RU2703909C2 - Способ формирования слоя пористого кремния на кристаллической подложке - Google Patents
Способ формирования слоя пористого кремния на кристаллической подложке Download PDFInfo
- Publication number
- RU2703909C2 RU2703909C2 RU2017130894A RU2017130894A RU2703909C2 RU 2703909 C2 RU2703909 C2 RU 2703909C2 RU 2017130894 A RU2017130894 A RU 2017130894A RU 2017130894 A RU2017130894 A RU 2017130894A RU 2703909 C2 RU2703909 C2 RU 2703909C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- porous silicon
- layers
- ozone
- silicon
- electrolytic
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 11
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 16
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- -1 iodide ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- MIMUSZHMZBJBPO-UHFFFAOYSA-N 6-methoxy-8-nitroquinoline Chemical compound N1=CC=CC2=CC(OC)=CC([N+]([O-])=O)=C21 MIMUSZHMZBJBPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001871 ion mobility spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical compound [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000010206 sensitivity analysis Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Weting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к полупроводниковой технологии, а именно к процессам электрохимического формирования пористого кремния, перспективного структурированного материала. Техническим результатом изобретения является устранение недостатков традиционных электролитических способов, а именно применение в них дорогостоящей платины в качестве контрэлектрода, экологическая опасность, использование коррозионно-активных агентов и пожароопасных органических компонент, ограничение возможностей электрохимического формирования пористого кремния - только на монокристаллических образцах. Технический результат достигается путем разработки неэлектролитического способа формирования пористых слоев кремния. Заявленный способ формирования слоя пористого кремния на кристаллической подложке с использованием внутреннего источника тока в электролите состоит в том, что слои пористого кремния на поликристаллической подложке p-Si получают неэлектролитическим путем в отсутствие контрэлектрода в растворе 40% NH4HF2 с постоянной инжекцией озон-кислородной смеси с дозой озона не более 7,5 мг/л. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к полупроводниковой технологии, а именно к процессам электрохимического формирования пористого кремния. Как известно, пористый кремний, является одним из наиболее широко исследуемых современных структурированных материалов, перспективы применения которого рассматриваются в области микро-, нано- и оптоэлектроники, а также для приложений в сенсорике, биосенсорике и солнечных батареях [Современные наукоемкие технологии N11, 2013 г. Степанов А.Л., Трифонов А.А., Осин Ю.Н., Валеев В.Ф., Пуждин В.И.].
Известен способ электрохимического формирования слоев пористого кремния в электрохимической ячейке в форме бака с отверстиями в центре. Сетчатый катод помещают в этот бак. Анод в форме пластины располагают противоположно катоду. Подачу электролита осуществляют через через сетчатый электрод в направлении по нормали к обрабатываемой поверхности. При этом обрабатываемая пластина как бы плавает на поверхности электролита, исключая попадание последнего на не обрабатываемую сторону пластины, к которой подводят пружинящий контакт (пат. Японии N 60-86826, МПК H01L 21/288 C25D 7/12, опубл. 16.05.85).
Несмотря на простое аппаратурное решение, основной недостаток данного технического решения это ухудшение технологических параметров процесса и неоднородности структуры и свойств пористого кремния из-за экранирования части поверхности в результате скопления газовых пузырей под поверхностью.
Известен способ обработки кремниевых подложек для формирования слоев пористого кремния на поверхности подложки, включающей анодное травление кремния n-типа в интервале плотности тока от 30 до 150 мА/см2 в течение времени от 20 до 600 минут в концентрированной фтористоводородной кислоте при освещенности рабочей поверхности кремния, например, лампой накаливания мощностью 200-500 Вт [Патент РФ 1459542, кл. H01L 21/306, опубл. 2000 г.].
