Impact des paramètres de gravure sur la fabrication du canal Ge/Si FinFET et la performance du dispositif

Résumé

Lors de la formation de structures de nageoires Ge sur un substrat silicium-sur-isolant (SOI), nous avons constaté que le processus de gravure sèche doit être soigneusement contrôlé. Sinon, cela peut conduire à une sur-gravure du Ge ou à la formation d'un profil de nageoire Ge indésirable. Si le processus de gravure n'est pas bien contrôlé, la structure supérieure Ge/SOI est gravée, et seule la couche de nageoire Si reste. Dans ce cas, le dispositif présente des caractéristiques anormales. Le processus de gravure émerge comme une étape critique dans le dimensionnement et l'encapsulation des dispositifs et affecte les tentatives d'augmenter la densité d'intégration et d'améliorer la performance des dispositifs. Par conséquent, il est suggéré que l'optimisation du fonctionnement du réacteur plasma soit effectuée par simulations, afin non seulement d'ajuster les paramètres de processus utilisés mais aussi de modifier le matériel employé. Nous allons développer des dispositifs Ge sans jonction en employant des paramètres de fabrication mis à jour. De plus, nous voulons éliminer les dislocations d'inadéquation à l'interface ou réduire les dislocations de filetage en appliquant un processus de recuit thermique cyclique pour atteindre l'objectif d'obtenir une structure suspendue de couches épitaxiées Ge de haute qualité.

Contexte

Une façon d'augmenter la vitesse de réponse des dispositifs semiconducteurs et de réduire leur consommation d'énergie est d'utiliser un semiconducteur à haute mobilité de porteurs. Des exemples de tels matériaux incluent le Ge ainsi que ses alliages et composés. Cependant, lorsqu'une structure est formée en empilant une couche de matériau semiconducteur sur un substrat d'un semiconducteur différent, des problèmes peuvent survenir. Par exemple, la différence de tailles de maille du substrat semiconducteur et de la couche supérieure d'un autre matériau semiconducteur peut causer des dislocations, qui peuvent avoir un effet néfaste sur la performance du dispositif. Conventionnellement, pour fabriquer des dispositifs semiconducteurs à base de Ge incluant un substrat Si, une couche tampon plus épaisse ou une couche sacrificielle (par exemple, une couche tampon Si/Ge) est formée sur le substrat silicium. Ensuite, une couche épitaxiée Ge est cultivée sur la couche tampon Si/Ge. Ensuite, des processus de gravure anisotrope et isotrope sont effectués séquentiellement pour retirer une partie de la couche tampon et retenir la couche épitaxiée Ge. Les dispositifs VLSI doivent montrer un courant de conduite élevé, un courant de fuite à l'état éteint faible et une tension d'alimentation faible, afin d'assurer une haute performance, incluant une faible consommation d'énergie en veille et une dissipation de puissance dynamique réduite. Actuellement, la mobilité améliorée par contrainte, grille high-k/métal, et l'architecture de dispositif tridimensionnelle (3D) au nœud 22 nm [1] sont certaines des technologies utilisées pour le dimensionnement continu des dispositifs CMOS complémentaires à canal Si. En plus de caractéristiques telles que la haute mobilité, de nouvelles architectures de dispositifs telles que celles de grille tout-autour (GAA) [2] et transistors à effet de champ à corps ultra-mince (FET) [3] sont nécessaires pour améliorer le contrôle électrostatique dans les nœuds sous-10 nm. Les pFETs et nFETs Ge GAA [4,5] avec opération en mode inversion (INV) ont été démontrés. Cependant, la formation de jonction dans les dispositifs INV Ge est un problème critique en raison de la faible solubilité des dopants, de la diffusion rapide des dopants et du faible budget thermique. Pour résoudre ces problèmes, les dispositifs sans jonction (JL) [6] qui utilisent un canal fortement dopé avec le même type de porteur que les régions source/drain (S/D) ont été suggérés comme alternatives. Cependant, le dimensionnement rapide des transistors nécessite le développement de nouveaux dispositifs plus efficaces qui peuvent rattraper les transistors modernes. Ces dernières années, les JL-FETs se sont révélés prometteurs comme transistors de prochaine génération. Le JL-FET est essentiellement une résistance dans laquelle la densité de porteurs mobiles peut être contrôlée par la grille. Dans l'état ON, un grand courant de corps existe, en raison de la concentration de dopage relativement élevée dans la région du canal ; le courant d'accumulation de surface s'ajoute à ce courant. Le niveau de dopage dans le JL-FET doit être élevé pour obtenir un courant de conduite approprié, tandis que la section transversale du dispositif doit être assez petite pour que le dispositif puisse être éteint. Cependant, dans le cas de JL-FETs fortement dopés, les porteurs subissent une diffusion d'impuretés significative, ce qui dégrade significativement le courant de conduite [7]. De plus, les JL-FETs ont les avantages d'être simples à fabriquer et d'avoir une haute mobilité de charge et une faible capacité de grille, contrairement aux dispositifs INV [8-12]. Récemment, des pMOSFETs Ge JL-FET à double grille [13] et à grille tri-gate à corps lié [14] ont été démontrés sur substrats germanium-sur-isolant et Si massif respectivement.

