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介紹

? ? ? 在本研究中，我們使用不同的濕化學蝕刻條件來蝕刻硅、鍺和硅鍺，并將硅鍺蝕刻速率數(shù)據(jù)擴展到鍺摩爾分數(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。

實驗

? ? ? 通過減壓化學氣相沉積(RP-CVD)在Si100襯底上的厚的線性漸變Si1yGeY y x緩沖層上生長厚度約為1 μm的本征Si1xGeX層.14在生長的疊層上使用化學機械拋光來去除表面交叉影線。用盧瑟福背散射光譜法驗證了不同合金中鍺的含量。此外，為了進行比較，研究了在Si100 15和純Si100晶片上的反相化學氣相沉積生長的熱循環(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觸針表面輪廓儀測量蝕刻步驟的高度。蝕刻時間在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行。

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圖 1

? ? ? 隨著時間的推移，從新制備的溶液的低蝕刻速率開始，并在48小時后達到更高且恒定的蝕刻速率。老化對于獲得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。

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結(jié)果與討論

? ? ? 初始實驗表明，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。因為溶液HF50導致鍺含量較高的硅鍺的蝕刻相當快，所以測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分鐘的蝕刻時間。通過在HF10中蝕刻獲得的在純硅、純鍺和幾個具有不同鍺含量的硅鍺層中測量的蝕刻深度與時間的關(guān)系如圖所示。1a . 結(jié)果表明，刻蝕深度幾乎與時間成線性關(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)和實驗精度范圍內(nèi)，刻蝕深度隨刻蝕時間線性增加。當鍺含量達到約50原子%時，刻蝕速率也增加，當鍺含量達到純鍺時，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。蝕刻過程由兩個獨立的反應(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的蝕刻溶液進行了類似的實驗，該溶液含有較高濃度的氟化氫。對于具有不同鍺含量的純硅、純鍺和硅鍺層獲得的相應(yīng)蝕刻深度是蝕刻時間的函數(shù)

? ? ? HF20中的數(shù)據(jù)如圖1所示。1c . 對于HF10蝕刻，還觀察到蝕刻深度隨著時間的增加而線性增加。獲得了顯著更高的蝕刻速率，特別是對于更高的鍺含量，而純硅的蝕刻被延遲。對于阿格含量為75原子%的硅鍺合金，測量到最高蝕刻速率。蝕刻速率在圖2的所有數(shù)據(jù)點上平均。1c示于圖1中。1d。最后，用HF50溶液進行蝕刻實驗。已經(jīng)報道了鍺含量高達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)蝕刻臺階高度。同樣在這種情況下，蝕刻深度隨著蝕刻時間線性增加。對于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非?？臁４蠹s2000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。一般來說，對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。

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結(jié)論

? ? ? 進行詳細的槽蝕刻實驗以確定純硅、Si0.8Ge0.2、Si0.7Ge0.3、Si0.5Ge0.5、Si0.25Ge0.75和純鍺的蝕刻深度對時間和蝕刻速率的關(guān)系。幾個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，并在蝕刻實驗前老化2天。一般來說，定義為硅鍺蝕刻速率除以硅蝕刻速率的選擇性對于含有較高量的氟化氫的蝕刻溶液來說較高。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。將槽蝕刻實驗與使用自動旋轉(zhuǎn)蝕刻工具的平面蝕刻實驗以及具有不同鍺含量的硅/硅鍺疊層的橫向蝕刻進行比較。