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【摘要】

應變工程技術被認為是將摩爾定律延伸的關鍵技術之一，目前該領域的發展主要從器件的材料、結構、工藝三個方面進行解決，其中，以工藝改進的發展最為迅猛。本文從專利技術方面分析應變工程技術提高半導體MOSFET集成度的發展趨勢。

【關鍵詞】

應變工程技術；集成度；淺溝槽隔離；拉伸；壓縮

1前言

歷史上第一塊集成電路是1958年由美國德州儀器公司工程師杰克。基爾比發明的。1964年，Intel創始人之一戈登•摩爾提出摩爾定律，多年來，沿著摩爾定律提供的途徑，人們一直采用對MOSFET進行等比例微縮來增加器件速度，然而隨著MOSFET尺寸的縮小，常規的等比例微縮方法遇到了以短溝道效應為核心的一系列問題。對于小尺寸MOSFET主要體現在以下幾個方面:(1)光刻技術方面;(2)加工精度方面;(3)高溫氧化和擴散工藝的擴散區較深而不容易控制。對于上述技術問題，目前該領域的發展主要從器件的材料、結構、工藝三個方面進行解決，其中，以工藝改進的發展最為迅猛，且對提高MOSFET器件集成度的專利申請進行分析后，MOSFET器件的制備方法及工藝的申請量也最多。

2應變工程技術提高

MOSFET集成度原理簡析應變工程技術被認為是將摩爾定律延伸的關鍵技術之一，即通過引入局部單向拉伸或壓縮型應力到MOSFET的導電溝道，從而在柵極電介質層厚度變薄或保持不變的情況下使驅動電流大幅增長，最終提高MOSFET的器件性能。對硅襯底中的導電溝道而言，能夠產生局部單向應變的可用結構通常有SiGe和SiyC1－y，必須針對PMOS和NMOS分別設計局部單向應變的結構。其中，對PMOS引入壓縮型應力增加空穴的遷移率稱為局部單向壓縮型應變，而對NMOS引入拉伸型應力提高電子的遷移率稱為局部單向拉伸性應變。日本日立株式會社于1983年8月8日提交的申請“半導體器件及制備方法”(申請號JPS58132975)中首次將應變工程技術應用于半導體器件，該申請將單晶硅作為襯底，在其上形成硅活性層，并在硅活性層中形成拉伸應變，應用于MOSFET器件時，提高載流子遷移率。進入上世紀90年代，各國紛紛對應變工程技術進行了較深入的研究，其中具有代表性的有加利福尼亞大學申請的“具有應變結構的互補型場效應晶體管”(US19900563038)、摩托羅拉公司申請的“遷移率提高了的MOSFET器件及其制造方法”(US19960642820)。進入21世紀后，應變工程技術得到了迅猛發展，目前的應變工程技術主要有:沉積拉伸或壓縮型應力的氮化硅覆蓋層;在淺溝槽隔離(STI)和金屬化前電介質(PMD)結構中增加拉伸或壓縮型應力的氧化物層;以及鍺硅外延層填充刻蝕或升高的源、漏極區域等等。

3應變工程技術提高

MOSFET集成度的技術路線梳理通過梳理應變工程技術在提高MOSFET集成度方面的專利后，可以得到主要相關的專利368件，分析后可以得出應變技術對MOSFET集成度產生的技術效果，應變工程技術在提高MOSFET集成度方面的效果。本文針對在淺溝槽隔離和金屬化前電介質結構中增加拉伸或壓縮型應力的氧化物層的技術發展路線，清楚梳理出在STI和PMD結構中增加拉伸或壓縮型應力的氧化物層的技術發展脈絡，發現其主要集中在填充結構上，比如美國2003年申請號為US10/643，461的專利，要求保護基板上的場效應晶體管含有位于該基板中的溝道。該FET更進一步包含位于該溝道上的第一柵極介電質，該第一柵極介電質具有第一熱膨脹系數。該FET還包含位于該第一柵極介電質上的第一柵極電極層，該第一柵極電極具有第二熱膨脹系數，第二熱膨脹系數系不同于第一熱膨脹系數。2005年美國的申請號為US20050906335的專利，要求保護FINFET具有SiGe/Si疊層柵極，并且在柵極的SiGe部分硅化之前有選擇地蝕刻以形成柵極間隙，所述柵極間隙使柵極足夠薄以便完全硅化，在硅化后，用應力氮化物膜填充柵極間隙以在溝道中產生應力并提高FINFET的性能。進入2010后，中國公司的申請量明顯增多且在該技術分支占據了主導地位，如上海宏力半導體2011年申請的專利(CN201110102990)，提供絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅;刻蝕所述頂層硅至露出絕緣埋層，形成有源區;在有源區的頂層硅側壁及頂部形成絕緣氧化層;進行熱氧化處理，使頂層硅向上彎曲。INST公司在2012年申請的專利“MOSFET襯底上源、漏隔離結構”(CN2012010135857)在STI中填充不同的材料產生不同的壓縮或者拉伸應力，從而在溝道橫向產生高遷移率載流子。

4技術綜述在審查實踐中的應用

綜述所述，通過整理應變工程技術提高半導體MOSFET集成度的專利技術脈絡，可以幫助專利審查員建立以時間為軸、包括技術手段、技術效果、申請人的資料庫，能夠快速提升審查員在相關技術領域的技術敏感度，為審查員在實踐中準確理解發明、把握技術內容并快速尋找對比文件提供指導，從而提高審查效率。

作者：許鐵柱 單位：國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心