Diagrama de flujo del proceso FinFET

1. Introducción a los FinFET

FinFET se llama Fin Field Effect Transistor (FinField-Effect Transistor; FinFET) es un nuevo transistor semiconductor de óxido de metal complementario (CMOS). La longitud de puerta puede ser inferior a 25 nm. El inventor de esta tecnología es el profesor Hu Zhengming de la Universidad de California, Berkeley. Fin significa aleta de pez, y FinFET se denomina de acuerdo con la similitud entre la forma del transistor y la aleta de pez.

1.1 Características principales

La región del canal es un semiconductor en forma de aleta rodeado por una puerta. La longitud de la aleta a lo largo de la dirección fuente-drenaje es la longitud del canal. La estructura envuelta en compuerta mejora la capacidad de control de la compuerta y proporciona un mejor control eléctrico sobre el canal, lo que reduce la corriente de fuga y suprime los efectos de canal corto.

1.2 Clasificación

El profesor Hu Zhengming y otros, respectivamente, diseñaron dispositivos FinFET de silicio a granel (Fin FieldEfect Transistor, FinFET) y dispositivos SOI FinFET.

Sobre la base de los dispositivos FinFET de silicio a granel y los dispositivos SOI FinFET, se ha derivado una variedad de estructuras con mayor rendimiento y menor consumo de energía, como dispositivos FinFET de puerta de anillo, dispositivos FinFET de puerta Π y dispositivos FinFET de puerta Ω. Sobre la base de sustratos SOI, se han realizado FinFET con diferentes estructuras, como puerta doble, puerta triple, puerta Pi, puerta Omega, puerta en anillo, etc.

2. Flujo del proceso FinFET

El proceso de front-end FinFET adopta una estructura tridimensional. La dificultad del proceso FinFET es formar la forma de Fin. A continuación, se presenta una breve introducción a los diferentes flujos de proceso de Fin.

2.1 Pasos de fabricación y detalles del proceso de Estructura de aleta

2.1.1 Diagrama de flujo de la fabricación de aletas por el método de proceso SADP

Paso 1: deposite una capa auxiliar en la superficie de silicona limpia ① para formar 〖Si〗_3 N_4 para obtener ②.
Paso 2: Grabe la capa auxiliar mediante fotolitografía para formar una estructura similar a una puerta para obtener ③, cuyo ancho es el espacio entre las aletas adyacentes.
El tercer paso: depositar una capa de óxido de silicio SiO_2 en la superficie como una máscara dura para obtener ④.
Paso 4: Al controlar el grosor de SiO_2, el ancho de Fin se puede controlar para obtener ⑤.
Paso 5: use grabado en seco para formar una forma similar a la pared lateral de la puerta, como se muestra en ⑥.
Paso 6: luego retire la capa auxiliar ⑥ y la forma restante es la placa de máscara dura ⑦ que forma la aleta ultrafina.
Paso 7: ⑦ Retire la máscara dura después del grabado en seco para formar una aleta ultrafina como se muestra en ⑧.

2.1.2 Diagrama de flujo de fabricación de aletas mediante tecnología de litografía de transferencia lateral

Paso 1: crecer y depositar una estructura de capas apiladas de 4 capas sobre un sustrato de silicio.
El segundo paso: máscara de fotolitografía, grabado de SiN, deposición de polisilicio para formar paredes laterales y luego grabado en seco.
Paso 3: Retire SiN con ácido fosfórico, dejando paredes laterales de polisilicio.
El cuarto paso: grabado en seco de las capas de película de SiO_2, SiN y SiO_2.
Paso cinco: use la estructura ONO como una máscara dura para grabar en seco para formar una estructura FIN.
Paso 6: Rellene las ranuras entre las estructuras FIN con una capa de óxido y luego densifique la capa de óxido.
Paso Siete: Pulido Químico Mecánico (CMP).
Paso 8: Vuelva a grabar en húmedo (retrograbado) para formar una región de aislamiento de óxido para exponer la estructura FIN.

2.2 Pasos de fabricación y detalles del proceso de la estructura FinFET

El profesor Hu Zhengming y otros diseñaron dispositivos FinFET de silicio a granel y dispositivos SOI FinFET respectivamente, y desarrollaron diferentes estructuras FinFET sobre esta base.
Puede haber algunas diferencias en el flujo del proceso FinFET de diferentes estructuras. A continuación, se presenta brevemente el flujo del proceso de la estructura FinFET.

2.2.1 Pasos del proceso de puerta Full Surround FinFET basado en sustrato de silicio a granel

El primer paso: ajustando las condiciones de deposición, el método PECVD puede lograr una cobertura de paso de alrededor del 50% para obtener (b).
Paso 2: Vuelva a grabar SiO_2 de forma isotrópica, controle el tiempo de grabado, elimine el SiO_2 de la pared lateral de Fin y mantenga el SiO_2 en la superficie superior del sustrato y en la superficie superior de Fin, como se muestra en la figura (c).
Paso 3: Con un método similar, deposite el 〖Si〗_3 N_4 no conforme. Después del grabado isotrópico, se retira el 〖Si〗_3 N_4 de la pared lateral de la aleta, mientras que la superficie superior del sustrato y la superficie superior del la aleta 〖Si〗_3 N_4 se retiene para obtener (d).
El cuarto paso: deposición y grabado anisotrópico para formar paredes laterales de SiO_2 para proteger las paredes laterales de Fin, el resultado se muestra en la Figura (e).
Paso 5: defina la posición del canal mediante fotolitografía, las partes de fuente y drenaje 〖Si〗_3 N_4 se protegen con fotorresistente, y 〖Si〗_3 N_4 que no está protegido con fotorresistente se elimina mediante grabado selectivo. De esta manera, la superficie de silicio debajo de la región del canal queda expuesta, como se muestra en la Figura (f).
Paso 6: Adoptando además un proceso de grabado isotrópico, se graba el silicio expuesto y, finalmente, se forma una estructura suspendida debajo de la región del canal, como se muestra en la figura (g).
Paso 7: Después de grabar SiO_2 y 〖Si〗_3 N_4, SiO_2 se vuelve a depositar y, a través de los procesos de planarización y grabado, solo queda una capa de SiO_2 en el sustrato de silicio a granel para el espacio entre la puerta y el aislamiento del sustrato .
Paso 8: Al controlar el grosor de la capa de SiO_2, asegúrese de que haya un espacio entre la aleta suspendida y el SiO_2, el resultado se muestra en la Figura (i).

