정밀한 습식 식각제 이방성 및 선택성 평가를 위한 고급 c-Si/c-SiGe 웨건휠 테스트 구조
초록
습식 식각은 나노미터 정밀도에 가까운 부드럽고 손상 없는 희생 소재 제거법으로 나노구조 제작에 필수적입니다. 이러한 식각액 개발을 위해 선택성과 (비)이방성 같은 식각액 특성 스크리닝이 중요해졌습니다. 이 식각액들은 일반적으로 낮은 식각률을 가지므로 식각 거동 평가를 위한 민감한 테스트 구조가 필요합니다. 이에 축소된 단결정 Si(c-Si)와 SiGe(c-SiGe) 웨건휠을 제작했습니다. 첫째, 알칼리 식각액 TMAH와 NH₄OH에서 결정질 실리콘 이방성 거동 검출을 위한 c-Si 웨건휠 민감도 입증. 이방성 습식 식각 후 탑다운 주사전자현미경(SEM)으로 각 소재/식각액 쌍 특유의 독특한 웨건휠 패턴 관측. Si(100)과 Si(110) 기판 모두에서 결정면 의존 식각률 유사 경향 획득. 둘째, 대표적 선택적 식각액 과초산(PAA)에서 c-Si와 c-Si₇₅Ge₂₅ 웨건휠 식각 평가. c-Si₇₅Ge₂₅ PAA 식각 시 등방성 식각 발생. 선택성 값은 두 방법으로 계산: 첫째, 웨건휠 스포크 측면 손실 측정; 둘째, 간접법으로 스포크 후퇴 길이 측정. 두 방법 비교 가능 값 제공, 단 후자법은 스포크 팁이 예리한 팁으로 진화한 특정 임계 식각 시간 이후에만 사용 가능.
서론
전통적으로 집적회로 반도체 소자 트랜지스터 밀도 증가는 노드 크기 축소로 달성됐으나 기술적, 경제적으로 더 이상 지속 불가능. 이에 Fin-FET, 게이트-올-어라운드 GAA-FET 같은 새로운 FET 아키텍처 도입[1-3]. 후자는 게이트가 채널을 더 정확히 튜닝 가능해 전자 유리[4]. 첨단 FET 트랜지스터와 메모리 셀에 쓰이는 복잡한 3D 구조 제조 공정 일부는 극도로 선택적이고 등방적인 식각액 필요[5,6].
수직 적층 수평 결정질 나노와이어 하나 이상으로 구성된 GAA 아키텍처 제작을 위해 희생 결정질 에피택셜 층의 매우 선택적이고 등방적인 식각 필요. 예: Si 나노와이어 해리 위해 Si 나노와이어 보존하며 SiₓGe₁₋ₓ 식각하는 식각액 필요.
따라서 식각액 특성 스크리닝과 이해 필수. 블랭크 필름 식각액 스크리닝은 소재/식각액 쌍 (비)이방성 신뢰 정보 못 줌. 이방성 시각화 극히 중요: 결정질 희생층 식각이 측면 트렌치에서 느린 식각 또는 소위 '차단' 면 형성으로 지연 또는 중단될 수 있음. 이방성은 MEMS 제작[7,8]과 태양광 응용 Si 표면 텍스처링[9-11]에서도 광범위 연구.
