鍺化硅（SiGe）和硅（Si）之間的各向同性和選擇性蝕刻機(jī)制

引言

目前，硅的電氣和熱性能在微電子技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。鍺化硅（SiGe）合金的使用頻率越來越高，在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)中，英思特通過使用SON結(jié)構(gòu)以及進(jìn)行各向同性刻蝕，將該工藝擴(kuò)展到對(duì)Si進(jìn)行Si選擇性刻蝕。

為了提高晶體管性能，基于SiGe中的傳導(dǎo)溝道的技術(shù)目前已經(jīng)在開發(fā)中。這種蝕刻是基于四氟化碳/N2/O2的氣體混合物中的過程，其特征具有選擇性，即Si隧道深度與SiGe層消耗之間的比值（圖1）。

圖1：樣品用于研究該過程的選擇性

實(shí)驗(yàn)與討論

該工藝在減壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備中進(jìn)行，其用于表征各向同性蝕刻的樣品是由多層Si和SiGe層組成的。當(dāng)在單晶硅襯底上通過外延生長SiGe時(shí)，只要厚度低于塑性臨界厚度，SiGe層就會(huì)在壓縮中產(chǎn)生應(yīng)變。我們通過光學(xué)光刻連接0.4微米厚的光刻膠層，然后使用各向異性蝕刻工藝轉(zhuǎn)移多層中的圖案，從而使掩埋的Si和SiGe層可接觸到蝕刻物質(zhì)。

圖2：一個(gè)蝕刻速率作為總壓的函數(shù)的演變

從700W的300SCCM CF4/200SCCM N2/500SCCM O2/100SCCM CH2F2工藝開始,蝕刻室的總壓力范圍為350~1500mT。圖2a顯示了蝕刻速率隨壓力的函數(shù)的演變。在低壓的區(qū)域中，可以看到圖2b沉積，硅層的蝕刻已經(jīng)開始。這證明了蝕刻對(duì)SiGe仍然具有選擇性，但蝕刻和沉積同時(shí)發(fā)生。

我們認(rèn)為該沉積物是蝕刻副產(chǎn)物氧化的結(jié)果：在此過程中，形成了暴露于富氧等離子體中的SiFx揮發(fā)性物質(zhì)。SiFx分子與這些原子發(fā)生反應(yīng)，形成非揮發(fā)性分子，如SiFxOy，它可以在圖案的壁上重新沉積，然后停止這一過程。

結(jié)論

通過形態(tài)表征和表面分析，英思特優(yōu)化了硅選擇性各向同性蝕刻，并提出了一種機(jī)理。它已經(jīng)有可能獲得高選擇性和250nm/min的蝕刻速率，可以兼容基于SON技術(shù)的先進(jìn)器件的尺寸和對(duì)小32nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)的要求。

審核編輯 黃宇