Yüksek dielektrik sabit kapı dielektrik/metal kapı için FA CMP teknolojisi

Yüksek dielektrik sabit kapı dielektrik ve metal kapı teknolojisi (bundan böyle HKMG olarak anılacaktır) Moore Yasası'nın 45/32 nm düğümünde devam etmesine izin verir. Mevcut HKMG işlemi, "ilk kapı" ve "arka kapı" olmak üzere iki ana entegrasyon şemasına sahiptir. [Kapı "da değiştirilebilir bir kapı olarak da adlandırılır (bundan böyle RMG olarak anılacaktır). Bu işlemi kullanırken, yüksek dielektrik sabit kapı dielektrikinin yüksek sıcaklık adımından geçmesi gerekmez, bu nedenle VT ofseti küçük ve Çipin güvenilirliği daha yüksektir. Bu nedenle, endüstri yüksek performanslı yongalar üretirken RMG sürecini seçmeye daha eğilimlidir. Bununla birlikte, RMG işlemi daha fazla süreç adımı içerir ve daha fazla süreç zorluğu ve tasarım kısıtlamalarıyla yüzleşir. Zorluklardan biri Düzlüğü başarmak son derece zordur.

Tipik RMG işlem akışı içerir (Şekil 1): Geçici bir polisilikon kapı yapısının oluşumu, bir ilk ara katman dielektrik (ILD0) silikon oksidinin birikimi, geçici polisilikon kapısı tamamen açıklanana kadar ILD0 kimyasal mekanik parlatma ve Dringing polisilikon kapısını kaldırır. Polar, çalışma fonksiyon malzemelerinin birikimi, metalik alüminyumun birikmesi ve metalik alüminyumun kimyasal mekanik parlatılması. RMG işlem adımlarından biri olarak, ILD0 kimyasal mekanik parlatma, HKMG yapısının düzgün oluşumu için kritik öneme sahiptir.

Kapı yapısı çok katı boyutsal kontrol (WI ve WID) gerektirdiğinden, nihai parlatma kalınlığını sıkı bir şekilde kontrol eden bir işlemin olmaması, kapı direnci dalgalanması ve yetersiz kapı doldurma gibi bir dizi süreç entegrasyon problemine yol açacaktır. Kaynak/tahliye maruziyeti ve daha fazlası. Bu sorunlar sonuçta çipin performansına zarar verecektir. Çipin mükemmel performansını ve güvenilirliğini sağlamak için, üretim süreci WIW, WID ve WTW'nin kalınlık farkını kesinlikle kontrol etmelidir.

Uygulamalı malzemeler, ILD0 kimyasal mekanik parlatma sırasında WIW, WID ve WTW kalınlığı kontrol sorunlarını ele almak için Reflexion® LK makinesinde üç aşamalı bir CMP işlemi başarılı bir şekilde geliştirmiştir. İlk adım (P1), öğütme ILD0 dielektrik malzemesinin çoğunu giderir; İkinci adım (P2), FA ile taşlamaya devam eder, kapı bölgesindeki silikon nitrür tabakasına temas ettikten sonra durur; Üçüncü adım (P3), Bölgedeki silikon nitrür tabakası tamamen aşınmış ve polisilikon kapısı tamamen açığa çıkar. Şekil 2, ILD0 CMP sırasında hendek bölgesinde silika tane çıkarma işleminin tamamını göstermektedir.

deneysel detaylar

Uygulamalı Malzemeler 'Reflexion® LK öğütme makinesi, beş ayrı bölgedeki basıncı kontrol eden bir Titan Contourtm öğütme kafası kullanan bir FA öğütme diski ve iki standart döner taşlama diski içerir (Şekil 3). FA öğütme diski, 3m'den bir Slurryfreetm sabit aşındırıcı makara ve Slurryfree P6900 taban parlatma pediyle donatılmıştır. Slurry öğütme diski, Dow Chemical Co., Ltd. tarafından üretilen bir IC1010TM parlatma pedi ve 3M şirket tarafından üretilen bir parlatma pedini onarma fırçasıyla donatılmıştır. P1, Cabot Corporation tarafından üretilen yarı sperser SS-12 silika bulamaç kullanıyor; P2 bir FA bulamaç kullanır; ve P3 özel bir bulamaç kullanır.