Alors que les dispositifs microélectroniques continuent de rétrécir et que les exigences de processus deviennent de plus en plus strictes, la modélisation et la simulation de plasma deviennent de plus en plus attractives comme outil pour la conception, le contrôle et l'optimisation des réacteurs plasma [15]. Plusieurs techniques sont utilisées pour simuler le comportement des processus plasma basés sur la disparité des échelles de longueur et de temps. L'une des techniques de simulation, la dynamique des fluides computationnelle (CFD), est largement utilisée pour prédire les champs d'écoulement pour les caractéristiques de conception d'ingénierie et pour extrapoler les limitations expérimentales. Sa modélisation a été appliquée pour étudier les phénomènes de mélange d'écoulement [16], mais rare étude dans le processus de gravure. Par conséquent, cette étude propose de caractériser en détail le champ d'écoulement thermique des réacteurs plasma pour le processus de gravure, et ensuite de déduire des paramètres numériques qui peuvent être bénéfiques aux expériences.

Dans ce travail, la gravure a été effectuée pour former des couches épitaxiées Ge suspendues sur Si ainsi que d'autres semiconducteurs d'alliage pour l'intégration de dispositifs. Les résultats simulés seront validés par expériences ; par conséquent, les conditions initiales et aux limites ainsi que les paramètres du modèle numérique seront modifiés pour améliorer la fiabilité des données. Nous anticipons que des paramètres optimaux peuvent être obtenus par expériences et simulations pour améliorer les techniques de gravure, et réaliser ce développement de transistor en effectuant une qualité de processus de fabrication plus élevée ainsi qu'un coût de production plus bas.

