ICT技術(shù)高k金屬柵(HKMG)的工藝過程簡析

下圖(a)中的沉積塊狀層是必需的，這是為了SEG可以生長在設(shè)計的區(qū)域。下圖(c)顯示了KOH硅刻蝕，這種刻蝕對＜111＞晶體硅具有高的選擇性。通過使用KOH刻蝕，設(shè)計者可以精確地控制硅刻蝕輪廓并實現(xiàn)優(yōu)化的器件性能，這是由于優(yōu)化的溝道應(yīng)變所致。如下圖(d)所示，PMOS的源/漏極摻雜通過SEG過程中的臨場摻雜實現(xiàn)。

NMOS源/漏摻雜仍然是傳統(tǒng)的低能量、高電流離子注入和熱退火過程，如下圖(e)和下圖(f)所示。進(jìn)行非晶硅深離子注入和瞬間NMOS源/漏退火，設(shè)計者可以增強(qiáng)NMOS溝道的拉伸應(yīng)變，進(jìn)而增加電子遷移率并提高NMOS速度。由于拉應(yīng)變在SD形成后會一直保持，所以這種技術(shù)稱為應(yīng)力記憶技術(shù)(SMT)。由于微小尺寸器件有限的熱積存，退火必須使用瞬間退火、激光退火或兩者的結(jié)合。

下圖顯示了高k金屬柵(HKMG)工藝過程。

下圖(a)顯示了ILD0沉積工藝，其中至少有氮化物襯墊/ESL和氧化層兩層材料。下圖(b)顯示了CMP多晶硅開孔工藝，這種工藝是ILD0過拋光并暴露出多晶硅柵。下圖(c)顯示了過渡柵去除過程，這種工藝采用高選擇性刻蝕去除多晶硅，然而對ILD0和側(cè)壁間隔層有非常小的影響。使用HF去除溝道上的氧化層后，形成一層薄氧化硅，如下圖(d)所示，接著沉積鉿基高為介質(zhì)。

HF通常使用原子層沉積(ALD)工藝實現(xiàn)。ALD工藝也可以沉積氮化鈦(TiN)和鈕(Ta)層。TiN常用于PMOS金屬，而NMOS需要不同的功函數(shù)金屬，而且將在后續(xù)的工藝中形成。Ta作為PMOS中的阻擋層可以保護(hù)TiN。利用圖形化從NMOS中去除Ta后，如下圖(e)所示，沉積鈦鋁合金(TiAl),并利用大量鋁(Al)填充間隙。退火工藝過程中，TiAl與TiN發(fā)生反應(yīng)生成TiAlN,并作為NMOS的金屬柵功函數(shù)調(diào)節(jié)層。顯示于下圖(g)的金屬CMP過程完成了后柵HKMG工藝。

當(dāng)去除過渡多晶硅柵后，PMOS和NMOS溝道應(yīng)力顯著增加，這使得載流子遷移率增加，速度提高。這與去除硬停止層類似，可以增加拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變。這是后柵HKMG比先柵方法優(yōu)越的地方之一。

下圖顯示了MEoL工藝。與之前的接觸工藝有許多不同，首先是溝槽金屬硅化物。溝槽金屬硅化物在溝槽刻蝕后形成，而自對準(zhǔn)金屬硅化物在源/漏極形成后、ILD0沉積前形成。

溝槽金屬硅化物僅僅在接觸溝槽的底部，如下圖(c)所示。因為柵極由金屬組成，所以柵極并不需要形成金屬硅化物。摻雜少量鉗的鐐硅化物，NiPtSi，比NiSi要穩(wěn)定。填充了接觸溝槽的鈞被研磨到金屬柵極的同一平面，如下圖e)所示。由于接觸溝槽只與凸起的源/漏極接觸，所以接觸溝槽深度很潛，這樣使得過刻蝕的控制簡單。從版圖的角度考慮，代替了圓形和橢圓形接觸孔的溝槽式接觸，簡化了光刻膠圖形化過程。但這會在接觸刻蝕中，過刻蝕到STI氧化層而導(dǎo)致W尖刺問題。由于鎢栓塞的長度顯著縮短，所以栓塞的電阻大大降低。

審核編輯：劉清