[发明专利]一种用于黑硅制备的设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及微纳加工技术领域，尤其涉及一种用于黑硅制备的设备。

背景技术

黑硅是一种电子产业革命性的新型材料结构，与一般的硅材料结构相比，黑硅对光具有很强的吸收能力。其制备开始于1998年美国哈佛大学Eric Mazur教授的飞秒激光法实验。在实验中，Eric Mazur教授通过用超强和超短时间激光束(飞秒激光器)对硅片进行扫描，使硅片表面形成了一种森林状的纳米尺度的锥状表面。这种纳米森林的表面结构在几乎整个太阳光谱范围内具有超过90％的光吸收率，极大地拓展了硅基材料的光谱吸收范围，即这种新材料对太阳光具有几乎黑体吸收的效果，表面呈现黑色，故称之为“黑硅”。如果将黑硅应用于光学传感器或太阳能电池，那么感光效率会提高上百倍，太阳能电池的转换效率也可以显著提高。

然而，采用飞秒激光器来制备黑硅，工艺相当复杂，过程控制繁琐，设备成本极为昂贵，维护不便，不利于大规模的生产制造。其它黑硅制备工艺主要包括光刻胶微掩膜法、纳米球光刻法、电子束光刻法(EBL)、聚焦离子束法(FIB)和激光刻蚀法等。前两种工艺需要刻蚀掩膜，增加了工艺成本和复杂性，且在微米尺度结构表面制作掩膜依然是一大技术难题，更为重要的是利用它们在微米尺度结构上制作纳米尺度黑硅结构时，会刻蚀去除大量微米尺度结构，从而导致微米尺度结构失效，甚至消失。而后三种工艺虽然可以在微米尺度结构上刻蚀形成纳米尺度黑硅结构，但单次工艺作用范围小，只适用于小尺寸加工，并不能满足大尺寸如晶片级加工，而太阳能电池单元尺寸通常大于10cm×10cm，且更为重要的是利用它们在微米尺度结构上制作纳米尺度黑硅结构时，由于微米尺度结构表面的不平整和非均一性，很难在整个表面同时制备高深宽比高密度纳米尺度黑硅结构。

中国专利说明书CN 101734611B(授权公告日：2011年08月31日)提出了一种基于无掩模深反应离子刻蚀制备黑硅的方法。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，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。

然而在传统的等离子体加工设备中，一般工艺参数设置均为手动操作，很难精确控制；进气管公用，不同工作气体在进入反应室之前就已混合，尤其不适合需要交替进气的黑硅制备工艺；缺少有效的硅片冷却装置。因此，传统等离子体加工设备因为前述问题而无法恰当地处理工艺条件的变化，并且因此无法实现等离子体的高密度和均匀分布。特别是，随着近来晶片工艺线尺寸逐步增大，传统等离子体加工设备更加难以保持晶片范围内制备黑硅的均匀性。因此，开发适于大面积、高效率地制备黑硅的设备成为深入发展黑硅研究及应用的重要因素。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种用于黑硅制备的设备，该设备可在晶片范围内均匀地制备高密度、高深宽比的黑硅，且制备效率高、成本低，过程控制自动化、简单方便，便于与其他微加工工艺集成。

本发明的技术方案是：一种用于黑硅制备的设备，包括反应室100、气体流量控制装置110、压强调控装置140、冷却装置150、线圈功率源组件、平板功率源组件，所述线圈功率源组件包括线圈射频功率发生器120、线圈射频匹配器121、射频线圈122，所述平板功率源组件包括平板射频功率发生器130、平板射频匹配器131和平板电极132，其特性在于：所述反应室100上方设置石英盖101，所述反应室100下部安装有用于放置待加工硅片样品的支撑台102；所述气体流量控制装置110，包括不少于两条用于通工作气体的气路111，其中一侧连接气瓶，另一侧连接所述反应室100上部；所述线圈射频功率发生器120和所述线圈射频匹配器121相连，所述线圈射频匹配器121与所述射频线圈122相连，所述射频线圈122位于所述反应室100腔体内；所述平板射频功率发生器130和所述平板射频匹配器131相连，所述射频匹配器131与所述平板电极132相连；所述压强调控装置140，包括出气口141、机械泵142、分子泵143，所述出气口141位于所述反应室100下端，所述机械泵142、分子泵143串联连接；所述冷却装置150直接连接到所述支撑台102。

进一步地，所述线圈射频功率发生器120的输出功率范围为100W-1200W。

进一步地，所述平板电极132分为上电极132-1和下电极132-2分别位于所述反应室100上部和下部。

进一步地，所述平板射频功率发生器130的输出功率范围为3W-150W。