摘要

綜述了半導(dǎo)體各向異性蝕刻的表面化學(xué)和電化學(xué)。描述了對堿性溶液中硅的各向異性化學(xué)蝕刻和 n 型半導(dǎo)體中各向異性孔的電化學(xué)蝕刻的最新見解。強(qiáng)調(diào)了電流效應(yīng)在開路蝕刻中的可能作用。

介紹

由于簡單、成本效益和多功能性，濕化學(xué)蝕刻方法在半導(dǎo)體器件技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。雖然一些半導(dǎo)體可以通過還原分解，但實(shí)際蝕刻通常涉及固體的氧化[1]. 價(jià)電子從與溶液中的蝕刻物質(zhì)（開路蝕刻）或通過外部電路（電化學(xué)蝕刻）對電極的表面鍵合中去除。對于開路蝕刻，可以區(qū)分兩種機(jī)制。第一個(gè)是“電化學(xué)”：溶液中的氧化劑從固體的價(jià)帶中提取鍵合電子，即它“注入空穴”，當(dāng)它位于表面時(shí)，會導(dǎo)致鍵斷裂。由于空穴是移動的載體，氧化劑的還原和固體的氧化這兩個(gè)反應(yīng)可以看作是獨(dú)立的電化學(xué)反應(yīng)；它們可以在空間上分開（下面將給出一個(gè)例子）。這種蝕刻形式通常稱為無電蝕刻。第二種機(jī)制是化學(xué)機(jī)制：溶液中的活性蝕刻劑與表面原子之間直接發(fā)生電子交換反應(yīng)。

化學(xué)蝕刻：堿性溶液中的硅

InP 在濃 HCl 溶液中的溶解或 Si 在堿性溶液中的溶解是表現(xiàn)出強(qiáng)各向異性的化學(xué)蝕刻的例子 [1,4,*5,*6]. Si反應(yīng)可以是 全球代表 [7]

Si + 2H2O + 2OH—！[Si(OH)2O2]2—+2H2

盡管這顯然是一個(gè)復(fù)雜的多步反應(yīng)，但人們普遍認(rèn)為兩個(gè)反應(yīng)步驟很重要 [*5,**8,*9,10,11]. 從 Si 中去除天然氧化物使表面氫終止[12]. 第一蝕刻步驟包括 OH-離子對 Si-H 表面鍵的親核攻擊。

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圖 3. 電流-電位 (i-V) 曲線顯示兩個(gè)晶面 A 和 B 之間原電池的形成。蝕刻由氧化劑的擴(kuò)散控制

陽極蝕刻：各向異性孔隙

HF溶液中Si的多孔陽極蝕刻已為人所知并應(yīng)用多年 一個(gè)特別有趣的方面是蝕刻高度有序和強(qiáng)各向異性的介孔和大孔，其尺寸分別在 <50 nm 和 P50 nm 范圍內(nèi)。在 n 型硅中，這種孔可以通過光陽極蝕刻生長，這是 Lehmann 等人完善的方法. 為了定義二維排序，通過例如光刻和各向異性化學(xué)蝕刻在硅表面的正面引入蝕刻坑圖案。

結(jié)論

各種形式的各向異性蝕刻廣泛應(yīng)用于器件制造。這種過程的機(jī)制極其復(fù)雜，涉及多種物理和化學(xué)因素。雖然這些因素是已知的，但我們當(dāng)前的模型通常無法解釋實(shí)驗(yàn)觀察到的許多微妙之處。這適用于各向異性化學(xué)蝕刻和中孔/大孔蝕刻。

審核編輯：符乾江