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介紹

? ? ? 對(duì)于大多數(shù)半導(dǎo)體而言，陽極氧化需要價(jià)帶空穴。因此，人們期望該反應(yīng)發(fā)生在黑暗中的p型半導(dǎo)體和僅在(超)帶隙光照射下的n型半導(dǎo)體。氫氧化鉀溶液中硅的化學(xué)蝕刻包括兩個(gè)主要步驟:氫氧化物催化的硅-氫表面鍵的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生硅-氫氧化物(和二氧化硅)和通過與水的反應(yīng)破壞超極化的硅。后一步再生表面氫化物。注意到硅蝕刻和有機(jī)硅化學(xué)之間的相似性，并且蝕刻各向異性是基于在OH離子的親核攻擊期間形成的五配位過渡態(tài)來解釋的

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實(shí)驗(yàn)

? ? ? 實(shí)驗(yàn)在(100)和(111)取向的表面上進(jìn)行。Okmetic提供直拉生長的n型(磷摻雜，1–10厘米)和p型(硼摻雜，5–10厘米)硅(100)晶片。為了在(100)個(gè)表面上進(jìn)行測量，硅片被切成2厘米×2厘米的樣品。這些樣品的暴露表面積為1.50cm2.在輪廓分明的(111)表面上的測量是在僅暴露掩模(100)表面(掩模開口寬度:100米)上的(111)面的V形槽電極上進(jìn)行的。為了制備樣品，LPCVD在晶片上沉積了300納米厚的富硅氮化物(SiRN)掩模層(200托，850℃，70sccm SiH2Cl2，18sccm NH3)。通過等離子體蝕刻(DRIE)接著磷酸蝕刻(85%)在氮化物層中打開窗口。使用了兩個(gè)光刻步驟[5，6]。第一個(gè)掩蔽步驟用于確定結(jié)晶方向。然后將包含矩形窗口的第二掩模與沿方向的邊緣對(duì)齊，精確度為0.05。在75.0℃的5.0M氫氧化鉀溶液中蝕刻掩模樣品90分鐘以形成V形槽。然后用去離子水徹底沖洗樣品，并在10%硫酸溶液中浸泡15分鐘。在這些“淬火”步驟之后，再次用水沖洗樣品，并在氬氣流中吹干。電極表面積可以基于掩模幾何形狀并通過測量蝕刻下的掩模來確定。電化學(xué)測量前，將樣品置于濃硝酸中30分鐘(65%，默克，美國藥典。質(zhì)量)以去除有機(jī)沉積物，然后在去離子水中浸泡15分鐘。

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討論

? ? ? 第一組測量中，通過用p型電極測量循環(huán)伏安圖，研究了H2O2對(duì)氫氧化鉀溶液中硅(100)的一般電化學(xué)的影響。有兩個(gè)問題很重要。H2O2會(huì)影響系統(tǒng)的陽極電流電勢特性嗎？如果會(huì)，這是否歸因于氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)？p型電極的優(yōu)點(diǎn)是由于析氫而沒有陰極電流，析氫需要導(dǎo)帶電子。

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圖1 (a)顯示了p-Si(100)在5.0M氫氧化鉀溶液(250毫升，45.0攝氏度)中的伏安圖，其中添加了各種過氧化氫

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圖5 ?顯示了n型硅(111)在含有不同濃度異丙醇的氫氧化鉀溶液(55.0攝氏度)中的電流瞬變

? ? ? 陽極氧化電流瞬變和平帶電勢變化的濃度依賴性都使我們得出結(jié)論，異丙醇改變了表面的化學(xué)反應(yīng)性:陽極氧化加速，Ufb的變化可以用硅-溶液界面上異丙氧物種的存在來解釋。如前所述，很難根據(jù)蝕刻劑的溶劑化的變化或酒精的存在導(dǎo)致的蝕刻劑溶液表面張力的降低來解釋這些觀察結(jié)果。我們的結(jié)果表明，化學(xué)吸附?jīng)Q定了表面反應(yīng)性

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結(jié)論

? ? ? 過氧化氫和異丙醇化學(xué)“激活”硅表面，在氫氧化鉀溶液中蝕刻。兩種添加劑都會(huì)影響陽極氧化過程。在過氧化氫的情況下，硅被化學(xué)氧化，并且在硅(111)表面上形成的氧化物核加速陽極氧化。異丙醇還會(huì)增強(qiáng)表面氧化，很可能是通過化學(xué)吸附，從而導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)性增加。電化學(xué)阻抗測量支持了在蝕刻條件下表面終止的建議變化，當(dāng)添加劑存在時(shí)，顯示出相當(dāng)大的平帶電位偏移。這項(xiàng)工作證實(shí)了硅在堿性溶液中的化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)性之間的密切聯(lián)系。

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