FinFet Process Flow—啞柵極的形成

本文主要介紹FinFet Process Flow—啞柵極的形成。

鰭片（Fin）的形成及其重要性

鰭片是FinFET器件三維結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，它類似于魚鰭的形狀，因此得名。鰭片的高度直接決定了FinFET的柵極寬度，這對(duì)于控制電流流動(dòng)至關(guān)重要。在22nm及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)中，由于鰭片尺寸非常小，通常通過SADP（Self-Aligned Double Patterning）或SAQP（Self-Aligned Quadruple Patterning）等圖案化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

初步處理與ILD層沉積

ILD層沉積

隨后，在清潔后的晶圓上沉積一層ILD（Inter Layer Dielectric）一般使用SiO2 Coat。ILD的主要作用是在鰭片之間提供電氣隔離，并作為后續(xù)CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）過程中的填充材料。選擇適當(dāng)?shù)腎LD材料對(duì)于確保良好的電學(xué)性能和平坦度非常重要。

ILD CMP

接下來進(jìn)行的是ILD CMP，即使用氮化硅（SiN）作為終點(diǎn)檢測(cè)材料來進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。CMP的目標(biāo)是使ILD層表面變得非常平坦，以便于后續(xù)的圖案化和蝕刻操作。CMP過程中必須精確控制拋光量，以避免過度侵蝕下面的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

移除SiN和墊氧化層

CMP完成后，需要移除覆蓋在鰭片上的氮化硅硬掩膜以及墊氧化層。這個(gè)步驟通常通過濕法蝕刻完成，它不僅清除了這些臨時(shí)保護(hù)層，還暴露出鰭片頂部的硅表面，為后續(xù)的摻雜做準(zhǔn)備。

犧牲氧化層生長(zhǎng)與阱區(qū)摻雜

犧牲氧化層生長(zhǎng)

緊接著，在鰭片表面生長(zhǎng)一層薄的犧牲氧化層。該層用于后續(xù)的阱區(qū)摻雜過程中保護(hù)鰭片免受直接損傷。此外，犧牲氧化層還可以幫助定義摻雜區(qū)域的邊界，提高摻雜精度。

阱區(qū)摻雜

應(yīng)用一個(gè)阱區(qū)植入掩模，并執(zhí)行離子注入以形成通道和基板之間的隔離阱。這個(gè)步驟是為了創(chuàng)建p型或n型阱區(qū)，從而為PMOS和NMOS器件分別提供適當(dāng)?shù)谋尘皳诫s。之后，移除犧牲氧化層并清洗晶圓，確保沒有殘留物影響后續(xù)工藝。

啞柵極結(jié)構(gòu)形成

啞柵極氧化層沉積

為了構(gòu)建臨時(shí)的柵極結(jié)構(gòu)，先在晶圓上沉積一層啞柵極氧化層。這層氧化物將作為后續(xù)多晶硅沉積和平坦化的基礎(chǔ)。

多晶硅沉積與CMP

然后，在整個(gè)晶圓表面沉積一層多晶硅，并通過CMP使其平坦化。多晶硅層將充當(dāng)臨時(shí)柵極材料，直到最終的高k金屬柵極替換它為止。CMP過程中要保證多晶硅層厚度均勻，以支持后續(xù)的圖案化步驟。

硬掩膜沉積

接著，在多晶硅層上沉積一層硬掩膜（HM），用于指導(dǎo)后續(xù)的柵極圖案化。根據(jù)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的不同，如果柵極間距大于80nm，則可以使用單次193nm浸沒式光刻來形成線-空?qǐng)D案；而對(duì)于更小的柵極間距，則需要采用如SADP或SAQP等倍增技術(shù)。硬掩膜的選擇和沉積條件對(duì)于后續(xù)圖案化的精度至關(guān)重要。

柵極圖案化

應(yīng)用柵極掩模以在光刻膠中形成線-空?qǐng)D案。經(jīng)過硬掩膜蝕刻、光刻膠剝離和清潔后，再施加切割掩模并通過蝕刻切斷硬掩膜線條圖案。最后，利用形成的硬掩膜圖案蝕刻多晶硅，從而創(chuàng)建出設(shè)計(jì)好的啞柵極結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

[1]Bellingham, Washington, USA : SPIE, [2016] | Includes bibliographical references and index.

[2]Maurya, Ravindra Kumar, and Brinda Bhowmick. "Review of FinFET devices and perspective on circuit design challenges."Silicon14.11 (2022): 5783-5791.