원칙적으로 두 실험 방법 사용, 모두 Si 결정 방향 함수 식각률 산출. 첫째, 수 mm 직경 실리콘 구/반구 식각; 이방성으로 패싯 형성, 정량화 시 결정면별 식각률 산출[12-14]. 둘째, 가장 널리 쓰이는 방법으로 웨이퍼에 실리콘 스포크/트렌치를 방사상으로 패터닝해 웨건휠 형태 생성[15,16]. 후자 강점: 단일 습식 식각 실험으로 많은 결정면 탐침 가능, 증폭 효과. 이방성 습식 식각 시 스포크 팁 후퇴율이 웨건휠 스포크 측면 식각률에 비례, 후자가 관심 식각률. 스포크 기하학으로 팁 후퇴 속도가 실제 측면 식각률보다 현저히 빨라 이 상대적으로 큰 후퇴 길이가 측면 얇아짐보다 시각화, 정량화 용이. 증폭 계수는 웨건휠 스포크 기하 배열 의존. 스포크 많을수록(작은 각도) 증폭 계수 큼. 문헌[15-18] 웨건휠은 cm 직경, 보통 180개 스포크, 각도 폭과 간격 1°로 증폭 계수 115. 대부분 응용 고식각률 원해 상대적 고온(~60-80°C), 고농도(~12-25 wt%) 알칼리 TMAH, KOH 용액서 Si 이방성 식각 연구. 하지만 저농도 알칼리 용액, 더욱이 저온 이방성 식각 알려진 바 적음. 또한 최첨단 CMOS 응용 nm 구조 제작 공정 중 반도체 소재 나노미터 제거만 필요 대부분. 따라서 VLSI용 습식 식각 공정 대부분 nm/min 단위 훨씬 낮은 식각률 필요. 이에 이전 세대 웨건휠 소형화 제안.
본 연구에서 축소 c-Si뿐 아니라 c-SiGe 웨건휠도 제작. 이로써 식각액 등방성, 선택성 요건 동시 고정밀 평가 가능. 웨건휠 기술 주자산이 여전히 소재/식각액 쌍 이방성 정도 판별이므로, 먼저 이전 cm 웨건휠 결과와 벤치마킹. 그 후 선택적, 등방적 식각액 개발, 특히 c-Si 대비 c-Si₇₅Ge₂₅ 선택적 식각에 이 기술 유용성 입증.
실험/방법
웨건휠 설계
웨건휠 치수는 나노미터 범위 측면 손실로 서브마이크론 후퇴 길이 관찰 아이디어로 선택. 세 경계 균형 기반:
포토리소그래피 기술 최소 임계 치수(CD) 제약, 즉 웨건휠 (내부) 스포크 폭.
이미징 기술 최대 실용 시야(FOV) 정의, 웨건휠 최대 직경 결정.
원형 웨건휠 패턴 배열 가능 최대 스포크 수, 즉 최소 스포크 쐐기 각도, 최대 증폭 계수 정의.
고려해 내부 스포크 폭 90 nm(CD), 웨건휠 직경 3.8 µm(FOV), 32개 스포크 원형 배열. 이 설계로 스포크 각도 5.6°, 증폭 계수 약 20. 전용 마스크 설계(그림 1a). 치수 Wind 등[15] 이전 웨건휠과 비교(표 1). 웨건휠 수직, 수평 방향 3.9 µm 피치 정렬, 웨건휠 간 100 nm 공간(그림 1b). 제작 다음 섹션 기술.
마스크 설계 웨건휠(a) 및 나노제작 공정 후: 탑뷰 SEM(b), 틸트뷰 SEM(c)
웨건휠 제작
결정질 실리콘(c-Si) 웨건휠 표준 p-형(B-도핑, 1-100 Ω·cm) 300 mm Si(100), Si(110) 웨이퍼 제작. 패터닝 공정: 하드마스크 스택 증착(위에서 아래) 30 nm 질화규소, 160 nm 비정질 탄소(APF), 20 nm 질화규소, 30 nm 비정질 Si. 193 nm 침지 리소그래피로 포토레지스트 패턴 전사. 포토레지스트 현상 후 플라즈마 식각으로 웨건휠 패턴 식각, 포토레지스트 및 APF 스트립 포함. 하드마스크 스택 최하층 질화규소층은 뜨거운 인산(6분, 85 wt% H₃PO₄, 160°C) 또는 불산(5분, 10 wt% HF) 제거. 그림 1c 제작된 웨건휠 틸트 SEM.
결정질 실리콘-게르마늄 웨건휠(c-Si₇₅Ge₂₅)도 표준 p-형 300 mm Si(100) 또는 Si(110) 웨이퍼 제작. 패터닝 전 약 600 nm 비도핑 Si₇₅Ge₂₅ 에피택셜 증착. 이후 Si 웨건휠과 동일 패터닝 단계 수행해 c-Si₇₅Ge₂₅ 웨건휠 스포크 형성.
