Femtosecond laser direct hard mask writing for selective facile micron-scale inverted-pyramid patterning of silicon

材料科学 光电子学 蚀刻(微加工) 薄脆饼 制作 飞秒 激光器 晶体硅 光学 反应离子刻蚀 纳米技术 医学 替代医学 图层(电子) 病理 物理
作者
K. Praveen Kumar,K. K. C. Lee,Peter R. Herman,J. Nogami,Nazir P. Kherani
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:101 (22) 被引量:33
标识
DOI:10.1063/1.4768689
摘要

We report on the fabrication of high-fidelity inverted-pyramids in crystalline silicon (c-Si) at the 1 μm scale through the selective removal of a silicon nitride (SiNx) hard-mask with a 522 nm femtosecond (fs) laser and subsequent alkaline potassium hydroxide (KOH) etching. Through a series of systematic experiments on a range of hard-mask thicknesses, the use of 20 nm thick SiNx film yielded a 0.6 μm diameter laser-ejected aperture in the hard-mask at a single pulse fluence of 0.45 J cm−2, resulting in 1 μm wide inverted-pyramid structure in c-Si after KOH etching. Anisotropic KOH etching of the partially amorphized c-Si underlying the fs-laser patterned hard mask was found to render clean (111) planes of c-Si. An array of inverted-pyramids on c-Si surfaces as large as 4 cm2 was produced with a defect density of less than 1 in 104. This facile, non-contact, and cleanroom-independent technique serves a variety of applications including anti-reflective texturing of thin c-Si for photovoltaics, wafer marking, labeling, and fabrication of microfluidic and optical devices or laboratories on silicon wafers.

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