Основной недостаток - получается крупнодисперсная структура поверхности, пористый слой имеет достаточно большую толщину, высокую сорбционную емкость и неселективно адсорбирует из газовой фазы молекулы определяемого и мешающих компонентов. В течение достаточно длительного времени адсорбированные в порах молекулы диффундируют из объема к рабочей (шероховатой) поверхности, "отравляя" ее. Это приводит к принципиальной невозможности реализовать анализ газовой фазы в реальном времени с использованием пористой поверхности кремния.
Известен способ и состав электролита для формирования слоев пористого кремния на поверхности подложки. Водный раствор фтористоводородной кислоты концентрацией 25% и этанол [J.J. Thomas et al., Desorption-ionization on silicon mass spectrometry: an application in forensics, J. Analytica Chimica acta 442, 2001, p.185]. При использовании вышеуказанного электролита поверхность подложки в достаточной степени получается шероховатой и с меньшей толщиной пористого слоя, что обуславливает ее использование в качестве эмиттера ионов в аналитических приборах.
Недостаток данного способа - экологическая опасность, значительные материальные затраты, обусловленные применением коррозионно активного агента и пожароопасных органических компонент.
Известен способ формирования шероховатой поверхности кремниевых подложек и электролит для анодного травления кремниевых подложек [Патент RU, 2217840 МПК7 01L 21/306] путем анодного травления в электролите, содержащем водный раствор фтористоводородной кислоты и спирт, травление ведут в электролите при плотности тока не более 4 мА/см2, дополнительно содержащем h или йодсодержащее соединение, диссоциирующее в электролите с образованием йодид-ионов, с последующей обработкой полученной поверхности оптическим излучением в присутствии воды с интенсивностью, меньшей порога разрушения вышеуказанной поверхности.
В предложенном способе получаются малопористые кремниевые подложки с высокой степенью шероховатости поверхности и сохраняющие стабильность химического состояния поверхности подложек при длительном хранении в естественных условиях. На таких подложках процессы ионизации молекул протекают эффективно т.е. обеспечивают высокую чувствительность анализа в методах масс-спектрометрии и спектрометрии ионной подвижности.
Недостатки рассмотренных выше способов электрохимического формирования пористого кремния:
- электрохимическое формирование пористого кремния осуществлялось только монокристаллических подложек кремния;
- материало-энергетически затратны и экологически опасны;
- необходима дополнительная стадия в процессе формирования пористого кремния (освещенности рабочей поверхности кремния, например, лампой накаливания мощностью 200-500 Вт или оптическим излучением в присутствии воды с интенсивностью, меньшей порога разрушения вышеуказанной поверхности).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения пористого кремния за счет внутреннего источника тока без приложения внешнего напряжения [Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 4, // Д.Н. Горячев, Л.В. Беляков, О.М. Сресли «Электролитический способ приготовления пористого кремния с использованием внутреннего источника тока»]. Исследовались образцы: вырожденный р+ Si (100), 10 мОм.см, а также пластины р-Si(B), (100), 12 Ом.см и n-Si(P), (100), 2 Ом.см. В электрохимическую ячейку с раствором 48% HF и этанола в соотношении 1:1 с добавками различных окислителей (азотной кислоты, бихромата калия, хлорида железа, перекиси водорода) погружались Si образцы и контрэлектрод из Pt или Ag или Cu. Образцы Si тыльной стороной электрически соединялись с контрэлектродом. В ходе опытов измерялась ЭДС или плотность тока короткого замыкания. Установлено, что интенсивное образование пористого кремния происходит только в присутствии перекиси водорода и только с Pt контрэлектродом. Авторами было показано, что формирование пористого кремния в электролите 48% HF+Н2О2 и этанола по способу без протекания тока не происходит.
Недостатки:
- предложенный способ не эффективен, материально и экологически опасен;
- применение дорогостоящей платины в качестве контрэлектрода;
- экологическая опасность, использование коррозионноактивного агента и пожароопасных органических компонент;
- установлено электрохимическое формирование пористого кремния только на монокристаллических образцах, в то время как получение пористых слоев на поликристаллическом кремни актуально.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков прототипа путем разработки неэлектролитического способа формирования пористых слоев кремния.
