CN102693900B - 一种具有周期结构的半导体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有周期结构的半导体及其制备方法，首先提供一的AAO模板，所述AAO模板包括铝基底和具有周期排列的多个孔道的氧化铝层，于各该孔道内填充光刻胶，并使所述光刻胶覆盖所述氧化铝层，然后去除所述铝基底，接着去除各该孔道的底部以使所述孔道形成通孔，接着键合一半导体衬底及所述氧化铝层，并去除光刻胶，接着于所述通孔内填充半导体材料，最后去除所述氧化铝层，以完成所述具有周期结构的半导体的制备。本发明利用AAO模板实现了半导体周期结构的制备，工艺简单，成本低、可靠性和重复性好、且与半导体工艺兼容，采用本方法可制备出具有纳米级周期结构的半导体，适用于工业生产。

Description

一种具有周期结构的半导体及其制备方法

技术领域

本发明属于半导体领域，特别是涉及一种具有周期结构的半导体及其制备方法。

背景技术

近年来，人们采用胶体有序自组装、激光直写及激光干涉等技术制备周期结构。

所谓自组装（self-assembly)，是指基本结构单元（分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。在自组装过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。胶体具有电泳的现象，在外加电场的作用下，带正电荷的粒子会集中在正极如果正极是一块导电基底，那么在这块基底上将会均匀吸附一层胶体粒子，离子带正电荷一端与基底组装，而在吸附膜外层聚集了胶体粒子的负电荷部分，游离的正电荷粒子又会与负电荷部分相吸，如此重复直至形成需要的尺寸。然而，这样的自组装过程往往使材料中存在大量的缺陷，严重影响器件的可靠性和生产工艺的重复性，而且采用此方法制备周期结构的成本也较高。

激光具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。然而，现有激光干涉技术得到的结构周期往往大于激光波长，出于微米量级。周期结构的花样仅决定于激光干涉的强度分布，光束数量和空间位置确定后，周期结构随之确定。因此，这些技术难以获得纳米量级周期结构，且成本较高，难以得到广泛应用。

因而，提供一种工艺简单、与半导体工艺兼容性好且符合尺寸要求的制备具有周期结构的半导体的方法实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有周期结构的半导体及其制备方法，用于解决现有技术中难以获得同时具备工艺简单、成本低、可靠性和重复性好且与半导体工艺兼容的具有纳米级周期结构的半导体的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有周期结构的半导体的制备方法，所述制备方法至少包括：1）提供一AAO模板，所述AAO模板至少包括一铝基底及结合于所述铝基底表面的氧化铝层，所述氧化铝层具有多个周期排列且具有底部的孔道，于各该孔道内填充光刻胶，并使所述光刻胶覆盖所述氧化铝层的表面；2）采用选择性腐蚀技术去除所述铝基底；3）采用选择性腐蚀技术去除各该孔道的底部以使所述孔道形成通孔；4）提供一半导体衬底，键合所述氧化铝层及所述半导体衬底，然后去除覆盖于所述氧化铝层的表面的及所述通孔内的光刻胶；5）采用选择性外延技术于所述通孔内填充半导体材料；6）采用选择性腐蚀技术去除所述氧化铝层，以完成所述具有周期结构的半导体的制备。

在本发明的具有周期结构的半导体的制备方法的所述步骤2）中，采用CuCl₂作为腐蚀剂去除所述铝基底。

在本发明的具有周期结构的半导体的制备方法的所述步骤3）中，采用磷酸作为腐蚀剂刻蚀所述氧化铝层的下表面，以去除各该孔道的底部，形成通孔。

作为本发明的具有周期结构的半导体的制备方法的一个优选方案，所述步骤3）还包括对去除各该孔道的底部后所得的表面进行机械化学抛光的步骤。

在本发明的具有周期结构的半导体的制备方法中，所述半导体衬底为Si衬底、Ge衬底或Ⅲ-Ⅴ族半导体衬底。

作为一个优选方案，所述半导体材料为Si、Ge或Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，且所述半导体材料与所述半导体衬底的材料相同。

作为另一个优选方案，所述半导体材料为Si、Ge或Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，且所述半导体材料与所述半导体衬底的材料相异。

在本发明的具有周期结构的半导体的制备方法中，所述光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯，所述步骤4）中，采用氯仿、乙酸、乙酸乙酯、丙酮、苯酚或苯甲醚溶液去除所述光刻胶。