(비)등방성 습식 식각 실험
(비)등방성 습식 식각 시험 전 유기 잔류물 제거 목적 SPM 세정(5분 H₂SO₄:H₂O₂ 3:1, 60°C) 수행, 이후 2분 수용액 1 wt% HF 침지 산화층 제거. SPM, HF 세정 직후 실온(RT) 비교랍 샘플에 테스트 패턴 배치해 식각액 이방성 분석. TMAH, NH₄OH 식각액은 25 wt% TMAH 또는 29 wt% NH₄OH 희석 제조. 과초산(PAA) 용액은 9.5부 H₂O₂(30 wt%), 11부 초산(98 wt%), 0.1부 HF(49 wt%) 혼합 제조. 이 식각액은 순수 Si 대비 SiₓGe₁₋ₓ 합금 선택적 식각 알려짐[19,20]. PAA는 과산화물과 초산 산 촉매 반응으로 형성, HF 촉매 역할. 단 평형 도달에 시간 필요해 용액 1주 숙성. RT 비교랍 샘플에 테스트 패턴 배치해 식각액 이방성, 선택성 분석. 식각 즉시 30초 DI수로 세척, 질소 가스 건조.
결과 및 논의
TMAH에서 c-Si(100), c-Si(110) 웨건휠 이방성 식각
Si(100) 웨이퍼 제작 Si 웨건휠 저농도 TMAH(5 wt%) RT 식각 시 관찰(그림 2): 첫째, Si(100) 웨이퍼 특징적 4중 대칭이 웨건휠 이방성 식각으로 드러남. 둘째, 결정면 의존 식각률 시각적 추론: 상대적 빠른 식각 스포크는 {110} 및 근사 {110} 측면면 정의, 느린 스포크는 {100} 및 근사 {100} 측면면 정의. 저농도 RT TMAH에서 Si 식각률 순서 R₍₁₁₀₎ > R₍₁₀₀₎ 주 관찰 외 추가 이방성 효과 식별: 네 {110} 평면 해당 스포크가 가장 빠른 식각 아님, 정확히 매번 이 {110} 평면 두 근사 스포크가 가장 빠름. 즉 {110} 주변 식각률 두 등가 최댓값으로 분할, {110} 평면 국소 최솟값. 이는 [21-23] 유사 관측 대응, {110} 평면 낮은 식각률 TMA⁺ 이온 차단 효과 기인.
a 저농도 TMAH(5 wt%) RT 식각 Si(100) 웨건휠 TD SEM, 줌인(b) 더 빠른 식각 {110} 평면/패싯 발달, 점선 표시.
이방성 식각 결과 네 {100} 스포크 외부 끝단 특이 형태. 볼록 표면에서 가장 빠른 식각면 드러남 알려짐. 초기 스포크 끝단 볼록 표면, 일정 식각 후 더 빠른 {110} 평면 드러나 외부 끝단 패싯 형성. <100> 방향 스포크에서 가장 명백(그림 2 줌인 b).
오목 표면에서는 가장 느린 식각면 드러남. 웨건휠 스포크 식각 중 스포크 주변 Si(100) 기판도 식각. 베이스-기판 전이 오목 표면, 가장 느린 {111} 평면 드러나야 함. {111} 평면 Si(100) 기판에서 <110> 방향 정렬. 그림 3b에서 TMAH 식각 후 {111} 평면 드러나 모든 <110> 방향 스포크 베이스에 경사진 {111} 평면 형성 확인.
a 저농도 TMAH(5 wt%) RT 식각 Si(100) 웨건휠 틸트 SEM, 줌인(b) 경사진 {111} 평면 표시.
