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器件三維結構的關鍵組成部分，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，這對于控制電流流動至關重要。在22nm及以下技術節點中，由于鰭片尺寸非常小，通常通過SADP（Self-Aligned Double Patterning）或SAQP（Self-Aligned Quadruple Patterning）等圖案化技術來實現。

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CMP（化學機械拋光）過程中的填充材料。選擇適當的ILD材料對于確保良好的電學性能和平坦度非常重要。

ILD CMP

接下來進行的是ILD CMP，即使用氮化硅（SiN）作為終點檢測材料來進行化學機械拋光。CMP的目標是使ILD層表面變得非常平坦，以便于后續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鍵結構。

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。這個步驟通常通過濕法蝕刻完成，它不僅清除了這些臨時保護層，還暴露出鰭片頂部的硅表面，為后續的摻雜做準備。

犧牲氧化層生長與阱區摻雜

犧牲氧化層生長

緊接著，在鰭片表面生長一層薄的犧牲氧化層。該層用于后續的阱區摻雜過程中保護鰭片免受直接損傷。此外，犧牲氧化層還可以幫助定義摻雜區域的邊界，提高摻雜精度。

阱區摻雜

應用一個阱區植入掩模，并執行離子注入以形成通道和基板之間的隔離阱。這個步驟是為了創建p型或n型阱區，從而為PMOS和NMOS器件分別提供適當的背景摻雜。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工藝。

啞柵極結構形成

啞柵極氧化層沉積

為了構建臨時的柵極結構，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多晶硅沉積和平坦化的基礎。

多晶硅沉積與CMP

然后，在整個晶圓表面沉積一層多晶硅，并通過CMP使其平坦化。多晶硅層將充當臨時柵極材料，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），用于指導后續的柵極圖案化。根據技術節點的不同，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-空圖案；而對于更小的柵極間距，則需要采用如SADP或SAQP等倍增技術。硬掩膜的選擇和沉積條件對于后續圖案化的精度至關重要。

柵極圖案化

應用柵極掩模以在光刻膠中形成線-空圖案。經過硬掩膜蝕刻、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，從而創建出設計好的啞柵極結構。

參考文獻

[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.