书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：半导体材料硅锗的选择性湿蚀刻工艺

编号：JFKJ-21-117

作者：炬丰科技

摘要：

  硅锗是一种重要的半导体材料，用于制造下一代逻辑和存储器件中基于纳米线的环栅晶体管。在制造过程中，SiGe 可以用作牺牲层以形成悬浮的水平 Si 纳米线，或者由于其更高的载流子迁移率，SiGe 也可以用作替代水平和垂直纳米线中的 Si 的可能的沟道材料。在这两种情况下，都迫切需要了解和开发纳米级蚀刻工艺，以实现相对于 Si 的 SiGe 受控和选择性去除。在这里，我们为复合材料垂直纳米线中的 SiGe 开发并测试了基于溶液的选择性蚀刻工艺。蚀刻溶液由混合醋酸、过氧化氢和氢氟酸。在这里，两种化学物质反应生成高氧化性过乙酸。氢氟酸既可以作为 PAA 形成的催化剂，也可以作为氧化 SiGe 的蚀刻剂。我们的研究表明，任何一种氧化剂浓度的增加都会增加蚀刻速率，并且最快的 SiGe 蚀刻速率与最高的 PAA 浓度相关。此外，使用原位液相 TEM 成像，我们测试了湿蚀刻过程中纳米线的稳定性，并确定 SiGe/Si 界面是最弱的平面；纳米线在该界面处或非常接近该界面处断裂。我们的研究提供了对 SiGe 湿法蚀刻细节和一些相关故障模式的重要见解，这些故障模式正变得与制造工艺极为相关，因为晶体管的尺寸随着每代新器件而缩小。

关键词： 化学蚀刻、硅锗、纳米线、纳米制造、原位 TEM。

介绍

  可以通过使用当前的工艺流程来实现。横向 GAAFET 的制造采用SiGe/Si 异质结构，其中由牺牲 SiGe 层引起的应变增加了 Si 纳米线的载流子迁移率，从而提高了整体器件性能。目前，与其他具有更高迁移率的半导体（例如 Ge 和 III-V 材料）相比，Si 仍然是沟道材料的最佳选择。这样做的原因是，对于非常窄的 Ge 和 III-V 纳米线，它们的载流子迁移率存在显着损失，导致它们失去优势。对于垂直 GAAFET，迁移率损失问题可以被抵消由于栅极长度是在垂直方向上定义的，这允许选择更长的栅极长度，从而放宽对纳米线直径的要求，垂直和横向纳米线的制造都需要对 SiGe 蚀刻进行精确控制。在横向 GAAFET 的情况下，SiGe 用作牺牲层，必须完全去除 SiGe，同时保留 Si。对于垂直 GAAFET，精确控制的 SiGe 蚀刻对于最大限度地减少器件尺寸的变化至关重要，因为蚀刻定义了纳米线的尺寸均匀性和表面粗糙度。传统上，干等离子体蚀刻是去除材料的最常用方法，当形成垂直纳米结构。

结论

  在本文中晶体 SiGe相对于选择性蚀刻的常见解决方案是 HNO3:HF:H2O和 H2O2:HF:H2O这些解决方案的蚀刻选择性源于在强 HNO3 和 H2O2 氧化剂存在下，Ge 的氧化速度比 Si 快。     略