JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제13권6호
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pp.668-675
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2013
We investigate the effect of the ageing time and etching time on the etching rate of SiGe mixed etching solution, namely 1 vp HF (6%), 2 vp $H_2O_2$ (30%) and 3 vp $CH_3COOH$ (99.8%). For this etching solution, we found that the etch rate of SiGe layer is saturated after the ageing time of 72 hours, and the selectivity of $Si_{0.8}Ge_{0.2}$ layer and Si layer is 20:1 at ageing time of 72 hours. The collapse was appeared at the etching time of 9min with etching solution of after saturation ageing time.
본 연구에서는 반응성 이온빔을 low-angle forward reflection으로 생성시킨 중성빔을 이용하여 Aspect Ratio Dependent Etching (ARDE) 현상이 제거되는 효과에 대하여 연구하였다. SF6 가스를 사용하여 Inductively Coupled Plasma system과 이온빔으로 각각 poly-Si 을 식각한 결과 ARDE 현상을 관찰할 수 있었으며, Si 기판위에 증착된 Poly-Si을 식각하는 것보다 $SiO_2$ 기판 위에 증착된 Poly-Si을 식각하는 것이 ARDE 현상이 더 많이 나타난다는 것을 관찰할 수 있었다. 반면에 같은 공정 조건에서 중성빔으로 poly-Si을 식각한 결과 이러한 ARDE 현상이 효과적으로 제거되었음을 관찰할 수 있었다. 중성빔을 이용하여 ARDE 현상이 제거되는 원리는 2 차원의 XOOPIC code 와 TRIM code를 사용하여 여러가지 나노스케일의 형상을 컴퓨터 시뮬레이션하여 증명하였다.
본 총설에서는 Si 비등방성 식각(anisotropic etching) 공정인 metal-assisted chemical etching(MAC etch 혹은 MACE) 분야 기본 원리, 중요 변수, 그리고 최근 연구 성과들을 정리하였다. 1990년에 최초로 Si 표면에 금속 촉매를 증착한 후 $H_2O_2$/HF 기반 식각을 진행하면 용액 중에서도 비등방성 식각을 통해 다양한 고종횡비(high aspect ratio) 나노구조를 형성할 수 있다는 것이 밝혀 졌다. 고가의 진공기반 장비가 필요한 건식 식각에 비해, 습식 식각을 통해서도 상대적으로 간편하고 경제적으로 종횡비가 큰 Si 마이크로/나노 구조를 만들 수 있게 되었다. 초기 연구들을 통해 MAC etch중 산화제가 촉매에 의해 환원되고, 촉매/Si 계면 근처의 Si 원자들이 선택적으로 식각/용해되어 수직 방향으로 촉매가 Si 기판을 파고 들어가며 비등방성 식각이 발생함이 밝혀졌다. MAC etch에 영향을 미치는 중요 변수로는 금속 촉매의 종류 및 모양, 식각액의 조성, Si기판의 도핑 농도이다. 또한 본 총설은 MAC etch에 의해 형성된 Si 나노 구조를 이용한 태양전지, 수소 연료, 리튬 이온 전지 등의 응용 분야를 다루었다.
In this paper, we report on photoelectrochemical etching process of 6H-SiC semiconductor wafer. The etching was performed in two-step process; anodization of SiC surface to form a deep porous layer and thermal oxidation followed by an HF dip. Etch rate of about 615${\AA}$/min was obtained during the anodization using a dilute HF(1.4wt% in H$_2$O) electrolyte with the etching potential of 3.0V. The etching rate was increased with the bias voltage. It was also found out that the adition of appropriate portion of H$_2$O$_2$ into the HF solution improves the etching rate. The etching process resulted in a higherly anisotropic etching characteristics and showed to have a potential for the fabrication of SiC devices with a novel design.
(100), (110) and (111) Si wafers are etched by isotropic etching method, anisotropic etching method using KOH etchant and EPW etchant and combined two-step etching method to compare the results. Isotopic etching method is effective in fabrication of wedge-shaped tips, especially (110) Si. Anisotropic etching method of (100) Si using EPW etchant can fabricate sharp cone-shaped tips and isotropic etching after anisotropic etching of (100) Si can fabricate wedge-shaped tips.
