介紹

于大多數半導體而言，陽極氧化需要價帶空穴。因此，人們期望該反應發(fā)生在黑暗中的p型半導體和僅在(超)帶隙光照射下的n型半導體。

氫氧化鉀溶液中硅的化學蝕刻包括兩個主要步驟:氫氧化物催化的硅-氫表面鍵的轉化產生硅-氫氧化物(和二氧化硅)和通過與水的反應破壞超極化的硅。后一步再生表面氫化物。注意到硅蝕刻和有機硅化學之間的相似性，并且蝕刻各向異性是基于在OH離子的親核攻擊期間形成的五配位過渡態(tài)來解釋的

實驗

實驗在(100)和(111)取向的表面上進行。Okmetic提供直拉生長的n型(磷摻雜，1–10厘米)和p型(硼摻雜，5–10厘米)硅(100)晶片。為了在(100)個表面上進行測量，硅片被切成2厘米×2厘米的樣品。這些樣品的暴露表面積為1.50cm2.在輪廓分明的(111)表面上的測量是在僅暴露掩模(100)表面(掩模開口寬度:100米)上的(111)面的V形槽電極上進行的。為了制備樣品，LPCVD在晶片上沉積了300納米厚的富硅氮化物(SiRN)掩模層(200托，850℃，70sccm SiH2Cl2，18sccm NH3)。通過等離子體蝕刻(DRIE)接著磷酸蝕刻(85%)在氮化物層中打開窗口。使用了兩個光刻步驟[5，6]。第一個掩蔽步驟用于確定結晶方向。然后將包含矩形窗口的第二掩模與沿方向的邊緣對齊，精確度為0.05。在75.0℃的5.0M氫氧化鉀溶液中蝕刻掩模樣品90分鐘以形成V形槽。然后用去離子水徹底沖洗樣品，并在10%硫酸溶液中浸泡15分鐘。在這些“淬火”步驟之后，再次用水沖洗樣品，并在氬氣流中吹干。電極表面積可以基于掩模幾何形狀并通過測量蝕刻下的掩模來確定。電化學測量前，將樣品置于濃硝酸中30分鐘(65%，默克，美國藥典。質量)以去除有機沉積物，然后在去離子水中浸泡15分鐘。

討論

第一組測量中，通過用p型電極測量循環(huán)伏安圖，研究了H2O2對氫氧化鉀溶液中硅(100)的一般電化學的影響。有兩個問題很重要。H2O2會影響系統(tǒng)的陽極電流電勢特性嗎？如果會，這是否歸因于氧化劑的電化學反應？p型電極的優(yōu)點是由于析氫而沒有陰極電流，析氫需要導帶電子。

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陽極氧化電流瞬變和平帶電勢變化的濃度依賴性都使我們得出結論，異丙醇改變了表面的化學反應性:陽極氧化加速，Ufb的變化可以用硅-溶液界面上異丙氧物種的存在來解釋。如前所述，很難根據蝕刻劑[11]的溶劑化的變化或酒精[14]的存在導致的蝕刻劑溶液表面張力的降低來解釋這些觀察結果。我們的結果表明，化學吸附決定了表面反應性

結論

過氧化氫和異丙醇化學“激活”硅表面，在氫氧化鉀溶液中蝕刻。兩種添加劑都會影響陽極氧化過程。在過氧化氫的情況下，硅被化學氧化，并且在硅(111)表面上形成的氧化物核加速陽極氧化。異丙醇還會增強表面氧化，很可能是通過化學吸附，從而導致化學反應性增加。電化學阻抗測量支持了在蝕刻條件下表面終止的建議變化，當添加劑存在時，顯示出相當大的平帶電位偏移。這項工作證實了硅在堿性溶液中的化學和電化學反應性之間的密切聯系。

審核編輯：符乾江