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【摘要】

應(yīng)變工程技術(shù)被認(rèn)為是將摩爾定律延伸的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前該領(lǐng)域的發(fā)展主要從器件的材料、結(jié)構(gòu)、工藝三個(gè)方面進(jìn)行解決，其中，以工藝改進(jìn)的發(fā)展最為迅猛。本文從專利技術(shù)方面分析應(yīng)變工程技術(shù)提高半導(dǎo)體MOSFET集成度的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】

應(yīng)變工程技術(shù)；集成度；淺溝槽隔離；拉伸；壓縮

1前言

歷史上第一塊集成電路是1958年由美國(guó)德州儀器公司工程師杰克。基爾比發(fā)明的。1964年，Intel創(chuàng)始人之一戈登•摩爾提出摩爾定律，多年來，沿著摩爾定律提供的途徑，人們一直采用對(duì)MOSFET進(jìn)行等比例微縮來增加器件速度，然而隨著MOSFET尺寸的縮小，常規(guī)的等比例微縮方法遇到了以短溝道效應(yīng)為核心的一系列問題。對(duì)于小尺寸MOSFET主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)光刻技術(shù)方面;(2)加工精度方面;(3)高溫氧化和擴(kuò)散工藝的擴(kuò)散區(qū)較深而不容易控制。對(duì)于上述技術(shù)問題，目前該領(lǐng)域的發(fā)展主要從器件的材料、結(jié)構(gòu)、工藝三個(gè)方面進(jìn)行解決，其中，以工藝改進(jìn)的發(fā)展最為迅猛，且對(duì)提高M(jìn)OSFET器件集成度的專利申請(qǐng)進(jìn)行分析后，MOSFET器件的制備方法及工藝的申請(qǐng)量也最多。

2應(yīng)變工程技術(shù)提高

MOSFET集成度原理簡(jiǎn)析應(yīng)變工程技術(shù)被認(rèn)為是將摩爾定律延伸的關(guān)鍵技術(shù)之一，即通過引入局部單向拉伸或壓縮型應(yīng)力到MOSFET的導(dǎo)電溝道，從而在柵極電介質(zhì)層厚度變薄或保持不變的情況下使驅(qū)動(dòng)電流大幅增長(zhǎng)，最終提高M(jìn)OSFET的器件性能。對(duì)硅襯底中的導(dǎo)電溝道而言，能夠產(chǎn)生局部單向應(yīng)變的可用結(jié)構(gòu)通常有SiGe和SiyC1－y，必須針對(duì)PMOS和NMOS分別設(shè)計(jì)局部單向應(yīng)變的結(jié)構(gòu)。其中，對(duì)PMOS引入壓縮型應(yīng)力增加空穴的遷移率稱為局部單向壓縮型應(yīng)變，而對(duì)NMOS引入拉伸型應(yīng)力提高電子的遷移率稱為局部單向拉伸性應(yīng)變。日本日立株式會(huì)社于1983年8月8日提交的申請(qǐng)“半導(dǎo)體器件及制備方法”(申請(qǐng)?zhí)朖PS58132975)中首次將應(yīng)變工程技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體器件，該申請(qǐng)將單晶硅作為襯底，在其上形成硅活性層，并在硅活性層中形成拉伸應(yīng)變，應(yīng)用于MOSFET器件時(shí)，提高載流子遷移率。進(jìn)入上世紀(jì)90年代，各國(guó)紛紛對(duì)應(yīng)變工程技術(shù)進(jìn)行了較深入的研究，其中具有代表性的有加利福尼亞大學(xué)申請(qǐng)的“具有應(yīng)變結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管”(US19900563038)、摩托羅拉公司申請(qǐng)的“遷移率提高了的MOSFET器件及其制造方法”(US19960642820)。進(jìn)入21世紀(jì)后，應(yīng)變工程技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，目前的應(yīng)變工程技術(shù)主要有:沉積拉伸或壓縮型應(yīng)力的氮化硅覆蓋層;在淺溝槽隔離(STI)和金屬化前電介質(zhì)(PMD)結(jié)構(gòu)中增加拉伸或壓縮型應(yīng)力的氧化物層;以及鍺硅外延層填充刻蝕或升高的源、漏極區(qū)域等等。

3應(yīng)變工程技術(shù)提高

MOSFET集成度的技術(shù)路線梳理通過梳理應(yīng)變工程技術(shù)在提高M(jìn)OSFET集成度方面的專利后，可以得到主要相關(guān)的專利368件，分析后可以得出應(yīng)變技術(shù)對(duì)MOSFET集成度產(chǎn)生的技術(shù)效果，應(yīng)變工程技術(shù)在提高M(jìn)OSFET集成度方面的效果。本文針對(duì)在淺溝槽隔離和金屬化前電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中增加拉伸或壓縮型應(yīng)力的氧化物層的技術(shù)發(fā)展路線，清楚梳理出在STI和PMD結(jié)構(gòu)中增加拉伸或壓縮型應(yīng)力的氧化物層的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，發(fā)現(xiàn)其主要集中在填充結(jié)構(gòu)上，比如美國(guó)2003年申請(qǐng)?zhí)枮閁S10/643，461的專利，要求保護(hù)基板上的場(chǎng)效應(yīng)晶體管含有位于該基板中的溝道。該FET更進(jìn)一步包含位于該溝道上的第一柵極介電質(zhì)，該第一柵極介電質(zhì)具有第一熱膨脹系數(shù)。該FET還包含位于該第一柵極介電質(zhì)上的第一柵極電極層，該第一柵極電極具有第二熱膨脹系數(shù)，第二熱膨脹系數(shù)系不同于第一熱膨脹系數(shù)。2005年美國(guó)的申請(qǐng)?zhí)枮閁S20050906335的專利，要求保護(hù)FINFET具有SiGe/Si疊層?xùn)艠O，并且在柵極的SiGe部分硅化之前有選擇地蝕刻以形成柵極間隙，所述柵極間隙使柵極足夠薄以便完全硅化，在硅化后，用應(yīng)力氮化物膜填充柵極間隙以在溝道中產(chǎn)生應(yīng)力并提高FINFET的性能。進(jìn)入2010后，中國(guó)公司的申請(qǐng)量明顯增多且在該技術(shù)分支占據(jù)了主導(dǎo)地位，如上海宏力半導(dǎo)體2011年申請(qǐng)的專利(CN201110102990)，提供絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅;刻蝕所述頂層硅至露出絕緣埋層，形成有源區(qū);在有源區(qū)的頂層硅側(cè)壁及頂部形成絕緣氧化層;進(jìn)行熱氧化處理，使頂層硅向上彎曲。INST公司在2012年申請(qǐng)的專利“MOSFET襯底上源、漏隔離結(jié)構(gòu)”(CN2012010135857)在STI中填充不同的材料產(chǎn)生不同的壓縮或者拉伸應(yīng)力，從而在溝道橫向產(chǎn)生高遷移率載流子。

4技術(shù)綜述在審查實(shí)踐中的應(yīng)用

綜述所述，通過整理應(yīng)變工程技術(shù)提高半導(dǎo)體MOSFET集成度的專利技術(shù)脈絡(luò)，可以幫助專利審查員建立以時(shí)間為軸、包括技術(shù)手段、技術(shù)效果、申請(qǐng)人的資料庫(kù)，能夠快速提升審查員在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)敏感度，為審查員在實(shí)踐中準(zhǔn)確理解發(fā)明、把握技術(shù)內(nèi)容并快速尋找對(duì)比文件提供指導(dǎo)，從而提高審查效率。

作者：許鐵柱 單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心