在相对先进的半导体工艺中,栅极两侧会有多层侧墙结构,对其生产过程和机理进行梳理总结如下:
:侧墙工艺采用干法蚀刻的各向异性特性,无需Mask,Dep干法蚀刻后,台阶位置产生侧墙。
侧墙工艺示意图
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:无热载流子效应影响
↓ ↓ ↓ ↓ ↓:设备尺寸继续减小-热载流子效应(泄漏电极电压升高,耗尽区宽度增加,但耗尽区宽度不足以抵消电。载流子在强电场的作用下形成高能载流子,成为热载流子,进入栅极/衬底形成电流/锁紧效应)使设备失效。 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓:由于扩散速度不同,源漏极与不同质量的掺杂离子混合,在源漏极扩展区形成轻掺杂缓变结,降低峰值电场强度。 缺点():①短沟效应严重(阈值电压显著降低);②难控制源漏极与衬底间杂质分部;
DDD工艺结构示意图
↓ ↓ ↓ ↓ ↓:在漏极与沟之间形成非常薄的轻掺杂区,降低漏极附近峰值电场强度,削弱热载流子效应。 然后开发出栅极侧墙工艺,在侧墙形成前进行轻掺杂工艺,形成侧墙后进行源漏掺杂,即形成LDD结构 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓:侧墙介质为SiO2 (TEOS工艺(Tetraethoxy Silane)实际生成有机硅化物 (OC2H5)4 厚度约2000A)。
单层侧墙结构示意图
↓ ↓ ↓ ↓ ↓:如果设备尺寸继续,遇到问题:① 侧墙干刻工艺不易控制,硅衬底易损坏,导致电性不良;② 栅极&漏极距离减小SiO介质隔离效果不好。 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓:侧墙介质为SiO2 Si3N4 ,SiO2 200A左右,Si3N4 1500A左右。 效果:SiO2作为干刻停止层,Si3N隔离效果好。
双层侧墙结构示意图
↓ ↓ ↓ ↓ ↓:如果设备尺寸继续,遇到问题:Si3N4应力过大会影响设备的电学特性,导致设备泄漏、包装和电流下降。 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓: 侧墙介质SiO2 Si3N4 SiO2(ONO三明治结构) 200A左右 400A左右 SiO2 1000A左右,:Si3N4减薄、两层SiO2有效控制Si3N4应力影响。
ONO结构侧墙示意图
↓ ↓ ↓ ↓ ↓:设备尺寸继续减小,遇到问题:网极与漏极之间的寄生电容增加,影响设备开关速度。
寄生电容示意图
↓ ↓ ↓ ↓ ↓:双侧墙工艺:(SiO2 Si3N4) (SiO2 Si3N4 SiO2) (50A 150A) (150A 350A 1000A) .:增大了栅极与漏极LDD取宽度,有效控制寄生电容的影响。
双侧墙结构示意图
,在摩尔定律的推动下,晶体管的尺寸不断缩小。在此过程中,漏电问题和寄生电容问题进一步缩小,引入解决两个问题LDD轻掺杂工艺,包括侧墙工艺。随着晶体管尺寸的进一步缩小,侧墙工艺也在不断改进,形成了目前的多层结构。