ICT技术高k金属栅(HKMG)的工艺过程简析

下图(a)中的沉积块状层是必需的，这是为了SEG可以生长在设计的区域。下图(c)显示了KOH硅刻蚀，这种刻蚀对＜111＞晶体硅具有高的选择性。通过使用KOH刻蚀，设计者可以精确地控制硅刻蚀轮廓并实现优化的器件性能，这是由于优化的沟道应变所致。如下图(d)所示，PMOS的源/漏极掺杂通过SEG过程中的临场掺杂实现。

NMOS源/漏掺杂仍然是传统的低能量、高电流离子注入和热退火过程，如下图(e)和下图(f)所示。进行非晶硅深离子注入和瞬间NMOS源/漏退火，设计者可以增强NMOS沟道的拉伸应变，进而增加电子迁移率并提高NMOS速度。由于拉应变在SD形成后会一直保持，所以这种技术称为应力记忆技术(SMT)。由于微小尺寸器件有限的热积存，退火必须使用瞬间退火、激光退火或两者的结合。

下图显示了高k金属栅(HKMG)工艺过程。

下图(a)显示了ILD0沉积工艺，其中至少有氮化物衬垫/ESL和氧化层两层材料。下图(b)显示了CMP多晶硅开孔工艺，这种工艺是ILD0过抛光并暴露出多晶硅栅。下图(c)显示了过渡栅去除过程，这种工艺采用高选择性刻蚀去除多晶硅，然而对ILD0和侧壁间隔层有非常小的影响。使用HF去除沟道上的氧化层后，形成一层薄氧化硅，如下图(d)所示，接着沉积铪基高为介质。

HF通常使用原子层沉积(ALD)工艺实现。ALD工艺也可以沉积氮化钛(TiN)和钮(Ta)层。TiN常用于PMOS金属，而NMOS需要不同的功函数金属，而且将在后续的工艺中形成。Ta作为PMOS中的阻挡层可以保护TiN。利用图形化从NMOS中去除Ta后，如下图(e)所示，沉积钛铝合金(TiAl),并利用大量铝(Al)填充间隙。退火工艺过程中，TiAl与TiN发生反应生成TiAlN,并作为NMOS的金属栅功函数调节层。显示于下图(g)的金属CMP过程完成了后栅HKMG工艺。

当去除过渡多晶硅栅后，PMOS和NMOS沟道应力显著增加，这使得载流子迁移率增加，速度提高。这与去除硬停止层类似，可以增加拉伸应变或压缩应变。这是后栅HKMG比先栅方法优越的地方之一。

下图显示了MEoL工艺。与之前的接触工艺有许多不同，首先是沟槽金属硅化物。沟槽金属硅化物在沟槽刻蚀后形成，而自对准金属硅化物在源/漏极形成后、ILD0沉积前形成。

沟槽金属硅化物仅仅在接触沟槽的底部，如下图(c)所示。因为栅极由金属组成，所以栅极并不需要形成金属硅化物。掺杂少量钳的镣硅化物，NiPtSi，比NiSi要稳定。填充了接触沟槽的钧被研磨到金属栅极的同一平面，如下图e)所示。由于接触沟槽只与凸起的源/漏极接触，所以接触沟槽深度很潜，这样使得过刻蚀的控制简单。从版图的角度考虑，代替了圆形和椭圆形接触孔的沟槽式接触，简化了光刻胶图形化过程。但这会在接触刻蚀中，过刻蚀到STI氧化层而导致W尖刺问题。由于钨栓塞的长度显著缩短，所以栓塞的电阻大大降低。

审核编辑：刘清