一種新型的鍺化硅（SiGe）干式選擇性各向同性原子層蝕刻技術(shù)

引言

納米線(NWs)已經(jīng)為氣體和生物傳感提供了一個極好的平臺， 從而研究如何使納米線的表面功能化，由于納米尺度尺寸與分子尺寸兼容性，導(dǎo)致我們需要考慮如何使納米線的表面功能化，從而以良好的選擇性檢測特定的氣體分子。

在這種情況下，可以設(shè)計NW晶體管，其響應(yīng)于氣體分子的“吸收”或“相互作用”,通過溝道的載流子傳輸受到影響并被發(fā)送信號。對于場效應(yīng)晶體管來說，為了降低器件尺寸縮小帶來的短溝道效應(yīng)(SCE)和功耗，橫向和縱向柵環(huán)繞(GAA)場效應(yīng)晶體管已經(jīng)成為取代FinFet的趨勢。因此，制造精確和可控尺寸的納米線或納米片已經(jīng)成為一項重要的技術(shù)。

實驗與討論

圖1：納米柱制作流程

所有材料都是在8英寸(100)硅片上進行的，納米柱的制造流程如圖1，我們通過圖2所示的循環(huán)蝕刻過程進行實驗。這主要是兩個自限過程:(1)O2等離子體自限氧化:150sccm O2，500 W源RF/0W偏置功率，處理可達到氧化飽和狀態(tài)；(2)SiGexOy選擇性刻蝕:200 sccm CF4/x sccmC4F8/500W源射頻功率/0W偏置功率，用于SiGexOy的選擇性刻蝕和SiGe表面的自限停止。重復(fù)步驟(1)和(2)，直到SiGe納米線的直徑達到預(yù)期值。

圖2：垂直納米線的蝕刻過程

自限制順序反應(yīng)是原子層蝕刻的主要特征，SiGe的氧化在某些條件下是自限制的。因此，本研究的重點是如何實現(xiàn)SiGexOy的自限性去除(見圖2)并自動停止在SiGe層上。我們知道SiGe在O2等離子體下可以氧化成SiGexOy，Si可以氧化成SiO2，但是在形成這些之前，氧化物需要打開原來的共價鍵。

Si–Si鍵能(2.31 eV)> Si–Ge鍵能(2.12 eV)，因此SiGe合金比純Si更容易發(fā)生鍵氧化，Si–O鍵能(9.0 eV)大于Ge–O鍵能(5.0 eV)，Si–O–Ge鍵能的值介于兩者之間，所以使用CF基氣體刻蝕氧化物會形成揮發(fā)性的SiFx和GeFx以及CO或CO2。從圖中可以看出當(dāng)CF4流速固定在200sccm并且C4F8比率超過20sccm時，SiGe蝕刻已經(jīng)被完全抑制，從而實現(xiàn)了SiGexOy層選擇性蝕刻的自限制效應(yīng)。

結(jié)論

通過ALE蝕刻，英思特獲得了一種制造納米線的創(chuàng)新方法。根據(jù)研究結(jié)果表明，納米線的直徑可以在60 ~ 16.5nm范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)，形貌精確可控，微結(jié)構(gòu)完整，界面上也沒有明顯的刻蝕殘留物污染。ALE方法可以與先進的光刻(如初始線寬控制到<45nm)技術(shù)相結(jié)合，未來將有望獲得更小的高密度納米線。這種技術(shù)在傳感器方面將有非常廣泛和有前途的應(yīng)用。

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，KOH腐殖清洗機等設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)和維護。

審核編輯：湯梓紅