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硅/硅锗鳍氧化过程中的横向 Ge 扩散。

Lateral Ge Diffusion During Oxidation of Si/SiGe Fins.

机构信息

Department of Materials Science and Engineering, University of Florida , Gainesville, Florida 32611, United States.

National High Magnetic Field Laboratory, Florida State University , Tallahassee, Florida 32310, United States.

出版信息

Nano Lett. 2017 Apr 12;17(4):2159-2164. doi: 10.1021/acs.nanolett.6b04407. Epub 2017 Mar 3.

DOI:10.1021/acs.nanolett.6b04407
PMID:28249115
Abstract

This Letter reports on the unusual diffusion behavior of Ge during oxidation of a multilayer Si/SiGe fin. It is observed that oxidation surprisingly results in the formation of vertically stacked Si nanowires encapsulated in defect free epitaxial strained SiGe. High angle annular dark field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM) shows that extremely enhanced diffusion of Ge occurs along the vertical Si/SiO oxidizing interface and is responsible for the encapsulation process. Further oxidation fully encapsulates the Si layers in defect free single crystal SiGe (x up to 0.53), which results in Si nanowires with up to -2% strain. Atom probe tomography reconstructions demonstrate that the resultant nanowires run the length of the fin. We found that the oxidation temperature plays a significant role in the formation of the Si nanowires. In the process range of 800-900 °C, pure strained and rounded Si nanowires down to 2 nm in diameter can be fabricated. At lower temperatures, the Ge diffusion along the oxidizing Si/SiO interface is slow, and rounding of the nanowire does not occur, while at higher temperatures, the diffusivity of Ge into Si is sufficient to result in dilution of the pure Si nanowire with Ge. The use of highly selective etchants to remove the SiGe could provide a new pathway for the creation of highly controlled vertically stacked nanowires for gate all around transistors.

摘要

这封信件报告了在多层 Si/SiGe 鳍片氧化过程中 Ge 的异常扩散行为。令人惊讶的是,氧化过程导致了无缺陷外延应变 SiGe 中垂直堆叠的 Si 纳米线的形成。高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)表明,Ge 沿着垂直的 Si/SiO 氧化界面发生了极其增强的扩散,这是封装过程的原因。进一步的氧化完全将 Si 层封装在无缺陷的单晶 SiGe(x 高达 0.53)中,导致 Si 纳米线具有高达-2%的应变。原子探针断层扫描重建表明,所得的纳米线贯穿鳍片的长度。我们发现氧化温度对 Si 纳米线的形成起着重要作用。在 800-900°C 的工艺范围内,可以制造出直径低至 2nm 的纯应变和圆形 Si 纳米线。在较低的温度下,Ge 沿着氧化的 Si/SiO 界面的扩散速度较慢,纳米线不会变圆,而在较高的温度下,Ge 向 Si 的扩散足以导致纯 Si 纳米线被 Ge 稀释。使用高度选择性的蚀刻剂去除 SiGe,可以为创建高度可控的垂直堆叠纳米线提供新途径,用于全环绕栅晶体管。

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