Wet-Chemical Approaches for Atomic Layer Etching of Semiconductors: Surface Chemistry, Oxide Removal and Reoxidation of InAs (100)

Abstract

An approach for wet-chemical atomic layer etching (WALE) of semiconductors is described. The surface chemistry of InAs was investigated for HCl/H 2 O 2 solutions suitable for controlled etching in the low etch rate range (<0.1-10 nm min −1 ). Kinetic studies were performed using inductively coupled plasma -mass spectrometry (ICP-MS). As for GaAs and InGaAs, the importance of the Cl − ion for the etching kinetics is demonstrated and a chemical reaction scheme is presented to help understand the surface chemistry. A detailed study of an alternative two-step etching process was performed. A quantitative ICP-MS analysis of the oxide formed in O 3 /H 2 O solution and the dissolution in HCl was performed suggesting that the removal of oxidized In products is the slow step in the dissolution reaction. The reoxidation of oxide-free InAs (100) surfaces in air is discussed. The etch rate range and the surface morphology control after etching show that the investigated wet-chemical approach for atomic-layer etching is a valid candidate for advanced CMOS processing.

Модификация Атомной И Электронной Структуры Поверхности Полупроводников А-=sup=-Iii-=/Sup=-В-=sup=-v-=/Sup=- На Границе С Растворами Электролитов О Б З Ор

“…При этом уровень Ферми (рис. 1) на всех атомарночистых реконструированных поверхностях GaAs (100) располагается вблизи середины запрещенной зоны полупроводника [17,19], в то время как работа выхода GaAs(100) варьируется приблизительно на 0.5−0.6 эВ в зависимости от реконструкции и соотношения Ga/As на поверхности [17,34].…”

“…После контакта с воздухом в течение одной недели толщина слоя естественного окисла достигает 1 нм и при дальнейшей выдержке на воздухе она продолжает увеличиваться, но уже не так быстро [25]. Типичные спектры остовных уровней As 3d и Ga 3d покрытой слоем естественного окисла поверхности GaAs (100), измеренные на линии U49-2 синхротрона BESSY II (Берлин) методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) с использованием различных энергий возбуждения, представлены на рис. 2, b и c соответственно.…”

“…Компонента, сдвинутая от объемной на 3.1−3.2 эВ, может быть сопоставлена с трехвалентными оксидами, As 3+ , такими как As 2 O 3 , компонента с химическим сдвигом в пределах 2.6−2.8 эВ может быть связана с оксидами мышьяка с более низкой валентностью, As 2+ (например, AsO), а компонента, сдвинутая от объемной компоненты As−Ga на 3.6 эВ, может быть обусловлена состоянием мышьяка с более высокой степенью окисления, As 4+ (например AsO 2 ) [38]. Следует отметить, что состав слоя окисла на поверхности GaAs (100) будет зависеть от режима окисления и в ряде случаев слой окисла на поверхности арсенида галлия может содержать компоненты с большим химическим сдвигом (4.5−5.0 эВ), обусловленные оксидом мышьяка со степенью окисления As 5+ (As 2 O 5 ) или тройным оксидом GaAsO 4 [35,38,39]. Рис.…”

“…2. Схематическое изображение покрытой слоем естественного окисла поверхности GaAs(100) (a), а также спектры остовных уровней As 3d (b) и Ga 3d (c) этой поверхности, измеренные с помощью различных энергий возбуждения естественного окисла поверхности GaAs (100). λ -значения длины свободного пробега фотоэлектронов в GaAs без неупругого рассеяния для различных энергий возбуждающего синхротронного излучения.…”

“…Уровень Ферми на покрытой слоем естественного окисла поверхности GaSb(100) расположен вблизи середины запрещенной зоны полупроводника [58,[69][70][71] (рис. 3), в то время как плотность ПС в запрещенной зоне может достигать значений ∼ (0.5−2.0) • 10 13 см −2 • эВ −1 [65,72], а скорость поверхностной безызлучательной рекомбинации ∼ 8 • 10 4 см/с [72], что несколько меньше типичной скорости поверхностной рекомбинации на покрытой слоем окисла поверхности GaAs (100).…”