CN115475803A - 陷光结构制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种陷光结构制备方法，包括：当前加工行不是第一条加工行时，对当前加工行采用方形平顶光斑进行激光清洗处理；激光清洗处理完成后，采用圆形高斯光斑进行激光诱导加工；当前加工行为最后一个加工行时，在完成激光诱导加工后，采用方形平顶光斑对所有加工行进行激光清洗处理；其中，所述方形平顶光斑能量密度为所述圆形高斯光斑能量密度的1/20～2/15。本发明提供的陷光结构制备方法，能够通过激光清洗处理过程去除当前加工行的杂质堆积，降低对待处理材料的保护需求，减少危险化工物品的使用。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种陷光结构制备方法。
背景技术
制备减反射陷光结构表面有很多方式，包括溶胶凝胶法、电子刻蚀、湿法刻蚀、干法刻蚀和激光加工等。激光加工能够满足加工结构的任意性和可控性，也能够满足加工结构高精度的需求；其次，激光加工具有可程序化、适合于大面积加工以及环境友好等优势。除此之外，激光加工具有结构可设计性，有利于减反射结构表面设计及后期制备。
目前制备硅基陷光结构主要有两种激光加工方法：一种是“黑硅”技术，脉冲激光在硫系气氛环境(SF6、H2S等)下直接扫描硅基材料，产生尖峰微米结构；另一种是脉冲激光通过液体环境(蒸馏水、硫酸溶液等)辐照硅基材料，产生柱状结构。但这两种方法都有操作复杂，激光设备复杂，且含有危险化工物品等缺陷。
发明内容
本发明提供的陷光结构制备方法，能够通过激光清洗处理过程去除当前加工行的杂质堆积，降低对待处理材料的保护需求，减少危险化工物品的使用。
本发明提供一种陷光结构制备方法，包括：
当前加工行不是第一条加工行时，对当前加工行采用方形平顶光斑进行激光清洗处理；
激光清洗处理完成后，采用圆形高斯光斑进行激光诱导加工；
当前加工行为最后一个加工行时，在完成激光诱导加工后，采用方形平顶光斑对所有加工行进行激光清洗处理；
其中，所述方形平顶光斑能量密度为所述圆形高斯光斑能量密度的1/20～2/15。
可选地，前一加工行与当前加工行之间的间距为所述圆形高斯光斑直径的2/7～1倍。
可选地，所述前一加工行与当前加工行之间的间距为20-40μm。
可选地，所述圆形高斯光斑的能量密度为1.5-2J/cm2，所述圆形高斯光斑的移动速度为15-40mm/s。
可选地，所述方形平顶光斑的能量密度为0.1-0.2J/cm2，所述方形平顶光斑的移动速度为20-100mm/s。
可选地，在所述激光清洗处理过程中，采用所述方形平顶光斑对当前路径至少进行两次扫描。
可选地，在所述激光清洗处理和所述激光诱导加工过程中，待处理材料设置于空气氛围中。
可选地，在所述激光清洗处理和所述激光诱导加工过程中，采用的激光器输出功率为4-9W，频率为200-400KHz，脉冲波长在650nm以下，脉冲宽度小于10ns。
可选地，当前加工行为第一条加工行时，采用圆形高斯光斑对所述当前加工行进行激光诱导加工。
可选地，所述圆形高斯光斑的直径为40-70μm。
在本发明提供的技术方案中，在激光诱导加工之前，对当前行进行激光清洗处理，使用方形平顶光斑的超快激光与材料相互作用，产生等离子体，随着激光能量的吸收，在等离子体羽流中发生气化和电离，并且随着等离子体的扩展产生高温(>104K)和高压(>1GPa)，最后等离子体爆炸产生冲击波和高温气流，从而去除掉堆积的纳米颗粒，避免堆积的纳米颗粒对当前行的加工造成影响。清洗处理完成后，采用圆形高斯光斑进行激光诱导加工，制备出微米级尖锥结构，再通过激光清洗处理，使微米级尖锥结构的表面形成纳米级结构，从而大幅度提升对光的吸收能力。在本发明提供的技术方案中，通过激光诱导加工之前的激光清洗处理，减少了杂质堆积对当前加工行的影响，又通过激光诱导加工之后的激光清洗处理，提高对光的吸收能力，降低了在加工过程中的气氛保护需求，降低了设备成本和复杂性。
附图说明
图1为本发明一实施例陷光结构制备方法的流程图；
图2为本发明另一实施例陷光结构制备方法制备的陷光结构的扫描电镜照片；
图3为本发明另一实施例陷光结构制备方法制备的陷光结构的的吸收特性曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种陷光结构制备方法，包括：
步骤100，当前加工行不是第一条加工行时，对当前加工行采用方形平顶光斑进行激光清洗处理；