Méthodes/Expérimental

Les substrats de départ étaient des wafers SOI avec une couche supérieure de silicium de 70 nm (type p, 9–18 Ω cm). Les wafers ont été nettoyés en utilisant les processus RCA standard clean 1 (SC-1) et RCA standard clean 2 (SC-2), afin d'éliminer tous organiques, métaux indésirables et particules présents. Cela a été suivi par un rinçage à l'eau déionisée et un séchage au N₂. Le film Ge a été déposé dans un réacteur épitaxial à dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (Epsilon 2000, ASM) en utilisant 10% GeH₄ comme précurseur. L'hydrogène a été utilisé comme gaz porteur. Avant le dépôt du film Ge, un prétraitement in situ à base de HCl a été effectué à 850 °C et 10 Torr pour préparer la surface du wafer. La température du substrat a ensuite été changée à 400 °C pour cultiver un film Ge sur le wafer SOI en utilisant 10% GeH₄. Les épaisseurs des films Ge déposés ont été déterminées en utilisant la microscopie électronique en transmission (MET, émission thermique type Schottky, 0,5–200 kV). Les cristallinités des films Ge ont été examinées par analyse de diffraction des rayons X (DRX) (D8A, Bruker, rayonnement CuKα, λ = 1,5408 Å, 20–70°). De plus, des balayages Ω–2θ ont été effectués autour du pic de diffraction (004) en utilisant un système X'Pert MRD (PANalytical). Un collimateur à cristal à double canal Ge {400} a été utilisé pour sélectionner le rayonnement CuKα1. Pendant les mesures DRX standard, l'échantillon était fixé en position horizontale, et la source et le bras du détecteur du diffractomètre étaient déplacés en mode θ–θ. La cartographie d'espace réciproque a été effectuée en mode résolution moyenne en utilisant le collimateur à cristal mentionné ci-dessus ; des fentes de 0,4 mm de large étaient présentes sur le bras du détecteur devant le compteur à scintillation. Les épaisseurs des couches Ge ont été déterminées via des mesures d'ellipsométrie (M2000, J. A. Woollam Co., λ = 193–1690 nm). La nageoire a été formée par gravure plasma anisotrope utilisant du gaz Cl₂/HBr. Après la formation de la grille ZrO₂/TiN, les S/D ont été implantés avec B (1 × 10¹⁵ cm⁻², 15 keV) et activés par recuit thermique rapide à 550 °C pendant 30 s.

Mécanisme de gravure sèche hautement sélective du Germanium

Les réactions électroniques et neutres sont isotropes tandis que les réactions ioniques sont hautement directionnelles et varient avec le biais appliqué. En ajustant la puissance de biais, les ions peuvent être accélérés dans la direction désirée pour aider la réaction de gravure. Il est généralement admis que le Br ne réagit pas spontanément avec le Si et que des ions énergétiques sont nécessaires pour que la réaction se produise. Les atomes Br et Cl assistés par ions peuvent réagir avec les atomes Ge ou Si spontanément sous activation pour former les produits volatils GeBr₄, GeCl₄, SiBr₄ et SiCl₄, qui sont désorbés de la surface du substrat et peuvent être pompés. Cette réaction chimique assistée par ions du Si avec le Br s'est avérée hautement anisotrope. Des taux de gravure verticaux plus élevés ont été obtenus en utilisant HBr pour les variations de puissance de biais, ce qui confirme que l'ajout de HBr dans Cl₂ peut augmenter le taux de gravure [17]. Puisque les plasmas à base de Cl et Br gravent Ge et Si par un mécanisme assisté par ions, l'énergie des ions tels que Br⁺, Br²⁺, HBr⁺, Cl⁺ et Cl₂⁺ peut être contrôlée en biaisant le support de substrat. Il n'y a pas de changement prononcé du taux de gravure latéral en variant la puissance de biais pour les deux gravures à la surface supérieure et zone de rétrécissement. Des sous-coupes ont été trouvées dans les structures de nageoires gravées en utilisant des mélanges HBr, dans la zone de rétrécissement, car la gravure latérale était amplifiée par les défauts le long de l'interface Ge/Si. Et aussi le masque influence potentiellement l'évolution de la forme en raison de l'impact latéral du flux d'ions sur la paroi. Ce phénomène est amplifié à mesure que le profil devient plus profond et que la composante de vitesse ionique latérale augmente. En raison de la forte dépendance angulaire du processus de gravure plasma HBr [18], on peut conclure que la structure cristalline est relativement plus faible à l'interface Ge/Si à cause des atomes partiellement liés provenant des dislocations d'inadéquation et des liaisons Ge-Ge et Ge-Si relativement faibles. En ajustant le rapport HBr/Cl₂ et la puissance de biais, différents types de structures en forme de nageoire peuvent être obtenus pendant la fabrication de dispositifs Ge. Les propriétés de gravure du Ge et du Si sont très similaires. Les gaz qui gravent le Si gravent généralement le Ge à un taux plus grand. Les forces des liaisons Ge et Si ont été montrées comme Ge-Ge = 263,6 ± 7,1 kJ mol⁻¹ et Si-Si = 325 ± 7 kJ mol⁻¹ [2]. Différentes puissances de biais ont été appliquées pour ajuster le taux de gravure vertical par accélération directionnelle des ions. Les images ont été enregistrées après le processus de pile de grille. Le taux de gravure vertical a été calculé à partir de la hauteur du film par rapport au substrat d'oxyde. Les taux de gravure latéraux ont été déterminés à partir de deux parties de la nageoire : la gravure latérale à la surface supérieure de la nageoire, et la gravure dans la zone de rétrécissement proche de l'interface Ge/Si. En résumé, la puissance de biais a été trouvée expérimentalement comme le paramètre le plus critique dans le processus de gravure et donc, affectant les caractéristiques du dispositif en conséquence.