本发明还提供一种依据上述任意一方案所述的具有周期结构的半导体的制备方法所制备的具有周期结构的半导体。

如上所述，本发明的具有周期结构的半导体及其制备方法，具有以下有益效果：提供一的AAO模板，所述AAO模板包括铝基底和具有周期排列的多个孔道的氧化铝层，于各该孔道内填充光刻胶，并使所述光刻胶覆盖所述氧化铝层，然后去除所述铝基底，接着去除各该孔道的底部以使所述孔道形成通孔，接着键合一半导体衬底及所述氧化铝层，并去除光刻胶，接着于所述通孔内填充半导体材料，最后去除所述氧化铝层，以完成所述具有周期结构的半导体的制备。本发明利用AAO模板实现了半导体周期结构的制备，工艺简单，成本低、可靠性和重复性好、且与半导体工艺兼容，采用本方法可制备出具有纳米级周期结构的半导体，适用于工业生产。

附图说明

图1~图2显示为本发明的具有周期结构的半导体的制备方法步骤1）所呈现的结构示意图。

图3显示为本发明的具有周期结构的半导体的制备方法步骤2）所呈现的结构示意图。

图4示为本发明的具有周期结构的半导体的制备方法步骤3）所呈现的结构示意图。

图5~图6显示为本发明的具有周期结构的半导体的制备方法步骤4）所呈现的结构示意图。

图7显示为本发明的具有周期结构的半导体的制备方法步骤5）所呈现的结构示意图。

图8显示为本发明的具有周期结构的半导体的制备方法步骤6）所呈现的结构示意图。

元件标号说明

101                    铝基底

102                    氧化铝层

103                    孔道

104                    光刻胶

105                    半导体衬底

106                    半导体材料

107                    通孔

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1~图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1~图8，本实施例提供一种具有周期结构的半导体的制备方法，所述制备方法至少包括：

如图1~图2所示，首先进行步骤1），提供一AAO模板，所述AAO模板至少包括一铝基底101及结合于所述铝基底101表面的氧化铝层102，所述氧化铝层102具有多个周期排列且具有底部的孔道103，于各该孔道103内填充光刻胶104，并使所述光刻胶104覆盖所述氧化铝层102的表面。

在本实施例中，所述AAO模板孔道103的排列方式为高度规整的六角周期排列，所述AAO模板孔道103的截面为圆形，孔道103的直径均匀，孔道103的深度一致。所述孔道103的底部为氧化铝层102。当然，在其它的实施例中，所述AAO模板孔道103的排列方式可以是规整的长方形或正方形排列。然后于各该孔道103内填充光刻胶104，并使所述光刻胶104覆盖所述氧化铝层102的表面，在本实施例中，所述光刻胶104为聚甲基丙烯酸甲酯，当然，在其它的实施例中，所述光刻胶104可以是其它预期的聚合物胶体。

如图3所示，然后进行步骤2），采用选择性腐蚀技术去除所述铝基底101。

在本实施例中，采用CuCl₂作为腐蚀剂，以选择性去除所述铝基底101。当然，也可以采用预期的其它溶剂去除所述铝基底101。

如图4所示，接着进行步骤3），采用选择性腐蚀技术去除各该孔道103的底部以使所述孔道103形成通孔107。

在本实施例中，采用磷酸作为腐蚀剂刻蚀去除所述铝基底101后露出的氧化铝层102的下表面，以去除各该孔道103底部的氧化铝层102，形成圆柱体状的通孔107，所述通孔107内填充有光刻胶104，去除所述孔道103的底部后，对该下表面进行抛光，使孔道103内的光刻胶104与氧化铝层102下表面处于同一平面，以备进行后续的制备工艺。

如图5~图6所示，接着进行步骤4），提供一半导体衬底105，键合所述氧化铝层102及所述半导体衬底105，然后去除覆盖于所述氧化铝层102的表面的及所述通孔107内的光刻胶104。

在本实施例中，提供一半导体衬底105，所述半导体衬底105为Si衬底、Ge衬底或Ⅲ-Ⅴ族半导体衬底105。当然，也可以是N型导电类型掺杂或P型导电类型离子掺杂的Si衬底、Ge衬底或Ⅲ-Ⅴ族半导体衬底105。然后键合所述半导体衬底105及上述经过抛光后的氧化铝层102的下表面，接着采用采用氯仿、乙酸、乙酸乙酯、丙酮、苯酚或苯甲醚溶液去除覆盖于所述氧化铝层102的表面的及所述通孔107内的光刻胶104，当然，也可以采用预期的其它有机溶剂去除所述光刻胶104。

