CN102644101A - 一种在硅衬底上制备大孔径薄壁阳极氧化铝模板的方法 - Google Patents

一种在硅衬底上制备大孔径薄壁阳极氧化铝模板的方法 Download PDF

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赵雷
王文静
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Abstract

一种在硅衬底上制备大孔径薄壁阳极氧化铝模板的方法，步骤如下：(1)清洗硅衬底；(2)在清洗后的硅衬底表面上沉积一层厚度为500-1000纳米的铝层；(3)对沉积在硅衬底上的铝层进行阳极氧化，其中，将阳极氧化槽置于冰水混和物中，通过搅拌控制阳极氧化过程中的温度在0-5℃，阳极氧化溶液为磷酸的乙二醇溶液，磷酸在乙二醇中的体积百分比为18％-24％，阳极氧化电压为210-250V，阳极氧化时间为1-5分钟；(4)将制得的阳极氧化铝模板用去离子水清洗干净，在室温下放入5wt％的磷酸水溶液中扩孔20-50分钟，并同时去除孔底部的氧化物阻挡层。由此在硅衬底上获得的大孔径薄壁阳极氧化铝模板，孔径大于100纳米，孔壁厚度小于孔半径。

Description

一种在硅衬底上制备大孔径薄壁阳极氧化铝模板的方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及在硅衬底上制备大孔径薄壁阳极氧化铝模板的方法。
背景技术
铝及其合金在硫酸、草酸、磷酸等电解液中进行阳极氧化可在表面形成具有多孔结构的氧化铝薄膜，在其微孔中填入不同的物质可以得到各种表面复合材料，用以改善铝及铝合金材料的表面性能，或者可以用来作为制备一维纳米材料或者纳米阵列的模板，即阳极氧化铝(AAO)模板。目前国内外阳极氧化采用的电解液主要为硫酸溶液和草酸溶液，制得的AAO模板孔径较小，仅为数纳米到数十纳米。采用磷酸作为电解液可以得到较大孔径的AAO模板，专利CN1403632A以磷酸和有机酸的混合溶液作电解液，经过恒定电压的阳极氧化得到了较大孔径的阳极氧化铝膜，但其孔径也仅为30-70纳米。专利CN101139730制备得到的氧化铝薄膜孔径为30-35纳米，但是孔间距却达到了80-100纳米，这意味着孔的壁厚大于孔径，将对孔中填入其他物质产生阻碍。中国发明专利200910089254和200910083566公开了在铝衬底上制备孔径为200纳米-300纳米的AAO模板的方法。
而在硅衬底上制备各种微纳结构是现今半导体研究领域的热点。如果可以在硅衬底上直接制备出大孔径的薄壁阳极氧化铝模板，则会非常有利于后续各种微纳结构的制备。但在硅衬底上制备阳极氧化铝模板与在铝衬底上有显著不同，主要是硅片电阻率、表面粗糙度、以及硅上沉积的铝层厚度都对所制备的模板形貌有重要影响，从而造成在硅衬底上制备的AAO模板孔小壁厚，分布不均匀。
发明内容
本发明的目的是为了克服在硅衬底上制备的阳极氧化铝模板孔小壁厚，分布不均匀的缺点，提出一种在硅衬底上制备大孔径薄壁阳极氧化铝模板的方法。
本发明在硅衬底上制得的阳极氧化铝模板，孔径大于100纳米，孔壁厚度小于孔半径。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的方法包括以下工艺步骤：
(1)清洗硅衬底，去除硅衬底表面可能存在的有机或者金属离子等污染物；
(2)在清洗后的硅衬底表面上沉积一层厚度为500-1000纳米的铝层；
(3)对沉积在硅衬底上的铝层进行阳极氧化，其中，将阳极氧化槽置于冰水混和物中，并通过搅拌控制阳极氧化过程中的温度在0-5℃范围内，阳极氧化溶液为磷酸的乙二醇溶液，磷酸在乙二醇中的体积百分比在18％-24％之间，阳极氧化电压为210-250V，阳极氧化时间为1-5分钟；
(4)将在硅衬底上制得的阳极氧化铝模板用去离子水清洗干净，在室温下放入5wt％的磷酸水溶液中扩孔20-50分钟，并同时去除孔底部的氧化物阻挡层。
由此获得硅衬底上的大孔径薄壁阳极氧化铝模板，模板孔径大于100纳米，孔壁厚度小于孔半径。
其中，步骤(1)中对硅衬底进行清洗的方法可以是标准RCA清洗，步骤(2)中沉积铝层的方法可以是真空热蒸发。在进行步骤(1)清洗硅衬底前，如果硅衬底表面粗糙度大，可以先对硅衬底表面进行抛光。
附图说明
图1实施例1制备的大孔径薄壁阳极氧化铝模板的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图2实施例2制备的大孔径薄壁阳极氧化铝模板的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图3实施例3制备的大孔径薄壁阳极氧化铝模板的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
对硅衬底进行标准RCA清洗，然后利用真空热蒸发在所述的硅衬底表面沉积一层厚度为1000纳米的铝层；将沉积了铝层的硅衬底装入阳极氧化槽中，将阳极氧化槽置于冰水混和物中，并采用磁力搅拌器对阳极氧化溶液进行搅拌从而控制温度在0-5℃，阳极氧化溶液为磷酸的乙二醇溶液，其中磷酸的体积百分比为18％，在210V的电压下阳极氧化5分钟；之后将样品取出，用去离子水反复清洗干净，在室温下将其放入5wt％的磷酸水溶液中扩孔20分钟。由此获得硅衬底上的大孔径薄壁阳极氧化铝模板。图1是本实施例在硅衬底上制备的大孔径薄壁阳极氧化铝模板的扫描电子显微镜(SEM)照片，所得阳极氧化铝模板的孔径为100-150纳米，孔壁厚度为50-75纳米。
实施例2
对硅衬底进行标准RCA清洗，然后利用真空热蒸发在所述的硅衬底表面沉积一层厚度为750纳米的铝层；将沉积了铝层的硅衬底装入阳极氧化槽中，将阳极氧化槽置于冰水混和物中，并采用磁力搅拌器对阳极氧化溶液进行搅拌从而控制温度在0-5℃，阳极氧化溶液为磷酸的乙二醇溶液，其中磷酸的体积百分比为24％，在250V的电压下阳极氧化1分钟；将样品取出，用去离子水反复清洗干净，在室温下将其放入5wt％的磷酸水溶液中扩孔30分钟。由此获得硅衬底上的大孔径薄壁阳极氧化铝模板。图2是本实施例在硅衬底上制备的大孔径薄壁阳极氧化铝模板的扫描电子显微镜(SEM)照片，所得阳极氧化铝模板的孔径为100-150纳米，孔壁厚度为20-25纳米。
实施例3
采用浓的强碱性热溶液去除硅衬底表面损伤层，使其表面平整后，对硅衬底进行标准RCA清洗，然后利用真空热蒸发在其表面沉积一层厚度为500纳米的铝层；将沉积了铝层的硅衬底装入阳极氧化槽中，将阳极氧化槽置于冰水混和物中，并采用磁力搅拌器对阳极氧化溶液进行搅拌从而控制温度在0-5℃，阳极氧化溶液为磷酸的乙二醇溶液，其中磷酸的体积百分比为21％，在230V的电压下阳极氧化2分钟；将样品取出利用去离子水反复清洗干净，在室温下将其放入5wt％的磷酸水溶液中扩孔50分钟。由此获得硅衬底上的大孔径薄壁阳极氧化铝模板。图3是本实施例在硅衬底上制备的大孔径薄壁阳极氧化铝模板的扫描电子显微镜(SEM)照片，所得阳极氧化铝模板的孔径为150-200纳米，孔壁厚度为20-50纳米。

