用于制造光子装置的元件的系统和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114223051A(43)申请公布日2022.03.22(21)申请号202080057026.3马蒂亚斯·卡贾斯(22)申请日2020.07.28霍安·维拉·科马马拉(30)优先权数据(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限19191781.42019.08.14EP公司11227代理人蔡胜有苏虹(85)PCT国际申请进入国家阶段日2022.02.11(51)Int.Cl.H01L21/306(2006.01)(86)PCT国际申请的申请数据H01L21/308(2006.01)PCT/EP2020/0712352020.07.28H01L21/67(2006.01)(87)PCT国际申请的公布数据H01L31/18(2006.01)WO2021/028214EN2021.02.18(71)申请人保罗·谢勒学院地址瑞士菲利根(72)发明人卢恰·罗马诺马可·斯坦帕诺尼康斯坦钦斯·叶菲莫夫斯基权利要求书2页说明书12页附图14页(54)发明名称避免抑制蚀刻反应。用这种方法可以获得具有约用于制造光子装置的元件的系统和方法10000:1的纵横比的结构。该方法具有优异的纳(57)摘要米尺度上的图案转移能力。由于氧化剂可以通过本公开提供了通过使用连续金属网和在呈普通空气提供，因此该系统具有特别的实施优连续流的空气和蚀刻剂的存在下进行蚀刻而在势，因为它不需要对危险和易燃气体(例如O2气半导体基底中制造作为光子装置的元件的高纵体)或不稳定化学品(例如H2O2)进行任何处理。横比图案的方法。在一种方法中，涉及形成稳定的金属‑半导体合金的稳定催化剂允许即使在非常低的氧化剂浓度(例如存在于空气中的氧化剂物质)的条件下也在垂直方向上蚀刻基底而无需任何外部偏压或磁场，从而在半导体基底中实现非常高的纵横比结构。半导体基底上的金属层与空气中包含的氧化剂反应，并通过蚀刻剂催化半导体蚀刻。在一种方法中，通过使经水稀释的HF溶液蒸发来供应蚀刻剂。在金属层附近呈连续流的空气允许在金属层附近保持恒定的氧化剂浓度。这有利于反应物物质和蚀刻副产物的传质，因此该过程可以长时间持续以形成非常高的纵横比结构。一旦形成经蚀刻的半导体结构，连续的空气流支持反应物物质扩散通过经蚀刻的半导体结构，从而保持高纵横比结构的均匀蚀刻速CN114223051A率。连续的空气流支持反应副产物的扩散，从而CN114223051A权利要求书1/2页1.一种通过气相中的金属辅助化学蚀刻制造光子装置的元件的方法，包括以下步骤：(a)提供半导体基底和其上的图案化金属层；(b)将所述半导体基底和其上的所述图案化金属层暴露于气相的反应物，其中所述反应物包含氧化剂气体和蚀刻剂气体，其中所述氧化剂气体包含空气以及其中所述蚀刻剂气体包含氢氟酸，以及其中所述反应物以连续流或脉冲流供应至所述半导体基底和其上的所述图案化金属层，其中所述氧化剂气体中的氧气的浓度通过H2O2在铂表面上分解而局部增加，所述铂表面为浸入在包含H2O2的液体溶液中的包含铂的固体件，其中液相的H2O2在所述铂表面上的分解产生气相的O2，其中所述液体溶液置于容器中并且液体不与所述半导体基底和其上的所述图案化金属接触。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻剂包含从含有经水稀释的HF的液体溶液中蒸发的蒸气相的HF。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述半导体基底包含选自以下的半导体：Si、Ge、或含有来自元素周期表中III族和V族的元素的合金，以及其中所述最末的金属层包含选自以下中的金属：Au、Ag、Pt、Pd、Cu、Ni、Rh。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在暴露于所述氧化剂气体和所述蚀刻剂期间，将所述半导体基底和其上的所述金属图案化层加热到30℃至90℃范围的温度。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其在选自氮气、氩气、和氦气的惰性气体的存在下进行。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其在选自异丙醇、甲醇、乙醇的醇的存在下进行。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述蚀刻剂气体通过专用气体管线供应至封闭的蚀刻室。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述图案化金属层包括连续的网状图案，以及其中经蚀刻的半导体结构包括纵横比为至少10:1的纳米线阵列。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述图案化金属层包括具有周期性特征的X射线衍射光栅图案，以及其中所述经蚀刻的半导体结构包括具有周期性特征的X射线衍射光栅。10.一种通过利用液相或气相的反应物的金属辅助化学蚀刻制造光子装置的元件的方法，包括半导体基底和其上的图案化金属层，其中所述半导体基底和其上的所述图案化金属层包括以下步骤：(a)在所述半导体基底上形成半导体氧化物；