CN112537754B - 电隔离结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电隔离结构及其制备方法。在光学器件的光吸收区制备高吸收结构，电隔离结构的电极纳米森林包围器件电极，在电极纳米森林上设置非连续的电极纳米森林金属层；电极纳米森林具有大深宽比，金属溅射或蒸发工艺的不完全保型性，电极纳米森林的侧壁无法被完全覆盖，金属薄层无法形成连续薄膜，即能在电极纳米森林上制备得到非连续的电极纳米森林金属层。由于制备得到的电极纳米森林本身不导电，因此，覆盖了非连续的电极纳米森林金属层的电极纳米森林仍具有绝缘性，从而能有效实现器件电极之间的电隔离，与现有工艺兼容，安全可靠。

Description

电隔离结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种结构及其制备方法，尤其是一种电隔离结构及其制备方法。

背景技术

纳米结构当其具有大深宽比时，在纳米结构的表面沉积大消光系数的金属薄层后，由于纳米结构的大深宽比，且覆盖了金属薄层之后的纳米结构具有了陷光效应，当金属薄层为特定贵金属时，甚至具有表面等离激元特性，因此，整个结构具有宽谱与高吸收特点，可被应用于MEMS光学器件中，具体的应用包括太阳能电池、红外传感器等。

对于此类MEMS光学器件而言，当在其表面集成宽谱高吸收结构之后，由于纳米结构的特殊性，无法再承受存有液体环境的工艺步骤，所述工艺包括光刻的显影液浸泡和金属腐蚀液浸泡等。而此类MEMS光学器件一般有两个金属电极，利用所述两个金属电极能用于电学信号的输出，一旦金属电极的表面也被覆盖上纳米结构，则将直接影响器件封装时的金属引线，使器件无法顺利封装；另一方面，如果纳米结构仅仅被集成在光吸收区，两个电极之间极易因为金属薄层的沉积覆盖而形成电连接，造成器件短路无法工作。

图形化制备一维纳米结构的工艺方法包括电子束光刻、离子束刻蚀、飞秒激光等方法，此类方法属于串行工艺，耗时长且对尖端设备的依赖性高，不利于批量制备。而化学合成与气相生长相结合的方法存在工艺兼容性的问题，无法在CMOS-MEMS工艺中用于纳米结构制备。因此，在制备宽谱高吸收的光学器件时，如何有效实现电隔离是目前技术的难点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种电隔离结构及其制备方法，其能有效实现器件电极间的电隔离，与现有工艺兼容，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述电隔离结构，包括光学器件以及设置于所述光学器件上的器件电极；在所述器件电极的外圈设置电极纳米森林，在所述电极纳米森林上设置非连续的电极纳米森林金属层。

还包括设置于所述光学器件上的高吸收结构以及器件区电隔离结构；

所述高吸收结构包括设置于光学器件的光吸收区的光吸收区纳米森林，在所述光吸收区纳米森林上设置非连续的光吸收区金属层；

所述器件区电隔离结构包括器件区纳米森林以及设置于所述器件区纳米森林上的非连续的器件区纳米森林金属层。

所述电极纳米森林、器件区纳米森林与光吸收区纳米森林为同一工艺步骤形成，电极纳米森林金属层、器件区纳米森林金属层与光吸收区金属层为同一工艺步骤层。

还包括设置于光学器件划片道上的划片道纳米森林，在所述划片道纳米森林上设置非连续的划片道金属层。

所述电极纳米森林内纳米纤维体的高度为1μm～50μm，所述纳米纤维体的直径为10nm～300nm。

一种电隔离结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤1、提供光学器件，并在所述光学器件光吸收区制备光吸收区纳米森林，以及在光学器件的器件电极的外圈制备电极纳米森林；

