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嵌入式源漏选择性外延(Embedded Source and Drain Selective Epitaxy)

Semi Connect 来源:Semi Connect 作者:Semi Connect 2022-11-29 16:05 次阅读

嵌入式源漏选择性外延是指在 MOS 晶体管的源漏区域,选择性地外延生长一层原位摻杂的半导体单晶层(如掺杂的单晶硅或锗硅)。这也是单轴应变(Uniaxial Strain) 的应用实例。因为使用嵌入式源漏工艺可以使得 MOS 场效应晶体管性能显著提升,包括开态电流的增大和开关速度的增加,故被广泛用于逻辑集成电路 65nm 以下技术节点。目前在集成电路工业中,对于p-MOS 场效应晶体管,嵌入式源漏工艺一般是指在源漏区域外延生长一层p型掺杂(如硼等)的单晶锗硅 SiGe;而对于 n-MoS 场效应晶体管,一般是指指在源漏区域外延生长一层n型掺杂(如磷、砷等)的单晶硅 Si 或碳化硅 SiC。

通常,选择性外延是在低温下进行的。降低外延生长温度的一个方法是降低工艺过程中的压力,目前减压的外延生长是在 40~100Torr 压力下操作的,所需的工艺温度约为 1000℃。当工艺压力进一步降低到 0.01-0.02Torr 时,操作的温度可以降低到 750~800°C。产生的应力大小除了与工艺参数和锗等杂质浓度的分布有关,还与锗硅与沟道不同的相对位置密切相关。

源漏选择性外延一般采用氮化硅或二氧化硅作为硬掩模遮蔽层,利用刻蚀气体抑制遮蔽层上的外延生长,仅在曝露出硅的源漏极区域实现外延生长。源漏选择性外延工艺一般包括外延前预清洗、外延 SiCoNi 清洗、原位氢气烘焙、选择性外延生长4个步骤。外延前预清洗一般在酸槽中进行,采用氢氟酸 (HF)和 RCA 清洗表面氧化层和杂质;外延 SiCoNi 清洗用于去除自然氧化层;原位氢气烘焙进一步降低硅片表面的氧原子、碳原子含量;选择性外延生长,即利用化学气相外延方法,通入反应气体源,包括硅源(如 SiH4、SiH2CL2、Si2H6等)、锗源(GeH4)、刻蚀气体 (HCl、Cl2)、载流气体(H2、N2)等,在硅片表面通过气相化学反应生长外延层。

对于 p-MOS 器件的嵌入式锗硅工艺,利用锗、硅晶格常数的不同,在源漏区域外延生长锗硅(晶格常数大于硅)后,在MOS 器件的沟道区会产生单轴压应力,可以提升p-MOS 器件的空穴迁移率。在嵌入式锗硅外延工艺开发中,一方面应通过外延工艺的优化提高锗硅的锗含量和增大原位掺杂浓度,以获得更高器件性能;另一方面还需要注意控制外延生长过程中产生的各种缺陷,如生长不均、晶格缺陷(如位错、堆叠缺陷)等。另外,随着技术的发展,器件结构的变化,嵌入式锗硅外延工艺也发生着相应的变化。早期平面 MOS 器件中嵌入式锗硅外延倾向于采用∑形状的结构,而随着三维器件 FinFET 的出现,锗硅外延更倾向于采用“U”形结构的源漏。

对于n-MOS 器件,源漏选择性外延技术主要包括在源漏区域掺杂硅外延生长和摻杂碳化硅外延生长两种技术。在n-MOs 器件中,通过掺杂硅在源漏区域的外延生长,可以提升源漏区域的硅表面水平位置,从而降低寄生电阻和后续硅化物产生的穿刺缺陷。为了进一步提升器件的性能,源漏外延 SiC 技术被提出,即在n-MOs 器件的源漏区选择性外延 SiC。 由于 SiC 晶格常数小于硅,将在n-MOS沟道区产生单轴张应变,从而可以提高沟道电子的迁移率。但在实际工艺中,由于碳和硅的晶格常数相差较大,源漏外延 SiC 会导致出现外延缺陷过多、应力释放等问题,因此该技术尚需进一步研发。