Nota: Los procesos posteriores, como la implantación del canal, la formación de la capa dieléctrica de la puerta, la definición de la puerta policristalina, la formación de paredes laterales, la implantación de fuente-drenaje y el contacto con siliciuro, son todos iguales a los procesos FinFET convencionales.

2.2.2 Proceso de estructura PMOS FINFET del canal de silicio germanio

El diagrama de bloques y el diagrama de flujo del proceso de fabricación del canal de silicio-germanio PMOS FINFET se muestran respectivamente a continuación.

Diagrama de bloques del proceso de fabricación del canal de germanio de silicio PMOS FINFET

Diagrama de flujo de fabricación del canal de germanio de silicio PMOS FINFET

Paso 1: preparación de obleas de silicio epitaxial con espesor de escala micrométrica.
El segundo paso: depositar óxido y nitruro a modo de máscara dura (Hard mask).
Paso 3: Grabe la máscara dura y el sustrato de silicio mediante fotolitografía (grabado en ángulo recto), deposite una capa gruesa de óxido en las coordenadas especificadas como el área STI, grabe la capa de óxido para filtrar el FIN de silicio.
Paso 4: deposite una fina capa de óxido como capa protectora para la implantación posterior.
Paso 5: implantación de pozo e implantación de ajuste de voltaje de umbral.
Paso 6: recocido térmico rápido (RTA) en la región del pozo.
Paso siete: elimine la capa de óxido de sacrificio restante con ácido fluorhídrico diluido (HF).
Paso 8: hacer crecer epitaxialmente de forma selectiva una estructura de canal de germanio de silicio (incluida la capa de amortiguación de silicio inferior, la capa intermedia de germanio de silicio y la capa de tapa de silicio superior) en la estructura FIN de silicio expuesta.
Paso 9: Crecimiento de la capa de óxido de puerta.
Paso 10: Deposite y forme una puerta de polisilicio sin dopar y forme una puerta exponiendo y grabando el polisilicio.
Paso 11: Depositar óxido y nitruro como paredes laterales de compensación Depositar óxido consiste en oxidar el polisilicio dos veces para eliminar la tensión en la superficie del polisilicio.
Paso 12: Implantación de Halo (HALO): Los iones B se implantan en un cierto ángulo para formar una estructura HALO.
Paso 13: Implantación de extensión S/D: La implantación de iones de baja energía forma una estructura de extensión de fuente-drenaje (SDE).
Paso 14: deposite y desarrolle nitruro como la segunda pared lateral.
Paso 15: Implantación de fuente y drenaje (S/D).
Paso 16: recocido láser rápido después de la implantación.
Paso 17: Deposite la aleación de NiSi como siliciuro de contacto (silicidación de contacto).
Paso 18: Forme los contactos de la fuente, la compuerta, el drenaje y el sustrato de silicio, haga los orificios de contacto (Contacto) y Metal.
El decimonoveno paso: capa de metal posterior y vía (Metal y Vía) y proceso de capa de pasivación.

2.2.3 Diagrama de flujo del proceso SOI FinFET

El primer paso: (a) primero cubra el sustrato con una capa de máscara dura en la superficie superior del silicio a granel.
Segundo paso: (b) Obtener aletas de silicio.
Paso tres: (c) Deposición de óxido.
Paso cuatro: (d) Deposición de óxido de puerta.
Paso 5: (e) Dispositivo FinFET a granel después de la deposición de polisilicio.
Paso 6: (f) FinFET finalmente obtiene el dispositivo.

2.2.4 Principales pasos del proceso de Fin FET

El primer paso: (a) Primero oxidar una capa de película de SiO2 sobre el silicio a granel para liberar el exceso de tensión durante el proceso y luego depositar la capa de SiN.
El segundo paso: (b) Use una máscara de isla de silicio especialmente diseñada para realizar una exposición ultravioleta profunda y obtener aletas de silicio después de varias veces de grabado.
El tercer paso: (c) La capa de sacrificio de SiO2 se forma por oxidación en ambos lados de la aleta de silicio.
Paso 4: (d) Grabe para eliminar y pele completamente la capa de sacrificio de SiO2 para eliminar el daño causado por el grabado.
El quinto paso: (e) hacer crecer una capa de óxido de puerta muy delgada en ambos lados de la aleta de silicio.
Paso 6: (f) Deposite polisilicio y forme una puerta de polisilicio después de la exposición, el grabado y otros procesos.

Nota: Los pasos del proceso subsiguientes son similares al proceso MOS de silicio planar.

3 Resumir el proceso FinFET

El proceso principal del proceso FinFET incluye grabado de aletas, deposición de óxido, pulido mecánico químico de óxido, grabado de óxido, deposición de capa de óxido de puerta, deposición de polisilicio y otros pasos.