步骤2、通过金属沉积工艺，在光吸收区纳米森林上制备得到非连续的光吸收区金属层，同时，在电极纳米森林上制备得到非连续的电极纳米森林金属层。

步骤1中，还在光学器件的划片道上制备得到划片道纳米森林；步骤2中，在划片道纳米森林上制备得到非连续的划片道金属层。

步骤1中，在光学器件的光吸收区制备光吸收区聚合物层，并在器件电极的外圈制备器件电极聚合物层；

对所述光吸收区聚合物层、器件电极聚合物层同时进行等离子体轰击，以在光吸收区制备得到光吸收区纳米森林，以及在器件电极的外圈制备电极纳米森林。

步骤1中，在光学器件的器件区制备得到器件区纳米森林；步骤2中，在器件区纳米森林上制备得到非连续的器件区纳米森林金属层，通过器件区纳米森林以及所述器件区纳米森林上的器件区纳米森林金属层能形成器件区电隔离结构；

光吸收区纳米森林、电极纳米森林、器件区纳米森林内纳米纤维体的高度为1μm～50μm，所述纳米纤维体的直径为10nm～300nm。

所述光学器件包括MEMS光学器件，光学器件为单个器件或阵列分布式器件。

本发明的优点：在光学器件的光吸收区制备高吸收结构，高吸收结构包括光吸收区纳米森林以及制备于所述光吸收区纳米森林上非连续的光吸收区金属层，制备与器件电极适配的电隔离结构，电隔离结构的电极纳米森林包围器件电极，在电极纳米森林上设置非连续的电极纳米森林金属层；

电极纳米森林具有大深宽比，金属溅射或蒸发工艺的不完全保型性，电极纳米森林森林的侧壁无法被完全覆盖，金属薄层无法形成连续薄膜，即能在电极纳米森林上制备得到非连续的电极纳米森林金属层。由于制备得到的电极纳米森林本身不导电，因此，覆盖了非连续的电极纳米森林金属层的电极纳米森林仍具有绝缘性，从而能有效实现器件电极之间的电隔离，与现有工艺兼容，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明同时设置电极隔离结构以及器件区电隔离结构的示意图。

图3～图7为本发明具体实施工艺步骤图，其中

图3为本发明制备得到光吸收区聚合物层、器件电极聚合物层以及划片道聚合物层后的示意图；

图4为本发明制备得到光吸收区纳米森林、电极纳米森林、划片道纳米森林后的示意图；

图5为本发明器件电极与电极纳米森林之间示意图。

图6为本发明得到光吸收区金属层、电极纳米森林金属层以及划片道金属层后的示意图。

图7为本发明光学器件呈阵列分布时的示意图。

附图标记说明：1-光学器件、2-高吸收结构、3-划片道、4-电极隔离结构、5-器件电极、6-光吸收区聚合物层、7-器件电极聚合物层、8-划片道聚合物层、9-光吸收区纳米森林、10-电极纳米森林、11-划片道纳米森林、12-光吸收区金属层、13-电极纳米森林金属层、14-划片道金属层、15-器件区电隔离结构、16-器件区第一导电体、17-器件区第二导电体以及18-器件连续金属层。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图6所示：为了能有效实现电隔离，本发明包括光学器件1以及设置于所述光学器件1上的器件电极5；在所述器件电极5的外圈设置电极纳米森林10，在所述电极纳米森林10上设置非连续的电极纳米森林金属层13。

具体地，光学器件1包括MEMS光学器件，如可以为太阳能电池片、红外传感器等，具体可以根据实际需要进行选择。在光学器件1上设置有器件电极5，器件电极5与光学器件1之间的配合以及器件电极5的数量均与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。在光学器件1的光吸收区可设置高吸收结构2，当在设置高吸收结构2后，为了避免对器件电极5造成短路等影响，在器件电极5的外圈设置电极纳米森林10，并在电极纳米森林10上设置非连续的电极纳米森林金属层13。具体地，电极纳米森林金属层13的非连续状态，具体是指在电极纳米森林10内每个纳米纤维体上的金属层不连续，且在相邻纳米纤维体间上也不连续，保证电隔离效果。

