用NaOH和KOH溶液蝕刻硅晶片的比較研究

在本研究中，我們研究了堿性后刻蝕表面形貌對(duì)p型單晶硅片少子壽命的影響，在恒溫下分別使用30%和23%的氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液，表面狀態(tài)通過(guò)計(jì)算算術(shù)平均粗糙度(Ra)和U-V-可見(jiàn)光-近紅外光學(xué)反射率來(lái)表征，而電學(xué)表征通過(guò)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)測(cè)量來(lái)完成，這揭示了所得表面狀態(tài)和少數(shù)載流子壽命之間的相關(guān)性。測(cè)量的表面粗糙度表明，23重量%的氫氧化鉀溶液具有高的少數(shù)載流子壽命。

為了確定提供最光滑硅表面的氫氧化鉀溶液，在第一步中，我們通過(guò)在90 ℃的恒溫下研究四種不同的濃度來(lái)優(yōu)化氫氧化鉀溶液。在第二步中，我們將優(yōu)化的氫氧化鉀溶液的表面狀態(tài)的結(jié)果與常規(guī)的30%重量的氫氧化鈉溶液進(jìn)行了比較。最后，研究了表面態(tài)與少數(shù)載流子壽命之間的關(guān)系。

在常規(guī)清洗過(guò)程之后，硅襯底的雙面減薄和拋光在幾個(gè)恒定溫度的氫氧化鉀浴中進(jìn)行，以達(dá)到320 um的最終厚度，研究的濃度分別為15%、23%、30%和40 %，本研究的目的首先是確定顯示最光滑的蝕刻硅表面的氫氧化鉀濃度，然后將低表面粗糙度方面獲得的氫氧化鉀濃度的最佳值與在幾項(xiàng)工作中廣泛參考的30重量%的氫氧化鈉浴獲得的表面進(jìn)行比較。 圖1顯示了氫氧化鉀濃度對(duì)在90℃恒溫下蝕刻20分鐘的晶片的表面粗糙度的影響，我們比較了由4種不同氫氧化鉀濃度的氫氧化鉀水溶液蝕刻的< 100 >硅晶片的粗糙度，粗糙度隨著硅上氫氧化鉀濃度的增加而降低，但是在我們的研究中，在對(duì)幾個(gè)樣品進(jìn)行幾次測(cè)試之后，我們發(fā)現(xiàn)KOH濃度和< 100 >硅上的粗糙度之間沒(méi)有線(xiàn)性關(guān)系。

從圖1中，我們觀(guān)察到在23%重量的條件下，粗糙度小于0.55微米,當(dāng)蝕刻深度約為100 um時(shí)，氫氧化鉀濃度,對(duì)于不同氫氧化鉀濃度下Ra的其他測(cè)量，我們發(fā)現(xiàn): Ra (15%) = 0.63 um，Ra (30%) = 0.76 um和Ra (40%) = 0.60 um?？傊覀兛梢哉f(shuō)23%的濃度代表給出最佳表面粗糙度的濃度。 為了證實(shí)之前進(jìn)行的測(cè)試，我們用分光光度計(jì)研究了表面反射率，并對(duì)加權(quán)反射率進(jìn)行了評(píng)估,眾所周知，鏡面等光滑表面的反射會(huì)導(dǎo)致一種被稱(chēng)為鏡面反射的反射。

如圖3所示，參考樣品(粉色曲線(xiàn))代表多光學(xué)硅片，反射為鏡面反射(鏡面)，因此漫反射實(shí)際上等于零,通過(guò)對(duì)比參考樣品的吸收光譜和不同樣品的其他吸收光譜，如圖3所示，我們可以注意到在固定的刻蝕持續(xù)時(shí)間和溫度下，反射率會(huì)受到溶液濃度的影響,因?yàn)榉瓷渎逝c表面質(zhì)量有關(guān)，而表面質(zhì)量與氫氧化物蝕刻劑溶液的濃度有關(guān)。

從反射率圖上可以看出，經(jīng)過(guò)23%氫氧化鉀濃度處理的表面的反射率最低，而粗糙度較好的表面的反射率最低，這個(gè)結(jié)果被等于0,55 um的Ra很好地證實(shí)，這樣的結(jié)果對(duì)于其它濃度的氫氧化鉀仍然有效。不同濃度氫氧化鉀溶液下算術(shù)平均粗糙度與加權(quán)反射的相關(guān)性。對(duì)于較低的Ra (um)值，我們有最低的加權(quán)反射率值，然后，對(duì)于最高的Ra (um)值，我們也有最高的加權(quán)反射率值。這也適用于中間值。在本節(jié)中，進(jìn)行了與之前相同的研究，圖4表示用23%重量氫氧化鉀溶液和30%重量氫氧化鈉拋光的碳硅表面的反射率。

如圖4所示，通過(guò)兩種表面狀態(tài)的比較可以看出，最粗糙的表面呈現(xiàn)最弱的載流子壽命，而最光滑的表面給出最高的壽命,在注入水平An = 1.1015 cm-3，Tapp(氫氧化鉀)= 32 us，沒(méi)有碘-乙醇表面鈍化，我們注意到用23 %氫氧化鉀處理的表面在載流子壽命方面表現(xiàn)出最好的結(jié)果，似乎很明顯，這些結(jié)果之間的增強(qiáng)與表面處理密切相關(guān)。根據(jù)這些結(jié)果，很明顯，與氫氧化鈉處理獲得的結(jié)果相比，氫氧化鉀拋光在表面質(zhì)量方面給出了最好的結(jié)果。

研究了堿溶液拋光后硅的表面狀態(tài)，根據(jù)所得表面粗糙度、電性能和光學(xué)性能測(cè)試了幾種基于堿的濕化學(xué)蝕刻順序，從我們的分析中獲得的所有平面度參數(shù)清楚地表明了氫氧化鉀拋光工藝與氫氧化鈉拋光相比的優(yōu)越性。研究還表明，與氫氧化鈉處理相比，23%重量濃度的氫氧化鉀減薄拋光工藝提供了最光滑的表面，并且氫氧化鉀處理也提供了最低的反射，這是受控的，這種不同的參數(shù)與載流子壽命方面的電性能相關(guān)?？傊?，我們目的是通過(guò)改變晶片的表面粗糙度來(lái)提高其少數(shù)壽命。

　　審核編輯：湯梓紅