28nm Planar Flow预览

RV Nitride Deposition

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CB Oxide Deposition

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259CB Oxide Deposition
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工艺截面图

NWPWDNWGateCB · CB Oxide Deposition (passivation SiO2)TaNTiAlMetal GateILD0AlWSTIeSiGeGate OXBARCNWPWSiOCNImplant CImplant NImplant AsImplant SbImplant PImplant FImplant InDNWSiHint bandILB BarrierRV PEOXNiSiSiO2PEOXSiNCESLNDCCap OXTiN MHMNFDARCPolylow-k (BDII)HfO2TEOS OxideTa/TaNAPFCuBottom OxideTiNILBTa

本步要点

与工艺流程中其他位置的多晶氧化物或 STI 衬里氧化物相比,CB 氧化物针对接触模块集成进行了优化,更加侧重于共形性、缺陷修复和界面洁净度,而非体隔离性能 。

原理展开

器件背景与集成逻辑

CB 氧化物沉积工艺紧接于 APL 刻蚀、清洗及刻蚀后氧处理之后实施,其目的是在 MOL 模块中接触层衬里形成之前,重新建立一个化学稳定的介电表面 。前序 APL 刻蚀会暴露硅、硅化物以及残余介电层表面,这些表面具有较高的化学反应活性和缺陷密度,若不进行钝化处理,将在后续氮化物和金属薄膜沉积过程中引发不可控的界面反应 。通过沉积共形的接触底部(CB)氧化物,该步骤在电学上将有源器件区域与接触沟槽侧壁隔离,同时为后续 CB 氮化物沉积及接触图形化流程定义一个受控的介电界面 。这种介电准备确保后续 CB 氮化物沉积在化学上均一的氧化物表面上进行,从而在接触刻蚀和金属填充过程中最小化界面陷阱形成和漏电通道,符合半导体器件物理中关于 MOS 界面稳定性的基本原理 。

物理与化学机理

CB 氧化物薄膜通过表面反应受限的介电沉积机制形成,其中前驱体物种在先前 O

₂ 处理 (工程实践) 所生成的羟基终止或氧稳定化表面上发生化学吸附并反应。该反应机制类似于共形 CVD 或 ALD 氧化物生长,自限性的表面化学反应确保在凹陷的接触结构中也能实现均匀覆盖,这一点已在高纵横比结构中共形阻挡层和介电层的形成中得到验证 。所形成的非晶氧化物阻断了硅或硅化物与后续沉积的导电衬里之间的直接电子耦合,通过增加界面处的有效势垒宽度来降低隧穿辅助漏电,这与 MOS 结构中经典的能带弯曲和界面陷阱模型一致 。此外,通过消除悬挂键以及残留的碳或氟相关刻蚀损伤,该氧化物抑制了缺陷辅助扩散通道的形成,这些通道在后续热处理中可能扩展,其作用机理类似于致密阻挡层所讨论的扩散阻挡行为 。

材料与方法选择逻辑

选择氧化物介电材料作为 CB 层,源于其与硅之间的热力学稳定性、与氮化物衬里的低化学反应性,以及能够形成低界面态密度、电学特性温和的界面,这一点在 Si–SiO₂ 体系中已得到长期验证 。与工艺流程中其他位置的多晶氧化物或 STI 衬里氧化物相比,CB 氧化物针对接触模块集成进行了优化,更加侧重于共形性、缺陷修复和界面洁净度,而非体隔离性能 。沉积方法的选择强调表面受控反应,以使薄膜均匀性与结构几何解耦,这一思路与先进互连中采用 ALD 阻挡层的设计逻辑一致 。工艺参数之间存在方向性交互关系:提高表面活化程度可增强成核密度,但可能放大等离子体诱导损伤;而更高的氧化剂反应性有利于缺陷钝化,却可能增加固定电荷,因此需要在保持结完整性和接触电阻的前提下进行平衡优化 。

28nm 节点特定考量

在 28nm 平面工艺节点下,接触尺寸和结深已高度缩小,使得寄生漏电和接触电阻对界面介电质量表现出极强的敏感性 。不同于更早的技术节点,CB 氧化物中即便是微小的不均匀性或针孔缺陷,也可能由于结面积减小而直接转化为统计意义上的漏电异常点,这一趋势与接触研究中报道的金属–半导体界面对尺度缩小的敏感性一致 。这使得 CB 氧化物沉积在功能上区别于较厚的 STI 或间隔层氧化物,后者主要用于隔离而非界面调控 。因此,在 28nm 节点,CB 氧化物作为一项精密的界面工程步骤,通过在高密度接触阵列中稳定电学行为,并为后续的氮化物衬里沉积及各向异性接触刻蚀提供可靠基础,发挥着关键作用 。

风险与挑战

  • [高] 由于表面钝化不完全导致的界面漏电:如果氧化物未能完全中和刻蚀引入的悬挂键或等离子体损伤,残余的界面态可能促进陷阱辅助隧穿并增加结漏电,这与 MOS 界面陷阱物理机制一致 。
  • [高] 凹陷接触结构中的非共形覆盖:表面反应控制不足可能导致接触底部或拐角处的氧化物变薄,形成局部电场增强及扩散通道,其行为类似于超薄膜中观察到的非连续阻挡层效应 。
  • [中] 固定电荷引起的阈值或漏电变化:氧化物中引入的过量电荷或极性键可能改变局部能带弯曲,从而影响载流子注入条件和漏电统计特性,这在器件物理中对氧化物–半导体界面的描述已有论述 。
  • [中] 与后续氮化物沉积的兼容性失效:氧化物表面化学兼容性不足或残留污染可能抑制均匀的氮化物成核,导致衬垫层不连续,其现象类似于金属沉积在介电层上时报道的附着与成核问题 。
  • [低] 应力诱导缺陷生成:CB 氧化物与下层材料之间的本征薄膜应力不匹配,可能在热循环过程中产生微缺陷,进而充当扩散或漏电通道,这是薄膜集成中的已知问题 。

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