原创 Si1-xGex/Si选择性蚀刻与盐酸用于薄硅通道晶体管的集成

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。