RU2620987C1 - Способ формирования 3d микроструктур кремния металл-стимулированным травлением - Google Patents

Способ формирования 3d микроструктур кремния металл-стимулированным травлением Download PDF

Info

Publication number
RU2620987C1
RU2620987C1 RU2016130061A RU2016130061A RU2620987C1 RU 2620987 C1 RU2620987 C1 RU 2620987C1 RU 2016130061 A RU2016130061 A RU 2016130061A RU 2016130061 A RU2016130061 A RU 2016130061A RU 2620987 C1 RU2620987 C1 RU 2620987C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
etching
silicon
metal
stimulated
solution
Prior art date
Application number
RU2016130061A
Other languages
English (en)
Inventor
Ольга Вениаминовна Воловликова
Сергей Александрович Гаврилов
Артем Владимирович Сыса
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ)
Priority to RU2016130061A priority Critical patent/RU2620987C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2620987C1 publication Critical patent/RU2620987C1/ru

Links

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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System 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
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System 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
    • H01L21/308—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks

Abstract

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к технологии создания 3D микроструктур кремния, являющихся элементной базой функциональной микроэлектроники, металл-стимулированным травлением с использованием локально расположенных масок Ni. В состав раствора для травления кремния входит фтористоводородистая кислота, перекись водорода и деионизованная вода в объемном соотношении 2:1:10. Процесс травления с использованием никеля является экономически выгодным процессом, так как позволяет заменить дорогостоящие благородные металлы и удешевить технологию создания кремниевых 3D структур.

Description

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к технологии создания 3D микроструктур кремния, являющихся элементной базой функциональной микроэлектроники, металл-стимулированным травлением с использованием локально расположенных масок Ni.
Известен способ, согласно которому кремниевые углубления получают способом, который включает две стадии, на первой из которых выдержку подложки кремния длительностью от 10 до 30 минут осуществляют в водном растворе фтористоводородной кислоты и соли металла при содержании, способном химически осаждать металл на поверхность кремния, а на второй, следующей за первой, во втором растворе, содержащем фтористоводородную кислоту 6,6 vol. % и перекись водорода 2,4 vol. % длительностью от 10 до 30 минут [1].
Недостатком данного метода является необходимость удаления нанонитей кремния.
Известен способ, по которому проводят металл-стимулированное травление кремния в растворе Н2О2, HF и деионизованной воды с использованием тонкой пленки никеля, нанесенной на поверхности пирамид Si методом магнетронного распыления для создания черного кремния [2].
Недостатком данного способа является необходимость формирования пирамид Si.
Наиболее близким является способ, заключающийся в том, что на подложке монокристаллического кремния р-типа-проводимости с кристаллографической ориентацией поверхности (100) с удельным сопротивлением 7 Ом⋅см методом «взрывной» литографии осаждают маски металла Pt/Ti различной формы, включая точки, сетки, линии и т.д. в диапазоне размеров от 10 до 100 нм. Покрытая металлом пластина погружается в раствор H2O2-HF на 15-60 секунд [3]. Недостатком данного способа является высокая стоимость маски металла Pt/Ti, осаждаемой на поверхность полупроводника.
Задачей изобретения является уменьшение стоимости технологии создания 3D структур кремния с использованием метода металл-стимулированного травления.
Способ формирования 3D структур кремния металл-стимулированным травлением заключается в формировании локально расположенных пустот в кремнии травлением длительностью от 5 до 60 минут при температурах от 20 до 80°С монокристаллического кремния с кристаллографической ориентацией поверхности пластины (100) р-типа-проводимости в местах, покрытых никелем, в растворе, содержащем плавиковую кислоту, перекись водорода, отличается от прототипа тем, что удельное сопротивление пластин р-типа-проводимости, покрытых локально расположенной маской Ni, находится в диапазоне от 0,001 Ω⋅см до 1 Ω⋅см, раствор для травления содержит деионизованную воду, объем которой составляет 10/13 часть раствора для травления HF : H2O2 : Н2О с соотношением компонентов 2:1:10 соответственно.
Локально расположенные пленки никеля толщиной 50 нм и площадью 50×50 мкм, 100×100 мкм и 500×500 мкм являются необходимым условием для решения задачи, поскольку замена Ti/Pt на Ni способствует снижению стоимости и возможности формирования 3D структур кремния с аспектным соотношением от 4,56⋅10-5 до 5,2⋅10-2. Толщина пленки Ni, равная 50 нм, способствует формированию пустот в кремнии глубиной от 22,8 при Т=25°С до 2,6 мкм при Т=75°С. Уменьшение толщины пленки Ni позволит сформировать пустоты меньшей глубины. Удельное сопротивление пластины кремния в диапазоне от 0,001 Ω⋅см до 1 Ω⋅см является необходимым условием для решения задачи, поскольку при значениях ρ, превышающих 1 Ω⋅см, аспектное соотношение будет ниже 4,56⋅10-5, вследствие меньшей концентрации основных носителей заряда h+. Добавка 10/13 части воды в раствор способствует уменьшению концентрации Н2О2 и HF, вследствие чего обеспечивается равномерное растворение кремния.
Способ выполняется следующим образом. Очищенную по стандартной методике подложку кремния р-типа-проводимости с кристаллографической ориентацией поверхности (100) с удельным сопротивлением от 0,001 до 1 Ω⋅см и с локально расположенной маской Ni помещают во фторопластовую ячейку для жидкостного химического травления в растворе следующего состава: 2 части плавиковой кислоты HF (40%); 1 часть перекиси водорода Н2О2 (30%); 10 частей деионизованной воды до образования пустот в кремнии глубиной от 22,8 до 560 нм при температуре обработки 25°С, от 1,77 до 2,6 мкм при температуре обработки 75°С вследствие протекания окислительно-восстановительных реакций на поверхности Si. После этого пластина кремния промывается в этиловом спирте и высушивается на воздухе.
Пример конкретного выполнения. Данный способ позволяет формировать 3D структуры кремния с аспектным соотношением от 4,56⋅10-5 до 5,2⋅10-2, заключается в том, что на пластине кремния, легированной бором, с кристаллографической ориентацией поверхности (100) с удельным сопротивлением от 0,001 до 1 Ом⋅см методом металл-стимулированного травления с использованием Ni площадью 50×50 мкм2, 100×100 мкм2, 500×500 мкм2 толщиной 50 нм в растворе HF : H2O2 : H2O (2:1:10), при температуре от 20 до 80°С в течение времени от 5 до 60 мин формируется слой кремниевых нитей, растворяемых с ростом длительности и температуры травления, вследствие протекающих окислительно-восстановительных реакций на поверхности Si, причем аспектное соотношение строго определяется толщиной пленки Ni.
Процесс травления с использованием никеля является экономически выгодным процессом, так как позволяет заменить дорогостоящие благородные металлы и удешевить технологию создания кремниевых 3D структур.
Источники информации
[1] Патент США 8,193,095 В2, опубликован 05.06.2012.
[2] Патент Китая 102931277 А, опубликован 13.02.2013.
[3] Патент США 8,486,843 В2, опубликован 16.07.2013.

