一種鍍膜硅基材料及其制備方法和鍍膜處理液的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于硅材料技術領域，具體涉及一種鍍膜硅基材料及其制備方法和鍍膜處理液。
【背景技術】
[0002]硅基材料是以硅材料為基礎發(fā)展起來的新型材料，在半導體、太陽能等領域，發(fā)揮著越來越重要的作用，而硅基材料表面結構的研宄，對硅基材料綜合性能的提高有較大的參考意義，而掃描電子顯微鏡(SEM)是一種較常用的研宄材料表面形態(tài)的儀器，它利用極細的高能入射電子束去掃描樣品，主要通過樣品表面產生的二次電子實現對樣品表面信息的獲取。
[0003]由于掃描電鏡的高能電子束是通過樣品表面導電層到金屬樣品臺而流入大地，而硅基材料通常為半導體，不導電或導電性較差，在電子束作用下會產生電荷堆積，影響入射電子束斑和樣品發(fā)射的二次電子運動軌跡，使圖像質量下降。因此，必須對硅基材料進行導電處理，使其成為導電體，提高檢測精度。目前普遍是采用離子濺射或真空電鍍的方法對樣品表面進行鍍重金屬處理，黃金和白金有很高的二次電子產出率，不改變樣品表面二次電子的產生方向，故一般地選擇黃金或白金做鍍膜機的靶材，但這些處理方法需要較昂貴的鍍膜設備(如真空鍍膜儀、濺射儀等)的投入。

【發(fā)明內容】

[0004]針對半導體硅基材料的導電性不佳導致需要投入離子濺射儀或真空電鍍儀等設備對樣品表面進行鍍重金屬處理后才能進行SEM檢測的問題，本發(fā)明提供了一種鍍膜硅基材料，所述鍍膜硅基材料導電性能好，因此能夠直接用于SEM檢測且精度高。本發(fā)明還相應提供了該鍍膜硅基材料的制備方法和鍍膜處理液。
[0005]第一方面，本發(fā)明提供了一種鍍膜硅基材料，其特征在于，所述鍍膜硅基材料包括硅基材料層和金屬層，所述金屬層沉積在所述硅基材料層的表面，所述金屬層的電負性大于娃。
[0006]優(yōu)選地，所述娃基材料層為娃片或娃芯片。
[0007]優(yōu)選地，所述金屬層的材質為銅、銀、金、鈀和鉑中的一種。
[0008]優(yōu)選地，所述金屬層的厚度為5-50nm。
[0009]所述金屬層是覆蓋在娃基材料層的表面，所述金屬層較薄，其厚度為5-50nm，所述金屬膜層是依附硅基材料表面形貌而沉積，不影響對硅基材料形貌的觀測。若金屬層太厚，則會遮蓋住硅基材料表面的形貌，影響觀測。
[0010]所述金屬層不改變原有硅基材料表面二次電子的產生方向，所述鍍膜硅基材料的導電性好，可直接用于SEM檢測，得到清晰度高的SEM圖像。
[0011]第二方面，本發(fā)明提供了一種鍍膜硅基材料的制備方法，包括如下步驟:
[0012](I)配制鍍膜處理液:
[0013]將氫氟酸、金屬鹽和水混合，得到鍍膜處理液，其中，所述鍍膜處理液中，氫氟酸的濃度為l_22mol/L，金屬離子的摩爾濃度為0.001-0.lmol/L ；
[0014](2)鍍膜處理:
[0015]取硅基材料，置于所述鍍膜處理液中進行處理，處理溫度為15_50°C，處理時間為2_50s ;
[0016](3)將步驟(2)處理后的硅基材料取出，進行清洗、烘干處理，得到鍍膜硅基材料，所述鍍膜硅基材料包括硅基材料層和金屬層，所述金屬層沉積在所述硅基材料層的表面，所述金屬層的電負性大于硅的電負性。
[0017]優(yōu)選地，步驟(I)所述鍍膜處理液中，金屬鹽包括硝酸銅、硝酸銀、氯化銅、草酸銅、草酸銀、氯化銀、碳酸銅、碳酸銀、硝酸鈀、氯金酸和氯鉑酸中的一種。
[0018]更優(yōu)選地，步驟(I)所述鍍膜處理液中，金屬鹽為硝酸銀。
[0019]優(yōu)選地，步驟(I)所述鍍膜處理液中，金屬離子的摩爾濃度為0.005-0.054mol/Lo
[0020]更優(yōu)選地，步驟(I)所述鍍膜處理液中，金屬離子的摩爾濃度為0.005mol/Lo
[0021]優(yōu)選地，步驟(I)所述鍍膜處理液中，氫氟酸的濃度為10-19mol/L。
[0022]更優(yōu)選地，步驟(I)所述鍍膜處理液中，氫氟酸的濃度為19mol/L。
[0023]優(yōu)選地，步驟(2)中，所述硅基材料為硅片或硅芯片，但不限于此。
[0024]更優(yōu)選地，步驟(2)中，所述硅基材料為多晶硅片。
[0025]進一步優(yōu)選地，步驟(2)中，所述硅基材料為常規(guī)制絨后的多晶硅片。
[0026]優(yōu)選地，步驟(2)中，所述處理溫度為常溫。
[0027]更優(yōu)選地，所述處理溫度為15_24°C。
[0028]優(yōu)選地，步驟(2)中，所述處理時間為5-20s。
