色，因此命名為"黑硅"。黑硅表面呈現 出超細的釘狀結構，并且比普通的CCD(Charge_coupled Device,電荷稱合元件）用娃片的 光電轉換性能有大幅度提高。典型的黑硅材料在顯微鏡下如圖1所示，其形貌呈現出一個 一個的釘狀物形貌，一般來說，釘狀物越細，高度越高，其吸光的性能越好。
[0003] 目前，制備黑硅的方法有激光脈沖掃描硅片、化學腐蝕和等離子體低溫處理三種。 其中，激光脈沖掃描硅片通常需要采用飛秒激光，脈寬大概在l〇〇fs左右，能量在l〇Kj/ m2左右，并且需要在SF6和Cl2氛圍，壓強為60kPa，掃描硅片500次以上，才能獲得直徑為 1 μ m，高度為40 μ m的黑硅；而飛秒激光器價格昂貴，將飛秒激光器固定在真空腔室中，并 通入SF6和Cl2的設備不適宜大規模生產，并且，制備過程耗時較長，需要對硅片進行500次 以上的照射才能得到黑硅樣品，激光的照射面積極小，如需要制備直徑為4寸大小的黑硅 材料，一般需要一天以上的制備時間，產率低下。
[0004] 采用化學腐蝕的方法制備黑硅材料，需要采用HF溶液、或HF和乙醇的混合溶液作 為電解質溶液，通電后制備黑硅材料，但是制備出的黑硅材料的針狀物的高度僅為1 μ m，性 質上達不到實際需求。
[0005] 采用等離子體低溫處理方法制備黑硅材料，一般采用SF6/02反應離子刻蝕硅片表 面形成黑硅，其機制為SF6產生F基團，與硅反應產生SiF4氣體進行刻蝕，同時，0基團與 SiF4形成鈍化物SiOxFy保護側壁，在刻蝕和鈍化過程中形成黑硅材料，但是該反應需要低 于-80°C的低溫環境，并且功率為1500W、偏壓為40V、壓強為10Pa左右，才能獲得針狀物高 度為10以內的黑硅材料，工藝條件較為苛刻，-80°C的低溫需要液氮進行冷卻，不適宜大規 模量產。
【發明內容】
[0006] 基于此，有必要針對現有的黑硅制備工藝的工藝條件較為苛刻，不適宜大規模量 產的問題，提供一種黑硅制備方法。
[0007] 為實現本發明目的提供的一種黑硅制備方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟S100,向工藝腔室中充入第一流量的沉積氣體，控制所述工藝腔室的壓強為 第一預設壓強，并在第一偏壓電極功率和第一沉積功率下在硅片表面沉積保護層第一預設 時間；
[0009] 步驟S200,向所述工藝腔室中充入第二流量的刻蝕氣體，控制所述工藝腔室的壓 強為第二預設壓強，并在第二偏壓電極功率和第一刻蝕功率下刻蝕所述硅片表面第二預設 時間；
[0010] 重復執行所述步驟S100和所述步驟S200,直至刻蝕深度為第一預設深度。
[0011] 其中，所述第一沉積功率和所述第一刻蝕功率均大于等于2000W且小于等于 25001
[0012] 其中，所述第一偏壓電極功率大于等于10W且小于等于20W。
[0013] 其中，所述第二偏壓電極功率大于等于35W且小于等于65W。
[0014] 其中，所述第一預設壓強和所述第二預設壓強均大于等于50mT且小于等于90mT。
[0015] 其中，所述第一流量與所述第二流量均大于等于lOOsccm且小于等于300sccm。
[0016] 其中，所述沉積氣體為C4Fs，所述亥lj蝕氣體為SF 6。
[0017] 其中，所述第一預設時間和所述第二預設時間均大于等于4s且小于等于10s。
[0018] 其中，所述步驟S100中，在所述第一偏壓電極功率和所述第一沉積功率下在所述 硅片表面沉積所述保護層所述第一預設時間時，沉積溫度為第一預設溫度；
[0019] 所述步驟S200中，在所述第二偏壓電極功率和所述第一刻蝕功率下刻蝕所述硅 片表面所述第二預設時間時，刻蝕溫度為第二預設溫度；
[0020] 其中，所述第一預設溫度和所述第二預設溫度均大于等于l〇°C且小于等于30°C。
[0021] 其中，包括如下步驟：
[0022] 步驟S100'，向所述工藝腔室中充入所述第一流量為20〇SCCm的沉積氣體C 4FS，控 制所述工藝腔室的壓強為70mT，并在所述第一偏壓電極功率為20W和所述第一沉積功率為 2500W下且所述沉積溫度為20°C時，在所述硅片表面沉積所述保護層6s ;