在一些实施方式中，在前一加工行的激光诱导加工过程中，不可避免的会导致当前加工行的杂质堆积，在形成杂质堆积之后，如不进行处理，堆积的杂质将会对当前加工行的加工过程形成影响。为了避免堆积的杂质对当前加工行的影响，本步骤中，使用方形平顶光斑的超快激光与材料相互作用，产生等离子体，随着激光能量的吸收，在等离子体羽流中发生气化和电离，并且随着等离子体的扩展产生高温(>104K)和高压(>1GPa)，最后等离子体爆炸产生冲击波和高温气流，从而去除掉堆积的纳米颗粒。
步骤200，激光清洗处理完成后，采用圆形高斯光斑进行激光诱导加工；
在一些实施例中，在激光清洗处理完成后，已经去除了当前加工行堆积的杂质，此时，符合当前加工行进行激光诱导加工的条件，因此，本步骤中，采用圆形高斯光斑对当前加工行进行诱导加工，以形成微米级的尖锥结构。微米级的尖锥结构将会构成基本的陷光结构。
步骤300，当前加工行为最后一个加工行时，在完成激光诱导加工后，采用方形平顶光斑对所有加工行进行激光清洗处理；
在一些实施例中，当前加工行为最后一个加工行时，表明待处理材料已经全部完成微米级尖锥结构的制备。为了进一步的增强陷光结构对光的捕捉能力，本步骤中，采用激光清洗处理的方式对所有加工行再进行一次处理，此时，在所有加工行表面，具有少量的杂质堆积，在激光清洗处理的过程中，部分堆积的杂质被清楚，部分堆积的杂质与尖锥结构形成一体，成为尖锥结构表面的纳米级结构。
其中，所述方形平顶光斑能量密度为所述圆形高斯光斑能量密度的1/20～2/15。
在一些实施例中，激光清洗处理过程中，应当尽可能的清除当前加工行堆积的杂质，同时，还应当保持当前加工行的材料表面，才能够在激光诱导加工过程中不影响其加工效果。因此，本实施方式中，将方形平顶光斑的能量密度设置为圆形高斯光斑能量密度的1/20～2/15。
在本发明实施例提供的技术方案中，在激光诱导加工之前，对当前行进行激光清洗处理，使用方形平顶光斑的超快激光与材料相互作用，产生等离子体，随着激光能量的吸收，在等离子体羽流中发生气化和电离，并且随着等离子体的扩展产生高温(>104K)和高压(>1GPa)，最后等离子体爆炸产生冲击波和高温气流，从而去除掉堆积的纳米颗粒，避免堆积的纳米颗粒对当前行的加工造成影响。清洗处理完成后，采用圆形高斯光斑进行激光诱导加工，制备出微米级尖锥结构，再通过激光清洗处理，使微米级尖锥结构的表面形成纳米级结构，从而大幅度提升对光的吸收能力。在本发明实施例提供的技术方案中，通过激光诱导加工之前的激光清洗处理，减少了杂质堆积对当前加工行的影响，又通过激光诱导加工之后的激光清洗处理，提高对光的吸收能力，降低了在加工过程中的气氛保护需求，降低了设备成本和复杂性。
作为一种可选的实施方式，前一加工行与当前加工行之间的间距为所述圆形高斯光斑直径的2/7～1倍。在一些实施例中，由于圆形高斯光斑的能量主要集中在中心区域左右，为了使待处理材料能够形成良好的激光诱导加工效果，将相邻两个加工行的间距设置的较小可以确保高能量密度对待处理材料的加工。作为一种优选的实施方式，所述前一加工行与当前加工行之间的间距为20-40μm。
作为一种可选的实施方式，所述圆形高斯光斑的能量密度为1.5-2J/cm2，所述圆形高斯光斑的移动速度为15-40mm/s。在一些实施例中，圆形高斯光斑采用较高的能量密度和较低的移动速度，能够确保较大尺寸的纳米级尖锥结构的形成。
作为一种可选的实施方式，所述方形平顶光斑的能量密度为0.1-0.2J/cm2，所述方形平顶光斑的移动速度为20-100mm/s。在一些实施例中，方形平顶光斑采用均匀且较低的能量密度，同时，采用较快的移动速度，在对单个加工行进行清理的过程中，能够确保在去除堆积杂质的同时，还能够不损坏待处理材料的表面。在对所有加工行进行激光清洗处理的过程中，能够确保细小且均匀的纳米级结构的形成。
作为一种可选的实施方式，在所述激光清洗处理过程中，采用所述方形平顶光斑对当前路径至少进行两次扫描。在一些实施例中，由于在激光清洗处理过程中，采用较低的能量密度和较快的运行速度，为了确保对堆积杂质的彻底去除，需要采用多次扫描的方式进行处理。
作为一种可选的实施方式，在所述激光清洗处理和所述激光诱导加工过程中，待处理材料设置于空气氛围中。在一些实施例中，激光清洗处理过程能够有效的去除当前加工行的杂质堆积，从而，在加工过程中将待处理材料设置于空气气氛中，也能够具有较好的加工效果。应当理解的是，将待处理材料置于空气气氛中能够有效的降低设备成本以及复杂度，减少有毒有害的化工物品使用，但是，本发明的技术方案并不排斥在保护性气氛中的应用。