Si(110) 웨건휠도 저농도 TMAH(5 wt%) RT 식각. Si(100) 4중 대칭 대신 Si(110) 2중 대칭 드러남. {100}, {110}, {111}, {211} 평면 결정 방향 그림 4a 할당. Si(110) 기판 이방성 평가 이점: 수직 {111} 평면 존재, 웨건휠 {111} 스포크 측면으로 표현. 그림 4에서 이들이 가장 느린 식각 평면. 가장 빠른 평면은 {110}, {211}. {100} 중간 식각률. 따라서 R₍₁₁₀₎ ~ R₍₂₁₁₎ > R₍₁₀₀₎ > R₍₁₁₁₎, Si(100) 결과와 일치.
a 저농도 TMAH(5 wt%) RT 식각 Si(110) 웨건휠 TD-SEM, 줌인(b) <111> 방향 스포크 패싯 형성. 주요 결정 방향(동등 평면) 실선, 고차 평면 점선.
그림 4b에서 가장 느린 {111} 스포크 끝단이 둥근 모양에서 화살표 모양으로 진화, 비대칭 평행사변형 형성. 원인은 {110}, {211} 평면 더 빠른 식각.
TMAH, TMAH/IPA 혼합물은 MEMS 구조 제작용 고식각률, 이방성 튜닝 필요로 잘 연구된 식각액. 따라서 Si TMAH 식각 연구 대부분 고온, 고농도서 수행. 일반 농도 10-25 wt% TMAH, 온도 60-90°C[12-14,23]. 일부 그룹 5 wt% 저농도서 시험[24-26]했으나 여전히 고온 60-90°C. R₍₁₁₀₎/R₍₁₀₀₎ 비율 고농도 고온서 ~2, TMAH 온도 감소 시 증가 경향(추가 파일 1: S1). 본 연구 나노스케일 식각 응용 초점, 고식각률 추구 안 함. RT 저온 선택으로 식각 현상 관찰 가능 시간 창 확보, 구조 완전 용해 방지. RT 5 wt% TMAH 본 연구서도 같은 속도 순서 R₍₁₁₀₎ > R₍₁₀₀₎ 관측, 계산된 R₍₁₁₀₎/R₍₁₀₀₎ 비율 2 훨씬 상회(참조 [27]도). 이는 이방성 비율이 TMAH 온도 감소 시 증가함 확인. 상세 메커니즘 설명(동역학, 원자론적 측면) 본 연구 범위 넘음. 그러나 위 Si TMAH 식각 비교로 축소 웨건휠이 식각액 이방성 거동 검출, 비교에 필요 민감도 제공함 결론.
NH₄OH에서 c-Si(100), c-Si(110) 웨건휠 이방성 식각
Si(100), Si(110) 웨건휠 저농도(0.4 wt%) 암모늄 하이드록사이드(NH₄OH) RT 식각. 전자(그림 5 좌)에서 Si(100) 4중 대칭 드러남. <210>, <310> 방향 스포크가 이론상 <110> 기준 18.4°, 26.6°, 위쪽 '북쪽' 스포크부터 세 번째 스포크로 측면 19.7°, 25.3° 가장 잘 표현, 가장 빠른 식각 스포크. {110} 스포크 {100} 대비 느린 식각, 외부 끝단 패싯 발달. 패싯 아마 빠른 {210}, {310} 평면, 장기 식각 시 {110} 스포크 전체적 겉보기 식각률 증가 기여 가능. 따라서 관측 식각률 R₍₃₁₀₎ ~ R₍₂₁₀₎ > R₍₁₀₀₎ ~ R₍₁₁₀₎.
저농도 NH₄OH(0.4 wt%) RT 식각 Si(100)(좌), Si(110)(우) 웨건휠 TD SEM. 특정 결정 방향 [ ], 동등 방향족 < >. 주요 결정 방향(동등 평면) 실선, 고차 평면 점선.
Si(110) 웨건휠(그림 5 우) NH₄OH 이방성 식각으로 (100), (110) 평면 중심 2중 대칭 드러남. <111> 방향 스포크, {111} 측면, 가장 느린 식각 스포크/평면. 가장 빠른 스포크 고차 {211}, {311} 평면 정의. {110}, {100} 중간 식각률. 따라서 NH₄OH서 Si(110) 결과 Si(100) 결과와 일치. Si(110) 웨건휠도 스포크 패세팅 관찰, 특히 {111}, {100} 스포크 외부 끝단. 패싯 아마 {211}, {311} 평면 발달.
