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在本文中講述了制造納米化硅襯底的無光刻技術(shù)的發(fā)展，固態(tài)脫濕過程和金屬輔助的濕式化學(xué)蝕刻這兩種現(xiàn)象的結(jié)合，允許以一種相對簡單的方式在大面積上制備硅納米結(jié)膠。本我們的研究目的是開發(fā)無光刻技術(shù)來制備納米膠的圖案硅襯底，它可用于氮化鎵基層的金屬有機(jī)氣相外延生長，并提高了外延橫向過度生長方法的質(zhì)量。
在本研究中，使用了用30nm二氧化硅涂層的電阻率為>500Ucm的p型Si（111）和Si（115）襯底，采用PECVD工藝，將襯底切成1212mm2的樣品。利用PVDUHV系統(tǒng)，采用電子束蒸發(fā)法以0.5?As1，沉積10或20nm的Ni層，然后，在Ni層的850C(RTA)系統(tǒng)下退火，以激活SSD過程，RTA處理在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行5min，然后，在部分具有10nmNi層的樣品上，重復(fù)10或20nmNi層的沉積和RTA處理。進(jìn)行了掃描電鏡掃描電鏡的表征，以評估樣品的表面形貌。
為了從掃描電鏡圖像中確定Ni島的大小和表面分布，使用了“ImageJ”的粒子表征工具，該工具允許刪除單個(gè)島嶼區(qū)域（像素）及其在圖像中的數(shù)量，從而允許我們確定島嶼半徑、表面密度和覆蓋率，覆蓋率對應(yīng)于金屬對樣品表面的覆蓋程度，然后從每個(gè)樣本拍攝的至少3張SEM圖像中計(jì)算所有參數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差值，為了確定所得到的硅納米柱的高度，對樣品進(jìn)行了突破，并進(jìn)行了橫截面掃描和分析。
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圖1
在圖中1介紹了硅襯底納米結(jié)構(gòu)的工藝流程總體圖,硅襯底被涂上二氧化硅層，以促進(jìn)Ni層的SSD過程。在高溫下，鎳相互擴(kuò)散到硅襯底中,在Ni/Si界面上可以形成ni2Si或其他硅化鎳的金屬間相,這種金屬間相阻止了橫向質(zhì)量運(yùn)輸和分離的金屬島的形成,小于10nm的薄二氧化硅層可以抑制Ni原子向硅基底的擴(kuò)散和硅化物合金的形成，從而使SSD過程得以啟動(dòng)。
圖中2給出了10nm、10nm+10nm、10nm+20nm、20nmNi層在850C退火的硅襯底的掃描電鏡圖像,通過熱激活，SSD機(jī)制的作用清晰可見，得到了分離的島。為了從掃描電鏡圖像中確定Ni島的大小和表面分布，通過假設(shè)島嶼的理想球形，確定了它們的半徑，半徑值的直方圖如圖所示2。經(jīng)過次退火過程的樣品地形分析結(jié)果、島嶼面積、半徑、表面密度和覆蓋率。
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圖2
為了在相當(dāng)?shù)?/span>Ni島表面密度下獲得更高的覆蓋率，應(yīng)重復(fù)金屬層的沉積和SSD過程,28為了重復(fù)這一步，嘗試了鎳層的兩種厚度：10nm和20nm。金屬層沉積在由10nmNi層除濕過程得到的納米島的樣品上,10nm+10nm厚Ni層的樣品，島的半徑和表面密度分別為68.9nm和20.8mm，覆蓋率為30.7%。將這些值與從單個(gè)10nmNi層中獲得的島嶼相比，島嶼的大小略有減小，密度增加了好幾次，覆蓋率幾乎增加了一倍，下一步，在BHF溶液中蝕刻出薄薄的氧化硅層(30nm)，以暴露出硅表面，由此產(chǎn)生的蘑菇狀結(jié)構(gòu)允許在金催化層中形成一個(gè)空穴圖案，這些制備的樣品被用于研究MaCE過程和硅襯底的納米結(jié)構(gòu)的可能性。
在實(shí)驗(yàn)中，準(zhǔn)備不同濃度HF和過氧化氫的水溶液以檢查氧化和還原劑對MaCM的影響：20%HF/2.5%過氧化氫（10M/0.69M）、10%HF/2.5%過氧化氫（5M/5%HF/2.5%過氧化氫（2.5M/0.69M）、10%HF/5%過氧化氫（5M/1.39M）、10%HF/0.3%過氧化氫（5M/0.08M），將樣品浸入蝕刻溶液中5min。并給出了溶液中Si（111）和（115）襯底在10nm金層下的金屬輔助濕化學(xué)蝕刻效果的SEM截面圖像。對于每種蝕刻劑的最小濃度，可以觀察到根據(jù)催化金屬圖案的密度，蝕刻速率的大分散。這可能是由于蝕刻表面的不均勻和試劑供應(yīng)不足造成的。 對于在低HF/h2o2比值的溶液中制備的結(jié)構(gòu)，即氧化劑含量相對較高的結(jié)構(gòu)，可以觀察到柱的溫和孔隙率，特別是結(jié)構(gòu)的頂部，當(dāng)陰極上產(chǎn)生過多的孔穴時(shí)，當(dāng)氧化劑的還原反應(yīng)被催化時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況，然后將孔穴注入到金屬-半導(dǎo)體界面，在其中參與氧化過程，其中一些可以擴(kuò)散到半導(dǎo)體中，導(dǎo)致表面的孔隙率。
在所進(jìn)行的研究中，蝕刻速率隨著氧化劑（過氧化氫）和蝕刻劑(HF)濃度的增加而增加，并且對于更高濃度的溶液有飽和的趨勢。硅晶體取向的襯底的蝕刻速率明顯較高，但在襯底垂直方向之外沒有特權(quán)的蝕刻方向。由于催化金屬圖案的密度或縮小，蝕刻速率沒有明顯的差異，這表明通過催化金屬的擴(kuò)散在我們的MaCE過程中通過催化金屬占主導(dǎo)地位，這是由于蝕刻速率依賴于催化層的厚度，即減少了催化金屬的層厚度，提高了MaCE工藝效率。
未來將集中于優(yōu)化納米柱的高度、直徑和密度等參數(shù)，用于制備硅片模板，用于外延橫向過度生長(ELO)方法。