氢氧化钾工艺(用NaOH和KOH溶液蚀刻硅晶片的比较研究)

Posted 2023-05-30

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氢氧化钾工艺(用NaOH和KOH溶液蚀刻硅晶片的比较研究)

我们研究了碱性刻蚀表面形貌对p型单晶硅片少数寿命的影响，在恒温下分别使用30%和23%的氢氧化钠和氢氧化钾溶液，表面状态通过计算算术平均粗糙度(Ra)和U-V-可见光-近红外光学反射率来表征，而电学表征通过准稳态光电导测量来完成，这揭示了所得表面状态和少数载流子寿命之间的相关性。测量的表面粗糙度表明，23%重量的氢氧化钾溶液具有高的少数载流子寿命。

为了确定提供最光滑硅表面的氢氧化钾溶液，在第一步中，我们通过在90 ℃的恒温下研究四种不同的浓度来优化氢氧化钾溶液。在第二步中，我们将优化的氢氧化钾溶液的表面状态的结果与常规的30%重量的氢氧化钠溶液进行了比较。最后，研究了表面态与少数载流子寿命之间的关系。

在常规清洗过程之后，硅衬底的双面减薄和抛光在几个恒定温度的氢氧化钾浴中进行，以达到320 um的最终厚度，研究的浓度分别为15%、23%、30%和40 %，本研究的目的首先是确定显示最光滑的蚀刻硅表面的氢氧化钾浓度，然后将低表面粗糙度方面获得的氢氧化钾浓度的最佳值与在几项工作中广泛参考的30重量%的氢氧化钠浴获得的表面进行比较。图1显示了氢氧化钾浓度对在90℃恒温下蚀刻20分钟的晶片的表面粗糙度的影响，我们比较了由4种不同氢氧化钾浓度的氢氧化钾水溶液蚀刻的< 100 >硅晶片的粗糙度，粗糙度随着硅上氢氧化钾浓度的增加而降低，但是在我们的研究中，在对几个样品进行几次测试之后，我们发现KOH浓度和< 100 >硅上的粗糙度之间没有线性关系。

图1

从图1中，我们观察到在23%重量的条件下，粗糙度小于0.55微米,当蚀刻深度约为100 um时，氢氧化钾浓度,对于不同氢氧化钾浓度下Ra的其他测量，我们发现: Ra (15%) = 0.63 um，Ra (30%) = 0.76 um和Ra (40%) = 0.60 um。总之，我们可以说23%的浓度代表给出最佳表面粗糙度的浓度。为了证实之前进行的测试，我们用分光光度计研究了表面反射率，并对加权反射率进行了评估,众所周知，镜面等光滑表面的反射会导致一种被称为镜面反射的反射。

如图2所示，参考样品(粉色曲线)代表多光学硅片，反射为镜面反射(镜面)，因此漫反射实际上等于零,通过对比参考样品的吸收光谱和不同样品的其他吸收光谱，如图2所示，我们可以注意到在固定的刻蚀持续时间和温度下，反射率会受到溶液浓度的影响,因为反射率与表面质量有关，而表面质量与氢氧化物蚀刻剂溶液的浓度有关。

图2

从反射率图上可以看出，经过23%氢氧化钾浓度处理的表面的反射率最低，而粗糙度较好的表面的反射率最低，这个结果被等于0,55 um的Ra很好地证实，这样的结果对于其它浓度的氢氧化钾仍然有效。不同浓度氢氧化钾溶液下算术平均粗糙度与加权反射的相关性。对于较低的Ra (um)值，我们有最低的加权反射率值，然后，对于最高的Ra (um)值，我们也有最高的加权反射率值。这也适用于中间值。在本节中，进行了与之前相同的研究，图3表示用23%重量氢氧化钾溶液和30%重量氢氧化钠抛光的碳硅表面的反射率。

图3

如图3所示，通过两种表面状态的比较可以看出，最粗糙的表面呈现最弱的载流子寿命，而最光滑的表面给出最高的寿命,在注入水平An = 1.1015 cm-3，Tapp(氢氧化钾)= 32 us，没有碘-乙醇表面钝化，我们注意到用23 %氢氧化钾处理的表面在载流子寿命方面表现出最好的结果，似乎很明显，这些结果之间的增强与表面处理密切相关。根据这些结果，很明显，与氢氧化钠处理获得的结果相比，氢氧化钾抛光在表面质量方面给出了最好的结果。

研究了碱溶液抛光后硅的表面状态，根据所得表面粗糙度、电性能和光学性能测试了几种基于碱的湿化学蚀刻顺序，从我们的分析中获得的所有平面度参数清楚地表明了氢氧化钾抛光工艺与氢氧化钠抛光相比的优越性。研究还表明，与氢氧化钠处理相比，23%重量浓度的氢氧化钾减薄抛光工艺提供了最光滑的表面，并且氢氧化钾处理也提供了最低的反射，这是受控的，这种不同的参数与载流子寿命方面的电性能相关。总之，我们目的是通过改变晶片的表面粗糙度来提高其少数寿命。