문헌서 NH₄OH 식각률 이방성 제한적 정보. 하지만 NH₄OH 수용액도 이방성 식각액 사용[28], 다른 OH⁻ 함유 Si 식각액과 유사 특성. 장점: 금속(K⁺, Na⁺, Cs⁺...) 미포함. 따라서 NH₄OH IC 호환 식각액 조사 가치. Schnakenberg 등[28] 3.7 wt% NH₄OH 75°C 웨건휠 타입 식각 패턴서 R₍₁₁₁₎/R₍₁₀₀₎ 약 0.04, R₍₁₁₀₎/R₍₁₀₀₎ 약 0.3 보고. 후자 결과 우리 추정 비율 0.5와 잘 비교.
우리 결과서 Si NH₄OH 식각이 TMAH 대비 상이한 웨건휠 식각 패턴 줌 명확. 두 식각액 [OH⁻] 약간 차이(~0.12 M vs ~0.55 M), TMAH, NH₄OH 식각 모두 동일 온도(RT). 남은 차이 대응 양이온: 부피 큰 (CH₃)₄N⁺ vs 작은 NH₄⁺ 양이온. 식각액 양이온 표면 부착해 상이한 식각 평면 연관 수산기 종결 Si 표면 부위 선택적 차단 가능 지적[29,30]. 상이한 평면 식각률 다르게 영향받으면 이방성 변화.
Si₇₅Ge₂₅ Si 대비 선택적 식각
이 섹션에서 축소 웨건휠 식각률, 선택성 평가 잠재력 입증, 논의. Si/Si₇₅Ge₂₅ 쌍 모델 시스템 선정: GAA 구조 형성 대표적, 희생 c-Si₇₅Ge₂₅ 중간층 등방적, c-Si 나노와이어 선택적 식각 필요. HF, H₂O₂, CH₃COOH 혼합 선택적 식각액 식각 수행. 이 혼합물 과산화물, 초산 산 촉매 반응으로 과초산(CH₃CO₃H) 형성 알려짐[31,32]. 일정 숙성 후 평형 농도 도달. 형성된 PAA 효과적, 선택적 Si₇₅Ge₂₅ 산화제. SiGe 선택적 산화 후 SiGe 산화물 HF 2차 확산 제한 반응 용해.
c-Si₇₅Ge₂₅(100) 웨건휠 시료 PAA 용액 증가 시간(t₀+30s, +60s...+180s) 담금, 이후 탑다운 SEM 측정으로 스포크 식각 모니터링. 스포크 폭 기존 SEM으로 10 nm 이상시 신뢰 측정 가능. 결과 그림 6 시계열. 초기 스포크 측면 식각으로 얇아짐. 모든 Si₇₅Ge₂₅ 스포크 동일 얇아짐, 등방성 식각 입증. 약 90초 후 스포크 팁 후퇴 시작, 증폭 효과 개시 시사. 스포크 팁 예리한 팁 진화 후 증폭 효과 발현 관찰. t₀에서 팁 여전히 둥근. 초기 스포크 식각 단계(t<90s) 수렴 측면으로 둥근 팁 예리 팁 변환, 스포크 후퇴 시작(추가 파일 1: S2 참조). t=180s 웨건휠 스포크 모양 명확: 약 절반 스포크 팁 후퇴(Δl 약 450 nm)로 식각. 그러나 스포크 최대 폭 끝단 최소 SiGe 잔존, 측면 후퇴 Δw~Δl/20=22.5 nm 양쪽. 결과 임계 시간(t_crit) 후 후퇴 길이(Δl)로 Si₇₅Ge₂₅ 스포크 식각률 간접 계산 가능. t_crit 전 식각률만 직접 측면 손실(Δw) 측정로 계산 가능, 측정 어려움. PAA서 Si, SiGe 식각률 직접 측면 손실 측정, 간접 스포크 후퇴 측정 비교 표 2. 식각률 시간 대비 감소 측면 폭 기울기, 증가 후퇴 길이 기울기로 획득. 후자 기울기 t_crit 후 데이터 포인트 사용 계산(그림 7 회색 영역). 측면 폭 관찰 한계(약 10 nm)까지 선형 감소. 이 특징 크기까지 스포크 점진적 얇아짐 중 식각률 현저 변화 미관찰(그림 7, 9).
