原创 HF：H2O2：CH3COOH中Si、Si1−xGex和Ge的湿式化学蚀刻

引言

今天，整个互补金属氧化物半导体社区正在寻找解决方案，以满足国际半导体技术路线图的要求。过程诱导应变技术目前被广泛应用于65和45 nm节点技术，以提高短器件的迁移率。然而，对于32 nm及以下，激进的设计规则降低了这类技术的效率，而这种“局部应变方法”还不足以满足驱动电流方面的ITRS路线图要求。

为了弥补这一点，晶片级张力应变绝缘体上方法在今天得到了广泛的关注。绝缘体上的硅已经出现在高性能、低功率和射频应用的路线图上，这被视为静电和动态助推器解决方案，由于改进的阈下摆动为完全耗尽的设备，较小的寄生元件，并且，在部分耗尽的技术中，对浮动的身体效应。张力应变硅增强了n型金属氧化物半导体场效应晶体管，1-3中的电子迁移率，而在单轴上，压缩应变Si通道增加了p型金属氧化物半导体场效应晶体管的空穴迁移率4 SiGe在硅上的异质外延是获得这种应变结构的一种很有前途的途径。硅和锗之间晶格参数的差异产生了弹性应变层。（江苏英思特半导体科技有限公司）

实验

 采用化学机械抛光技术，以消除表面的交叉破碎。用卢瑟福背向散射光谱法验证了不同合金中的锗含量。此外，还研究了在硅上生长的热循环2.5m Ge层的RP-CVD层以及纯硅100晶片进行了比较。样品在蚀刻前被聚合物部分掩盖，以形成一个合适的蚀刻步骤。在蚀刻和移除掩模后，使用Dektak 6M触针表面轮廓仪测量蚀刻步骤的高度。在聚丙烯烧杯中，在室温25℃下，通过轻微搅拌，进行30 s至10 min的蚀刻。三种不同的高频在超精尺度集成ULSI -级水，醋酸蚀刻溶液使用过氧化氢30%，醋酸99.8%，和HF不同浓度：50,20,10%ULSI级水。为简单起见，将溶液分别命名为HF50、HF20和HF10。HF：H2O2：CH3COOH溶液的蚀刻速率有所不同，随着时间的推移，从新鲜制备的溶液的低蚀刻速率开始，并在48小时后达到更高且恒定的蚀刻速率。老化是获得过氧化氢、醋酸及其反应产物过乙酸浓度稳定平衡的必要条件，过乙酸作为氧化物质。（江苏英思特半导体科技有限公司）

结果和讨论

旋转蚀刻处理器中的垂直层蚀刻。为了确定SiGe湿化学蚀刻在大型工业制造过程中的可行性，我们将SiGe蚀刻工艺转移到单个晶圆旋转处理器工具，该工具通过活动臂控制分配蚀刻溶液，见图2。该工具配备了光学端点检测能力，允许完全自动化的过程。这些化学物质的分配是通过跨越整个晶片区域的可移动臂来完成的，其速度可以被控制，而晶片则在臂的下方旋转。这导致了化学物质在晶圆片上的均匀分布。此外，还提供了一种传热系统，可将溶液加热至90℃。（江苏英思特半导体科技有限公司）

图1.a，c和，e蚀刻深度作为蚀刻时间的函数，b，d和f蚀刻速率作为硅的Ge原子%的函数。

图2：单晶圆旋转处理器腔室。

结论

通过详细的浴蚀实验，确定了纯Si、Si0.8Ge0.2、Si0.7Ge0.3、Si0.5Ge0.5、Si0.25Ge0.75和纯Ge的蚀刻深度与时间和蚀刻速率。将若干系列的样品在含有HF、过氧化氢和醋酸的三种不同类型的溶液中以体积比为1：2：3进行部分掩蔽和蚀刻。三种不同的溶液中都含有浓度分别为50、20和10%的HF，并在蚀刻实验前老化2天。（江苏英思特半导体科技有限公司）

一般来说，对于含有较高的HF量的蚀刻溶液，定义为SiGe蚀刻速率除以Si蚀刻速率的选择性更高。具有高Ge含量或纯Ge层的SiGe合金的蚀刻率非常大。这种效果允许根据特定的Ge含量和所需的选择性来选择一个合适的蚀刻解决方案。将浴蚀刻实验与使用自动自旋蚀刻工具的平面蚀刻实验以及对不同锗含量的Si/SiGe堆栈的横向蚀刻进行了比较。（江苏英思特半导体科技有限公司）