Технический результат состоит в создании способа формирования пористых слоев кремния и достигается тем, то в заявленном способе формирование пористых слоев на поликристаллическом кремнии ведут в растворах бифторида аммония в присутствии концентрированного озона.
Пример.
Для приготовления 40% раствора NH4HF2 берут навеску 400 г NH4HF2 переносят ее в полиэтиленовый стакан на 1 л с деионизованной водой. На дно полиэтиленового стакана с раствором помещают образцы поликристаллического Si. Сюда же постоянно инжектируют озон-кислородную смесь с дозой озона 7,5 мг/л. Озон-кислородную смесь поучали на озонаторе тип СУ-20 электролизом 40% раствора NH4HF2 на аноде из стеклоуглерода СУ-2000. Эксперименты проводились на образцах поликристаллического n-Si.
На Фиг. 1 даны РЭМ изображения образца ППП Si до обработки (а) и после обработки в 40% NH4 HF2+О3 при дозе О3 7,5 мг/л (б).
На Фиг. 2 даны 3D изображения области сканирования 30×30 nm образцов ППП Si до обработки (а) и после обработки в 40% NH4 HF2+О3 при дозе О3 7,5 мг/л.
Roughnese Analysis области сканирования 30×30 nm показал, что относительное приращение площади поверхности Sdr до обработки составило 39,91%, а после обработки 213,35%).
При увеличении дозы озона выше 7,5 мг/л эффективность травления поверхности образцов снижается в результате образования оксидов.
Как видно из представленных результатов, заявляемый неэлектролитический способ по сравнению с известным позволяет существенно снизить технико-экономические показатели способа.
Claims (2)
1. Способ формирования слоя пористого кремния на кристаллической подложке с использованием внутреннего источника тока в электролите, отличающийся тем, что слои пористого кремния на поликристаллической подложке p-Si получают неэлектролитическим путем в растворе 40% NH4HF2 с постоянной инжекцией озон-кислородной смеси с дозой озона не более 7,5 мг/л.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слои пористого кремния получают в отсутствие контрэлектрода.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017130894A RU2703909C2 (ru) | 2017-09-01 | 2017-09-01 | Способ формирования слоя пористого кремния на кристаллической подложке |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017130894A RU2703909C2 (ru) | 2017-09-01 | 2017-09-01 | Способ формирования слоя пористого кремния на кристаллической подложке |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017130894A RU2017130894A (ru) | 2019-03-01 |
| RU2017130894A3 RU2017130894A3 (ru) | 2019-07-17 |
| RU2703909C2 true RU2703909C2 (ru) | 2019-10-23 |
Family
ID=65632536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017130894A RU2703909C2 (ru) | 2017-09-01 | 2017-09-01 | Способ формирования слоя пористого кремния на кристаллической подложке |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2703909C2 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2217840C1 (ru) * | 2003-01-21 | 2003-11-27 | Алимпиев Сергей Сергеевич | Способ формирования шероховатой поверхности кремниевых подложек и электролит для анодного травления кремниевых подложек |
| WO2005059985A1 (ja) * | 2003-12-17 | 2005-06-30 | Kansai Technology Licensing Organization Co., Ltd. | 多孔質層付きシリコン基板を製造する方法 |
| RU2555013C1 (ru) * | 2014-08-25 | 2015-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНЛАБ" | Способ получения гидрофобного или гидрофильного пористого кремния |
-
2017
- 2017-09-01 RU RU2017130894A patent/RU2703909C2/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2217840C1 (ru) * | 2003-01-21 | 2003-11-27 | Алимпиев Сергей Сергеевич | Способ формирования шероховатой поверхности кремниевых подложек и электролит для анодного травления кремниевых подложек |