电极纳米森林10具有大深宽比，金属溅射或蒸发工艺的不完全保型性，电极纳米森林森林10的侧壁无法被完全覆盖，金属薄层无法形成连续薄膜，即能在电极纳米森林10上制备得到非连续的电极纳米森林金属层13。由于制备得到的电极纳米森林10本身不导电，因此，覆盖了非连续的电极纳米森林金属层13的电极纳米森林10仍具有绝缘性。当其分布在器件电极5周围时，可在器件电极5之间形成电隔离作用，即能制备得到电极隔离结构4。具体实施时，电极隔离结构4可以设置在器件电极5的外圈，也可以同时设置在相邻的器件电极5之间，具体位置可以根据需要进行选择。

对于光学器件1光吸收区的高吸收结构2，具体地，高吸收结构2包括设置于光学器件1的光吸收区的光吸收区纳米森林9，在所述光吸收区纳米森林9上设置非连续的光吸收区金属层12。

本发明实施例中，所述电极纳米森林10与光吸收区纳米森林9为同一工艺步骤形成，电极纳米森林金属层13与光吸收区金属层12为同一工艺步骤层；即在制备光吸收区纳米森林9时，也能同步得到电极纳米森林10，在制备光吸收区金属层12时，也能同步得到电极纳米森林结构10。在光吸收区纳米森林9上制备得到光吸收金属层12的过程，具体可以参考上述电极纳米森林金属层13制备在电极纳米森林10上的说明，此处不再赘述。光吸收区纳米森林9在光学器件1光吸收区的位置具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

制备得到的光吸收区纳米森林9具有大深宽比，通过在光吸收区纳米森林9表面沉积高消光系数金属纳米颗粒的方法，可形成宽谱的高吸收结构2。结合常规的光刻工艺，可实现宽谱的高吸收结构2在光学器件1的光吸收区域的图形化。与此同时，为避免器件电极5之间电导通引起短路，在器件电极5周围设置得到电极隔离结构4。

此外，当在光学器件1的器件区存在裸露的导体或半导体结构时，还需要器件区电隔离结构15，通过器件区电隔离结构15能对光学器件1器件区的器件区第一导电体16与器件区第二导电体17的绝缘隔离，避免在制备高吸收结构2等过程中的金属工艺导致器件区第一导电体16与器件区第二导电体17间的电连接，如图2所示。器件区第一导电体16、器件区第二导电体17具体可以为现有常用的导电形式，器件区第一导电体16、器件区第二导电体17与光学器件1间的对应电连接配合关系与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

本发明实施例中，所述器件区电隔离结构包括器件区纳米森林以及设置于所述器件区纳米森林上的非连续的器件区纳米森林金属层。具体地，所述电极纳米森林10、器件区纳米森林与光吸收区纳米森林9为同一工艺步骤形成，电极纳米森林金属层13、器件区纳米森林金属层与光吸收区金属层12为同一工艺步骤层。

进一步地，还包括设置于光学器件1划片道上的划片道纳米森林11，在所述划片道纳米森林11上设置非连续的划片道金属层14。

本发明实施例中，划片道纳米森林11设置在光学器件1的划片道3上，划片道纳米森林11小于划片道3的宽度，划片道3具体在光学器件1的位置与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知。具体实施时，划片道纳米森林11与光吸收区纳米森林9以及电极纳米森林10为同一工艺步骤形成，划片道金属层14与电极纳米森林金属层13、光吸收区金属层12为同一工艺形成。

具体实施时，在划片道3上同步设置这种划片道纳米森林11以及划片道金属层14，通过划片道纳米森林11以及非连续的划片道纳米金属层14能降低金属层的反射率，使激光切割工艺不受金属薄膜影响。

进一步地，所述电极纳米森林10内纳米纤维体的高度为1μm～50μm，所述纳米纤维体的直径为10nm～300nm。光吸收区纳米森林9以及划片道纳米森林11内每个纳米纤维体的具体情况与电极纳米森林10相一致，此处不再赘述。

