MARC

 008260126s2024        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798290651064
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■035    ▼a(MiAaPQ)Stanfordpc689vr3125
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621.795
■1001  ▼aZajo,  Zach.
■24510▼aLiquid  and  Gas  Phase  Etching  in  High-Aspect-Ratio  Nano-Trenches  for  Semiconductor  Processing
■260    ▼a[Sl]▼bStanford  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a86  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Shaqfeh,  Eric.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Stanford  University,  2024.
■520    ▼aThe  development  of  novel  designs  of  nanotransistors,  such  as  gate-all-around  field-effect  transistors  (GAAFETs),  is  imperative  for  the  continued  scaling  and  miniaturization  of  electronic  chips.  To  enable  the  proliferation  of  these  new  designs,  advancements  in  nanofabrication  technologies  are  also  necessary.  Specifically,  in  the  case  of  stacked  nanosheet  GAAFETs,  challenges  arise  in  the  fabrication  of  high-aspect-ratio  structures  at  the  nanoscale,  consisting  of  multi-layer  semiconductor  channels,  as  conventional  etching  techniques  fall  short  in  terms  of  precision  and  fidelity  in  the  fabrication  of  these  structures.To  improve  upon  these  existing  techniques  to  meet  the  needs  of  advanced  semiconductor  manufacturing,  it  is  crucial  to  develop  an  understanding  of  the  underlying  mechanisms  that  dictate  these  processes.  In  this  thesis,  we  use  a  combination  of  computational  and  experimental  methods  to  investigate  the  transport  processes  and  surface  reaction  mechanisms  governing  two  specific  etching  processes  used  in  the  fabrication  of  high-aspect-ratio  nanoscale  features  in  semiconductor  processing.In  the  first  study,  we  analyze  a  liquid-phase  etching  process  used  to  remove  layers  of  SiO2  from  the  surface  of  high-aspect-ratio  Si  trenches  using  aqueous  HF.  SiO2  layers,  which  form  spontaneously  on  Si  surfaces  upon  exposure  to  even  trace  amounts  of  O2,  constitute  an  impermeable  protective  film  that  must  be  removed  to  enable  further  processing  of  the  Si  structures.  We  are  particularly  interested  in  understanding  a  reduction  in  etch  rate  observed  in  high-aspect-ratio  nanotrenches  relative  to  bulk  etch  rates  using  the  same  chemistry.  This  reduction  in  etch  rate  is  attributed  to  the  effect  of  surface  charge  on  the  walls  of  the  trench,  which  hinders  the  transport  of  etchant  ions  into  the  trench.  To  understand  this  effect,  we  begin  by  modeling  the  transport  of  ions  in  a  nanotrench  with  charged  walls  using  the  steady-state  Poisson  and  Nernst-Planck  equations.  We  identify  the  Debye  length  as  a  crucial  parameter  that  determines  the  extent  of  penetration  of  the  etchant  ions  into  the  trench.  When  the  Debye  length  is  comparable  to  or  greater  than  the  trench  width,  the  repulsion  between  the  charged  walls  and  the  oppositely  charged  ions  in  the  etchant  solution  results  in  a  significant  reduction  in  the  average  ionic  concentration  in  the  trench.We  further  proceed  by  conducting  experiments  on  test  structures  consisting  of  SiO2  films  of  nanometer-scale  widths  sandwiched  between  layers  of  Si,  which  are  subjected  to  HF  etching  at  different  concentrations.  We  also  carry  out  simulations  of  the  same  system  by  modeling  the  transport  of  ions,  which  form  as  products  of  the  dimerization  and  dissociation  reaction  equilibria  of  HF,  with  a  pH-dependent  surface  potential  applied  on  the  walls.  We  relate  the  simulated  ionic  concentrations  to  etch  rates  using  an  expression  fitted  to  etch  rate  data  on  a  blanket  film.  Thus,  we  are  able  to  obtain  a  quantitative  correlation  between  the  results  of  theory  and  experiments,  aiding  in  the  selection  of  optimal  operating  parameters  for  etching  native  SiO2layers  from  Si  surfaces.In  the  second  study,  we  investigate  a  molecular  gas-phase  etching  process  that  uses  F2  gas  to  selectively  remove  sacrificial  layers  of  silicon-germanium  (SiGe)  from  stacks  of  alternating  layers  of  SiGe/Si  in  nanoscale  structures.  In  the  first  part  of  this  study,  we  model  the  transport  of  the  etchant  gas  molecules  as  Knudsen  diffusion  in  the  free  molecular  flow  regime,  considering  the  contributions  of  direct  fluxes  from  the  bulk  and  re-emission  from  the  substrate.
■590    ▼aSchool  code:  0212.
■650  4▼aEtching
■650  4▼aSilicon  wafers
■650  4▼aSemiconductors
■650  4▼aTransistors
■650  4▼aGeometry
■650  4▼aVehicles
■650  4▼aElectrical  engineering
■653    ▼aField-effect  transistors
■690    ▼a0544
■71020▼aStanford  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-03B.
■790    ▼a0212
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17358710▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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