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栅极替换工艺-技术原理与路线.docx
资料介绍
栅极替换工艺
一、栅极替换工艺的发展背景
随着摩尔定律的持续推进，集成电路的特征尺寸不断缩小，当晶体管工艺节点进入45nm以下领域后，传统的多晶硅栅极+二氧化硅栅介质结构遇到了难以克服的性能瓶颈。一方面，二氧化硅栅介质的物理厚度已经缩小到几个原子层，量子隧穿效应导致栅极漏电流急剧增大，器件静态功耗飙升，已经无法满足低功耗设计的需求；另一方面，多晶硅栅极存在多晶硅耗尽效应，当栅极尺寸缩小后，耗尽层宽度占栅极总厚度的比例显著提升，等效栅氧厚度增加，栅极控制能力下降，导致器件阈值电压漂移，驱动电流降低，严重影响晶体管的性能表现。
为了解决上述问题，高k栅介质+金属栅极的结构成为了业界公认的技术路线，而栅极替换工艺就是实现这一结构的核心制造方案。不同于先栅法（Gate First）在源漏注入之前就完成栅介质和栅极的成型，栅极替换工艺采用后栅工艺路线（Gate Last），先完成伪栅极的制备，再进行源漏激活等高温工艺，最后去除伪栅极并填充高k介质和金属栅极，有效避免了高温工艺对高k栅介质和金属栅极材料性能的破坏，成为了32nm到7nm及更先进工艺节点中主流的晶体管制造工艺。
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