原子層沉積用於單閘金屬/高介電層閘堆疊
雖然半導體產業花費多年尋找替代二氧化矽的材料,來做為電晶體的閘極絕緣層,而這只是這項替換中最簡單的部分。現在半導體產業已有共識,鉿氧化物和矽化物是最適合的高介電係數替代材料,在製作上接下來要面對的就是可靠度與良率的挑戰。
在高介電常數絕緣層的製程整合中,如何控制金屬閘與含鉿介電層的介面是最困難的項目之一,ASM以原子層沉積技術成長覆蓋層的製程,能改善介面品質並同時簡化製程整合。
ASM的產品經理Glen Wilk,解釋了這項製程整合所遭遇的困難,含鉿介電層需要搭配金屬電極,然而標準的先作閘極的製程,會使電極遭遇到源極/汲極活化的高溫製程。在這種超過1000℃的高溫下,許多可選用的金屬會變得不穩定,且會跟介電層反應。只有少數幾種貴金屬,例如白金和釕合金,能在高溫下保持安定,而且功函數符合高性能PMOS電晶體的需求。貴金屬向來以難以加工聞名,因為它們能抵擋大部分的蝕刻反應,大部分的廠商也希望能避免複雜的雙閘金屬閘製程。一個吸引人的取代方法就是在含鉿介電層和金屬閘極間做一層覆蓋層,這層覆蓋層定義了介面的功函數,也使得單一金屬(通常是TiN或TaN)可以做為nMOS和pMOS電晶體的電極。大部份建議的作法使用鑭氧化物(LaOx)做為nMOS的覆蓋層,用氧化鋁(AlOx)做為pMOS的覆蓋層。
濺鍍通常被用來沉積覆蓋層,濺鍍並不像其他化學氣相沉積或原子層沉積需要使用氣態前驅物,它只需要使用金屬靶材。不幸的是,濺鍍很容易損傷到裸露出來的介電層,而介電層正是電晶體結構中最重要的表面之一,而且介電層通常是以原子層沉積製作,在製作完介電層後切換到濺鍍系統,有可能使介電層表面受到污染。
ASM宣稱它已經開發出鑭氧化物和氧化鋁的原子層沉積製程,Wilk說「由於這兩種材料都是使用固態的前驅物,穩定的原子層沉積製程需要非常小心的製程控制,與穩定的前驅物輸送系統。鑭金屬非常容易與水反應,原子層沉積設備,必須做到從前驅物輸送系統到排放,都能夠防濕氣,否則就會發生阻塞或污染。」。ASM宣稱它的Polygon系統和Pulsar製程模組,為先做閘極的製程提供一個可靠的平台,可連續沉積介電層和覆蓋層。在先進的閘極堆疊製程中的三層膜(介電層、覆蓋層和金屬層),ASM皆可以原子層沉積技術製作。