PAA 용액서 Si₇₅Ge₂₅(100) 웨건휠 식각 시계열.Si₇₅Ge₂₅ 스포크 식각: 스포크 폭 점진 감소, 특정 t_crit 후 팁 후퇴 시작, 측정된 Si₇₅Ge₂₅ 후퇴 길이 식각 시간 선형 피팅 가능(회색 영역).
SiGe 식각률 획득 외 식각액 등방성 거동 검증. 모든 상이 방향 스포크 동일 식각률로 식각, 등방성 명확. 이는 산화물 용해 속도 제어, Si₇₅Ge₂₅ 산화 속도 아님 공정 가리킴. 산화물 용해 확산 제한, 낮은 활성화 에너지, 이방성 경향 없음.
c-Si₇₅Ge₂₅(100) 웨건휠 결과 c-Si₇₅Ge₂₅(110) 웨건휠로 검증. Si 웨건휠 설명처럼 (110) 기판 이점: 수직 {111} 평면 추가 존재, 웨건휠 {111} 스포크 측면 표현. 통상 가장 느린 식각 평면/스포크, Si₇₅Ge₂₅-PAA 식각액 쌍 이방성 완전 이미지 위해 해당 스포크 면밀 관찰 필요. 결과(추가 파일 1: S3.1) Si₇₅Ge₂₅(100) 웨건휠 결과(그림 6)와 일치. 식각 점진적 진행, 얇아짐 후 팁 후퇴. 최장 식각 시간(t=180s) 상이 방향 스포크 후퇴 길이 약간 불균일 관찰. 단 명확한 추세, 즉 Δl 특정 각도 의존 없음 이방성 귀속 안 함. 단지 제작 후 스포크 폭 변동(inter-, intra-spoke) 더 큰 탓. 기준 사진(t₀)서 이미 측면벽 완전 직선 아님. 이 측면 거칠기 아마 (110) 기판 위 에피택셜 증착 Si₇₅Ge₂₅ 층 완화 결함 기인. 요약: c-Si₇₅Ge₂₅ (100), (110) 웨건휠 모두 PAA 용액서 등방적 식각, c-Si₇₅Ge₂₅ 희생 소재 빠르고 완전 제거에 유리, 차단면 형성 경향 없음.
PAA 습식 식각 c-Si 웨건휠 반복. 목적: 식각액 Si 선택성 검증. 시료 동일 PAA 용액 증가 시간(t₀+15분, +30분...+90분) 담금. 식각 시간 분 단위, Si₇₅Ge₂₅ 초 단위 아님. Si 식각 관찰 의도, 이 식각액 목적 Si 보존.
식각 시간 다름에도 Si₇₅Ge₂₅ 웨건휠 스포크 유사 관찰: 초기 Si 스포크 상대적 느린 측면 식각으로 점진 얇아짐, 이후 t_crit(약 45분) 후 증폭 효과로 상대적 빠른 팁 후퇴(그림 8, 9). 모든 경우 식각 등방적. c-Si(100) 웨건휠 시계열(추가 파일 1: S3.2) c-Si(110) 웨건휠(그림 8) 일치.
PAA 용액서 Si(110) 웨건휠 식각 시계열. <111> 스포크 타 방향 대비 약간 느린 식각률, t₀+90 min 이미지에서 가장 명백, 점선 표시.Si 스포크 식각: 스포크 폭 점진 감소, 특정 t_crit 후 팁 후퇴 시작, 측정된 후퇴 길이 식각 시간 선형 피팅 가능(회색 영역).