Dans cette étude, tous les processus de gravure ont été effectués dans un réacteur TCP 9600 de Lam Research. C'est un réacteur à plasma à couplage transformateur qui permet un contrôle séparé de la puissance de la bobine (électrode supérieure) et du biais du substrat (électrode inférieure). Le refroidissement arrière à l'hélium a été incorporé pour permettre un contrôle plus efficace de la température du substrat. Les échantillons étaient montés sur un wafer porteur Si de 6 pouces avec de la graisse sous vide avant d'être introduits dans la chambre de gravure. La chimie HBr/Cl₂ a été exploitée pour le processus de gravure anisotrope. La pression du processus était contrôlée à 10 mTorr. Le montage expérimental détaillé et les conditions sont illustrés dans l'étude de Hsu et al. [4].

Modèle physique

La CFD est utilisée pour accéder aux informations internes dans le réacteur et l'écoulement est considéré comme laminaire avec la condition de frontière de glissement due au nombre de Knudsen plus élevé dans la chambre (Fig. 1). Dans la simulation présente, l'écoulement thermique plasma est considéré comme mélange dans les équations de quantité de mouvement ; le transport de particules est considéré dans les équations gouvernantes des espèces et les réactions chimiques sont impliquées sur la paroi du susceptor. Un cas de modèle pour simulation est illustré Fig. 3. Le gaz d'entrée est un mélange de chlore (Cl₂) et de bromure d'hydrogène (HBR). La vitesse du mélange à l'entrée est 0,026 m/s avec température maintenue à 333 K. Le susceptor et la paroi de la chambre sont chauffés à la température de fonctionnement 473 K. Ces écoulements plasma sont entraînés par le biais de potentiel électrique et ont des réactions chimiques sur la surface du susceptor de manière uniforme, répétable, et finalement être déchargés du réacteur. Après construction du modèle solide par le logiciel CAO, le système de maillage a été construit en grilles structurées avec 50 000 nœuds comme montré Fig. 3. L'équation de conservation transitoire pour le transport d'une quantité scalaire ϕ est démontrée par l'équation suivante écrite sous forme intégrale pour un volume de contrôle arbitraire V comme suit [19] :

Modèle physique pour simulation numérique du réacteur plasma. a Schéma de la chambre de réacteur avec conditions aux limites prescrites. b Système de maillage pour simulations numériques

où ρ indique la densité ; \( \overset{\rightharpoonup }{v} \) est le vecteur vitesse ; \( \overset{\rightharpoonup }{A} \) est le vecteur surface ; V est le volume ; Γ est le coefficient de diffusion pour ϕ et S_ϕ est le terme source de ϕ par unité de volume. Le symbole ϕ peut être remplacé par 1 pour l'équation de continuité, u, v, et w sont les équations de quantité de mouvement dans les directions X, Y, et Z, et Ci pour les équations de transport d'espèces dans la chambre de réacteur respectivement. L'Éq. (1*) peut être exprimée en coordonnées généralisées en utilisant l'approche méthode des volumes finis pour simulation. Après combinaison des conditions aux limites, l'Éq. (1*) peut être linéarisée et exprimée dans le domaine computationnel comme un ensemble d'équations algébriques, qui peuvent être résolues par l'algorithme SIMPLE en utilisant la technique CFD [19]. Noté que la plupart des dispositifs de fabrication semi-conducteur fonctionnent bien en dessous de la pression atmosphérique. À de telles basses pressions, l'écoulement fluide est dans le régime de glissement et les conditions aux limites de non-glissement normalement utilisées pour la vitesse et la température ne sont plus valides. L'écoulement plasma présent à très basse pression est dans le régime de glissement, qui est entre l'écoulement moléculaire libre et le régime continu [20]. Par conséquent, des conditions aux limites de glissement pour la vitesse et la température pour modéliser l'écoulement fluide sont imposées dans nos simulations numériques.