[0029]如本發(fā)明所述的，所述鍍膜處理硅基材料的形貌是由鍍膜處理液的濃度、處理時間、處理溫度共同決定。處理時間過長，硅基材料就會腐蝕過多，影響原有的形貌，再用SEM檢測，不能正常反映硅基材料的原有的形貌特征。處理時間過短，又不能均勻地沉積一層金屬層。
[0030]如本發(fā)明所述，步驟(3)中，所述清洗，是采用去離子水進行清洗，去除硅片表面殘留的鍍膜處理液。
[0031]如本發(fā)明所述，步驟(3)中，制得的鍍膜硅基材料，可直接用于SEM檢測，得到清晰度較高的SEM圖像。
[0032]硅與含金屬(電負性大于硅的金屬，如銅、銀、金、鉑等)離子的氫氟酸溶液發(fā)生電化學反應，以銀離子(Ag+)為例，反應原理如下:
[0033]Ag++e_—Ag(S);陰極反應
[0034]Si+2H20 — Si02+4H++4e-，陽極反應
[0035]Si02+6HF — H2SiF6+2H20 ；
[0036]硅表面附近的Ag+從S1-Si鍵中捕獲電子，這是由于Ag+/Ag的系統(tǒng)能量(即電負性)遠低于硅的價帶邊緣，Ag+可以從硅的價帶中得到電子；同時為了保持電荷平衡，硅失去電子被氧化。該反應為氧化還原反應，包括陰極反應一一金屬離子的還原，陽極反應一一硅原子的氧化。被氧化生產的二氧化硅被氫氟酸溶液腐蝕，使反應持續(xù)進行，硅片表面逐漸形成薄薄的金屬單質。沉積的金屬是覆蓋在硅片表面，所述金屬層較薄，其厚度為5-50nm，所數金屬膜層是依附硅片表面形貌而沉積，不影響對其形貌的觀測。由于鍍膜處理過程是均勻反應，硅片表面形貌的相對位置不變，且腐蝕量極少，不影響觀測結果。
[0037]基于掃描式電子顯微鏡對導電性高的材料表面有更好的信號獲取效果，本發(fā)明在硅基材料進行掃描式電子顯微鏡測試前，將所述硅基材料置于含有金屬離子(電負性大于硅的金屬)的氫氟酸溶液中浸泡，通過化學反應在其表面形成一層金屬薄膜，提高硅材料的導電性，達到提高SEM檢測精度的目的；且相比于離子濺射或真空電鍍的方法對樣品表面進行鍍膜處理而言，該方法更易于操作，不需使用鍍膜設備。
[0038]本發(fā)明所述的處理方法是為了提高硅基材料電子顯微鏡檢測精度，適用于所有硅基材料，不受晶體缺陷/位錯缺陷的影響，不會對缺陷/位錯擇優(yōu)腐蝕、不會優(yōu)先沉積一層均勻的金屬層，不會改變表面二次電子的產生方向，能夠真實、清晰地反映硅基材料的表面形貌。
[0039]本發(fā)明第一方面提供的鍍膜硅基材料，是采用本發(fā)明第二方面所述的鍍膜處理方法制得。
[0040]第三方面，本發(fā)明提供了一種鍍膜處理液，所述鍍膜處理液為氫氟酸、金屬鹽和水的混合溶液，其中，所述鍍膜處理液中，氫氟酸的濃度為l_22mol/L，金屬離子的摩爾濃度為0.001-0.lmol/L，所述金屬鹽中金屬元素的電負性大于硅的電負性。
[0041]優(yōu)選地，所述鍍膜處理液中，所述金屬鹽包括硝酸銅、硝酸銀、氯化銅、草酸銅、草酸銀、氯化銀、碳酸銅、碳酸銀、硝酸鈀、氯金酸和氯鉑酸中的一種。
[0042]更優(yōu)選地，所述鍍膜處理液中，所述金屬鹽為硝酸銀。
[0043]優(yōu)選地，所述鍍膜處理液中，金屬離子的摩爾濃度為10_19mol/L。
[0044]優(yōu)選地，所述鍍膜處理液中，氫氟酸的濃度為0.005-0.054mol/Lo
[0045]本發(fā)明所述鍍膜處理液配比簡單，成本低，硅基材料在所述鍍膜處理液處理后，可在硅基材料表面沉積一層薄薄的金屬層，進而可提高硅基材料的導電性，提高其在SEM檢測中的精度。
[0046]與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0047](I)所述鍍膜硅基材料的導電性得到提高，在對其進行SEM檢測時，不改變鍍膜硅基材料中原有硅基材料層表面二次電子的產生方向，得到的SHM圖像的清晰度更高；
[0048](2)所述提高硅基材料電子顯微鏡檢測精度的處理方法操作簡單，時間短，無需鍍膜設備投入；
[0049](3)所述鍍膜處理液的配比簡單，成本低。
【附圖說明】
[0050]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0051]圖1為本發(fā)明實施例1中鍍膜多晶硅片(圖1b)與未處理硅片(圖1a)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；
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