摘要

綜述了半導體各向異性蝕刻的表面化學和電化學。描述了對堿性溶液中硅的各向異性化學蝕刻和 n 型半導體中各向異性孔的電化學蝕刻的最新見解。強調了電流效應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，濕化學蝕刻方法在半導體器件技術中得到廣泛應用。雖然一些半導體可以通過還原分解，但實際蝕刻通常涉及固體的氧化[1]. 價電子從與溶液中的蝕刻物質（開路蝕刻）或通過外部電路（電化學蝕刻）對電極的表面鍵合中去除。對于開路蝕刻，可以區分兩種機制。第一個是“電化學”：溶液中的氧化劑從固體的價帶中提取鍵合電子，即它“注入空穴”，當它位于表面時，會導致鍵斷裂。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反應可以看作是獨立的電化學反應；它們可以在空間上分開（下面將給出一個例子）。這種蝕刻形式通常稱為無電蝕刻。第二種機制是化學機制：溶液中的活性蝕刻劑與表面原子之間直接發生電子交換反應。

化學蝕刻：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出強各向異性的化學蝕刻的例子 [1,4,*5,*6]. Si反應可以是 全球代表 [7]

Si + 2H2O + 2OH—！[Si(OH)2O2]2—+2H2

盡管這顯然是一個復雜的多步反應，但人們普遍認為兩個反應步驟很重要 [*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。

?

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

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用多年 一個特別有趣的方面是蝕刻高度有序和強各向異性的介孔和大孔，其尺寸分別在 <50 nm 和 P50 nm 范圍內。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蝕刻在硅表面的正面引入蝕刻坑圖案。

結論

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

審核編輯：符乾江