| WO2005059985A1 (ja) * | 2003-12-17 | 2005-06-30 | Kansai Technology Licensing Organization Co., Ltd. | 多孔質層付きシリコン基板を製造する方法 |
| RU2555013C1 (ru) * | 2014-08-25 | 2015-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНЛАБ" | Способ получения гидрофобного или гидрофильного пористого кремния |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Горячев Д.Н. и др. Электролитический способ приготовления пористого кремния с использованием внутреннего источника тока. Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, выпуск 4. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017130894A3 (ru) | 2019-07-17 |
| RU2017130894A (ru) | 2019-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Vial et al. | Porous Silicon Science and Technology: Winter School Les Houches, 8 to 12 February 1994 | |
| Azzam et al. | Some aspects of the measurement of hydrogen overpotential | |
| Ma et al. | Electrochemical degradation of perfluorooctanoic acid (PFOA) by Yb-doped Ti/SnO 2–Sb/PbO 2 anodes and determination of the optimal conditions | |
| Sui et al. | Enhanced photocatalytic activity for the degradation of rhodamine B by integrating salinity gradient power into a photocatalytic fuel cell | |
| Lebedev et al. | Photoelectrochemical processes at n-GaAs (100)/aqueous HCl electrolyte interface: a synchrotron photoemission spectroscopy study of emersed electrodes | |
| Di Quarto et al. | Photoelectrochemical characterization of thin anodic oxide films on zirconium metal | |
| Matsumura et al. | Enhanced etching rate of silicon in fluoride containing solutions at pH 6.4 | |
| RU2703909C2 (ru) | Способ формирования слоя пористого кремния на кристаллической подложке | |
| Kanzaki et al. | Glow discharge electrolysis of aqueous sulfuric acid solution in various atmosphere | |
| Allami et al. | Photoelectrochemical performance of N-doped ZnO branched nanowire photoanodes | |
| Takenouchi | Behavior of hydrogen nanobubbles in alkaline electrolyzed water and its rinse effect for sulfate ion remained on nickel-plated surface | |
| Song et al. | Corrosion trend on Q450 weathering steel deposited with Na2SO4, NaCl under ultraviolet light illumination | |
| Wang et al. | Enhanced photoelectroctatlytic performance of etched 3C–SiC thin film for water splitting under visible light | |
| KR101472621B1 (ko) | 광전기촉매 층과 전기촉매 층을 갖는 수처리용 양면전극, 이의 제조방법 및 이를 이용한 수처리 방법 | |
| Rodriguez et al. | Reductive desorption of iodine chemisorbed on smooth polycrystalline gold electrodes | |
| CN108878141A (zh) | 一种盐酸扩孔高压电极箔的制备方法 | |
| Benjamin et al. | Surface recombination velocity measurements of cadmium sulfide single crystals immersed in electrolytes. A picosecond photoluminescence study | |
| Ojani et al. | Photoelectrocatalytic degradation of p-hydroxybenzoic acid at the surface of a titanium/titanium dioxide nanotube array electrode using electrochemical monitoring | |
| CN104900488B (zh) | 一种能稳定多孔硅膜物理微结构的方法 | |
| Shiramizu et al. | Removal of Metal and Organic Contaminants from Silicon Substrates Using Electrolysis‐Ionized Water Containing Ammonium Chloride | |
| Baohong et al. | A new cleaning process combining non-ionic surfactant with diamond film electrochemical oxidation for polished silicon wafers | |
| Molodkina et al. | Redox transformations of adsorbed NO molecules on a Pt (100) electrode | |
| RU2217840C1 (ru) | Способ формирования шероховатой поверхности кремниевых подложек и электролит для анодного травления кремниевых подложек | |
| Niwano et al. | Hydrogen Exchange Reaction on Hydrogen‐Terminated (100) Si Surface during Storage in Water | |
| Aoki et al. | Wafer treatment using electrolysis-ionized water |