Bu makale, farklı süreçlerin performansını değerlendirmek için basitleştirilmiş bir kapı yapısının (Şekil 4) kullanımını birleştirecektir. Kapı bölgesinin yapısı yukarıdan aşağıya: silikon oksit/silikon nitrür/polisilikon/kapı oksit/tek kristal silikon ve [oluk ", kapı ile kapı (yapı: silikon oksit)/monokristalin silikon arasındaki bölgeye atıfta bulunur. ). 50 μm'den büyük bir boyuta sahip olan ölçüm alanında, film kalınlığı nanometriden Nanotm 9010B kullanılarak ölçüldü. 100 nm'den daha az bir kapı boyutuna sahip ölçüm noktaları için, elektron mikroskopisi (SEM) taramasıyla uzunlamasına kesit gözlemi gereklidir. Bu yazıda, numunenin bir kısmı gofretin uzunlamasına bölümünü elde etmek için mekanik bölünme ile elde edilir; numunenin başka bir kısmı, uzunlamasına kesiti ortaya çıkarmak için kısmen odaklanmış bir iyon ışını (FIB) tarafından kesilmiştir.

Sonuçlar ve tartışma

P3, seçici olmayan bir bulamaç gerektirir

P3'ten sonra düzlük gereksinimi çok katı olduğundan, P3'ün öğütülmesi seçici olmayan bir bulamaç kullanma eğilimindedir. Bulamaç, silikon nitrür, silikon oksit ve polisilikon üzerinde önemli bir aşındırıcı orana sahiptir. İlk olarak, silikon nitrürün öğütme oranı, polisilikon kapısının tamamen maruz kalmasını sağlayacak kadar yüksek olmalıdır. Silikon oksitin parlatma hızı, silikon nitrür ve polisilikondan önemli ölçüde daha düşükse, oluk bölgesinin önemli ölçüde dışbükey olmasına ve aşırı öğütme ile bozulmasına neden olabilir. Polisilikonun parlatma oranı silikon nitrür ve silikon oksitten önemli ölçüde daha düşükse, kapı ve hendek arasındaki yükseklik farkı yetersiz veya aşırı taşlamaya çok duyarlıdır. Seçici olmayan bir bulamaç kullanımı, farklı P3 öğütme süreleri nedeniyle kapı ve hendek arasındaki yükseklik farkındaki değişimi azaltacaktır.

P2 FA işlemi, P3'ten sonra hendek silikon oksidinin wid kalınlık farkını azaltabilir

FA işlemi, sığ hendek izolasyonunun (STI) doğrudan öğütme için yaygın olarak kullanılmıştır. FA, silikon nitrür yüzeyinde seçici olarak durabilir ve mükemmel parlatma düzlüğü ve düşük içbükey kusurlar sergileyebilir. STI'ya benzer şekilde, ILD0'in öğütülmesi, silikon nitrürün yüzeyinde durma adımını da içerir. Bu son derece düşük silikon nitrür kaybı ve çok düşük silikon oksit girinti kusurları FA'yı ILD0 taşlama işleminde WIW ve WID kalınlık kontrolünün anahtarı yapar. Kapı-yoğun bölgede, küçük özellik boyutu nedeniyle, içbükey kusurlar FA işlemine veya oldukça seçici bulamaç (HSS) taşlama işlemine bakılmaksızın genellikle düşüktür (Şekil 5). Bununla birlikte, periferik bölgede, özellik boyutu 50 veya daha fazla ulaşabilir, HSS öğütme işlemi genellikle önemli içbükey kusurlar (> 200?) Üretirken, FA öğütme işlemi hala düşük içbükey kusurları korur (<50?).

Bu nedenle, FA işleminden sonra hendek silikon oksit genişliğinin kalınlık farkı ve HSS işlemi karşılaştırılır, birincisi ikincisinden önemli ölçüde daha düşüktür. P3 seçici olmayan bir bulamaç kullandığından, P2'den sonra yüksek konkave kusurları, p3 sonrası hendek silikon oksidinin vid kalınlığında doğrudan yüksek bir farka yol açar (Şekil 5). P3'ten sonra vid kalınlığındaki fark, gofretin uzunlamasına bölümünün SEM fotoğrafından açıkça görülebilir.