化学添加剂对KOH 溶液中Si表面反应性的影响

介绍

于大多数半导体而言，阳极氧化需要价带空穴。因此，人们期望该反应发生在黑暗中的p型半导体和仅在(超)带隙光照射下的n型半导体。

氢氧化钾溶液中硅的化学蚀刻包括两个主要步骤:氢氧化物催化的硅-氢表面键的转化产生硅-氢氧化物(和二氧化硅)和通过与水的反应破坏超极化的硅。后一步再生表面氢化物。注意到硅蚀刻和有机硅化学之间的相似性，并且蚀刻各向异性是基于在OH离子的亲核攻击期间形成的五配位过渡态来解释的

实验

实验在(100)和(111)取向的表面上进行。Okmetic提供直拉生长的n型(磷掺杂，1–10厘米)和p型(硼掺杂，5–10厘米)硅(100)晶片。为了在(100)个表面上进行测量，硅片被切成2厘米×2厘米的样品。这些样品的暴露表面积为1.50cm2.在轮廓分明的(111)表面上的测量是在仅暴露掩模(100)表面(掩模开口宽度:100米)上的(111)面的V形槽电极上进行的。为了制备样品，LPCVD在晶片上沉积了300纳米厚的富硅氮化物(SiRN)掩模层(200托，850℃，70sccm SiH2Cl2，18sccm NH3)。通过等离子体蚀刻(DRIE)接着磷酸蚀刻(85%)在氮化物层中打开窗口。使用了两个光刻步骤[5，6]。第一个掩蔽步骤用于确定结晶方向。然后将包含矩形窗口的第二掩模与沿方向的边缘对齐，精确度为0.05。在75.0℃的5.0M氢氧化钾溶液中蚀刻掩模样品90分钟以形成V形槽。然后用去离子水彻底冲洗样品，并在10%硫酸溶液中浸泡15分钟。在这些“淬火”步骤之后，再次用水冲洗样品，并在氩气流中吹干。电极表面积可以基于掩模几何形状并通过测量蚀刻下的掩模来确定。电化学测量前，将样品置于浓硝酸中30分钟(65%，默克，美国药典。质量)以去除有机沉积物，然后在去离子水中浸泡15分钟。

讨论

第一组测量中，通过用p型电极测量循环伏安图，研究了H2O2对氢氧化钾溶液中硅(100)的一般电化学的影响。有两个问题很重要。H2O2会影响系统的阳极电流电势特性吗？如果会，这是否归因于氧化剂的电化学反应？p型电极的优点是由于析氢而没有阴极电流，析氢需要导带电子。

 

阳极氧化电流瞬变和平带电势变化的浓度依赖性都使我们得出结论，异丙醇改变了表面的化学反应性:阳极氧化加速，Ufb的变化可以用硅-溶液界面上异丙氧物种的存在来解释。如前所述，很难根据蚀刻剂[11]的溶剂化的变化或酒精[14]的存在导致的蚀刻剂溶液表面张力的降低来解释这些观察结果。我们的结果表明，化学吸附决定了表面反应性

结论

过氧化氢和异丙醇化学“激活”硅表面，在氢氧化钾溶液中蚀刻。两种添加剂都会影响阳极氧化过程。在过氧化氢的情况下，硅被化学氧化，并且在硅(111)表面上形成的氧化物核加速阳极氧化。异丙醇还会增强表面氧化，很可能是通过化学吸附，从而导致化学反应性增加。电化学阻抗测量支持了在蚀刻条件下表面终止的建议变化，当添加剂存在时，显示出相当大的平带电位偏移。这项工作证实了硅在碱性溶液中的化学和电化学反应性之间的密切联系。

审核编辑：符乾江