Claims (1)

  1. Способ формирования 3D структур кремния металл-стимулированным травлением, заключающийся в формировании пустот химическим травлением монокристаллического кремния с кристаллографической ориентацией поверхности пластины (100) р-типа-проводимости в местах, покрытых пленкой металла-катализатора, в растворе, содержащем плавиковую кислоту, перекись водорода, отличающийся тем, что удельное сопротивление пластин р-типа-проводимости, покрытых локально расположенной маской Ni, находится в диапазоне от 0,001 Ω⋅см до 1 Ω⋅см, раствор для травления содержит деионизованную воду, объем которой составляет 10/13 часть раствора для травления HF:H2O2:H2O с соотношением компонентов 2:1:10 соответственно.
RU2016130061A 2016-07-22 2016-07-22 Способ формирования 3d микроструктур кремния металл-стимулированным травлением RU2620987C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130061A RU2620987C1 (ru) 2016-07-22 2016-07-22 Способ формирования 3d микроструктур кремния металл-стимулированным травлением

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130061A RU2620987C1 (ru) 2016-07-22 2016-07-22 Способ формирования 3d микроструктур кремния металл-стимулированным травлением

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2620987C1 true RU2620987C1 (ru) 2017-05-30

Family

ID=59032392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016130061A RU2620987C1 (ru) 2016-07-22 2016-07-22 Способ формирования 3d микроструктур кремния металл-стимулированным травлением

