占位栅在其它晶体管结构形成期间,先提供一个临时的栅形结构。替换金属栅集成随后移除这个临时结构,再把最终栅材料引入留下的空间。因此,占位栅承担着跨工序保存几何信息的任务,并不是无意义地先沉积再去掉。
将几何位置与最终材料分开
栅区为相邻结构提供参照:侧墙可以沿它形成,源漏处理也围绕这套几何展开。较早工序只要需要栅的位置与形状,就不意味着最终栅导体必须已经存在。
这种分离让部分最终栅材料能够在较早热处理之后引入。但不能据此推断所有栅介质都在最后形成。高介电常数材料先形成或后形成的路线存在区别,替换过程中哪些介质和界面层保留,需要以实际顺序为准。
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查看这条栅集成路线为何在high-k与TiN之后加入牺牲硅材料。
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占位栅移除后,什么必须留下?
阅读时分别追踪三个对象:正在去除的材料、希望保留的边界,以及下一轮沉积将接触的表面。
| 阶段 | 临时结构的作用 | 重要交接 |
|---|---|---|
| 周围工序开始之前 | 占据栅区 | 给相邻操作提供几何参照 |
| 移除之前 | 仍位于周围结构之间 | 提供进入临时栅的通路 |
| 移除之后 | 不再承担栅主体 | 保留空腔边界与暴露界面 |
| 最终栅形成之后 | 由功能栅材料接替 | 连续栅结构及合适界面 |
这是状态关系表,不是适用于所有工艺的操作清单。具体材料身份必须由所讨论的集成实例说明。
去除也是保留问题
成功移除占位栅,不只是让原材料消失。旁边的侧墙和计划保留的下层表面,还必须适合最终栅形成。残留可能妨碍新界面,意外损失则可能改变最终栅依赖的边界。
同样,填入最终栅也不是简单地往空槽放一块导体。介质行为、有效功函数和电连续性都与真实膜栈、界面有关。几何形状正确,不能替这些性质背书。
“栅后形成”不是“后面再无工序”
这个名称是相对于晶体管集成顺序而言,不能理解为完成后再也没有热或化学作用。解释优势时,应该说清最终材料避开了哪些较早操作,而不是声称它们从此不再受到任何后续影响。
可以给同一张工艺图标两次名称:第一次标“现在实际是什么”,第二次标“这个空间以后将容纳什么”。如果当前是临时栅,就不能把它的移除解释成对最终金属栅的刻蚀。区分当前身份与未来功能,能够避免常见的工序时序错误。
原始资料链接
参考来源
Replacement Metal Gate Process for CMOS Integrated Circuits
Hiroaki Niimi, Seung-Chul Song
US20140315361A1 · Texas Instruments Inc · 申请 2014
Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits - MOS Transistor
Chenming Hu
Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits · Ch6 MOS Transistor