具体实施时，光学器件1为单个器件或阵列分布式器件，其中，图1和图2示出了光学器件1为单个器件的情况，图7示出了呈阵列分布的器件。无论为单个器件还是呈阵列分布，在光学器件1的光吸收区制备高吸收结构2时，均需要在器件电极5的周围和/或器件电极5之间制备电隔离结构4。当然，对于阵列分布的光学器件1，根据具体的结构形式，还包括制备器件区电隔离结构15。

如图3～图6所示，对于上述的结构，可以通过下述工艺步骤制备得到，具体地，所述制备方法包括如下步骤：

步骤1、提供光学器件1，并在所述光学器件1光吸收区制备光吸收区纳米森林9，以及在光学器件1的器件电极5的外圈制备电极纳米森林10；

具体地，光学器件1具体可以为现有常用的器件等，具体可以根据需要进行选择。对于光学器件1，具有光吸收区，且在光学器件1上设置器件电极5。

具体实施时，在光学器件1的光吸收区制备光吸收区聚合物层6，并在器件电极5的外圈制备器件电极聚合物层7；

对所述光吸收区聚合物层6、器件电极聚合物层7同时进行等离子体轰击，以在光吸收区制备得到光吸收区纳米森林9，以及在器件电极5的外圈制备电极纳米森林10。

本发明实施例中，所述等离子体轰击包括氧等离子体轰击、氩等离子体轰击、氧等离子体轰击与氩等离子体交替轰击，或氧等离子体与氩等离子体共同轰击。光吸收区聚合物层6以及器件电极聚合物层7可以采用现有常用的材料，如光刻胶等，制备得到光吸收区聚合物层6、器件电极聚合物层7的过程均可以采用现有常用的计算手段，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

具体实施时，还可以在光学器件1的划片道3上设置划片道聚合物层8，划片道聚合物层8与光吸收区聚合物层6以及器件电极聚合物层7可以通过工艺制备得到，如图3所示。在制备得到划片道聚合物层8后，利用等离子体攻击工艺，能在划片道3上制备得到划片道纳米森林11，如图4所示。

具体实施时，光吸收区纳米森林9、电极纳米森林10以及划片道纳米森林11内均包括若干纳米纤维体，纳米纤维体一般呈柱状，由上述说明可知，吸收区纳米森林9、电极纳米森林10以及划片道纳米森林11内的纳米纤维体具有相同的尺寸，具体地，所述纳米纤维体的高度为1μm～50μm，所述纳米纤维体的直径为10nm～300nm。

如图5所示，示出了电极纳米森林10与器件电极5之间的示意图，电极纳米森林10可以设置在每个器件电极5的外圈，也可以在相邻的器件电极5之间也设置电极纳米森林10。一般地，器件电极5只有几百纳米(可以为300nm-800nm)，而电极纳米森林10内纳米纤维体的高度是几个微米(可为2μm-50um)，电极纳米森林10内纳米纤维体的高度越高，电隔离效果越好。

步骤2、通过金属沉积工艺，在光吸收区纳米森林9上制备得到非连续的光吸收区金属层12，同时，在电极纳米森林10上制备得到非连续的电极纳米森林金属层13。

具体地，所述金属沉积工艺可以为溅射或蒸发工艺，从而能同时制备得到非连续的光吸收区金属层12、非连续的电极纳米森林金属层13以及非连续的划片道金属层14，具体金属沉积工艺的过程以及工艺条件均可采用现有常用，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。当然，在制备得到非连续的光吸收区金属层12、非连续的电极纳米森林金属层13以及非连续的划片道金属层14后，在光学器件1上还能得到器件连续金属层18，所述器件连续金属层18为未覆盖在相应纳米森林结构且未进行轰击工艺的金属层，具体为本技术领域人员所熟知，如图6所示。

本发明实施例中，具体金属沉积工艺中所利用的金属类型可以根据需要选择，一般为满足高吸收结构2的金属类型，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