계산된 식각률 표 2. 두 측정법 비교 가능 식각률 제공, {111}, {110} 평면 식각률 값 7%, 4% 차이만. Si 식각률 모두 <1 nm/min. Holländer 등[33] HF:H₂O₂:CH₃COOH 1:2:3, HF 1.6 wt%서 Si(100) 식각률 ~10 nm/min 측정. Wieser 등[34] BHF:H₂O₂:CH₃COOH 1:2:3, HF 1 wt%서 비도핑 Si(111), Si(100) 각각 ~3, 5 nm/min 측정. 우리 값 HF 농도 낮음([HF]=0.25 wt%) 고려시 보고값과 잘 비교. 결과 Si(110) 기판 측정 {111} 평면이 Si(100) 기판 측정 {110} 평면 대비 약간 낮은 식각률 시사. PAA서 Si 식각 이방성 매우 낮아 탑다운 SEM 이미지서 거의 관측 안 됨. 명확히 위해 그림 8 t₀+90 min {111} 평면 표시, {111} 스포크 주변 대비 약간 넓고 김 확인. 다시 축소 웨건휠이 식각액 결정면 의존 식각률 미세 차이('이방성') 검출 민감함 입증.
표 2 식각률서 Si₇₅Ge₂₅/Si 쌍 PAA 선택성 비율 추출. Si₇₅Ge₂₅(111)/Si(111) 선택성 비율 11.0-12.6, Si₇₅Ge₂₅(110)/Si(110) 비율 약간 높음 14.2-16.8. Holländer 등[33] 보고 ~20 선택성보다 약간 낮음. 동적 공정 조건(웨이퍼 회전)서 높은 SiGe 식각률(11-17 nm/min) vs 정적 조건(교반 없음) 우리 실험서 SiGe 식각률 7.8-12.3 nm/min 범위 기인. 흥미롭게 PAA서 SiGe 등방적 식각 확인: 반응 속도 운동론적 제어(교반/회전)시 속도 결정 단계(RDS) 아마 HF 확산 제어 SiGe-산화물 용해.
결론
직경 4 µm, 32개 스포크로 다양한 결정면 노출 축소 웨건휠 300 mm 웨이퍼 제작. 구조 Si(100), Si(110), Si₇₅Ge₂₅(100), Si₇₅Ge₂₅(110) 기판 패터닝해 c-Si, c-Si₇₅Ge₂₅ 세 주요 결정 방향({111}, {110}, {100}) 및 고차 평면 식각 관찰 가능. 구조 TD SEM 단순 검사로 식각액 등방/이방 거동 평가 가치 입증. 다양한 알칼리, 산성 식각액 특성 웨건휠 식각 패턴 이미지 분석 평가. 식각 비율 경향 선행 연구와 잘 일치. TMAH서 Si 평면 의존 식각률 순서: R₍₁₁₀₎ ~ R₍₂₁₁₎ > R₍₁₀₀₎ > R₍₁₁₁₎. NH₄OH서: R₍₃₁₀₎ ~ R₍₂₁₀₎ > R₍₁₀₀₎ ~ R₍₁₁₀₎ > R₍₁₁₁₎. 주요 결정면 상대 식각률 외 패싯 등 다른 이방성 특징 관찰, 구조가 식각액 이방성 특성 미세 변화에 매우 민감함 입증.
식각액 (비)이방성 드러내는 능력 외 웨건휠 구조가 식각액 선택성 평가 이점도 입증. PAA/Si/Si₇₅Ge₂₅ 시스템 Si₇₅Ge₂₅ 식각, Si 선택적 측면 평가. 선택성 값 두 방법 획득: 첫째 스포크 측면 손실 측정, 둘째 간접법 스포크 후퇴 길이 측정. 후자법 스포크 팁 예리한 팁 진화한 특정 임계 식각 시간 이후만 사용 가능함 입증.
결론: 축소 웨건휠은 소재/식각액 쌍 이방성, 선택성 신속 평가용 랩스케일 수단 활용 가능. 구조는 300 mm 웨이퍼 습식 공정 툴 식각액 스크리닝용 고처리량 쇼트 루프 테스트 구조 잠재력도 지님. 추가로 작은 크기로 향후 액체 셀 환경 투과전자현미경 ETEM 이용 인시투 식각 연구에도 사용 가능.