远程等离子体选择性蚀刻的新途径

引言

为了提供更优良的静电完整性，三维(3D)设计（如全围栅(GAA)场电子晶体管(FET )）预计将在互补金属氧化物半导体技术中被采用。3D MOS架构为蚀刻应用带来了一系列挑战。虽然平面设备更多地依赖于各向异性蚀刻，但是3D设备在不同材料之间具有高选择性，需要更多的各向异性蚀刻能力。

图1描述了一种制造GAA器件水平堆叠纳米线的典型方法。它使用了在绝缘体（SOI）衬底上的硅，并通过外延生长产生一堆Si/SiGe超晶格。这个工艺可能需要通过Si选择性或SiGe选择性各向同性蚀刻能力，来分别设计隔离的SiGe或Si纳米线。本文更具体地研究了SiGe的选择性和各向同性蚀刻用以制造Si纳米线。

图1：GAA器件用堆叠硅纳米线的制备方法

实验与讨论

叠层的各向异性构图由几个等离子体步骤组成:首先使用CF4等离子体工艺打开SiO2 HM，然后使用O2等离子体去除剩余的抗蚀剂，最后，使用HBr/Cl2/He-O2等离子体工艺对各向异性蚀刻Si/SiGe进行多层叠层。在此步骤之后，SiGe层可用于在RPS反应器中进行的各向同性蚀刻。

暴露于NH3/ NF3/O2 RP的Si和SiGe膜的蚀刻动力学表明，在膜被蚀刻之前有一段时间的流逝（图1）。该延迟对应于远程等离子体反应的中性粒子吸附在表面，然后与底物发生反应。

硅上的孵化时间(22秒)比硅锗上的孵化时间(4秒)要长，一旦该延迟过去，SiGe蚀刻速率是138 nm/min的常数。关于硅膜，观察到约60秒的瞬时蚀刻状态，在此期间，以约13.3纳米/分钟蚀刻硅，然后在稳定状态下，硅蚀刻速率减慢至3.9纳米/分钟。

通过四个循环的氧化/蚀刻步骤，经过RP选择性和各向同性过程后的图案化Si/SiGe异质结构的扫描透射电子显微镜（STEM）图像显示了实现高选择性蚀刻的潜力(图2）。

图2：异质结构STEM图像

结论

英思特提出了使用RPS工艺来实现选择性蚀刻的新路线。它包括循环表面处理步骤和蚀刻步骤的两步工艺。这个概念是受到原子层沉积(ALD)领域中已经进行的选择性沉积的启发。ALD目前的趋势是将分子直接化学键合到表面，以抑制反应位点，然后阻止ALD前体分子之间的进一步反应。通过选择性地使存在的材料表面功能化，从而可以获得选择性沉积。

江苏英思特半导体科技有限公司主要从事湿法制程设备，晶圆清洁设备，RCA清洗机，KOH腐殖清洗机等设备的设计、生产和维护。

审核编辑 黄宇