原创 硅锗纳米线的湿式蚀刻法

引言

纳米结构与块状材料相比，纳米结构具有不同的性质，因为量子效应在纳米尺度上是显著的，量子限制会导致电荷载流子具有离散的能级。英思特研究将SiGe纳米线应用于垂直纳米线晶体管中，因为SiGe具有高导电性，且是非常便宜的合金。这些晶体管垂直扩展，而它们的宽度只有几纳米。这允许在芯片上放置更多的晶体管，并解决水平晶体管尺寸的物理限制问题。然而，为了减小SiGe纳米线的直径，需要湿法蚀刻。

实验与讨论

为了将SiGe纳米线的尺寸减小到期望的尺寸，英思特使用了湿法蚀刻法进行研究。湿蚀刻的物理机制如图1所示。

图1:湿法蚀刻的物理机制

图2:实验中使用的芯片的示意图

首先，我们将300 mm的晶圆切割成约75mm×75mm的小片。接下来，使用传统的光刻、干法和湿法蚀刻对芯片进行构图，如图2所示。在进行蚀刻之前，必须去除芯片上的自然氧化层和有机污染物。通过将纳米线置于0.25%的氢氟酸溶液中1分钟来去除氧化层。为了去除有机污染物，在低功率下利用等离子体清洗芯片45秒。一旦预蚀刻处理完成后，就进行实际的蚀刻。为了较大化蚀刻速率，芯片在蚀刻剂溶液中移动，以确保新溶液不断流向纳米线。蚀刻完成后，在去离子水中冲洗纳米线以停止蚀刻。

实验发现SiGe的蚀刻机制与Si类似，分两步进行。第一步是SiGe的氧化，第二步是SiGe氧化物的溶解。

结论

英思特研究了两种不同的SiGe刻蚀机制:反应和扩散限制刻蚀机制。我们观察到，由于SiGe的各向异性、反应限制的氧化，反应限制的蚀刻机制导致SiGe的各向异性蚀刻。扩散限制蚀刻机制导致SiGe的各向同性蚀刻作为氧化机制迅速从反应限制转变为扩散限制。

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