掃碼添加微信，獲取更多半導體相關資料
摘要
? ? ? 硅在氫氟酸溶液中的電化學蝕刻被用作微加工技術。已經證明，對電化學蝕刻的硅結構的形狀的普遍接受的幾何約束可以顯著放松。報道了在同一n摻雜硅片上刻蝕出的幾種新結構。制造的結構包括壁陣列、孔陣列、曲折形結構、螺旋形壁、微管、微柱、微尖等。詳細描述了電化學蝕刻過程的簡單模型，該模型描述了初始晶種的尺寸、電流密度以及初始圖案的氫氧化鉀蝕刻時間對最終幾何形狀的影響。
?
介紹 ??
? ? ? 在氫氟酸(HF)電解液中電化學蝕刻硅是形成多孔硅的眾所周知的技術。根據陽極氧化硅襯底的摻雜，可以獲得不同的孔形態(tài)，從由p型襯底制成的納米孔到由照射的n型襯底獲得的微米孔。在最后一種情況下，通過用足夠能量的光子照射晶片的后表面，可以在體中光生空穴。在陽極偏壓下，這些空穴向前硅-電解質界面移動，硅發(fā)生溶解。最初，電場集中在平坦晶片表面上的尖銳缺陷處。因此，表面缺陷是大孔形成的種子點。通過用缺陷位置預構圖晶片表面，可以確定大孔將在哪里形成。標準光刻步驟后的氫氧化鉀蝕刻可用于在所需位置產生金字塔形凹口，這些凹口可作為缺陷陣列。具有高縱橫比(高達250)的隨機和預圖案化大孔陣列都在整個晶片厚度和整個晶片上生長。提出的應用范圍從紅外濾波器到光子晶體和微機械系統。
?
制作工藝
? ? ? 樣品的正面暴露在聚鉑陰極的聚四氟乙烯電化學電池中的電解質中，離樣品表面約5毫米。攪拌電解液（HF48%：乙醇99.9%：水，體積為1：2：17）以減少氫氣泡的形成。樣品暴露于電解質中的面積約為0.6cm2，呈圓形。電子孔對是通過用距離樣品20厘米的300W鹵素燈照亮樣品的背面，通過用于提供樣品背面電接觸的金屬板中的圓形窗口產生的?？梢愿淖儫舻碾娫?，以調節(jié)蝕刻光電流。采用HP4145B參數分析儀應用陽極化電壓，并監(jiān)測蝕刻電流。所有實驗都是在室溫下進行的，使用工作電流密度J<30mA/cm2和恒定的陽極化電壓2.5V，如關于測量的電致拋光條件(Jps=30mA/cm2，Vps=2V)。
?
結果和討論
?????在這篇論文中，我們證明了制造孔、壁、螺旋、曲折形結構、微管等是可能的。在相同的硅管芯上，具有不同的間距和尺寸，簡單地通過使用合適的初始晶種進行HF電化學蝕刻。特別是，我們發(fā)現如果預圖案化的缺陷是方孔，則得到標準的大孔陣列，但是如果KOH缺陷由直線構成，則得到壁陣列。 此外，通過適當地布置幾個壁，有可能制造更復雜的幾何形狀作為曲折形狀的結構、螺旋形壁和微管。圖4示出了具有不同尺寸和間距的曲折形結構的俯視圖。我們想指出，隨機大孔存在于圖。其中硅襯底沒有被適時地圖案化。
? ? ? 事實上，一旦襯底的摻雜固定，無孔硅材料上就存在最大尺寸[3，9]:對于較小的尺寸，只有很少的孔可以穿透到圖案化的硅中，引起硅溶解，使得晶體硅自動保護自己免受電化學蝕刻；對于更大的尺寸，更多的孔可以穿透并穿過圖案化的硅到達硅-電解質界面，從而產生孔的形成。圖5分別示出了螺旋陣列的俯視圖(上圖)和這種螺旋的橫截面(下圖)。圖6顯示了微管陣列的俯視圖(上圖)和橫截面(下圖)。從圖1可以明顯看出。
本文提到的是，蝕刻結構的橫向和縱向尺寸由獨立的參數控制:一旦初始缺陷被固定，橫向蝕刻強烈依賴于蝕刻密度電流，該電流建立了所得結構的整體尺寸；垂直尺寸僅取決于蝕刻時間。所提出的方法的缺點可歸因于氟化氫的存在，它是一種腐蝕劑，尤其是對金屬而言；和對晶體壁的最大橫向尺寸的約束，其主要取決于襯底電阻率。就HF的使用而言，如文獻中所報道的，可以使用Si3N4層來保護適當的區(qū)域；同時可以適當地選擇硅襯底的摻雜，以獲得期望的橫向尺寸。
?
圖1 利用高頻電化學蝕刻法制備硅微結構（a-e）的工藝示意圖
?
圖4 曲形結構陣列的俯視圖。在顏色較暗的區(qū)域，硅已經被蝕刻掉了
結論
? ? ? ?這篇論文中，我們證明了通常提出的對電化學蝕刻硅結構形狀的幾何約束可以顯著放松。事實上，我們在同一個n摻雜硅片上制作了幾種新的結構，包括壁陣列、孔陣列、曲折形結構、螺旋狀壁、微管、微柱、微尖等。討論了一個簡單的蝕刻模型，包括初始圖形的尺寸、電流密度和初始圖形的氫氧化鉀蝕刻時間對最終幾何形狀的影響。所制造的結構使我們能夠將高頻電化學蝕刻視為硅微加工的有用工具，替代常用技術。
?
文章全部詳情，請加華林科納V了解:壹叁叁伍捌零陸肆叁叁叁