利用氧化和“轉(zhuǎn)化-蝕刻”機(jī)制對(duì)富鍺SiGe的熱原子層蝕刻 引言

引言

器件尺寸的不斷縮小促使半導(dǎo)體工業(yè)開發(fā)先進(jìn)的工藝技術(shù)。近年來(lái)，原子層沉積(ALD)和原子層蝕刻(ALE)已經(jīng)成為小型化的重要加工技術(shù)。ALD是一種沉積技術(shù)，它基于連續(xù)的、自限性的表面反應(yīng)。ALE是一種蝕刻技術(shù)，允許以逐層的方式從表面去除材料。ALE可以基于利用表面改性和去除步驟的等離子體或熱連續(xù)反應(yīng)。

SiGe是制造新型器件所需的具有高載流子遷移率技術(shù)上的重要材料。SiGe可用于需要高電子遷移率的器件，如MOSFETs和納米線晶體管。SiGe還具有對(duì)FinFETs、Si/SiGe量子點(diǎn)、直接帶隙發(fā)射器、中紅外波導(dǎo)、超寬帶光子學(xué)和MEMS器件有用的特性，制造SiGe器件需要蝕刻SiGe。此外，在形成用于納米晶體管結(jié)構(gòu)的Si納米線和納米片時(shí)，SiGe也被用作犧牲層。

在本文中，英思特報(bào)道了利用氧氣（O2）、臭氧（O3）、氟化氫（HF）和三米鋁[Al（CH3）3]的SiGe。圖1顯示了這個(gè)曝光序列的示意圖。

圖1：基于O2或O3的氧化，通過(guò)HF的氟化的配體交換和轉(zhuǎn)化圖

實(shí)驗(yàn)與討論

SiGe的熱退火是在暖壁熱臺(tái)型反應(yīng)器中進(jìn)行的，其反應(yīng)器壁保持在160℃。使用筒形加熱器加熱樣品臺(tái)，樣品溫度在225℃和290℃之間變化。樣品通過(guò)重力保持在水平樣品臺(tái)上，其厚度為100納米的SiGe膜組成。該SiGe膜位于Si(100)晶片上厚度為100納米的熱SiO2層上。

圖2顯示了SiGe蝕刻速率相對(duì)于劑量的變化，以及依賴于溫度的SiGe蝕刻速率。圖中顯示了硅鍺蝕刻速率與氧化、轉(zhuǎn)化、氟化和配體交換反應(yīng)劑量時(shí)間的關(guān)系。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將SiGe熱退火期間TMA和HP的劑量時(shí)間固定在1秒，氧劑量時(shí)間在0.4秒和2秒之間變化。劑量時(shí)間的增加導(dǎo)致Si(100)和LPCVD Si的增加。

圖3顯示了SiGe蝕刻速率與TMA劑量時(shí)間的關(guān)系。Si(100)只在三個(gè)不同的溫度下進(jìn)行。TMA的劑量時(shí)間在0.4秒和1.7秒之間變化。這些溫度產(chǎn)生的活化勢(shì)壘為6.0千卡/摩爾。此外，硅、氮的腐蝕與硅鍺腐蝕速率是HF劑量時(shí)間的函數(shù)有關(guān)。與粘性流條件相比，使用靜壓的On和導(dǎo)管的TMA劑量分別為1.5s和1.0s。

圖2：290℃時(shí)SiGe蝕刻速率與劑量時(shí)間的關(guān)系

圖3：不同溫度下SiGe厚度變化與ALE循環(huán)次數(shù)的關(guān)系

結(jié)論

英思特使用氧化和“轉(zhuǎn)化-蝕刻”機(jī)制，研究了SiGe的熱ALE。SiGe膜厚度和SiGe膜上的表面氧化物層厚度都在熱退火期間使用原位光譜橢偏術(shù)來(lái)監(jiān)控，并分析測(cè)量了從225℃到290℃的溫度依賴性蝕刻速率。

使用-HF-TMA反應(yīng)序列的其他實(shí)驗(yàn)表明，TMA和HF反應(yīng)是自限性的，并且該反應(yīng)在290℃時(shí)具有合理的自限性。原子力顯微鏡圖像顯示，熱ALE與-HF-TMA反應(yīng)順序沒有使SiGe膜變粗糙。

與使用2-HF-TMA反應(yīng)順序的Si或si3n 4相比，SiGe熱ALE對(duì)SiGe也是非常有選擇性的。使用氧化和轉(zhuǎn)化-蝕刻機(jī)制的SiGe的熱退火對(duì)于制造SiGe器件應(yīng)該是有用的。此外，使用SiGe作為犧牲層，SiGe的熱退火可以用于形成Si納米線和Si納米片。

江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司主要從事濕法制程設(shè)備，晶圓清潔設(shè)備，RCA清洗機(jī)，KOH腐殖清洗機(jī)等設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維護(hù)。

審核編輯 黃宇