启闳半导体科技(江苏)有限公

TsiHon Semicon Technology (JiangSu)Co.,LTD
服务热线:
17621381228
侧墙 (Spacer Sidewall)工艺技术
来源: | 作者:LiLi | 发布时间: 2024-09-09 | 27 次浏览 | 分享到:

为了形成LDD 结构,在LDD 离子注入后必须制造出掩蔽层防止重掺杂的源漏离子注入影响轻掺杂的LDD结构,半导体研发人员根据这个要求,开发出侧墙工艺技术,从器件结构的剖面图可以看出,LDD结构都是在侧墙的正下方,侧墙结构不但可以有效地掩蔽轻掺杂的LDD 结构,而且隔离侧墙工艺技术不需要掩膜版,侧墙工艺技术的成本也很低和工艺非常简单。

图3-75所示为侧墙工艺和源漏重掺杂离子注入的简单示意图,其中图3-75a 是淀积厚度为S1的介质层;图3-75b 是干法刻蚀形成隔离侧墙结构;图3-75c是源漏重掺杂离子注入。因为介质层的厚度S1,多晶硅栅的厚度S2,多晶硅栅侧面的介质层厚度是S1+S2,利用各向异性的干法刻蚀回刻形成侧墙结构,刻蚀的方向垂直向下,刻蚀停止硅表面,那么刻蚀的厚度就是S1,所以多晶硅栅侧面剩余的介质层厚度是S2,最终形成侧墙结构。此时侧墙的横向侧面宽度比S1略小,它就是LDD 结构的横向宽度,它是由淀积的介质层的厚度决定的。

随着工艺技术的发展,侧墻介质层的材料不断更新迭代。对于特征尺寸是0.8μm 及以下的工艺技术,淀积的隔离侧墙介质层是SiO2,利用各向异性的干法刻蚀形成侧墙。图3-76所示为亚微米工艺制程技术的侧墙工艺的简单示意图,其中图3-76a 是利用TEOS (Tetraethoxy Silane)四乙基氧化硅发生分解反应生成二氧化硅层,厚度约2000A,TEOS 是一种含有硅与氧的有机硅化物Si(OC2H54,在室温常压下为液体,TEOS 的台阶覆盖率非常好;图3-76b是利用干法刻蚀形成侧墙。

对于特征尺寸是 0.35μm及以下的工艺技术,利用SiO2作为侧描介质层已经无法满足器件电性的要求。利用 SiO2Si3N4组合代替SiO2作为侧墙介质层。首先 LPCVD 淀积一层厚度大约200A的SiO2层作为Si3N4作应力的缓解层,然后淀积大约1500A的Si3N4层,利用各向异性的干法刻蚀刻蚀Si3N4层,并且停止 SiO2上。在深亚微米工艺制程需要利用SiO2和 Si3N4组合一起作为侧墙介质层的原因有两点:第一点是对于利用一种材料 SiO2作为侧墙介质层,干法刻蚀时没有停止房,因为SiO2与衬底硅中间没有隔离层,干法刻蚀容易损伤衬底硅,而对于新的侧墙介质层 SiO2Si3N4SiO2Si3N4材质是不同,SiO2可以作为Si3N4干法刻蚀的停止层,可以有效地避免干法刻蚀损伤衬底硅;第二点是栅极与漏极的接触填充金属形成电容,如果深亚微米的工艺制程技术仍然利用SiO2作为介质层,由于栅极与漏极的接触填充金属距离很近,SiO2不能形成很好的隔离,栅极与漏极的接触填充金属之间会存在漏电问题,而对于新的侧墙介质层 SiO2和 Si3N4Si3N4具有很好的电性隔离特性。图3-77所示为0.35μm 及以下工艺制程技术的栅与漏极的接触填充金属之间的电容示意图。图3-78所示力0.35μm及以下工艺制程技术的侧墙工艺的简单示意图,其中图3-78a 是淀积SiO2和 Si3N4;图3-78b是利用干法刻蚀形成侧墙。

对于特征尺寸是0.18μm 及以下的工艺技术,利用SiO2和 Si3N4作为侧墙介质层会出现新的问题,所以利用三文治结构SiO2/Si3N4/SiO2代替 SiO2和 Si3N4作为侧墙介质层,SiO2/Si3N4/SiO2也称为 ONO(Oxide Nitride Oxide)结构。首先利用LPCVD 淀积一层厚度大约200A的SiO2层作为Si3N4作应力的缓解层,然后淀积大约400A的Si3N4层,最后再利用 TEOS 发生分解反应生成厚度大约1000A的SiO2层。利用各向异性的干法刻蚀刻蚀SiO2停在Si3N4层,再干法刻蚀刻蚀 Si3N4停在SiO2层。在0.18μm工艺制程需要利用三文治结构 SiO2/Si3N4/SiO2作为侧墙介质层的原因是厚度1500A的Si3N4应力太大,Si3N4应力会使器件产生应变,导致器件饱和电流降低,漏电流增大。为了降低Si3N4的应力,必须降低Si3N4的厚度。图3-79所示为0.18μm及以下的工艺技术的侧墙工艺的简单示意图,其中图3-79a 是淀积三文治结构SiO2/Si3N4/SiO2;图3-79b 是利用干法刻蚀形成侧墙。

对于特征尺才是90nm及以下的工艺技术,栅板与漏极的寄生电容Cgd逐渐增大已经开始影响器件的速度,为了降低寄生电容Cgd,必须增大栅极与漏极 LDD结构的距离,所以要进行双重侧墙。首先是淀积大约50A 的SiO2,覆盖在多晶硅和衬底硅表面,然后淀积大约150A的Si3N4,利用各向异性的干法刻蚀刻蚀Si3N4停在SiO2层形成第一重侧墙,再进行LDD 离子注入。LDD 离子注入后再淀积三文治 ONO结构 SiO2/Si3N4/SiO2,作为第二重侧墙。对于第二重侧墙,首先利用LPCVD淀积一层厚度大约150A 的SiO2层作为Si3N4作应力的缓解层,然后淀积大约350A的Si3N4层,最后淀积大约1000A的SiO2层,利用各向异性的干法刻蚀刻蚀SiO2停在Si3N4层,再干法刻蚀刻蚀Si3N4停在SiO2层。图3-80所示为90nm 及以下的工艺技术的侧墙工艺的简单示意图,其中图3-80a是利用LPCVD 淀积SiO2Si3N4;图3-80b 是利用干法刻蚀形成第一重侧墙;图3-80c是LDD离子注入;图3-80d是淀积三文治结构 SiO2/Si3N4/SiO2图3-80e是利用干法刻蚀形成第二重侧墙。