复合垂直纳米线中硅锗的选择性湿法蚀刻

小英说半导体

引言

目前，对高效能和高性能微电子组件的持续需求是晶体管小型化和芯片密度增加的关键驱动因素。这些纳米级晶体管的性能取决于其架构和材料特性。由于更好的静电性能，全栅场效应晶体管(GAAFET)有望取代当前的FinFET架构。

垂直GAAFET很难集成到当前的CMOS制造工艺流程中，但这种架构有可能以较高的密度制造晶体管。横向GAAFET的制造采用SiGe/Si异质结构，其中牺牲SiGe层引起的应变增加了Si纳米线的载流子迁移率，从而提高了整体的器件性能。

目前，与具有更高迁移率的其他半导体(如Ge和III-V材料)相比，Si仍然是通道材料的较佳的选择。其原因是，对于非常窄的Ge和III-V纳米线，它们的载流子迁移率有显著的损失，导致它们失去了相对于硅的优势。

实验与讨论

英思特通过在145纳米厚的二氧化硅薄膜上制造复合纳米线阵列来研究直径为50纳米的SiGe纳米线的湿法化学蚀刻（图1）。为了研究SiGe的蚀刻，我们使用不同体积比的HF:H2O2:CH3COOH:H2O的蚀刻溶液，并通过化学平衡反应常数计算成分的最终平衡浓度来进行实验。

图1：Si0.75Ge0.25复合纳米线综

我们研究了16种含0.27%（w/v）的溶液和13种含1.15%(w/v) HF且含有不同平衡浓度H2O2（过氧化氢）、CH3COOH（醋酸）和PAA的溶液的湿法蚀刻特性。通过在三到四个不同的时间点猝灭纳米线的蚀刻反应，并用TEM对其成像测量其直径作为蚀刻时间的函数，从而测量溶液中的SiGe蚀刻速率（图2）。研究表明，SiGe蚀刻速率随着PAA浓度的增加而增加，蚀刻速率不受氧化速率的限制，而是受氧化SiGe的溶解速率的限制。

图2

结论
英思特公司基于PAA/H2O2氧化和HF氧化物的溶解，建立了用于垂直SiGe纳米结构选择性湿法蚀刻的有效化学方法，并通过系统地改变这些蚀刻溶液中成分的浓度，测量出相应SiGe和Si的刻蚀速率，从而提供了蚀刻过程的机理见解。

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