文章來源：半導(dǎo)體與物理

原文作者：jjfly686

FinFET(鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管)從平面晶體管到FinFET的演變是一種先進(jìn)的晶體管架構(gòu)，旨在提高集成電路的性能和效率。它通過將傳統(tǒng)的平面晶體管轉(zhuǎn)換為三維結(jié)構(gòu)來減少短溝道效應(yīng)，從而允許更小、更快且功耗更低的晶體管。本文將從硅底材開始介紹FinFET制造工藝流程，直到鰭片(Fin)的制作完成。

1. 初始準(zhǔn)備與表面處理

晶圓清洗

在開始任何加工之前，硅晶圓必須經(jīng)過徹底的清洗過程，以確保其表面沒有雜質(zhì)或污染物。這一步驟對(duì)于獲得高質(zhì)量的FinFET器件至關(guān)重要。

墊氧化層生長

接下來，在硅表面熱生長一層非常薄的二氧化硅(SiO2)，作為墊氧化層。這一層不僅保護(hù)了硅基板免受后續(xù)處理的影響，而且為之后的氮化硅沉積提供了良好的界面。

氮化硅沉積

隨后，通過化學(xué)氣相沉積(CVD)或其他方法，在墊氧化層之上沉積一層氮化硅(SiN)。氮化硅在這里扮演雙重角色：它既作為硬掩膜(HM)，用于指導(dǎo)硅刻蝕以形成鰭片;又作為CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)停止層，確保STI氧化物平坦化過程中不會(huì)過度侵蝕下面的材料。

2. SADP技術(shù)的應(yīng)用

由于鰭片間距在先進(jìn)節(jié)點(diǎn)(如22nm或14nm)下非常小，單次193nm浸沒式光刻無法實(shí)現(xiàn)所需的精細(xì)度，因此引入了自對(duì)準(zhǔn)雙重圖案化(SADP)技術(shù)來增加圖案密度。

SADP假圖案層沉積

首先，在氮化硅硬掩膜上沉積一層臨時(shí)材料(例如非晶硅a-Si)，用作“假”圖案層。這種材料需要具備高選擇性蝕刻特性，以便于后續(xù)步驟中與下面的氮化硅及側(cè)壁間隔物材料區(qū)分開來。

光刻膠涂覆與曝光

在整個(gè)堆疊結(jié)構(gòu)上均勻地涂覆一層光刻膠，并使用特定的線-空(line-space)圖案掩模進(jìn)行曝光，定義出鰭片的大致位置。這個(gè)圖案將指下來的蝕刻過程做鋪墊。

圖案轉(zhuǎn)移至假圖案層

曝光后的光刻膠經(jīng)過顯影處理后形成鰭片的初始“假”圖案。然后，通過等離子體蝕刻將這些圖案轉(zhuǎn)移到下面的非晶硅層，直至到達(dá)氮化硅表面為止。

移除光刻膠

蝕刻完成后，必須清除光刻膠，通常包括剝離(strip)和清潔兩個(gè)步驟，以準(zhǔn)備下一步操作。此步驟確保了沒有任何殘留物影響后續(xù)的工藝。

保形間隔物沉積

使用ALD沉積一層均勻覆蓋所有表面的保形介電層(如SiOx)，該層將在之后的蝕刻回退步驟中形成側(cè)壁間隔物。這一層的選擇對(duì)于最終形成的鰭片形狀至關(guān)重要。

蝕刻回退形成間隔物

對(duì)保形介電層執(zhí)行各向異性干法蝕刻，僅保留垂直于晶圓表面的側(cè)壁上的介電層，從而形成間隔物。這些間隔物最終會(huì)成為實(shí)際鰭片的圖案模板。如果使用非晶硅作為假圖案材料，則可以使用KOH溶液來移除非晶硅，同時(shí)幾乎不影響硅氧化物間隔物或下方的氮化硅硬掩膜。

移除假圖案

使用選擇性高的蝕刻劑移除非晶硅假圖案，而不損害硅氧化物間隔物或下方的氮化硅硬掩膜。這樣就留下了光刻雙倍密度的間隔物圖案，對(duì)應(yīng)于之后的鰭。

3. 鰭片圖案細(xì)化

切割掩模應(yīng)用

再次涂覆光刻膠并光刻，目的是定義哪些區(qū)域?qū)⒈槐Ａ糇鳛轹捚男﹨^(qū)域需要去除。這一步驟決定了鰭片的具體布局。

間隔物圖案化

使用反應(yīng)等離子體蝕刻技術(shù)，有選擇性地移除不需要的間隔物，同時(shí)盡量減少對(duì)氮化硅硬掩膜的影響。

鰭片刻蝕

利用剩余的間隔物作為掩膜，進(jìn)行主要的硅刻蝕步驟。這一步直接決定了鰭片的形狀和尺寸，因此必須嚴(yán)格控制蝕刻參數(shù)以獲得理想的鰭片結(jié)構(gòu)。在蝕刻過程中，首先移除墊氧化物，然后根據(jù)氮化硅硬掩膜的圖案蝕刻出硅鰭片。對(duì)于14nm 制程芯片來說，鰭片的最小間距可以小至42nm。

上述步驟構(gòu)成了從硅底材到Fin形成的典型FinFET工藝流程的一部分。整個(gè)過程涉及多個(gè)精密的工程設(shè)計(jì)和技術(shù)挑戰(zhàn)，旨在實(shí)現(xiàn)高性能、低功耗的集成電路。隨著技術(shù)的進(jìn)步，F(xiàn)inFET工藝也在不斷發(fā)展，以適應(yīng)更小的特征尺寸和更高的集成度需求。每一步都精心設(shè)計(jì)，以確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能達(dá)到最優(yōu)。