一種半導(dǎo)體表面微納米結(jié)構(gòu)的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米結(jié)構(gòu)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體表面微納米結(jié)構(gòu)的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬輔助化學(xué)刻蝕是一種在金屬/半導(dǎo)體界面形成原電池的濕法腐蝕過(guò)程。目前廣泛接受的金屬輔助刻蝕機(jī)理為:強(qiáng)氧化劑在貴金屬表面的催化還原，向半導(dǎo)體價(jià)帶注入空穴導(dǎo)致半導(dǎo)體發(fā)生腐蝕。通過(guò)控制半導(dǎo)體表面金屬結(jié)構(gòu)的圖案，金屬輔助化學(xué)刻蝕可以在半導(dǎo)體表面加工出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。目前已發(fā)展了許多基于模板的金屬輔助刻蝕方法，用于加工各種納米陣列結(jié)構(gòu)。金屬輔助刻蝕方法由于其低成本，高效率，高加工分辨率、可加工高深寬比結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，在硅納米線加工領(lǐng)域得到了廣泛研究。然而，目前的方法都是將具有特定結(jié)構(gòu)的金屬薄膜通過(guò)其他微加工手段轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體上，然后再利用金屬輔助刻蝕進(jìn)行加工。基于上述工藝的金屬輔助刻蝕方法存在以下缺點(diǎn):(I)在加工結(jié)束后這些下沉的金屬層都要被去除。因而這些通過(guò)復(fù)雜、昂貴的微/納加工手段得到的金屬結(jié)構(gòu)不能像納米壓印的母模板一樣，在加工過(guò)程中多次使用。(2)金屬層的去除需要用到H2O2, H2SO4等強(qiáng)刻蝕劑，很容易造成半導(dǎo)體表面刻蝕和損傷。(3)更為重要的是，基于平面工藝的圖案化金屬結(jié)構(gòu)一般都只能是簡(jiǎn)單的二維結(jié)構(gòu)，因而傳統(tǒng)金屬輔助刻蝕只能加工簡(jiǎn)單二維結(jié)構(gòu)。這就限制了其在加工連續(xù)曲面結(jié)構(gòu)和復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)(特別是多級(jí)結(jié)構(gòu))方面的運(yùn)用。目前，半導(dǎo)體表面復(fù)雜三維多級(jí)結(jié)構(gòu)只能夠通過(guò)多次掩模套刻的光刻技術(shù)或能量束(激光束、電子束、離子束)直寫(xiě)技術(shù)進(jìn)行加工。多次掩模套刻的光刻技術(shù)需要多次對(duì)準(zhǔn)套刻，因而其過(guò)程復(fù)雜，容錯(cuò)率低。能量束直寫(xiě)技術(shù)容易造成半導(dǎo)體表面或亞表面的損傷、摻雜和缺陷，破壞半導(dǎo)體器件性能。
[0003]納米壓印技術(shù)是一種模板成形的復(fù)制技術(shù)，壓印模板在加工過(guò)程中可以多次重復(fù)使用。同時(shí)納米壓印技術(shù)也能夠加工一些復(fù)雜三維多級(jí)結(jié)構(gòu)。但是納米壓印可加工的材料對(duì)象一般都限制在紫外或熱固化聚合物、功能材料凝膠或低維納米材料。在光伏、能源、傳感等領(lǐng)域廣泛運(yùn)用的具有光伏效應(yīng)和光電導(dǎo)效應(yīng)的半導(dǎo)體材料卻很難成為納米壓印技術(shù)的直接加工對(duì)象。納米壓印針對(duì)半導(dǎo)體的加工一般只能采用間接的加工方法:通過(guò)納米壓印在半導(dǎo)體表面制作光刻膠圖案，然后再利用干法或濕法刻蝕技術(shù)將光刻膠圖案轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體表面。上述間接的加工過(guò)程仍然屬于平面加工工藝，因而針對(duì)半導(dǎo)體材料的加工，納米壓印技術(shù)也難以加工復(fù)雜三維多級(jí)結(jié)構(gòu)。目前能夠在半導(dǎo)體表面直接壓印成形的納米壓印技術(shù)只有激光輔助直接納米壓印技術(shù)，該方法需要高功率的紅外激光加熱融化半導(dǎo)體表面，因而激光輔助直接納米壓印技術(shù)的設(shè)備昂貴且容易造成半導(dǎo)體表面損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種半導(dǎo)體表面微納米結(jié)構(gòu)的加工方法，以使金屬輔助刻蝕能夠以電化學(xué)納米壓印的工作模式進(jìn)行加工。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0006]—種半導(dǎo)體表面微納米結(jié)構(gòu)的加工方法，包括如下步驟:
