遠程等離子體選擇性蝕刻的新途徑

引言

為了提供更優良的靜電完整性，三維(3D)設計（如全圍柵(GAA)場電子晶體管(FET )）預計將在互補金屬氧化物半導體技術中被采用。3D MOS架構為蝕刻應用帶來了一系列挑戰。雖然平面設備更多地依賴于各向異性蝕刻，但是3D設備在不同材料之間具有高選擇性，需要更多的各向異性蝕刻能力。

圖1描述了一種制造GAA器件水平堆疊納米線的典型方法。它使用了在絕緣體（SOI）襯底上的硅，并通過外延生長產生一堆Si/SiGe超晶格。這個工藝可能需要通過Si選擇性或SiGe選擇性各向同性蝕刻能力，來分別設計隔離的SiGe或Si納米線。本文更具體地研究了SiGe的選擇性和各向同性蝕刻用以制造Si納米線。

圖1：GAA器件用堆疊硅納米線的制備方法

實驗與討論

疊層的各向異性構圖由幾個等離子體步驟組成:首先使用CF4等離子體工藝打開SiO2 HM，然后使用O2等離子體去除剩余的抗蝕劑，最后，使用HBr/Cl2/He-O2等離子體工藝對各向異性蝕刻Si/SiGe進行多層疊層。在此步驟之后，SiGe層可用于在RPS反應器中進行的各向同性蝕刻。

暴露于NH3/ NF3/O2 RP的Si和SiGe膜的蝕刻動力學表明，在膜被蝕刻之前有一段時間的流逝（圖1）。該延遲對應于遠程等離子體反應的中性粒子吸附在表面，然后與底物發生反應。

硅上的孵化時間(22秒)比硅鍺上的孵化時間(4秒)要長，一旦該延遲過去，SiGe蝕刻速率是138 nm/min的常數。關于硅膜，觀察到約60秒的瞬時蝕刻狀態，在此期間，以約13.3納米/分鐘蝕刻硅，然后在穩定狀態下，硅蝕刻速率減慢至3.9納米/分鐘。

通過四個循環的氧化/蝕刻步驟，經過RP選擇性和各向同性過程后的圖案化Si/SiGe異質結構的掃描透射電子顯微鏡（STEM）圖像顯示了實現高選擇性蝕刻的潛力(圖2）。

圖2：異質結構STEM圖像

結論

英思特提出了使用RPS工藝來實現選擇性蝕刻的新路線。它包括循環表面處理步驟和蝕刻步驟的兩步工藝。這個概念是受到原子層沉積(ALD)領域中已經進行的選擇性沉積的啟發。ALD目前的趨勢是將分子直接化學鍵合到表面，以抑制反應位點，然后阻止ALD前體分子之間的進一步反應。通過選擇性地使存在的材料表面功能化，從而可以獲得選擇性沉積。

江蘇英思特半導體科技有限公司主要從事濕法制程設備，晶圓清潔設備，RCA清洗機，KOH腐殖清洗機等設備的設計、生產和維護。

審核編輯黃宇