针对纳米片环栅晶体管中制造锗化硅（SiGe）和硅（Si）选择性蚀刻的研究

小英说半导体

引言

栅极全能场效应晶体管（GAAFET）是一种很有前途的候选晶体管，可以用来提高FinFET性能。制造n型晶体管一般涉及到在内隔层沉积之前的高选择性SiGe：Si蚀刻步骤，我们在Si-SiGe堆叠的纳米片上产生硅压痕，并利用等离子体或无等离子体干蚀刻工艺对不同锗含量之间的SiGe蚀刻进行了比较研究。

在等离子体利用案例中，选择性蚀刻是通过使用含氟的气体来实现的，其中锗-氟化反应是一个主要的蚀刻途径。通过调节所提供的化学物质或压力而发现的可调选择性表明，改变表面物种对氟化反应有很大的影响。

实验与讨论

图1：(a) SiGe原子结构和二聚体结构用于模拟硅、锗和硅锗键，(b)是三氟化氯分子的原子结构。

图2：原子中间体结构

英思特用硅、Ge-Ge和硅锗二聚体作为模型结构来模拟硅、Ge和锗化硅（SiGe）极端表面上的氟化反应（图1）。在这项工作中，我们研究的主要蚀刻剂是气相ClF3分子，我们没有对完整的表面蚀刻反应路径进行建模，而是专注于氟化反应步骤，该步骤导致SiF4/GeF4副产物的形成。虽然模型结构没有包括所有的刻蚀反应步骤，但也很好地帮助我们理解了Ge原子对Si、Ge和SiGe刻蚀前暴露于ClF 3气体氟化的影响（图2）。

图3显示了从ClF3分子到Ge原子的氟转移反应确定的两种可能的反应途径。该现象归因于Ge原子有助于电子电荷的转移，从而促进多氟转移。正如在Si的情况下没有预料到的那样，该反应可以扩大Ge对Si薄膜的蚀刻选择性。

图3

结论

英思特公司为了深入了解SiGe:Si蚀刻选择性的起源，研究了Si和SiGe结构的表面氟化反应。结果表明，在Si结构中引入Ge原子降低了氟化反应，从而促进了SiGe蚀刻活性。同时，预测在纯Ge和SiGe结构上会发生独特的双氟转移。这一发现表明了在低温下进行 SiGe:Si选择性蚀刻的可行性。