[发明专利]一种基于机械研磨辅助腐蚀的黑硅制作方法

说明书

本发明涉及光电探测器制备技术领域，特别涉及一种机械研磨辅助腐蚀的黑硅制作方法，制备方法包括对硅晶圆进行清洗；以含有金刚砂的减薄垫和含有SiO2磨料的研磨液辅助，采用机械研磨工艺对硅晶圆表面进行预处理，在硅晶圆表面产生粗糙表面与微损伤；对硅晶圆表面进行清洗；采用包括硝酸、氢氟酸、磷酸以及硫酸的混合液以湿法腐蚀的工艺在硅晶圆表面制备出黑硅微结构；对硅晶圆进行清洗，完成黑硅制备；本发明采用机械研磨形成微损伤与粗糙表面辅助湿法腐蚀制备黑硅，具有近红外吸收效果好，暗电流低，工艺简单，均匀性好，便于批量生产，成本低，与硅光电器件工艺兼容性好等优点。

技术领域

本发明涉及光电探测器制备技术领域，特别涉及一种基于机械研磨辅助腐蚀的黑硅制作方法。

背景技术

硅光电探测器(PIN/APD)具有暗电流小、灵敏度高、成本低等优点，在光纤通讯、激光测距、三维成像、激光制导等领域都得到了广泛应用。为了进一步提升系统性能，扩展应用范围，硅光电探测器在近红外波段(800～1100nm)也要求有高的响应率。而黑硅同时具有微纳结构陷光作用和光电流内部倍增作用，可在800～1700nm光谱范围内都保持很高的吸收率(≥80％)，是硅光电探测器提高近红外响应率最主要的方法。

黑硅应用于硅光电探测器，主要作为光敏吸收层(如图1所示)，需要具有较深和较大深宽比的微纳陷光结构，以提高近红外光的吸收率。制作工艺需要具有晶格损伤低、均匀性高、重复性好的特性，才能获得低暗电流、低噪声、低成本的光电探测器。同时，为保障器件性能与生产线的工艺安全，黑硅制作工艺还必须与硅光电器件工艺兼容，不能引入重金属沾污，否者将引起器件性能的大幅度退化或失效。

传统的黑硅制备方法有飞秒激光扫描、金属离子辅助湿化学腐蚀、无掩膜干法刻蚀、纳米压印等。飞秒激光扫描法采用飞秒激光脉冲作用到硅片表面，获得针状或柱状的黑硅结构，其具有黑硅形貌佳、红外吸收增强效果好的优点，但是这种方法也有设备昂贵、黑硅产能极低、晶格损伤较大的缺点；金属离子辅助湿化学腐蚀，采用Au⁺、Pt⁺、Mn⁺、Ni⁺、Cu⁺等离子辅助湿法腐蚀形成金字塔或孔状黑硅，具有设备简单、制作成本低的优势，但容易引起金属离子沾污，大幅退化器件性能；无掩膜干法刻蚀采用等离子体自身的晶向选择刻蚀和微掩膜作用形成柱状黑硅结构，具有工艺简单的优势，但是存在片间/片内均匀性差、工艺重复性差等问题；纳米压印法一般采用纳米压印方式先在硅片表面形成黑硅微纳结构掩膜，然后采用干法刻蚀将掩膜图形转移到硅衬底形成黑硅结构，该方法具有均匀性好、结构可设计的优点，但也存在成本高、近红外吸收增强效果较差(纳米压印黑硅微结构较浅，否者微结构在纳米压印时无法倒模)等缺点。

发明内容

为了获得近红外吸收效果好、均匀性高、重复性好、工艺简单、产能高、成本低、无重金属沾污、与硅光电器件工艺兼容性好的黑硅，本发明提出一种机械研磨辅助腐蚀的黑硅制作方法，所述一种机械研磨辅助腐蚀的黑硅制作方法包括以下步骤：

S1、对硅晶圆进行清洗；

S2、以含有金刚砂的减薄垫和含有SiO2磨料的研磨液辅助，采用机械研磨工艺对硅晶圆表面进行预处理，在硅晶圆表面产生粗糙表面与微损伤；

S3、对硅晶圆表面进行清洗；

S4、采用包括硝酸、氢氟酸、磷酸以及硫酸的混合液以湿法腐蚀的工艺在硅晶圆表面制备出黑硅微结构；

S5、对硅晶圆进行清洗，完成黑硅制备。

进一步的，通过机械研磨布粗糙度选择、研磨液配比调节、研磨设备旋转速度以及研磨时间控制硅晶圆表面的粗糙表面与微损伤的粗糙程度和损伤程度。