论文部分内容阅读
随着半导体技术的不断进步,人类已经越来越接近硅材料的物理极限,摩尔定律被不断的挑战。对于硅平面器件而言,提升性能已经越来越困难。硅鳍状三栅晶体管(FinFETs,下同)技术很有潜力取代硅平面结构器件。但是为了更进一步提升FinFETs器件的性能,提高晶体管沟道拥有的载流子(电子和空穴)迁移率变得非常有必要。在众多高性能沟道材料中,锗材料同时拥有较高的空穴迁移率(1900cm2/Vs)和较高的电子迁移率(3900 cm2/Vs)。同时锗器件的工艺与硅高度兼容兼容。近年来,,已有一些关于锗基FinFETs的报道。但是关于如何制备高质量锗Fin以及高性能的锗FinFET器件仍少有详细研究。 锗FinFETs制备工艺中,如何获得形状良好的锗鳍状结构(Fin,下同)非常关键。Fin形状的主要参数是Fin的宽高比/高度和Fin的表面粗糙度。这两个参数都会对器件的性能产生巨大影响。刻蚀工艺(主要是干法)的控制对获得高质量锗Fin至关重要。然而锗的氧化产物很不稳定,并且锗极容易在空气中被氧化,因此不同于硅的干法刻蚀,锗的干法刻蚀有很多难点没有被解决,这大大制约锗FinFETs的实用化前景。因此为了提升锗FinFETs的性能,锗的干法刻蚀技术至关重要。 有很多相关研究工作表明,锗基平面器件的沟道载流子迁移率大大受制于沟道的表面粗糙度。因此,如何获得表面光滑的锗Fin是需要深入研究的一种重要问题。 本文主要围绕以上问题,开展了如下研究: 1,详细研究了不同气体(CF4和SF6)的锗反应离子干法刻蚀(RIE)工艺,使用电子曝光技术,制备出40nm线宽的Fin掩膜,并实现了纳米线宽锗Fin的干法刻蚀,得到了纵向和横向选择比达到4,表面RMS粗糙度低于0.9nm的锗Fin。 2,提出基于侧墙(spacer)结构的新型微加工工艺,采用普通紫外光刻,原子层沉积(ALD)和等离子增强型化学气相沉积(PECVD),获得了侧墙(spacer)结构,成功地取代了电子束曝光光技术获得纳米Fin结构,对大规模制备锗FinFETs有一定的参考价值。 3,提出了循环刻蚀法,成功地降低了RIE干法刻蚀之后的表面粗糙度,使得刻蚀之后的表面粗糙度接近商业化锗单晶片的表面粗糙度。