書籍：《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》

文章：半導(dǎo)體材料硅鍺的選擇性濕蝕刻工藝

編號(hào)：JFKJ-21-117

作者：炬豐科技

摘要：

? 硅鍺是一種重要的半導(dǎo)體材料，用于制造下一代邏輯和存儲(chǔ)器件中基于納米線的環(huán)柵晶體管。在制造過(guò)程中，SiGe 可以用作犧牲層以形成懸浮的水平 Si 納米線，或者由于其更高的載流子遷移率，SiGe 也可以用作替代水平和垂直納米線中的 Si 的可能的溝道材料。在這兩種情況下，都迫切需要了解和開(kāi)發(fā)納米級(jí)蝕刻工藝，以實(shí)現(xiàn)相對(duì)于 Si 的 SiGe 受控和選擇性去除。在這里，我們?yōu)閺?fù)合材料垂直納米線中的 SiGe 開(kāi)發(fā)并測(cè)試了基于溶液的選擇性蝕刻工藝。蝕刻溶液由混合醋酸、過(guò)氧化氫和氫氟酸。在這里，兩種化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)生成高氧化性過(guò)乙酸。氫氟酸既可以作為 PAA 形成的催化劑，也可以作為氧化 SiGe 的蝕刻劑。我們的研究表明，任何一種氧化劑濃度的增加都會(huì)增加蝕刻速率，并且最快的 SiGe 蝕刻速率與最高的 PAA 濃度相關(guān)。此外，使用原位液相 TEM 成像，我們測(cè)試了濕蝕刻過(guò)程中納米線的穩(wěn)定性，并確定 SiGe/Si 界面是最弱的平面；納米線在該界面處或非常接近該界面處斷裂。我們的研究提供了對(duì) SiGe 濕法蝕刻細(xì)節(jié)和一些相關(guān)故障模式的重要見(jiàn)解，這些故障模式正變得與制造工藝極為相關(guān)，因?yàn)榫w管的尺寸隨著每代新器件而縮小。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)蝕刻、硅鍺、納米線、納米制造、原位 TEM。

介紹

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? 可以通過(guò)使用當(dāng)前的工藝流程來(lái)實(shí)現(xiàn)。橫向 GAAFET?的制造采用SiGe/Si 異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中由犧牲 SiGe 層引起的應(yīng)變?cè)黾恿?Si 納米線的載流子遷移率，從而提高了整體器件性能。目前，與其他具有更高遷移率的半導(dǎo)體（例如 Ge 和 III-V 材料）相比，Si 仍然是溝道材料的最佳選擇。這樣做的原因是，對(duì)于非常窄的 Ge 和 III-V 納米線，它們的載流子遷移率存在顯著損失，導(dǎo)致它們失去優(yōu)勢(shì)。對(duì)于垂直 GAAFET，遷移率損失問(wèn)題可以被抵消由于柵極長(zhǎng)度是在垂直方向上定義的，這允許選擇更長(zhǎng)的柵極長(zhǎng)度，從而放寬對(duì)納米線直徑的要求，垂直和橫向納米線的制造都需要對(duì) SiGe 蝕刻進(jìn)行精確控制。在橫向 GAAFET 的情況下，SiGe 用作犧牲層，必須完全去除 SiGe，同時(shí)保留 Si。對(duì)于垂直 GAAFET，精確控制的 SiGe 蝕刻對(duì)于最大限度地減少器件尺寸的變化至關(guān)重要，因?yàn)槲g刻定義了納米線的尺寸均勻性和表面粗糙度。傳統(tǒng)上，干等離子體蝕刻是去除材料的最常用方法，當(dāng)形成垂直納米結(jié)構(gòu)。

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結(jié)論

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? 在本文中晶體 SiGe相對(duì)于選擇性蝕刻的常見(jiàn)解決方案是 HNO3:HF:H2O和 H2O2:HF:H2O這些解決方案的蝕刻選擇性源于在強(qiáng) HNO3 和 H2O2 氧化劑存在下，Ge 的氧化速度比 Si 快。 ????略