[0007](I)在納米壓印模板的工作表面鍍上一層20?70nm厚度的金屬催化劑，形成壓印模板電極，該納米壓印模板的工作表面的微納米結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)三維直立結(jié)構(gòu)、多級(jí)臺(tái)階結(jié)構(gòu)和/或連續(xù)曲面結(jié)構(gòu)；
[0008](2)用該壓印模板電極在35?38°C的恒溫的金屬輔助刻蝕溶液中與待加工的半導(dǎo)體材料通過(guò)直接壓印的接觸方式形成肖特基結(jié)，金屬輔助刻蝕溶液中的氧化劑在金屬表面自發(fā)還原的同時(shí)，向上述半導(dǎo)體材料注入空穴，使之發(fā)生氧化分解，從而將壓印模板表面的微納米結(jié)構(gòu)直接批量復(fù)制到上述半導(dǎo)體材料的表面，上述直接壓印中壓印模板電極和上述半導(dǎo)體材料的接觸力始終保持I?10N。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟(I)為:在納米壓印模板的工作表面通過(guò)蒸鍍或磁控濺射的方式鍍上一層20?70nm厚度的金屬催化劑，形成壓印模板電極。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述直接壓印的接觸方式為一次壓印成型、多次套印或滾印。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述半導(dǎo)體材料為II1- V族和/或I1-VI族半導(dǎo)體材料。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體材料為硅、鍺、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、硫化鋅和/或石市化錦O
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述金屬催化劑為鉑、金、銀、銅或鎳。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述金屬輔助刻蝕溶液為0.04MKMn04+2MH2S04o
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1、本發(fā)明的加工方法將金屬輔助刻蝕的成形原理與納米壓印的工作模式相結(jié)合，可以使金屬輔助刻蝕能夠以電化學(xué)納米壓印的工作模式進(jìn)行加工，能夠在半導(dǎo)體表面直接高效、批量的復(fù)制準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)、多級(jí)臺(tái)階結(jié)構(gòu)和連續(xù)曲面結(jié)構(gòu)。
[0016]2、本發(fā)明的加工方法使得電化學(xué)納米壓印方法的壓印模板電極能夠多次重復(fù)使用。
[0017]說(shuō)明書(shū)附圖
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中使用凹正方形壓印模板電極在半導(dǎo)體GaAs上加工得到的凸正方形陣列(準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu))掃描電子顯微鏡圖及其輪廓圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中使用八相位衍射微透鏡壓印模板電極在半導(dǎo)體GaAs上加工得到的八級(jí)臺(tái)階結(jié)構(gòu)(多級(jí)臺(tái)階結(jié)構(gòu))激光共聚焦顯微鏡圖及其輪廓圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3中使用凸半球壓印模板電極在半導(dǎo)體GaAs上加工得到的凹半球陣列(連續(xù)曲面結(jié)構(gòu))激光共聚焦顯微鏡圖及其輪廓圖。
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例3中使用凸半球壓印模板電極在半導(dǎo)體GaAs上加工得到的大面積凹半球陣列。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下通過(guò)【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明和描述。
[0023]實(shí)施例1:凸正方形陣列結(jié)構(gòu)(準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu))的電化學(xué)納米壓印加工方法
[0024]本實(shí)施例所使用的加工裝置已為中國(guó)專(zhuān)利ZL03101271.X所公開(kāi)。本實(shí)施例在半導(dǎo)體GaAs上加工得到的凸正方形陣列結(jié)構(gòu)，包括如下步驟:
[0025](I)通過(guò)磁控濺射(射頻濺射:真空度1.5 X 10 3Pa,氬氣流量80sCCm，濺射功率90W,旋轉(zhuǎn)速度0.5轉(zhuǎn)/秒，濺射時(shí)間10?20min。)在光刻膠凹正方形陣列結(jié)構(gòu)上濺射20?70nm厚度的金屬輔助刻蝕的金屬催化劑(Pt)