侧墙是怎么只留在栅两边的？
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先覆盖一层薄膜
深蓝色为栅极，灰白色为硅衬底，橙色为同一次共形沉积的氮化硅薄膜。重点对比栅顶/两侧水平面（法线向上）与栅极侧壁（法线水平）在垂直刻蚀方向上的投影厚度差异。
栅极侧墙（Sidewall Spacer）无需额外光刻掩膜对准，就能在纳米尺度上将重掺杂源漏（S/D）注入与栅极导电沟道自对准隔开。本课沿共形介质沉积与无掩膜各向异性回刻（Etch-back）三阶段，解析同一层连续氮化硅薄膜如何利用表面几何朝向与等离子体离子方向性，转化为仅留在栅极两侧垂直壁面上的绝缘侧墙。
在栅极图形化与轻掺杂源漏扩展区（LDD）注入后，共形沉积使栅顶、栅极两侧垂直壁面和周围水平硅表面都均匀覆盖一层氮化硅薄膜。此时薄膜连成一片，还没有形成分开的侧墙。
- 物理化学机制
- 受表面反应控制的共形沉积（Conformal CVD/ALD）在水平面与垂直壁面上具有一致的法向成膜厚度；但由于几何投影关系，紧贴栅极垂直侧壁处的薄膜沿垂直方向（Z 轴）累积的纵向高度等于栅高加膜厚，远大于栅顶与源漏水平面上的单层膜厚。
- 工艺窗口与承接
- 此时整片晶圆被连续介质包裹，尚不能进行自对准源漏加工；但这层初始共形薄膜的沉积厚度直接决定了后续回刻完成后的侧墙横向关键尺寸（Spacer CD）。
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回刻去除水平膜
Spacer2 Etch 执行无掩膜各向异性干法回刻：垂直向下的方向性刻蚀更快去除栅顶和周围水平面上的氮化硅膜，而栅极两侧垂直壁面上的薄膜相对保留。对照前一幅图，观察同一层膜在不同朝向表面上的变化。
- 物理化学机制
- 在氢氟碳（CH₃F/CH₂F₂/O₂）等离子体中，垂直加速的离子向水平表面传递法向动量，持续打断表面钝化层并活化 Si–N 键，实现高速离子辅助化学去除；而在垂直栅侧壁上，离子仅作掠射而几乎不传递法向动量，氟碳氢聚合物（CHₓFᵧ）稳定沉积并阻挡自由基横向侵蚀。
- 工艺窗口与承接
- 回刻接近水平膜清除终点时，需依赖光学发射光谱（OES）终点检测与高选择比软着陆过刻蚀，確保在不磨穿下方氧化物衬垫、不引发源漏硅衬底回蚀凹陷（Si Recess）的前提下清净水平面。
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栅旁留下侧墙
水平面上的薄膜去除干净后，栅极左右两侧垂直壁面留下的介质结构就是自对准侧墙（Spacers）。侧墙沿栅极边缘形成，为后续源漏重掺杂注入和接触加工限定与栅沟道之间的精确距离。
- 物理化学机制
- 侧墙利用“共形沉积纵向投影差 + 各向异性离子垂直轰击”的几何自对准机制，直接将栅极台阶转变为空中无需掩膜对准的纳米级横向偏移挡墙，消除了传统光刻套刻偏差。
- 工艺窗口与承接
- 侧墙宽度直接调控器件核心电学权衡：若回刻过度导致侧墙变薄（CD Loss），重掺杂源漏会向沟道下方横向扩散过深，增大栅—漏重叠电容（C_gd）并恶化短沟道效应（DIBL）；若侧墙底部残留台阶（Foot），则会推远源漏结并增大串联寄生电阻。
本节要点
侧墙（Spacer）无需单独的光刻掩膜对准即可在栅极两侧建立纳米级精度的自对准偏置边界，其核心物理在于“保形沉积 + 各向异性无掩膜回刻”的几何投影路径差：前序保形沉积在栅顶、栅侧壁和源漏场区铺设等法向厚度的连续氮化硅膜；但在垂直向下看时，栅侧壁处薄膜的竖直累积高度等于“栅高 + 膜厚”，远大于水平面上的单倍膜厚。当第107步准直氟碳等离子体垂直轰击晶圆时，栅顶与场区水平膜先被同步蚀穿，而栅极两侧高耸的立面余量则自然残留为对称侧墙，为深源漏注入、自对准硅化物（Salicide）与后续RMG栅极空腔提供物理隔离。
查看工艺变化对照表
| 工艺维度 | 核心物理与选择性机制 | 窗口失配风险与验证边界 |
|---|---|---|
| 回刻前：连续保形覆膜 | 前序热法/ALD/PECVD在栅顶、侧壁和源漏水平面上沉积等法向厚度的连续介质膜，形成立面高、平面薄的竖直投影差。 | 初始沉积厚度与台阶覆盖率直接锁定最终侧墙底宽上限；连续覆膜状态下源漏硅面被完全遮蔽，无法进行硅化或重掺杂。 |
| 第107步内：各向异性回刻 | 鞘层垂直加速离子以法向高能量通量打断水平面化学键，而立面仅受掠射并在CHₓFᵧ钝化下维持极低横向腐蚀率。 | 各向异性不足会横向掏蚀侧墙导致有效沟道长度（L_eff）缩短；过刻蚀若击穿底部氧化衬垫则会造成源漏硅凹坑损伤。 |
| 第107步后：自对准保留侧墙 | 水平面清零瞬间立面剩余膜自动锁定在栅极两侧，无需掩膜对准即可继承栅极位置并设定源漏与硅化物偏置距离。 | 顶部肩部削角（Shoulder Faceting）会削弱后续RMG与SAC抗桥接裕度；理想截面轮廓不代表源漏硅表面无等离子体损伤。 |