Les matériaux semiconducteurs Si(s) et Ge(s) sont gravés sur la surface du susceptor chauffé gouvernés par les réactions de surface suivantes :

Les réactions chimiques sont similaires pour la gravure Si dans l'Éq. (2*.1) et l'Éq. (2*.2), ou la gravure Ge dans l'Éq. (2*.3) et l'Éq. (2*.4). Donc, le processus de gravure Si par le mélange de chlore et bromure d'hydrogène est démontré dans les simulations suivantes.

Résultats et discussion

Caractérisation des matériaux

Les images MET en coupe transversale de la couche Ge formée sur le substrat SOI sont montrées Fig. 2a. Comme on peut le voir, des dislocations d'inadéquation sont présentes à l'interface Ge/Si ; celles-ci, à leur tour, résultent en dislocations de filetage à travers le film épitaxié Ge. On pense que ces dislocations de filetage accommodent le désaccord thermique entre Ge et Si. La plupart des dislocations de filetage se terminent dans les 80 nm de l'interface ; cependant, beaucoup se propagent aussi jusqu'à la surface du film. Le film épitaxié Ge sur le substrat SOI a été implanté avec du bore et ensuite activé, afin d'examiner la distribution du dopant et le niveau d'activation. Pour la partie supérieure de 130 nm de la couche Ge, le taux d'activation du bore était ~ 85 %, comme montré dans les profils PCOR-SIMS et profilage de résistance d'étalement (SRP). (voir Fig. 2b). La concentration de trous a chuté significativement dans le cas du bas de la couche Ge près de l'interface Ge/Si, en raison de la présence de défauts et à cause des limites de mesure du SRP. Dans le cas des dispositifs fabriqués, le Ge défectueux près de l'interface Ge/Si a été retiré par gravure sélective ; ainsi, les mesures PCOR-SIMS et SRP effectuées dans le canal devraient être précises. Le niveau d'activation maximum de ~ 3 × 10¹⁹ cm⁻³ est complètement cohérent avec la limite d'activation conventionnelle. Notez qu'en raison de l'activation à basse température (550 °C) effectuée pendant l'implantation de bore, les S/D près du canal Si parasite étaient hautement résistifs (Fig. 2) ; cela a empêché la conduction parasite Si. La Figure 3 montre les caractéristiques capacitance-tension (CV) des condensateurs métal-isolant-semiconducteur (MISCAP) TiN/ZrO₂/Ge. Pour prévenir la formation d'une couche GeOₓ instable pendant le dépôt du diélectrique high-k et le processus de recuit post-dépôt, le matériau à base de nitrure Ge₃N₄ et non GeO₂ a été inséré comme couche d'interface sur la surface Ge (001) à travers un traitement plasma distant NH₃/H₂. La couche ZrO₂ a été déposée à 250 °C pour 20 cycles par dépôt par couches atomiques. Les courbes CV mesurées n'indiquent pas de dispersion de fréquence ou d'étirement de 1 kHz à 1 MHz et sont cohérentes. La perte, qui crée des niveaux de piégeage près de l'interface ZrO₂/Ge, décale l'énergie d'activation thermique pour la génération de porteurs minoritaires de celle correspondant à l'énergie de bande interdite p-Ge à l'énergie du milieu de bande. L'épaisseur d'oxyde équivalente (EOT) est 0,6 nm et la valeur D_it (densité de pièges d'interface) est ~ 3 × 10¹² cm² eV⁻¹ près du milieu de bande, comme mesuré par la méthode de conductance à basse température (voir encadré Fig. 4).