Claims (4)

1.一种在硅衬底上制备大孔径薄壁阳极氧化铝模板的方法，其特征在于所述的方法步骤如下：
(1)清洗硅衬底，去除硅衬底表面的有机或金属离子污染物；
(2)在清洗后的硅衬底表面上沉积一层厚度为500-1000纳米的铝层；
(3)对沉积在硅衬底上的铝层进行阳极氧化，其中，将阳极氧化槽置于冰水混和物中，并通过搅拌控制阳极氧化过程中的温度在0-5℃范围，阳极氧化溶液为磷酸的乙二醇溶液，磷酸在乙二醇中的体积百分比在18％-24％之间，阳极氧化电压为210-250V，阳极氧化时间为1-5分钟；
(4)将在硅衬底上制得的阳极氧化铝模板用去离子水清洗干净，在室温下放入5wt％的磷酸水溶液中扩孔20-50分钟，并同时去除孔底部的氧化物阻挡层。
2.根据权利要求1所述的在硅衬底上制备大孔径薄壁阳极氧化铝模板的方法，其特征在于在实施所述的步骤(1)清洗硅衬底前对硅衬底表面抛光。
3.根据权利要求1所述的在硅衬底上制备大孔径薄壁阳极氧化铝模板的方法，其特征在于所述的步骤(2)中对硅衬底进行清洗的方法是采用标准RCA清洗。
4.根据权利要求1所述的在硅衬底上制备大孔径薄壁阳极氧化铝模板的方法，其特征在于所述的步骤(3)中沉积铝层的方法是采用真空热蒸发。
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