22nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)的FinFET制造工藝流程

半導(dǎo)體器件的制造由許多步驟組成，這些步驟必須產(chǎn)生定義明確的結(jié)構(gòu)，并且從一個(gè)器件到下一個(gè)器件的偏差很小。每一步都必須考慮之前和隨后的制造步驟，以確保實(shí)現(xiàn)所需的高制造質(zhì)量。大多數(shù)過程都是在真空腔室中通過引入不同的氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行的，這些化學(xué)物質(zhì)通過與基材反應(yīng)來改變表面。IC最小特征的形成被稱為前端制造工藝（FEOL），本文將集中簡要介紹這部分，將按照如下圖所示的 22 nm 技術(shù)節(jié)點(diǎn)制造 FinFET 的工藝流程，解釋了 FEOL 制造過程中最重要的工藝步驟。

22 nm 技術(shù)節(jié)點(diǎn)的 FinFET圖示(分別具有單個(gè)柵極和三個(gè)源極和漏極觸點(diǎn))

下面給出最重要的制造步驟的圖示, FinFET制造的FEOL步驟通常類似于以下內(nèi)容：

1. 起始過程一般從清潔和拋光的晶體硅晶片開始。
2. 光刻：為了形成未來的導(dǎo)電通道，即鰭片(fin)，使用光刻技術(shù)制造掩模，其中只有某些區(qū)域被掩模材料覆蓋。平版印刷工藝具有最大分辨率，這取決于所用光的波長。常用的193 nm波長的紫外光可以達(dá)到的最小尺寸約為30 nm。為了實(shí)現(xiàn)更小的特征，使用了自對準(zhǔn)雙圖案化（SADP），通過使用化學(xué)氣相沉積（CVD）各向同性地沉積薄層來產(chǎn)生更小的掩模。然后使用反應(yīng)離子蝕刻 （RIE） 定向蝕刻該薄層，留下沉積材料的薄柱，然后用作掩模，如下圖所示：

SADP掩模版在Si襯底上

使用生成的柱子作為初始掩碼再次重復(fù)此過程稱為四重圖案 （QP）。為了避免這些復(fù)雜的多重圖案化技術(shù)，一些制造商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了極紫外（EUV）光刻技術(shù)。

3. fin圖案化：在這個(gè)階段，晶體硅襯底被蝕刻，在掩模下方留下fin，隨后形成MOSFET的導(dǎo)電溝道。如下圖所示，對蝕刻過程進(jìn)行調(diào)整，使fin呈正錐形，從而向底部增加寬度。

硅fin通過刻蝕硅實(shí)現(xiàn)

4. 淺溝槽隔離 （STI）：由于每個(gè)fin可能是不同晶體管的一部分，因此它們必須相互電絕緣。這是通過在各處沉積介電材料來實(shí)現(xiàn)的。然后使用化學(xué)機(jī)械平坦化 （CMP） 對晶圓進(jìn)行拋光，以創(chuàng)建如下圖所示的平坦化頂面。

STI沉積以電絕緣不同fin

5. fin釋放：一旦表面拋光，就可以選擇性地蝕刻介電材料，使晶體硅完好無損。因此，fin再次被釋放并伸出介電材料，如下圖所示，同時(shí)彼此隔離到足夠的深度。

fin被釋放以實(shí)現(xiàn)柵極與硅接觸

6. 金屬柵極沉積：高介電常數(shù)金屬柵極通常由三種不同材料的堆疊組成：fin周圍具有高介電常數(shù)的薄層材料，通常表示為 κ，因此得名 high-k; 另一層稍厚的金屬，稱為柵極金屬; 最后是一層更厚的柵極接觸材料，通常是多晶硅（poly-Si）。這些材料使用CVD或原子層沉積（ALD）進(jìn)行沉積。
7. 柵極圖案化：在柵極接觸材料的頂部，使用光刻技術(shù)創(chuàng)建另一個(gè)掩模。然后對柵極材料一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)行蝕刻，使柵極僅覆蓋硅fin的中心部分，如下圖所示。

柵極沉積及圖案化

8. 柵極間隔物(Spacer)：為了將柵極與源極和漏極 （S/D） 區(qū)域電氣隔離，使用 CVD 各向同性沉積間隔物介電材料。與SADP類似，RIE隨后將其定向去除，僅將聚合物留在澆極材料的側(cè)面。從下圖中可以看出，RIE不具有選擇性，并且在此制造步驟中硅fin也會被侵蝕。

柵極spacer沉積以電絕緣S/D

9. fin凹槽：然后對硅fin進(jìn)行蝕刻，以便清潔它們，為后續(xù)過程做準(zhǔn)備，導(dǎo)致介電材料墊片下方的fin蝕刻不足，如下圖所示。

硅fin被刻蝕成凹槽

10. 源極和漏極外延：現(xiàn)在已經(jīng)清潔了fin表面，可以使用外延生長創(chuàng)建晶體 S/D 觸點(diǎn)。這種生長速率隨晶體方向變化很大，導(dǎo)致在如下圖中觀察到的特征金剛石形狀。

S/D 外延

11. 層間介電材料：在使用CMP拋光晶圓之前，沉積另一層介電材料以隔離S/D觸點(diǎn)，從而產(chǎn)生如下圖所示的最終MOSFET結(jié)構(gòu)，完成FEOL制造。

FinFET的最終結(jié)構(gòu)

FEOL步驟完成后，所有晶體管在工藝金屬化過程中連接以形成電路，這是半導(dǎo)體制造工藝后端（BEOL）的一部分。這是分幾層進(jìn)行的，每層的關(guān)鍵尺寸都會增加，最終提供足夠大的金屬觸點(diǎn)，以將IC連接到外圍元件。單個(gè)晶圓可能包含數(shù)百個(gè)同時(shí)制造的芯片。由于現(xiàn)在所有晶體管和互連都已形成，因此晶圓可以切割成單個(gè)芯片。然后，每個(gè)芯片都有適合特定應(yīng)用的轉(zhuǎn)接板(interposer)以完成最后的封裝工藝。