a Image MET du Ge type p sur substrat SOI. b Profils SIMS et SRP de la couche épi-Ge dopée bore in situ sur SOI. La concentration de trous est faible dans le Ge défectueux du bas près de l'interface Ge/Si

Caractéristiques C-V des MISCAPs TiN/ZrO₂/Ge avec EOT ~ 0,6 nm

Dit mesuré par méthode de conductance à basse température

Simulation pour les paramètres de fonctionnement du réacteur

Un modèle typique d'écoulements plasma laminaires stationnaires a été simulé sur ordinateurs personnels haute vitesse. Le gaz d'entrée est un mélange de Cl₂, qui a une fraction massique de 0,75, et HBr, qui a une fraction massique de 0,25. La Figure 5a illustre les contours de l'entrée à basse température, la température de fonctionnement plus élevée à l'intérieur et les lignes de trajectoire des particules dans la chambre de réacteur. La Figure 5b montre les contours de fraction massique du produit SiCl₄, qui a une faible concentration au-dessus du susceptor et une concentration élevée en dessous du susceptor vers la sortie. De plus, une fraction massique plus élevée de Cl₂ obtient une bonne performance en gravure, et ce savoir-faire a été validé par les simulations présentes comme montré Fig. 6. L'axe horizontal représente le long d'une position radiale sur le susceptor et l'axe vertical indique le taux de gravure (kg/m² s) de Si. La Figure 6 montre que le meilleur processus de gravure est atteint par le mélange d'entrée de 75% Cl₂ et 25% HBr, et ce mélange a été adopté pour conduire les expériences dans cette étude.

Contours des paramètres plasma à l'intérieur du réacteur. a Distribution de température et lignes de trajectoire des particules. b Contours de fraction massique du produit SiCl₄

Taux de gravure du Si sur le susceptor à partir de mélanges de gaz d'entrée avec diverses fractions

Un autre cas pour montrer la faisabilité de l'expérience assistée par ordinateur est la distribution du potentiel électrique dans la chambre pour la gravure plasma. Basé sur le mécanisme sous-jacent de ce processus de gravure, un modèle de simulation 2D a été développé pour la distribution de la densité de puissance plasma comme montré Fig. 7 et a été utilisé pour ajuster les données de mesure, afin de confirmer l'exactitude du modèle et assister l'expérience.

Simulation de la distribution du potentiel électrique pour la gravure plasma dans la chambre

Comme proposé par Sugai [21], la tension de biais propre peut être reliée aux capacités de gaine sur l'électrode RF (C_K) et l'électrode de terre (C_A), et exprimée comme suit :

Selon les simulations présentes comme montré Fig. 7, la tension de biais propre est d'environ − 700 V, ce qui est proche de la valeur théorique, − 650 V, comme calculé de l'Éq. (3*). Par conséquent, il est suggéré que l'optimisation soit effectuée en utilisant des simulations afin non seulement d'ajuster les paramètres de processus utilisés mais aussi de modifier le matériel employé. Cela aidera à assurer l'uniformité sur toute la course et mènera à des processus de haute qualité, à faible coût, qui sont optimisés.