审核编辑 :李倩

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    发表于 11-24 18:13 739次阅读

    经典嵌入式开发学习网站推荐

    嵌入式操作系统 / opensource / resources / documentation / 728 编辑 删除 1. EG3 关于嵌入式开发的站点,提供非常多关于嵌入式开发的资料。包括
    发表于 11-25 02:24 595次阅读

    一些外国嵌入式网站分享分享

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    发表于 11-25 02:49 397次阅读

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    发表于 11-25 05:20 97次阅读

    分享一些国外嵌入式开发的网站

    嵌入式操作系统 / generator / compiler / opensource / tutorials / 582 编辑 删除 嵌入式开发 就是指在嵌入式操作系统下进行开发,一般常用的系统有
    发表于 11-25 05:22 265次阅读

    构建eCos嵌入式系统的步骤教程

    为商用产品。除了商用产品外,还有一些免费的嵌入式操作 系统,uClinux是其中比较流行的,而eCos则是另一个选择嵌入式可配置操作系统eCos( Embedded Configureable Operating System )的特点是可配置、可裁减、可移植
    的头像 发表于 07-22 06:11 3174次阅读

    嵌入式应用框架EAF详解

    EAF是Embedded Application Framework 的缩写,即嵌入式应用框架。嵌入式应用框架是 Application framework的一种, 是在嵌入式领域的应用框架。
    发表于 12-02 11:30 1704次阅读

    关于嵌入式应用框架(EAF)的探索

    EAF是Embedded Application Framework 的缩写,即嵌入式应用框架。
    发表于 12-10 14:28 538次阅读

    关于嵌入式应用框架(EAF)的分析

    EAF是Embedded Application Framework 的缩写,即嵌入式应用框架。嵌入式应用框架是 Application framework的一种, 是在嵌入式领域的应用框架。
    发表于 01-01 09:50 803次阅读

    探究Microwindows的嵌入式GUI设计

    嵌入式图形用户界面( Embedded GUI) 是嵌入式计算机系统的核心技术之一。本文首先阐述Embedded GUI的应用现状,指出Micro
    的头像 发表于 03-24 10:26 1390次阅读
    探究Microwindows的<b>嵌入式</b>GUI设计

    半导体之选择性外延工艺介绍

    通过图形化硅氧化或氮化硅掩蔽薄膜生长,可以在掩蔽膜和硅暴露的位置生长外延层。这个过程称为选择性外延生长(SEG)。
    的头像 发表于 09-30 15:00 1672次阅读

    外延工艺(Epitaxy

    固相外延,是指固体在衬底上生长一层单晶层,如离子注入后的热退火实际上就是一种固相外延过程。离于注入加工时,硅片的硅原子受到高能注入离子的轰击
    的头像 发表于 11-09 09:33 2621次阅读

    什么是嵌入式嵌入式技术发展历程及趋势

    嵌入式系统(Embedded System),IEEE(美国电气和电子工程师协会)对嵌入式系统的定义是:用于控制、监视或辅助操作机器和设备的装置。
    发表于 12-30 11:00 1386次阅读

    半导体制造之外延工艺详解

    嵌入式外延生长,LED衬底上的外延生长等。根据生长物相狀态的不同,外延生长方式可以分为固相外延、液相外延、气相外延。在集成电路制造中,常用的外延方式是固相外延和气相外延
    的头像 发表于 02-13 14:35 2597次阅读

    飞凌嵌入式亮相德国纽伦堡Embedded World 2023!

    飞凌嵌入式亮相Embedded World 2023国际嵌入式展,为全球产业上下游合作伙伴和客户带来了来自中国的嵌入式主控产品、动态方案和应用案例。
    的头像 发表于 03-16 09:18 0次阅读
    飞凌<b>嵌入式</b>亮相德国纽伦堡<b>Embedded</b> World 2023!

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