Controlled Microfabrication of High‐Aspect‐Ratio Structures in Silicon at the Highest Etching Rates: The Role of H₂O₂ in the Anodic Dissolution of Silicon in Acidic Electrolytes

Abstract

In this work the authors report on the controlled electrochemical etching of high‐aspect‐ratio (from 5 to 100) structures in silicon at the highest etching rates (from 3 to 10 µm min−1) at room temperature. This allows silicon microfabrication entering a previously unattainable region where etching of high‐aspect‐ratio structures (beyond 10) at high etching rate (over 3 µm min−1) was prohibited for both commercial and research technologies. Addition of an oxidant, namely H2O2, to a standard aqueous hydrofluoric (HF) acid electrolyte is used to dramatically change the stoichiometry of the silicon dissolution process under anodic biasing without loss of etching control accuracy at the higher depths (up to 200 µm). The authors show that the presence of H2O2 reduces the valence of the dissolution process to 1, thus rendering the electrochemical etching more effective, and catalyzes the etching rate by opening a more efficient path for silicon dissolution with respect to the well‐known Gerischer mechanism, thus increasing the etching speed at both shorter and higher depths.

Ultrafast fabrication of high-aspect-ratio macropores in P-type silicon: toward the mass production of microdevices

“…Furthermore, under illumination, fast macropore formation is realized in aqueous HF electrolytes on low-doped n-type silicon with optimal bias and HF concentration ([HF]) [15]. Recently, Barillaro [16] reported on the controlled electrochemical etching of high-aspect-ratio (from 5 to 100) macropores in n-type silicon at the highest etching rates (from 3 to 10 μm min −1 ). On the other hand, in p-type silicon, it's much more complicated to achieve macropores with high AR because the hole concentration is much higher than in n-type silicon and hence cannot be controlled in the pore walls [17].…”

Формирование Многослойных Структур С Интегрированными Мембранами На Основе Пористого Кремния

“…Кремниевые пористые материалы находят широкое применение в современной микроэлектронике, обладая чрезвычайно развитой поверхностью и возможностью встраивания в отработанную кремниевую технологию производства микроэлектронных компонентов [1][2][3].…”

Фотоанодирование n-Si в присутствии перекиси водорода: зависимость от напряжения

“…Так, электролиты на основе перекиси водорода позволяют ускорить растворение электронного кремния как в темноте [1,2], так и в режиме подсветки обратной стороны образца [3,4]. При низких напряжениях и малой концентрации HF макропоры в n-Si(100) с низким уровнем легирования сохраняют вертикальные стенки, и тем самым делают их похожими на макропоры, сформированные в электролите на основе водного раствора плавиковой кислоты [3]. При высоком напряжении в режиме пробоя появляется интенсивное образование вторичных пор как при высокой [5], так и при низкой концентрации HF [6].…”