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外延

一种在衬底上生长或沉积单晶薄膜的方法。
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描述

外延是一种在结构或表面上生长或沉积单晶薄膜的方法。外延有两种类型——同外延和异外延。同质外延是在相同成分的衬底上生长薄膜的过程。异质外延是生长在基片上的薄膜,基片具有不同的成分。

外延硅是用气相外延(VPE)生长的。这是化学气相沉积(CVD)的改进。另一种技术,分子束外延(MBE),主要用于化合物半导体。MBE是一种慢速、视线内的技术,不适合填充沟渠等三维结构。

对于硅工艺,外延被用于源漏和应变工程技术。它们也在芯片设计的渠道中发挥着重要作用。

通道的重大变化发生在90nm,当时业界在该地区引入了应变工程。芯片制造商使用毯状外延工艺,在PMOS晶体管中集成硅锗(SiGe)压力源或晶格畸变。这反过来又提高了空穴迁移率和驱动电流。

利用同样的epi工艺,芯片制造商正朝着从20nm开始的NMOS应变工程方向发展。NMOS晶体管需要拉伸应变,以提高驱动电流。

尽管如此,今天的应变硅技术仍面临压力。因此,芯片制造商可能需要在10nm或7nm通道上进行材料更改。曾经,主要的候选材料是用于PMOS的锗(Ge)和用于NMOS的砷化铟镓(InGaAs)。(Ge的电子迁移率为3900平方厘米/ vs,而硅的电子迁移率为1500平方厘米/ vs。InGaAs的电子迁移率为40000 cm-square / vs。)

Ge和III-V速度快,但由于与硅的晶格不匹配而难以实现。现在,该行业正在寻找一种更简单的方法。芯片制造商可能会在10纳米或7纳米的PMOS上使用SiGe,这取决于公司和需求。对于NMOS来说,该行业可能会坚持使用拉伸硅。

在任何情况下,在沟道中沉积Ge、SiGe或III-V材料主要有两种方法-毯状和选择性epi。地毯式方法要求在表面的每一个地方都生长epi材料。在选择性中,epi材料只生长在表面的选择部分。

目前,一些人更喜欢传统的综合方法。然而,这种全面的方法也有一些缺点。使用地毯式epi,芯片制造商可能会在不需要的区域沉积材料。在这种情况下,IC供应商必须蚀刻掉这些材料。总而言之,毯式肾上腺素可能有更多的加工步骤,可能会使其更昂贵。

因此,选择性外源性免疫也是可行的。在选择性方面,工具可以将材料与其他类型的材料混合和匹配。但在某些方面,它比一揽子计划免疫要复杂得多。

例如,Imec已经展示了一种选择性生长过程,将锗和InGaAs柱沉积到有图案的氧化物沟槽中,以制造用于设备制造的“虚拟基底”。利用这项技术,Imec展示了它认为是第一个III-V型finfet集成在300mm硅片上的外延。

Imec的工艺首先使用标准的浅沟槽隔离工艺来创建模板,硅柱被二氧化硅包围。然后,二氧化硅帽被沉积在InGaAs最终要去的地方。在未覆盖的区域,硅柱被蚀刻掉,暴露的沟槽充满了锗。接下来,锗被二氧化硅覆盖,InGaAs区域暴露出来。

InGaAs支柱形成开始蚀刻出硅支柱,以创建凹底面,略宽于最终沟槽宽度。随后陆续沉积了锗、InP和InGaAs,逐渐适应了硅和InGaAs之间的晶格失配。窄沟槽是这一过程的关键:由于底部表面为圆形,位错倾向于以与沟槽两侧成一定角度形成,位错被困在沟槽侧壁上,而不是通过InP和InGaAs块体传播。通过更薄、更少时间的沉积,可以获得质量可接受的活性层。此外,通过选择性沉积,不需要蚀刻InGaAs,也不需要处理有毒的砷基蚀刻副产品。


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