锗化硅（SiGe）和硅（Si）之间的各向同性和选择性蚀刻机制

引言

目前，硅的电气和热性能在微电子技术领域中应用广泛。锗化硅（SiGe）合金的使用频率越来越高，在互补金属氧化物半导体技术中，英思特通过使用SON结构以及进行各向同性刻蚀，将该工艺扩展到对Si进行Si选择性刻蚀。

为了提高晶体管性能，基于SiGe中的传导沟道的技术目前已经在开发中。这种蚀刻是基于四氟化碳/N2/O2的气体混合物中的过程，其特征具有选择性，即Si隧道深度与SiGe层消耗之间的比值（图1）。

图1：样品用于研究该过程的选择性

实验与讨论

该工艺在减压化学气相沉积设备中进行，其用于表征各向同性蚀刻的样品是由多层Si和SiGe层组成的。当在单晶硅衬底上通过外延生长SiGe时，只要厚度低于塑性临界厚度，SiGe层就会在压缩中产生应变。我们通过光学光刻连接0.4微米厚的光刻胶层，然后使用各向异性蚀刻工艺转移多层中的图案，从而使掩埋的Si和SiGe层可接触到蚀刻物质。

图2：一个蚀刻速率作为总压的函数的演变

从700W的300SCCM CF4/200SCCM N2/500SCCM O2/100SCCM CH2F2工艺开始,蚀刻室的总压力范围为350~1500mT。图2a显示了蚀刻速率随压力的函数的演变。在低压的区域中，可以看到图2b沉积，硅层的蚀刻已经开始。这证明了蚀刻对SiGe仍然具有选择性，但蚀刻和沉积同时发生。

我们认为该沉积物是蚀刻副产物氧化的结果：在此过程中，形成了暴露于富氧等离子体中的SiFx挥发性物质。SiFx分子与这些原子发生反应，形成非挥发性分子，如SiFxOy，它可以在图案的壁上重新沉积，然后停止这一过程。

结论

通过形态表征和表面分析，英思特优化了硅选择性各向同性蚀刻，并提出了一种机理。它已经有可能获得高选择性和250nm/min的蚀刻速率，可以兼容基于SON技术的先进器件的尺寸和对小32nm的技术节点的要求。

审核编辑 黄宇