当然，当光学器件1的器件区存在器件区第一导电体16与器件区第二导电体17时，在步骤1中，在光学器件1的器件区制备得到器件区纳米森林；步骤2中，在器件区纳米森林上制备得到非连续的器件区纳米森林金属层，通过器件区纳米森林以及所述器件区纳米森林上的器件区纳米森林金属层能形成器件区电隔离结构15，具体制备得到器件区纳米森林与器件区纳米森林金属层的过程可以参考上述工艺说明，此处不再赘述。

Claims (8)

1.一种电隔离结构，包括光学器件（1）以及设置于所述光学器件（1）上的器件电极（5）；其特征是：在所述器件电极（5）的外圈设置电极纳米森林（10），在所述电极纳米森林（10）上设置非连续的电极纳米森林金属层（13），通过电极纳米森林（10）以及所述电极纳米森林（10）上非连续的电极纳米森林金属层（13）能实现器件电极（5）间所需的电隔离；

还包括设置于所述光学器件（1）上的高吸收结构（2）以及器件区电隔离结构（15）；

所述高吸收结构（2）包括设置于光学器件（1）的光吸收区的光吸收区纳米森林（9），在所述光吸收区纳米森林（9）上设置非连续的光吸收区金属层（12）；

所述器件区电隔离结构（15）包括器件区纳米森林以及设置于所述器件区纳米森林上的非连续的器件区纳米森林金属层；

所述电极纳米森林（10）、器件区纳米森林与光吸收区纳米森林（9）为同一工艺步骤形成，电极纳米森林金属层（13）、器件区纳米森林金属层与光吸收区金属层（12）为同一工艺步骤层。

2.根据权利要求1所述的电隔离结构，其特征是：还包括设置于光学器件（1）划片道上的划片道纳米森林（11），在所述划片道纳米森林（11）上设置非连续的划片道金属层（14）。

3.根据权利要求1所述的电隔离结构，其特征是：所述电极纳米森林（10）内纳米纤维体的高度为1μm~50μm，所述纳米纤维体的直径为10nm~300nm。

4.一种电隔离结构的制备方法，其特征是，用于制备权利要求1所述的电隔离结构，所述制备方法包括如下步骤：

步骤1、提供光学器件（1），并在所述光学器件（1）光吸收区制备光吸收区纳米森林（9），以及在光学器件（1）的器件电极（5）的外圈制备电极纳米森林（10）；

步骤2、通过金属沉积工艺，在光吸收区纳米森林（9）上制备得到非连续的光吸收区金属层（12），同时，在电极纳米森林（10）上制备得到非连续的电极纳米森林金属层（13）。

5.根据权利要求4所述电隔离结构的制备方法，其特征是，步骤1中，还在光学器件（1）的划片道上制备得到划片道纳米森林（11）；步骤2中，在划片道纳米森林（11）上制备得到非连续的划片道金属层（14）。

6.根据权利要求5所述电隔离结构的制备方法，其特征是，步骤1中，在光学器件（1）的光吸收区制备光吸收区聚合物层（6），并在器件电极（5）的外圈制备器件电极聚合物层（7）；

对所述光吸收区聚合物层（6）、器件电极聚合物层（7）同时进行等离子体轰击，以在光吸收区制备得到光吸收区纳米森林（9），以及在器件电极（5）的外圈制备电极纳米森林（10）。

7.根据权利要求4所述电隔离结构的制备方法，其特征是，步骤1中，在光学器件（1）的器件区制备得到器件区纳米森林；步骤2中，在器件区纳米森林上制备得到非连续的器件区纳米森林金属层，通过器件区纳米森林以及所述器件区纳米森林上的器件区纳米森林金属层能形成器件区电隔离结构；

光吸收区纳米森林（9）、电极纳米森林（10）、器件区纳米森林内纳米纤维体的高度为1μm~50μm，所述纳米纤维体的直径为10nm~300nm。

8.根据权利要求4所述电隔离结构的制备方法，其特征是，所述光学器件（1）包括MEMS光学器件，光学器件（1）为单个器件或阵列分布式器件。

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