堿性刻蝕表面形貌對p型單晶硅片少數壽命的影響

我們研究了堿性刻蝕表面形貌對p型單晶硅片少數壽命的影響，在恒溫下分別使用30%和23%的氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液，表面狀態通過計算算術平均粗糙度(Ra)和U-V-可見光-近紅外光學反射率來表征，而電學表征通過準穩態光電導測量來完成，這揭示了所得表面狀態和少數載流子壽命之間的相關性。測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，我們通過在90 ℃的恒溫下研究四種不同的濃度來優化氫氧化鉀溶液。在第二步中，我們將優化的氫氧化鉀溶液的表面狀態的結果與常規的30%重量的氫氧化鈉溶液進行了比較。最后，研究了表面態與少數載流子壽命之間的關系。

在常規清洗過程之后，硅襯底的雙面減薄和拋光在幾個恒定溫度的氫氧化鉀浴中進行，以達到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工作中廣泛參考的30重量%的氫氧化鈉浴獲得的表面進行比較。圖1顯示了氫氧化鉀濃度對在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，在對幾個樣品進行幾次測試之后，我們發現KOH濃度和< 100 >硅上的粗糙度之間沒有線性關系。

圖1

從圖1中，我們觀察到在23%重量的條件下，粗糙度小于0.55微米,當蝕刻深度約為100 um時，氫氧化鉀濃度,對于不同氫氧化鉀濃度下Ra的其他測量，我們發現: Ra (15%) = 0.63 um，Ra (30%) = 0.76 um和Ra (40%) = 0.60 um?？傊?，我們可以說23%的濃度代表給出最佳表面粗糙度的濃度。為了證實之前進行的測試，我們用分光光度計研究了表面反射率，并對加權反射率進行了評估,眾所周知，鏡面等光滑表面的反射會導致一種被稱為鏡面反射的反射。

如圖2所示，參考樣品(粉色曲線)代表多光學硅片，反射為鏡面反射(鏡面)，因此漫反射實際上等于零,通過對比參考樣品的吸收光譜和不同樣品的其他吸收光譜，如圖2所示，我們可以注意到在固定的刻蝕持續時間和溫度下，反射率會受到溶液濃度的影響,因為反射率與表面質量有關，而表面質量與氫氧化物蝕刻劑溶液的濃度有關。

圖2

從反射率圖上可以看出，經過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，這個結果被等于0,55 um的Ra很好地證實，這樣的結果對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平均粗糙度與加權反射的相關性。對于較低的Ra (um)值，我們有最低的加權反射率值，然后，對于最高的Ra (um)值，我們也有最高的加權反射率值。這也適用于中間值。在本節中，進行了與之前相同的研究，圖3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。

圖3

如圖3所示，通過兩種表面狀態的比較可以看出，最粗糙的表面呈現最弱的載流子壽命，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出最好的結果，似乎很明顯，這些結果之間的增強與表面處理密切相關。根據這些結果，很明顯，與氫氧化鈉處理獲得的結果相比，氫氧化鉀拋光在表面質量方面給出了最好的結果。

研究了堿溶液拋光后硅的表面狀態，根據所得表面粗糙度、電性能和光學性能測試了幾種基于堿的濕化學蝕刻順序，從我們的分析中獲得的所有平面度參數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，這種不同的參數與載流子壽命方面的電性能相關?？傊?，我們目的是通過改變晶片的表面粗糙度來提高其少數壽命。

審核編輯：湯梓紅