硅雙通道光纖低溫等離子體蝕刻控制與SiGe表面成分調(diào)制

引言

在過(guò)去的幾年中，MOSFET結(jié)構(gòu)從平面結(jié)構(gòu)改變?yōu)轹捫徒Y(jié)構(gòu)(FinFETs ),這改善了短溝道效應(yīng)，并導(dǎo)致更高的驅(qū)動(dòng)電流泄漏。然而，隨著柵極長(zhǎng)度減小到小于20nm，進(jìn)一步小型化變得越來(lái)越困難，因?yàn)樗枰浅Ｕ啮拰挾?，這導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電流惡化。

在亞納米工藝中，SiGe有望用于p-FET溝道，而Si仍然作為n-FET的溝道材料，就雙溝道結(jié)構(gòu)的各向異性干法刻蝕而言，需要同時(shí)刻蝕Si和SiGe。然而，不僅通過(guò)鹵素化學(xué)，而且通過(guò)物理濺射，導(dǎo)致SiGe蝕刻速率比Si快。 因此，有必要找到一種蝕刻化學(xué)物質(zhì)來(lái)獲得相對(duì)于SiGe的選擇性Si蝕刻。

實(shí)驗(yàn)與討論

在這項(xiàng)研究中，英思特使用日立微波電子回旋共振(M-ECR)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，源頻率和晶片偏置頻率分別為2.45 GHz和400 kHz。腔室具有噴淋板，工藝氣體通過(guò)該噴淋板引入。一個(gè)300mm的晶片用靜電吸盤(pán)固定在電極上，晶片的溫度由背面氦冷卻系統(tǒng)控制。

由硅蝕刻速率標(biāo)準(zhǔn)化的硅鍺蝕刻速率如圖1所示。使用鹵素化學(xué)等離子體(Cl2、HBr、SF6和CF4)，SiGe的蝕刻速率高于Si。甚至通過(guò)Ar等離子體的物理濺射顯示出比Si蝕刻速率更高的SiGe蝕刻速率。

英思特提出了幾個(gè)原因來(lái)解釋Si上的選擇性SiGe蝕刻：1、可能是由于Si-Ge (3.12 eV)和Ge-Ge (2.84 eV)的鍵合能低于Si-Si (3.25 eV)，2、可能是由選擇性去除高應(yīng)變層以穩(wěn)定系統(tǒng)引起的，因?yàn)樵赟i上外延生長(zhǎng)的SiGe由于晶格失配而發(fā)生應(yīng)變。 3、是因?yàn)镾iGe的帶隙較窄，電子效應(yīng)可能導(dǎo)致SiGe蝕刻的化學(xué)反應(yīng)增強(qiáng)。

為了了解Si-SiGe的蝕刻機(jī)理，我們研究了ATR-FTIR氫等離子體暴露后的Si和Si0.5Ge0.5。.圖2為氫等離子體暴露10 s和20 s后Si和SiGe的吸光譜。對(duì)于圖2(a)所示的Si表面，在氫等離子體暴露10s和20s后沒(méi)有變化。

另一方面，對(duì)于圖2 (b)所示的SiGe表面，在初始樣品中發(fā)現(xiàn)Ge-H鍵和Si-H鍵之間存在寬峰。隨著氫等離子體暴露時(shí)間的增加，峰值向Si-H方向移動(dòng)，這意味著Si-H鍵被選擇性地在Ge-H鍵上產(chǎn)生。

結(jié)論

在本研究中，英思特研究了硅蝕刻控制在硅雙通道鰭圖案的應(yīng)用。結(jié)果表明，不僅鹵素化學(xué)性質(zhì)和物理濺射蝕刻SiGe對(duì)硅有選擇性，而氫等離子體蝕刻硅對(duì)SiGe也有選擇性。這是因?yàn)镾iH鍵的形成在能量上有利于Ge-H鍵的形成，即表面Ge會(huì)阻止蝕刻副產(chǎn)物的形成。

英思特還通過(guò)提出了一個(gè)離子能量沉積模型來(lái)解釋蝕刻速率隨著離子能量的增加而降低的現(xiàn)象。我們利用所開(kāi)發(fā)的蝕刻化學(xué)方法，將Si和SiGe鰭的CDs和蝕刻深度的差異從正值控制到負(fù)值。在此研究中，我們還表明，該低溫氫等離子體在SiGe表面會(huì)誘導(dǎo)硅偏析。

審核編輯 黃宇