硅的微结构(图案化)是集成电路(IC)制造的关键步骤之一，而集成电路又是现代电子学的基石。微结构是通过一系列过程来完成的，这些过程包括光刻以创建预期结构(掩模)的模板、在受控条件下进行蚀刻以移除材料、和/或通过离子注入或通过掩模扩散(ff)来掺杂以将外来原子(例如硼或磷)引入硅中。典型的微结构工艺利用光刻掩模法以自上而下的方法在硅衬底上产生任意图案。
来自德国莱布尼斯-德累斯顿聚合学院等单位的研究人员报道了一种新的自下而上的微结构制作方法，该方法在刻蚀过程中无需使用蚀刻掩模或模板即可实现n掺杂硅衬底的图案化。相反，这里开发的结构化过程涉及在照明下执行的简单碱性蚀刻，并且由埋在0.25到1µm深度的均匀的n掺杂层下面的p掺杂微米级植入物远程控制。该过程之所以能够实现微结构化，是因为埋入的植入物作为微型光伏电池在光照下起作用，其产生电子流并增加植入物上方区域中的负表面电荷。局部增加的表面电荷导致对自然硅氧化层的局部保护，使其不受碱性蚀刻的影响，这最终导致衬底的微结构。以这种方式，可以构造在其顶部具有厚厚的一层均匀的n掺杂硅层的衬底，从而减少对昂贵、耗时的光刻步骤的需要。相关论文发表在Advanced Functional Materials。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202100105
图1.用于选择性蚀刻实验的起始基板示意图
图2.(a，c，e)AFM地形图
图3.本文提出的负责自我复制的机制的图解
图4.原子力显微镜图像显示了植入物埋在250nm外延硅下面的样品上选择性蚀刻的时间依赖性结果
图5.本文示例结构的图解
综上所述，本文开发了一种新的微结构工艺，用于在n掺杂硅衬底的内部结构中埋入p掺杂的植入区域。该工艺包括在照明下执行的简单碱性蚀刻，并导致复制埋藏的图案。之所以发生微结构，是因为埋藏的植入物结构在蚀刻过程中提供了远程控制，充当微型光伏电池，其照明产生从埋藏式植入物指向表面的光生电子通量。在表面积累的电子增加了这些植入物上方区域的表面负电荷。表面电荷的局部增加导致自然硅氧化层免受埋入植入物上方区域的碱性腐蚀的保护，这是导致硅腐蚀选择性的原因。通过研究开发过程背后的机制，本文认为这种方法是自下而上的，而不是自上而下的方法。
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