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2620987C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2207658C2 (ru) * 2001-07-09 2003-06-27 ФГУП "НИИ физических измерений" Способ изготовления микромеханического инерциального чувствительного элемента емкостного типа
US6790785B1 (en) * 2000-09-15 2004-09-14 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Metal-assisted chemical etch porous silicon formation method
US8193095B2 (en) * 2010-05-28 2012-06-05 National Taiwan University Method for forming silicon trench
US8278191B2 (en) * 2009-03-31 2012-10-02 Georgia Tech Research Corporation Methods and systems for metal-assisted chemical etching of substrates
US8486843B2 (en) * 2008-09-04 2013-07-16 The Board Of Trustrees Of The University Of Illinois Method of forming nanoscale three-dimensional patterns in a porous material
US8815104B2 (en) * 2008-03-21 2014-08-26 Alliance For Sustainable Energy, Llc Copper-assisted, anti-reflection etching of silicon surfaces
US20160126133A1 (en) * 2014-11-04 2016-05-05 Georgia Tech Research Corporation Metal-assisted chemical etching of a semiconductive substrate with high aspect ratio, high geometic uniformity, and controlled 3d profiles

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6790785B1 (en) * 2000-09-15 2004-09-14 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Metal-assisted chemical etch porous silicon formation method
RU2207658C2 (ru) * 2001-07-09 2003-06-27 ФГУП "НИИ физических измерений" Способ изготовления микромеханического инерциального чувствительного элемента емкостного типа
US8815104B2 (en) * 2008-03-21 2014-08-26 Alliance For Sustainable Energy, Llc Copper-assisted, anti-reflection etching of silicon surfaces
US8486843B2 (en) * 2008-09-04 2013-07-16 The Board Of Trustrees Of The University Of Illinois Method of forming nanoscale three-dimensional patterns in a porous material
US8278191B2 (en) * 2009-03-31 2012-10-02 Georgia Tech Research Corporation Methods and systems for metal-assisted chemical etching of substrates
US8193095B2 (en) * 2010-05-28 2012-06-05 National Taiwan University Method for forming silicon trench
US20160126133A1 (en) * 2014-11-04 2016-05-05 Georgia Tech Research Corporation Metal-assisted chemical etching of a semiconductive substrate with high aspect ratio, high geometic uniformity, and controlled 3d profiles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Au/Ag bilayered metal mesh as a Si etching catalyst for controlled fabrication of Si nanowires
Srivastava et al. Large area fabrication of vertical silicon nanowire arrays by silver-assisted single-step chemical etching and their formation kinetics
US20200388743A1 (en) Methods for forming thermoelectric elements
Huang et al. Metal‐assisted chemical etching of silicon: a review: in memory of Prof. Ulrich Gösele
US8142984B2 (en) Lithographically patterned nanowire electrodeposition
US10381125B2 (en) Anisotropic, transparent, electroconductive, and flexible thin film structure including vertically aligned nanolines and method for preparing same
US11264461B2 (en) Graphene electrochemical transfer method assisted by multiple supporting films
TWI549311B (zh) 單一接面光伏電池
JP2013512570A (ja) １組のドーパント拡散プロフィールをインサイチュに制御するために１組のシリコンナノ粒子液体を使用する方法
Qi et al. A processing window for fabricating heavily doped silicon nanowires by metal-assisted chemical etching
Serre et al. Percolating silicon nanowire networks with highly reproducible electrical properties
TW201041152A (en) Silicon solar cell
Chen et al. Achieving a sub-10 nm nanopore array in silicon by metal-assisted chemical etching and machine learning
Choi et al. Optimization of metal-assisted chemical etching process in fabrication of p-type silicon wire arrays
CN103646855A (zh) 石墨烯器件的制作方法
Kim et al. Self-anchored catalyst interface enables ordered via array formation from submicrometer to millimeter scale for polycrystalline and single-crystalline silicon
Canevali et al. Influence of doping elements on the formation rate of silicon nanowires by silver-assisted chemical etching
Hu et al. Carbon induced galvanic etching of silicon in aerated HF/H2O vapor
KR20160004846A (ko) 은 나노와이어 패턴층 및 그래핀층을 포함하는 투명전극 및 그 제조방법
JP6339976B2 (ja) 炭素微小電極の製造方法
US10037896B2 (en) Electro-assisted transfer and fabrication of wire arrays
RU2620987C1 (ru) Способ формирования 3d микроструктур кремния металл-стимулированным травлением
US20180298507A1 (en) Transfer of vertically aligned ultra-high density nanowires onto flexible substrates
KR101264877B1 (ko) 실리콘 와이어 구조체의 제조방법
Fellahi et al. Effect of temperature and silicon resistivity on the elaboration of silicon nanowires by electroless etching