如图7所示，接着进行步骤5），采用选择性外延技术于所述通孔107内填充半导体材料106。

在本实施例中，采用选择性外延技术于所述通孔107内填充半导体材料106。所述半导体材料106为Si、Ge或Ⅲ-Ⅴ族半导体材料106，且所述半导体材料106与所述半导体衬底105的材料相异。当然，在其它的实施例中，所述半导体材料106为Si、Ge或Ⅲ-Ⅴ族半导体材料106，且所述半导体材料106与所述半导体衬底105的材料相同。

如图8所示，最后进行步骤6），采用选择性腐蚀技术去除所述氧化铝层102，以完成所述具有周期结构的半导体的制备。

在本实施例中，采用CuCl₂作为腐蚀剂，以选择性去除所述氧化铝层102，保留所述通孔107内沉积的半导体材料106，以形成具有周期结构的半导体，完成所述具有周期结构的半导体的制备。当然，也可以采用预期的其它溶剂去除所述氧化铝层。

请参阅图8，如图所示，本实施例还提供一种依据本实施例所述的具有周期结构的半导体的制备方法所制备的具有周期结构的半导体。

所述具有周期结构的半导体至少包括半导体衬底105及结合于所述半导体衬底105表面的多个半导体材料106柱体，所述半导体材料106柱体的排列方式为高度规整的六角周期排列，其截面形状为圆形，截面的直径均匀，柱体深度一致。当然，在其它的实施例中，所述半导体柱体的排列方式可以为长方形排列或正方形排列等。

综上所述，本发明的具有周期结构的半导体及其制备方法，首先提供一的AAO模板，所述AAO模板包括铝基底101和具有周期排列的多个孔道103的氧化铝层102，于各该孔道103内填充光刻胶104，并使所述光刻胶104覆盖所述氧化铝层102，然后去除所述铝基底101，接着去除各该孔道103的底部以使所述孔道103形成通孔107，接着键合一半导体衬底105及所述氧化铝层102，并去除光刻胶104，接着于所述通孔107内填充半导体材料106，最后去除所述氧化铝层102，以完成所述具有周期结构的半导体的制备。本发明利用AAO模板实现了半导体周期结构的制备，工艺简单，成本低、可靠性和重复性好、且与半导体工艺兼容，采用本方法可制备出具有纳米级周期结构的半导体，适用于工业生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种具有周期结构的半导体的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：

1)提供一AAO模板，所述AAO模板至少包括一铝基底及结合于所述铝基底表面的氧化铝层，所述氧化铝层具有多个周期排列且具有底部的孔道，于各该孔道内填充光刻胶，并使所述光刻胶覆盖所述氧化铝层的表面；

2)采用选择性腐蚀技术去除所述铝基底；

3)采用选择性腐蚀技术去除各该孔道的底部以使所述孔道形成通孔，对去除各该孔道的底部后所得的表面进行机械化学抛光；

4)提供一半导体衬底，键合所述氧化铝层及所述半导体衬底，然后去除覆盖于所述氧化铝层的表面的及所述通孔内的光刻胶；

5)采用选择性外延技术于各该通孔内填充半导体材料；

6)采用选择性腐蚀技术去除所述氧化铝层，以完成所述具有周期结构的半导体的制备。

2.根据权利要求1所述的具有周期结构的半导体的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，采用CuCl₂作为腐蚀剂去除所述铝基底。

3.根据权利要求1所述的具有周期结构的半导体的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，采用磷酸作为腐蚀剂刻蚀所述氧化铝层的下表面，以去除各该孔道的底部，形成通孔。

4.根据权利要求1所述的具有周期结构的半导体的制备方法，其特征在于：所述半导体衬底为Si衬底、Ge衬底或Ⅲ-Ⅴ族半导体衬底。

5.根据权利要求4所述的具有周期结构的半导体的制备方法，其特征在于：所述半导体材料为Si、Ge或Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，且所述半导体材料与所述半导体衬底的材料相同。

6.根据权利要求4所述的具有周期结构的半导体的制备方法，其特征在于：所述半导体材料为Si、Ge或Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，且所述半导体材料与所述半导体衬底的材料相异。

7.根据权利要求1所述的具有周期结构的半导体的制备方法，其特征在于：所述光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯，所述步骤4)中，采用氯仿、乙酸、乙酸乙酯、丙酮、苯酚或苯甲醚溶液去除所述光刻胶。