【摘要】
应变工程技术被认为是将摩尔定律延伸的关键技术之一，目前该领域的发展主要从器件的材料、结构、工艺三个方面进行解决，其中，以工艺改进的发展最为迅猛。本文从专利技术方面分析应变工程技术提高半导体MOSFET集成度的发展趋势。
【关键词】
应变工程技术；集成度；浅沟槽隔离；拉伸；压缩
1前言
历史上第一块集成电路是1958年由美国德州仪器公司工程师杰克。基尔比发明的。1964年，Intel创始人之一戈登•摩尔提出摩尔定律，多年来，沿着摩尔定律提供的途径，人们一直采用对MOSFET进行等比例微缩来增加器件速度，然而随着MOSFET尺寸的缩小，常规的等比例微缩方法遇到了以短沟道效应为核心的一系列问题。对于小尺寸MOSFET主要体现在以下几个方面:(1)光刻技术方面;(2)加工精度方面;(3)高温氧化和扩散工艺的扩散区较深而不容易控制。对于上述技术问题，目前该领域的发展主要从器件的材料、结构、工艺三个方面进行解决，其中，以工艺改进的发展最为迅猛，且对提高MOSFET器件集成度的专利申请进行分析后，MOSFET器件的制备方法及工艺的申请量也最多。
2应变工程技术提高
MOSFET集成度原理简析应变工程技术被认为是将摩尔定律延伸的关键技术之一，即通过引入局部单向拉伸或压缩型应力到MOSFET的导电沟道，从而在栅极电介质层厚度变薄或保持不变的情况下使驱动电流大幅增长，最终提高MOSFET的器件性能。对硅衬底中的导电沟道而言，能够产生局部单向应变的可用结构通常有SiGe和SiyC1－y，必须针对PMOS和NMOS分别设计局部单向应变的结构。其中，对PMOS引入压缩型应力增加空穴的迁移率称为局部单向压缩型应变，而对NMOS引入拉伸型应力提高电子的迁移率称为局部单向拉伸性应变。日本日立株式会社于1983年8月8日提交的申请“半导体器件及制备方法”(申请号JPS58132975)中首次将应变工程技术应用于半导体器件，该申请将单晶硅作为衬底，在其上形成硅活性层，并在硅活性层中形成拉伸应变，应用于MOSFET器件时，提高载流子迁移率。进入上世纪90年代，各国纷纷对应变工程技术进行了较深入的研究，其中具有代表性的有加利福尼亚大学申请的“具有应变结构的互补型场效应晶体管”(US19900563038)、摩托罗拉公司申请的“迁移率提高了的MOSFET器件及其制造方法”(US19960642820)。进入21世纪后，应变工程技术得到了迅猛发展，目前的应变工程技术主要有:沉积拉伸或压缩型应力的氮化硅覆盖层;在浅沟槽隔离(STI)和金属化前电介质(PMD)结构中增加拉伸或压缩型应力的氧化物层;以及锗硅外延层填充刻蚀或升高的源、漏极区域等等。
3应变工程技术提高
MOSFET集成度的技术路线梳理通过梳理应变工程技术在提高MOSFET集成度方面的专利后，可以得到主要相关的专利368件，分析后可以得出应变技术对MOSFET集成度产生的技术效果，应变工程技术在提高MOSFET集成度方面的效果。本文针对在浅沟槽隔离和金属化前电介质结构中增加拉伸或压缩型应力的氧化物层的技术发展路线，清楚梳理出在STI和PMD结构中增加拉伸或压缩型应力的氧化物层的技术发展脉络，发现其主要集中在填充结构上，比如美国2003年申请号为US10/643，461的专利，要求保护基板上的场效应晶体管含有位于该基板中的沟道。该FET更进一步包含位于该沟道上的第一栅极介电质，该第一栅极介电质具有第一热膨胀系数。该FET还包含位于该第一栅极介电质上的第一栅极电极层，该第一栅极电极具有第二热膨胀系数，第二热膨胀系数系不同于第一热膨胀系数。2005年美国的申请号为US20050906335的专利，要求保护FINFET具有SiGe/Si叠层栅极，并且在栅极的SiGe部分硅化之前有选择地蚀刻以形成栅极间隙，所述栅极间隙使栅极足够薄以便完全硅化，在硅化后，用应力氮化物膜填充栅极间隙以在沟道中产生应力并提高FINFET的性能。进入2010后，中国公司的申请量明显增多且在该技术分支占据了主导地位，如上海宏力半导体2011年申请的专利(CN201110102990)，提供绝缘体上硅衬底，所述绝缘体上硅衬底依次包括硅基底、绝缘埋层和顶层硅;刻蚀所述顶层硅至露出绝缘埋层，形成有源区;在有源区的顶层硅侧壁及顶部形成绝缘氧化层;进行热氧化处理，使顶层硅向上弯曲。INST公司在2012年申请的专利“MOSFET衬底上源、漏隔离结构”(CN2012010135857)在STI中填充不同的材料产生不同的压缩或者拉伸应力，从而在沟道横向产生高迁移率载流子。
4技术综述在审查实践中的应用
综述所述，通过整理应变工程技术提高半导体MOSFET集成度的专利技术脉络，可以帮助专利审查员建立以时间为轴、包括技术手段、技术效果、申请人的资料库，能够快速提升审查员在相关技术领域的技术敏感度，为审查员在实践中准确理解发明、把握技术内容并快速寻找对比文件提供指导，从而提高审查效率。
作者：许铁柱 单位：国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心