作为一种可选的实施方式，在所述激光清洗处理和所述激光诱导加工过程中，采用的激光器输出功率为4-9W，频率为200-400KHz，脉冲波长在650nm以下，脉冲宽度小于10ns。
作为一种可选的实施方式，当前加工行为第一条加工行时，采用圆形高斯光斑对所述当前加工行进行激光诱导加工。在一些实施例中，当前加工行为第一条加工行时，由于不存在前一加工行，因此，不存在杂质堆积的问题，不需要预先进行激光清洗处理。
作为一种可选的实施方式，所述圆形高斯光斑的直径为40-70μm。
如下提供一种示例性实施方式，对本发明的技术方案予以说明：
本实施例提供一种使用该装置制备硅基微米纳米陷光结构的方法，采用波长515nm、脉宽为600fs的超快激光器对的硅片区域进行加工，激光重复频率为300kHz，采用负离焦方式将作用光斑直径调至50μm，加工行间距为25μm；激光诱导参数：光斑能量密度为1.7J/cm2，激光扫描速度为25mm/s；激光清洗参数：光斑能量密度为0.2J/cm2，激光扫描速度为70mm/s，激光清洗扫描次数为两次。加工后的样品通过扫面电子显微镜对加工区域的微观形貌进行观测，发现整块区域由大量的尖锥状微米纳米结构构成，整体清晰致密，尖锥结构高度为17μm左右，如图2所示。最后，测试了样品对300nm-15μm波段的吸收率，结果如图3所示，可见，所得陷光结构样品对整个测试波段具有很好的吸收特性，0.3-2.5μm波段范围吸收率均在98％左右，2.5-15μm波段范围吸收率在80％以上。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种陷光结构制备方法，其特征在于，包括：
当前加工行不是第一条加工行时，对当前加工行采用方形平顶光斑进行激光清洗处理；
激光清洗处理完成后，采用圆形高斯光斑进行激光诱导加工；
当前加工行为最后一个加工行时，在完成激光诱导加工后，采用方形平顶光斑对所有加工行进行激光清洗处理；
其中，所述方形平顶光斑能量密度为所述圆形高斯光斑能量密度的1/20～2/15。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，前一加工行与当前加工行之间的间距为所述圆形高斯光斑直径的2/7～1倍。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述前一加工行与当前加工行之间的间距为20-40μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述圆形高斯光斑的能量密度为1.5-2J/cm2，所述圆形高斯光斑的移动速度为15-40mm/s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方形平顶光斑的能量密度为0.1-0.2J/cm2，所述方形平顶光斑的移动速度为20-100mm/s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述激光清洗处理过程中，采用所述方形平顶光斑对当前路径至少进行两次扫描。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述激光清洗处理和所述激光诱导加工过程中，待处理材料设置于空气氛围中。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述激光清洗处理和所述激光诱导加工过程中，采用的激光器输出功率为4-9W，频率为200-400KHz，脉冲波长在650nm以下，脉冲宽度小于10ns。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当前加工行为第一条加工行时，采用圆形高斯光斑对所述当前加工行进行激光诱导加工。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述圆形高斯光斑的直径为40-70μm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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