英特尔45nm半导体工艺技术解析

　　美国EE Times杂志曾提到，英特尔公司45nm工艺技术的主要特点是采用铪基高k介电材料，将氮化钛（TiN）用于PFET取代栅极，并将TiN阻挡层与一种功函数调整金属组成的合金用于NFET取代栅极。

　　英特尔公司的45nm HKMG（高k金属栅极）技术的一些重点在于：高k栅极先加工、金属栅后加工的集成方式；氧化铪栅极介电材料（1.0nm EOT）；以及双带边功函数金属栅极（TiN 用于 PMOS，TiAlN 用于 NMOS）。栅极后加工集成是一个重点，需要在英特尔公司工艺流程中作进一步说明。

　　上面提到的“先加工”和“后加工” 是指按照多晶硅积淀工艺形成高k栅极和金属栅极的顺序。目前众所周知的是，英特尔公司在45nm节点采用了一种栅极后加工或取代栅极工艺流程。但这也引发了对其语义的激烈争论：它究竟是“栅极”还是“后加工”。

　　取代栅极流程让英特尔公司能够复用过去多晶硅栅极技术中的许多工艺步骤和工具。曝光多晶硅并形成传统二氧化硅及氮化硅侧壁分隔层的工艺，在源/漏极形成及它们的轻掺杂延伸区域中均利用了已获验证的自对准工艺。一旦这些步骤完成，多晶硅就被除去，而功函数金属取而代之被积淀。

　　但在第一次多晶硅积淀之前有一些很有趣的事情发生。与IEDM发表的文章叙述相反，英特尔公司在牺牲的栅极多晶硅之前积淀了第一个功函数金属层。

图1：英特尔公司Penryn PMOS晶体管结构。

图2：晶体管的物理栅极长度（LG）测量。

图3：0.346平方微米的SRAM单元。

　　对于P沟道晶体管，TiN紧跟着HfO2介电材料之后被积淀。添加铝形成TiAlN后可以将功函数调整为适合于N沟道晶体管。英特尔的工艺通过在多晶硅形成和图样化之前积淀首个功函数层可以保护HfO2免受多晶硅蚀刻。SI工程师把首个金属栅极层称为顶部接口层（TIL），因为它为HfO2电介质提供了无可否认的保护。P型金属栅极是TiN，添加铝后可形成TiAlN及适合于NMOS的功函数。在去除多晶硅牺牲层之后，在它们各自的N和P沟道晶体管中分别积淀 两种较厚的金属层，并通过多晶硅蚀刻在剩下的沟道底部和侧壁形成阻挡层。