[发明专利]刻蚀硅结构、形成刻蚀硅结构的方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及刻蚀硅的方法、刻蚀硅结构、含有刻蚀硅结构的电极和包含刻蚀硅结构的装置。

背景技术

可再充电(可充电)金属离子电池(例如锂离子电池)在便携电子设备中广泛使用，如移动电话和笔记本电脑，并且在电动汽车或混合电动汽车中应用提高。

可再充电(可充电)金属离子电池具有阳极层(也称为负极)；能够释放和重新插入金属离子的阴极层(也称为正极)；和所述阳极和阴极层之间的电解质。当电池充满电时，金属已通过电解质从含金属的阴极层输送至阳极层。就锂离子电池的石墨类阳极层来说，锂与石墨反应产生化合物Li_xC₆(0<＝x<＝1)。作为复合阳极层中的电化学活性物质，石墨的最大容量为372mAh/g。

还已知硅基活性阳极材料的使用，它可以具有比石墨更大的容量。

US7402829公开了刻蚀硅基片形成从所述硅基片伸出的硅台柱阵列。

WO2009/010758公开了硅粉的刻蚀以制备在锂离子电池中使用的硅材料。所得刻蚀的颗粒在其表面上含有台柱。

Huang等人，“Metal-Assisted Chemical Etching of Silicon:A Review”,Adv.Mater.2010,1-24公开了模板基金属辅助化学刻蚀法，其中在通过热蒸发的银层沉积期间，硅基片表面上的聚苯乙烯球掩蔽了下方的硅，以产生具有覆盖在所述硅上的有序排列的孔的银层，然后再进行刻蚀。还公开了使用SiO₂球和使用阳极氧化铝作为掩膜的方法。

WO2009/137241公开在含硅基片表面上旋转涂布二氧化硅或聚苯乙烯纳米颗粒，在所述纳米颗粒和硅上沉积金属并刻蚀所述硅。在替代方法中，氧化铁纳米颗粒代替了聚苯乙烯纳米颗粒，所述氧化铁纳米颗粒是通过将几滴含有分散颗粒的溶液施加在所述基片上并使溶液蒸发来沉积的。这些技术均不适合刻蚀包含颗粒硅的材料。

Bang等人，“Mass production of uniform-sized nanoporous silicon nanowire anodes via block copolymer lithography”,Energy Environ.Sci.2011,4,3395公开了通过旋转涂布引入铁的聚苯乙烯-嵌段-聚(4-乙烯吡啶)，然后进行氧等离子体处理从而在硅片上形成六边形堆积的氧化铁图案。然后，银颗粒无电沉积在所述片上，并对所述片进行刻蚀。

发明内容

在第一个方面，本发明提供了一种刻蚀硅的方法，所述方法包括以下步骤：

将第一金属无电(化学，electrolessly)沉积在待刻蚀的硅表面上，其中所述无电沉积的第一金属部分覆盖所述待刻蚀的硅表面；

将不同于第一金属的第二金属沉积在所述硅表面和无电沉积的第一金属上，其中沉积的第二金属膜覆盖所述待刻蚀的硅表面；

从覆盖在第一金属上的沉积的第二金属的膜区域除去第一金属和第二金属以使得第二金属部分覆盖待刻蚀的硅表面；和

通过将硅表面暴露于包含氧化剂和氟化物离子(氟离子，fluoride ion)源的水性刻蚀组合物来刻蚀所述硅。

可选地，无电沉积(化学沉积)的第一金属在待刻蚀的硅表面上形成多个岛。

可选地，所述岛的直径在10-200nm，可选地20-100nm的范围内。

可选地，所述金属岛彼此分离。

可选地，所述多个金属岛中的至少一些是通过第一金属的桥连接的。

可选地，在第二金属的沉积之前除去至少一些所述桥。

可选地，第一和第二金属独立地选自铜、银和金。

可选地，第一金属的无电淀积包括将待刻蚀的硅表面暴露于包含第一金属的离子和氟离子源或碱的水性组合物。

可选地，通过在含有电解质的电沉积浴中的电沉积使第二金属沉积，所述电解质包含第二金属源。

可选地，在第二金属的沉积之前，处理所述硅表面以除去二氧化硅。