[发明专利]提高多孔硅纵向物理结构均匀性和光学特性稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种提高多孔硅纵向物理结构均匀性和光学特性稳定性的方法。

背景技术

自1990年Camham报导了室温下多孔硅光致发光特性以来，多孔硅已经激起了许多应用方面的研究兴趣，如发光器件、传感器和光微腔等；特别是1996年，硅基光电集成原型器件的实现是多孔硅应用研究的一个里程碑。然而，由于多孔硅的特性如发光强度、多孔度、折射率、厚度、均匀性、表面和界面平整度、孔径和微结构等强烈依赖于阳极腐蚀参数，这些参数包括腐蚀液的组成、腐蚀电流密度、腐蚀时间、硅片的类型和电阻率等，因此，有大量的研究工作集中在研究阳极腐蚀参数对多孔硅特性的影响，获得一些有价值的经验规律。但急需解决的瓶颈问题之一是多孔硅膜（尤其是厚膜多孔硅）物理微结构不均匀性和光学特性不稳定，限制其广泛应用。

据有关文献报道，多孔硅材料的特性如多孔度、折射率、物理厚度、均匀性、表面和界面平整度、孔径和微结构等强烈依赖于阳极腐蚀参数，这些腐蚀参数包括腐蚀液的组成成分、腐蚀电流的密度、腐蚀时间、硅片的类型和电阻率等。从已有的文献得出如下结论：在恒电流密度的腐蚀条件下，随腐蚀深度的增加，多孔度变大或折射率变小，导致多孔硅沿纵向方向物理结构的不均匀和光学特性的不稳定，也导致多孔硅多层膜界面的界面性能和平整性变差。

现阶段，为了制备得到多孔硅物理结构均匀性的多孔硅膜，一般采用递减腐蚀电流密度的方法等来改善多孔硅纵向物理结构均匀性，这些方法虽然改善了多孔硅纵向物理结构均匀性，但增加了实验设备的复杂性，且光学特性稳定性有待进一步改善。

发明内容

为了克服目前采用递减腐蚀电流密度法等对多孔硅均匀性处理所带来的设备复杂性、光学特性稳定性有待进一步改善的不足，本发明的目的是提供一种提高多孔硅纵向物理结构均匀性和光学特性稳定性的新方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种提高多孔硅纵向物理结构均匀性和光学特性稳定性的方法，其特征在于，该方法是在腐蚀电路中串联一个脉冲宽度调制器作为控制开关，在制备多孔硅过程中，控制恒流腐蚀电流脉冲宽度逐渐减小，多孔硅孔内的反应产物加速向孔外扩散，而HF加速向孔内扩散，从而使多孔硅孔内特别是孔底的HF更容易恢复到初始平衡状态，造成向下腐蚀能力增强，引起多孔硅的厚度明显增加，多孔度明显减小，因此，在其他条件相同的条件下，恒流腐蚀电流脉冲宽度越小，多孔硅的多孔度越小。在制备多孔硅过程中，一方面，由于恒流腐蚀电流脉冲宽度逐渐减小，多孔硅的多孔度变小，多孔硅的多孔度在纵向方向上有变小的趋势；另一方面，在恒电流密度的腐蚀条件下，随腐蚀深度的增加，多孔度变大或折射率变小，在一定条件下，二者达到动态平衡，从而导致多孔硅的多孔度在纵向方向上保持一致。

优选地，在腐蚀时间内，上述脉冲调制信号脉冲宽度从占空比95%减小到60%-90%。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果：通过在腐蚀电路中串联一个脉冲宽度调制器作为控制开关，控制恒流腐蚀电流脉冲宽度逐渐减销，一方面，孔内的反应产物加速向孔外扩散，而HF加速向孔内扩散，从而使孔内特别是孔底的HF更容易恢复到初始平衡状态，造成向下腐蚀能力增强，引起多孔硅的厚度明显增加或多孔度减小，导致多孔硅的多孔度在纵向方向上有变小的趋势；另一方面，由于在恒电流密度的腐蚀条件下，随腐蚀深度的增加，多孔度变大或折射率变小，在一定条件下，二者达到动态平衡，从而导致多孔硅多孔度在纵向方向上保持一致；同时，由于恒流腐蚀电流脉冲宽度逐渐减小，导致多孔硅内表面硅氢键中的氢原子容易与溶液中的其他离子置换形成稳定键，增加了多孔硅薄膜光学特性的稳定性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。以下所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何本技术领域的技术人员可能利用本发明公开的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明方案的内容，依据本发明的技术实质对以下实施例做简单修改或等同变化，均应落在本发明的保护范围内。

实施例一

本发明的这种能改善多孔硅纵向物理结构均匀性和光学特性稳定性的方法，具体包括如下步骤：