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[其他] Si1-xGex/Si选择性蚀刻与盐酸用于薄硅通道晶体管的集成

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工程师助理

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发表于 2024-1-10 13:39:36 | 显示全部楼层 |阅读模式

引言

Si1-xGex合金与Si的选择性蚀刻在微电子领域广泛应用于形成薄硅通道晶体管。我们表明,在低温(< 650℃)下蚀刻x=0.30的Si1-xGex层,可以获得高蚀刻选择性(>100)。本文我们将在Ge含量超过30%至45%的SiGe层的非旋转衬底(沿<110>方向蚀刻)上进行的类似实验。

实验与讨论

为了进行蚀刻实验,英思特使用ASM Ep-silon 3200快速热化学气相沉积(RT-CVD)外延反应器。这种用于沉积Si或SiGe外延层的工具配备了气态HCl,H2是载气。在任何蚀刻工艺之前,Si1-xGex/Si叠层生长在传统的300毫米(100)取向的衬底上,并且以允许横向进入不同的Si1-xGex层的方式进行构图。

为了检查气相HCl蚀刻工艺在SiGe层厚度方面的限制,我们在不同厚度的SiGe膜上进行横向蚀刻。因此,在600℃和PHCl=555Torr,x=0.35、0.40和0.45的条件下,横向蚀刻速率被提取为5纳米至30纳米层厚的函数(图1)。随着层厚度的减小,蚀刻速率显著降低,即使对于低至5nm的SiGe厚度,也能保持可接受的蚀刻速率。此外,当厚度增加时,对于两个较高Ge含量层,即x=0.40和x=0.45时,蚀刻速率趋于饱和。


图1:不同厚度的Si1-xGex层进行横向蚀刻后的扫描电镜观察

最后,我们在双栅(DG)器件上用HCl/H2气体混合物进行了SiGe选择性刻蚀。由于出色的沟道界面、HCl蚀刻工艺后良好的晶体质量以及具有高K和金属栅极的优化结构(图6),DG器件实现了高驱动电流(Vd=1.2V时N/P MOS为2230/1000 A/ m)和低关态电流(3/4nA/m)。


图2:DG制造工艺说明

结论

英思特介绍了一种用HCl/H2混合气体选择性地去除硅中的锗合金的技术。首先,形态学上的考虑使我们指出在隧道入口抑制小面外观的适当条件,我们还测定了侧蚀动力学与Si1-xGex层厚度和组成的变化,并且提取了在PHCl=95Torr和PHCl=555Torr时的不同表观活化能。最后,由于这些研究,盐酸蚀刻过程在出色的DG器件上实现了蚀刻。


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