介紹

在本研究中，我們使用不同的濕化學(xué)蝕刻條件來(lái)蝕刻硅、鍺和硅鍺，并將硅鍺蝕刻速率數(shù)據(jù)擴(kuò)展到鍺摩爾分?jǐn)?shù)在20%和100%之間。比較了三種情況下的刻蝕速率:I .在槽中的覆蓋刻蝕，ii .在單晶片旋轉(zhuǎn)處理器中的覆蓋刻蝕，以及iii .硅鍺/硅異質(zhì)結(jié)構(gòu)的橫向刻蝕。

實(shí)驗(yàn)

通過減壓化學(xué)氣相沉積(RP-CVD)在Si100襯底上的厚的線性漸變Si1yGeY y x緩沖層上生長(zhǎng)厚度約為1 μm的本征Si1xGeX層.14在生長(zhǎng)的疊層上使用化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)去除表面交叉影線。用盧瑟福背散射光譜法驗(yàn)證了不同合金中鍺的含量。此外，為了進(jìn)行比較，研究了在Si100 15和純Si100晶片上的反相化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的熱循環(huán)2.5 m鍺層。在蝕刻以形成合適的蝕刻步驟之前，用聚合物部分掩蔽樣品。在蝕刻和去除掩模之后，使用Dektak 6M觸針表面輪廓儀測(cè)量蝕刻步驟的高度。蝕刻時(shí)間在30秒到10分鐘之間，在室溫25℃和輕微攪拌下在聚丙烯燒杯中進(jìn)行。

隨著時(shí)間的推移，從新制備的溶液的低蝕刻速率開始，并在48小時(shí)后達(dá)到更高且恒定的蝕刻速率。老化對(duì)于獲得H2O2、CH3COOH及其反應(yīng)產(chǎn)物過乙酸(作為氧化物質(zhì))濃度的穩(wěn)定平衡是必要的。

結(jié)果與討論

初始實(shí)驗(yàn)表明，在新制備的溶液老化2天后獲得的蝕刻速率至少穩(wěn)定一周。因?yàn)槿芤篐F50導(dǎo)致鍺含量較高的硅鍺的蝕刻相當(dāng)快，所以測(cè)試了使用更稀釋的氟化氫的兩種不同溶液，即HF20和HF10，以獲得更慢和更合適的蝕刻速率。使用30 s、60 s、90 s、3分鐘、5分鐘和10分鐘的蝕刻時(shí)間。通過在HF10中蝕刻獲得的在純硅、純鍺和幾個(gè)具有不同鍺含量的硅鍺層中測(cè)量的蝕刻深度與時(shí)間的關(guān)系如圖所示。1a . 結(jié)果表明，刻蝕深度幾乎與時(shí)間成線性關(guān)系。蝕刻速率很大程度上取決于層中鍺的含量。在研究次數(shù)和實(shí)驗(yàn)精度范圍內(nèi)，刻蝕深度隨刻蝕時(shí)間線性增加。當(dāng)鍺含量達(dá)到約50原子%時(shí)，刻蝕速率也增加，當(dāng)鍺含量達(dá)到純鍺時(shí)，刻蝕速率略有下降。圖1b顯示了HF10溶液在所有應(yīng)用的蝕刻時(shí)間內(nèi)的平均蝕刻速率與鍺含量的關(guān)系。蝕刻速率從純硅的約10納米/分鐘增加到硅的最大值350納米/分鐘，然后再次降低到純鍺的值110納米/分鐘。蝕刻過程由兩個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)組成。該材料首先被過氧化氫和乙酸的混合物氧化，氧化物最后被氟化氫溶解。蝕刻速率受到兩種工藝中最慢的工藝的限制。用稱為HF20的蝕刻溶液進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)，該溶液含有較高濃度的氟化氫。對(duì)于具有不同鍺含量的純硅、純鍺和硅鍺層獲得的相應(yīng)蝕刻深度是蝕刻時(shí)間的函數(shù)

HF20中的數(shù)據(jù)如圖1所示。1c . 對(duì)于HF10蝕刻，還觀察到蝕刻深度隨著時(shí)間的增加而線性增加。獲得了顯著更高的蝕刻速率，特別是對(duì)于更高的鍺含量，而純硅的蝕刻被延遲。對(duì)于阿格含量為75原子%的硅鍺合金，測(cè)量到最高蝕刻速率。蝕刻速率在圖2的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)上平均。1c示于圖1中。1d。最后，用HF50溶液進(jìn)行蝕刻實(shí)驗(yàn)。已經(jīng)報(bào)道了鍺含量高達(dá)40原子%的用HF50在硅上選擇性蝕刻硅鍺的數(shù)據(jù).12，17圖1e顯示了用HF50溶液蝕刻后在純硅、純鍺以及具有不同鍺含量的硅鍺合金中獲得的相應(yīng)蝕刻臺(tái)階高度。同樣在這種情況下，蝕刻深度隨著蝕刻時(shí)間線性增加。對(duì)于HF50溶液，觀察到高得多的選擇性，該選擇性定義為硅鍺或純鍺的蝕刻速率除以硅蝕刻速率。高鍺含量硅鍺層和純鍺的蝕刻確實(shí)非常快。大約2000納米的純鍺已經(jīng)在HF50溶液中蝕刻了30秒。相應(yīng)的蝕刻速率如圖2所示。一般來(lái)說，對(duì)于含有較高含量氟化氫的蝕刻溶液，選擇性較高。鍺含量高的硅鍺合金或純鍺層的腐蝕速率非常大。對(duì)于HF10、HF20和HF50溶液，蝕刻速率隨著鍺含量的增加而顯著增加，并且分別發(fā)生在0-50、20-75和50-100的鍺原子%范圍內(nèi)。這種效果允許根據(jù)層中鍺的含量和所需的選擇性選擇合適的蝕刻溶液。

結(jié)論

進(jìn)行詳細(xì)的槽蝕刻實(shí)驗(yàn)以確定純硅、Si0.8Ge0.2、Si0.7Ge0.3、Si0.5Ge0.5、Si0.25Ge0.75和純鍺的蝕刻深度對(duì)時(shí)間和蝕刻速率的關(guān)系。幾個(gè)系列的樣品在三種不同類型的溶液中被部分掩蔽和蝕刻，這三種溶液含有體積比為1∶2∶3的氟化氫、過氧化氫和三氯羥基甲烷.三種不同的溶液含有濃度為50%、20%和10%的氟化氫，并在蝕刻實(shí)驗(yàn)前老化2天。一般來(lái)說，定義為硅鍺蝕刻速率除以硅蝕刻速率的選擇性對(duì)于含有較高量的氟化氫的蝕刻溶液來(lái)說較高。鍺含量高的硅鍺合金或純鍺層的腐蝕速率非常大。這種效果允許根據(jù)特定的鍺含量和所需的選擇性選擇合適的蝕刻溶液。將槽蝕刻實(shí)驗(yàn)與使用自動(dòng)旋轉(zhuǎn)蝕刻工具的平面蝕刻實(shí)驗(yàn)以及具有不同鍺含量的硅/硅鍺疊層的橫向蝕刻進(jìn)行比較。

審核編輯：符乾江