Fabrication et caractérisation du dispositif

La couche épitaxiée Ge a été structurée en nageoires avec les tailles de caractéristiques désirées en utilisant la lithographie faisceau d'électrons. La nageoire a été formée par gravure anisotrope avec plasma à base de Cl₂/HBr pour graver le Ge hautement défectueux près de l'interface Ge/Si. La nageoire Ge flottante sur SOI a été formée avec la sélectivité de gravure plus élevée du Ge que du Si et le taux de gravure amplifié de la région défectueuse [4]. Une couche de capuchon SiO₂ a ensuite été déposée et est devenue l'espacement après structuration de la grille. Après définition de la région active, les piles de grille de couche ZrO₂ ont été formées par ALD, respectivement. Les sections transversales du canal des dispositifs fabriqués sont montrées Fig. 8. La largeur de nageoire (W_fin) est utilisée pour la concentration de canal de 8 × 10¹⁹ cm⁻³ qui est extraite en utilisant la méthode van der Pauw sur une couche épi Ge uniforme sur SOI. Notez que la contrôlabilité du canal diminue avec l'augmentation de la concentration de canal et l'augmentation de W_fin [12, 13]. La grande concentration de canal nécessite le petit W_fin pour maintenir le SS bas. Finalement, les électrodes de grille ont été définies et déposées. La Figure 9 montre les caractéristiques de sortie et de transfert d'un FinFET Ge triangulaire avec une largeur de nageoire (W_fin) de 18 nm et une longueur de grille (L_g) de 90 nm. Le rapport I_on/I_off du Ge JL-FET est aussi haut que 10⁵ et le swing de sous-seuil (SS) est ~ 100 mV dec⁻¹. Les caractéristiques de transfert du Si JL-FET sont montrées Fig. 10. Le rapport I_on/I_off du Si JL-FET est haut comme ~ 10⁸, son SS est 90 mV dec⁻¹, son L_g est 80 nm, et son W_fin est 20 nm. La Figure 8 montre aussi que l'étendue de la tension de grille, ΔV_g, est approximativement 0,5 V et proche de la bande interdite du Ge (E_g/q = 0,66 V). Cela confirme que les courbes I_d–V_g montrées Fig. 8 sont pour un Ge FinFET. Cependant, l'étendue de la tension de grille, ΔV_g, montrée Fig. 6 est approximativement 1,8 V et proche de la bande interdite du Si (E_g/q = 1,1 V) mais pas celle du Ge (E_g/q = 0,66 V). Ainsi, les courbes I_d–V_g montrées Fig. 9 sont pour un Si JL-FET et non un Ge JL-FET. Cette observation est basée sur la physique des dispositifs semiconducteurs et est soutenue par les courbes I_d–V_g expérimentalement déterminées des Ge et Si FinFETs ainsi que les cartes Si MET/EDS en coupe transversale. Deux choses sont évidentes à partir des encadrés Fig. 11. Les encadrés montrent les caractéristiques de sortie et de transfert du Si JL-FET inattendu après sur-gravure Ge ; le rapport I_on/I_off de ce dispositif est aussi haut que 10⁸. Cependant, son courant ON est seulement 17 μA μm⁻¹ à − 1 V. Le haut rapport I_on/I_off est attribuable à la couche Si et non la couche Ge. Quand seule la couche Si reste, le dispositif est en fait un Si JL-FET plutôt qu'un Ge JL-FET.

Schéma de la fabrication du dispositif. a Structuration de la nageoire. Le matériau de départ est Ge (130 nm) sur BOX. b Gravure anisotrope et décapage photorésist. c Formation de la grille par dépôt par couches atomiques de ZrO₂ et dépôt TiN. d Implantation bore auto-alignée sur S/D pour bon contact. Note : le côté gauche est les schémas 3D et le côté droit est la vue en coupe transversale correspondante

I_d–Vg et I_d–V_d courbe pour le Ge FinFET

I_d–Vg et I_d–V_d pour le Si FinFET après que le Ge du haut est imprudemment gravé. Bien que I_on/I_off puisse atteindre 10⁸, sa valeur de courant on est très faible

Cartographie MET pour la structure de canal qui subit un processus de sur-gravure

Conclusions

Nous confirmons la relation entre le modèle de simulation et les données de mesure. Par conséquent, il est suggéré que l'optimisation soit effectuée en utilisant des simulations afin non seulement d'ajuster les paramètres de processus utilisés mais aussi de modifier le matériel employé. Avec l'aide de simulations numériques pour déterminer les paramètres de fonctionnement pour le réacteur, nous avons montré que les paramètres pour le processus de gravure pour former les canaux Ge/Si peuvent être optimisés par expériences, afin d'améliorer le processus de gravure et d'aider le développement de transistors en améliorant la qualité de fabrication et en abaissant le coût de production. Les résultats expérimentaux ont indiqué que la technique de gravure sèche développée pour les Ge FinFETs est aussi extrêmement utile pour la fabrication de dispositifs CMOS à nageoires hautes.