[0023] 步驟S200'，向所述工藝腔室中充入所述第二流量為200sccm的刻蝕氣體SF6,控 制所述工藝腔室的壓強為70mT，并在所述第二偏壓電極功率為50W和所述第一刻蝕功率為 2500W下且所述刻蝕溫度為20°C時，刻蝕所述硅片表面6s ;
[0024] 重復執行所述步驟S100'和所述步驟S200'，直至所述刻蝕深度為10 μ m。
[0025] 本發明提供的一種黑硅制備方法，首先向工藝腔室中充入第一流量的沉積氣體， 控制工藝腔室的壓強為第一預設壓強，并在第一偏壓電極功率和第一沉積功率下，在硅片 表面沉積一層保護層。然后，向工藝腔室中充入第二流量的刻蝕氣體，控制工藝腔室的壓強 為第二預設壓強，并在第二偏壓電極功率和第一刻蝕功率下刻蝕該硅片表面。其有效地解 決了現有的黑硅制備工藝的工藝條件較為苛刻，不適宜大規模量產的問題。
【附圖說明】
[0026] 圖1為黑硅材料的電子顯微鏡圖；
[0027] 圖2為黑硅制備方法一具體實施例流程圖；
[0028] 圖3為采用黑硅制備方法另一具體實施制備的黑硅材料的電子顯微鏡圖。
【具體實施方式】
[0029] 為使本發明技術方案更加清楚，以下結合附圖及具體實施例對本發明做進一步詳 細說明。
[0030] 參見圖2,作為一具體實施例的一種黑硅制備方法，包括如下步驟：
[0031] 步驟S100,向工藝腔室中充入第一流量的沉積氣體，控制工藝腔室的壓強為第一 預設壓強，并在第一偏壓電極功率和第一沉積功率下，在硅片表面沉積保護層第一預設時 間。
[0032] 步驟S200,向工藝腔室中充入第二流量的刻蝕氣體，控制工藝腔室的壓強為第二 預設壓強，并在第二偏壓電極功率和第一刻蝕功率下刻蝕硅片表面第二預設時間。
[0033] 重復執行步驟S100和步驟S200,直至刻蝕深度為第一預設深度。
[0034] 本發明提供的黑硅制備方法的一具體實施例，首先向工藝腔室中充入第一流量的 沉積氣體，控制工藝腔室的壓強為第一預設壓強，并在第一偏壓電極功率和第一沉積功率 下，在硅片表面沉積第一預設時間的保護層。然后，向工藝腔室中充入第二流量的刻蝕氣 體，控制工藝腔室的壓強為第二預設壓強，并在第二偏壓電極功率和第一刻蝕功率下刻蝕 該硅片表面。其相對于常規的深硅刻蝕工藝，通過在沉積保護層過程中增加第一偏壓電極 功率，進行硅片表面的保護層的沉積后，再進行硅片表面的刻蝕，有效地解決了現有的黑硅 制備工藝的工藝條件較為苛刻，不適宜大規模量產的問題。
[0035] 其中，第一預設深度由在硅片表面沉積保護層時的第一偏壓電極功率、第一沉積 功率和第一預設時間，以及刻蝕硅片表面時的第二偏壓電極功率、第一刻蝕功率和第二預 設時間等工藝參數決定，其可根據實際情況進行制備。
[0036] 需要說明的是，第一沉積功率和第一刻蝕功率相同或近似，即在硅片表面沉積 保護層時的第一沉積功率等同或接近于刻蝕硅片表面時的第一刻蝕功率，一般大于等于 2000W且小于等于2500W即可。
[0037] 其中，第一偏壓電極功率大于等于10W且小于等于20W。常規的深硅刻蝕工藝中的 沉積步驟一般不需要增加偏壓進行沉積。本發明提供的黑硅制備方法，通過在硅片表面沉 積保護層時，增加第一偏壓電極功率，可以增大硅片表面保護層的粗糙度，有利于后續刻蝕 步驟形成黑硅所需的釘狀物形貌。
[0038] -般，第一偏壓電極功率為大于等于10W且小于等于20W的較低的偏壓即可。
[0039] 作為本發明提供的黑硅制備方法的一種可實施方式，第二偏壓電極功率大于等于 35W且小于等于65W。也就是說，相對于常規的深硅刻蝕工藝中，刻蝕步驟增加10W - 20W的 較低的偏壓。本發明提供的黑硅制備方法中刻蝕步驟增加大于等于35W且小于等于65W的 較高的偏壓。刻蝕步驟選取較高的偏壓，可以適當減弱對于較厚的保護層的刻蝕效果，而較 薄的保護層刻蝕效果則較好，從而獲得黑硅所需的釘狀物形貌。。
[0040] 值得說明的是，第一預設壓強和第二預設壓強均大于等于50mT且小于等于90mT。 即不同于常規的深硅刻蝕工藝采