Wet chemical etching methods were utilized to conduct Si surface texturing, which could enhance photoelectrochemical hydrogen generation rate. Two different etching methods tested, which were anisotropic metal-catalyzed electroless etching and isotropic etching. The Si nano-texture that was fabricated by the anisotropic etching showed ~25% increase in photocurrent for H2 generation. The photocurrent enhancement was attributed to the reduced reflection loss at the nano-textured Si surface, which provided a layer of intermediate density between water and the Si substrate.
Efficient Si(100) etching by thermal H atoms at low substrate temperatures has been achieved. Gas-phase etching product $SiH_4$(g) upon H atom bombardment resulting from direct abstraction of $SiH_3$(a) by impinging H atoms was detected with a quadrupole mass spectrometer over the substrate temperature range of 105-408 K Facile depletion of all surface silyl ($SiH_3$) groups the dissociative adsorption product of disilane ($Si_2H_6$) at 105K from Si(100)2$\times$1 by D atoms and continuous regeneration and removal of $SiD_3$(a) were all consumed. These results provide direct evidence for efficient silicon surface etching by thermal hydrogen bombardment at cryogenic temperatures as low as 105K We attribute the high etching efficiency to the formation and stability of $SiH_3$(a) on Si(100) at lowered surface temperatures allowing the $SiH_3$(a) abstraction reaction by additional H atom to produce $SiH_4$((g).
Silicon quantum dots (Si QDs) were synthesized by etching silicon nanopowder with aqueous hydrofluoric acid (HF) and nitric acid ($HNO_3$). Then, the hydride-terminated Si QDs (H-Si QDs) were functionalized by 1- octadecene (ODE). By only controlling the etching time, the maximum luminescence peak of octadecylterminated Si QDs (ODE-Si QDs) was tuned from 404 nm to 507 nm. The average optical gap was increased from 2.60 eV (ODE-Si QDs-5 min) for 5 min of etching to 3.20 eV (ODE-Si QDs-15 min) for 15 min of etching, and to 3.40 eV (ODE-Si QDs-30 min) for 30 min of etching. The electron affinities (EA), ionization potentials (IP), and quasi-particle gap (${\varepsilon}^{qp}_{gap}$) of the Si QDs were determined by cyclic voltammetry (CV). The quasi-particle gaps obtained from the CV were in good agreement with the average optical gap values from UV-vis absorption. In the case of the ODE-Si QDs-30 min sample, the difference between the quasi-particle gap and the average optical gap gives the electron-hole Coulombic interaction energy. The additional electronic levels of the ODE-Si QDs-30 min and ODE-Si QDs-15 min samples determined by the CV results are interpreted to have originated from the Si=O bond terminating Si QD.
In this study, the mechanisms of the three steps (the polymer deposition step, the polymer etching step and the Si etching step) that constitute the Bosch process were investigated. The effects of radicals and ions on each step were quantitatively analyzed by comparing the simulated aspect ratio dependency of the deposition or etch rate with the experimental results. In the polymer deposition step, fluorocarbon polymer is deposited by chemical reactions of $CF_x$ radicals, of which the reaction probability is 0.13. Although the polymer etching step and the Si etching step were conducted under the same conditions, the etching mechanisms of polymer and Si were found to be quite different. In the polymer etching step, both chemical etching and physical sputter-etching contribute to the polymer etching. Whereas, in the Si etching step, Si is chemically etched by F radicals, of which the reactivity is greatly increased by the bombardment of energetic ions.
Nowadays, the crystalline Si Solar cell are expected for economical renewable energy source. The cost of the crystalline Si solar cell are decreasing by improvement of its efficiency and decrease of the cost of the raw Si wafers for Solar cells. This Si wafer based crystalline Si solar cell is the verified technology from several decade of its history. Now, I will introduce one method that can be upgrade the efficiency by using simple and economical method. The name of this method is Rear Side Etching(RSE). The purpose of rear side etching is the elimination of n+ layer of rear side and increase of the flatness. The effects of rear side etching are the improvement of Voc and increase of efficiency by reducement series resistance and forming of uniform BSF. The experimental procedure for rear side etching is very simple. After anti-reflection coating on solar cell wafer, Solar cell wafer is etched by the etching chemical that react with only rear side not front side. This special chemical is no harmful to anti-reflection coating layer. It can only etched rear side of solar cell wafer. We can use etching image by optical microscope, minority carrier life time by WCT 120, SiNx thickness and refractive index by ellipsometer, cell efficiency for the RSE effect measurement. The key point of rear side etching is development of etching process condition that react with only rear side. If we can control this factor, we can achieve increase of solar cell efficiency very economically without new device.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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