书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：HF溶液中硅蚀刻过程中银的双重作用

编号：JFKJ-21-721

作者：炬丰科技

关键词：硅纳米线，银，高频，蚀刻，催化

摘要

  

   据报道，在硅蚀刻过程中，银起到了有争议的作用。一些研究人员争论银可以保护硅，同时，其他研究人员证实银可以催化下面的硅。在本文中，我们给出了实验结果，证明了银在硅纳米结构形成过程中的双重作用。我们证明了银的作用取决于银在硅晶片上沉积过程中的实验细节和内在性质。通过我们的研究，我们追踪了表明涉及哪种机制的银粒子。用扫描电子显微镜对制备的样品进行了表征。

介绍

  通过在高频水溶液中蚀刻硅，可以形成多孔硅。当银辅助在高频溶液中进行硅蚀刻时，就形成了组织良好的纳米结构，如硅纳米线。为了使在设备上的技术有重大的改进，必须了解制造机制，以生产具有精确控制的材料。在此，我们对高频溶液中硅的银辅助化学蚀刻很感兴趣。这种技术可以通过一步的过程或两步的过程来实现。这一步的方法同时包括金属沉积和无静电蚀刻。在此过程中，硅衬底被浸没在agno3/HF水溶液中。两步方法首先是金属沉积，其次是化学蚀刻。在后一种方法中，银颗粒蒸发或在硅样品表面化学形成，然后引入高频水溶液中。通过这两个过程，我们得到了银粒子的两种不同的行为；在一种情况下，银催化硅，而在另一种情况下，它保护了下面的硅。因此，利用扫描电子显微镜(SEM)表征，我们跟踪了硅蚀刻过程中的银粒子，以确定哪种机制是享有特权的。为了解释所得结果，我们分析了金属、硅界面上的电荷位移。所开发的模型阐明了银在硅金属辅助蚀刻过程中的作用。

方法  略

结果和讨论

   

    在本节中，我们将给出图1和图2中的扫描电镜图像的解释。因此，为了了解样品a和样品B的蚀刻过程，我们通过分析在银/硅界面上发生的情况，对这两种情况下的实验观察结果提出了一种独特的解释。在图3中，我们给出了银、硅界面上的能带结构示意图。在这种情况下，银(ϕAg=4.3eV)的工作函数小于硅(ϕSi=4.9eV)。因此，在接触时，电子从金属扩散到半导体，直到在相同的费米水平上达到热力学平衡。

图3中的方案解释了蒸发情况下Ag/样品B）的Si界面。然而，当银处于离子形式时，使用银和硅的工作函数是不可能的。这与金属的功函数被定义为从其金属导体中提取一个电子所需的能量有关。为了确认上述机制，我们使用了双样本（样本C）。清洗后，样品在与样品a相同浓度的HF/Agno3溶液中浸泡短时间(3min)。在图5中，我们显示了一个样本的顶部扫描电镜图像，在那里我们观察到银纳米颗粒沉积在HF/硝酸银中(图像a)。然而，图像b是去除银膜后的第二个样品的横截面扫描电镜视图，在那里我们观察到硅蚀刻的开始。然后，将含银纳米颗粒的样品C浸入40%HF水溶液中，如样品B一样，浸泡2min。图6是该样品蚀刻后的扫描电镜图像，我们观察到蚀刻硅底部的银纳米颗粒。

根据我们对银在硅蚀刻过程中的作用的假设，一步的过程开始于HF/AgNO3溶液中的3min。当样品浸没在单独的高频水溶液中时，两步过程开始，因为银纳米颗粒沉积在HF/agno3溶液中。我们从样品C（含银纳米颗粒）的横截面扫描电镜图像，可以看到在孔隙的底部没有发现银纳米颗粒。然而，银纳米颗粒位于顶部（白色），这证实了一步的过程。此外，它是在我们的观察中可以清楚地看到，银纳米颗粒通过在1-2μm的深度挖掘硅来开始其催化作用（两步机制）。

 

 

结论

     在金属辅助蚀刻过程中，一些研究人员报告说，银可以保护硅。然而，其他人也证实了银可以催化下面的硅。本文给出了实验结果，证明了银在硅蚀刻过程中的双重作用。我们提出了一个基于在高频蚀刻过程中沉积银和蚀刻前在高频溶液中沉积银的模型。通过所提出的模型，银纳米颗粒如何在某些实验条件下保护下面的硅，以及它们如何通过在其他实验条件下蚀刻下面的硅来启动孔隙的形成。