接触刻蚀阻挡层应变技术介绍

SMT仅仅是用来提高NMOS 的速度，当工艺技术发展到45nm 以下时，半导体业界迫切需要另一种表面薄膜层应力技术来提升PMOS 的速度。在SMT技术的基础上开发出的接触刻蚀阻挡层应变技术（Contact Etch Stop Layer,CESL），它是利用Si3N4产生单轴张应力来提升 NMOS 速度和单轴压应力来提升［110］晶向上PMOS速度的应变技术。该应变技术仅适用于45nm 及其以下工艺的短沟道器件，长沟道几乎不会获得好处。

如图2-15所示，与应力记忆技术类似，接触刻蚀阻挡层应变技术也是利用覆盖层 Si3N4会在沟道［110］方向产生单轴的张应力，从而减小沟道方向的电子电导有效质量和散射概率，提高 NMOS的速度。

如图2-16所示，对于PMOS，接触刻蚀阻挡层应变技术是利用覆盖层Si3N4在PMOS沟道［110］方向产生单轴的压应力，该方向上的压应力可以使价带能带发生分裂，重空穴带离开价带顶，轻空穴带占据价带顶，从而减小沟道方向的空穴的电导有效质量，提高PMOS的速度。

在CMOS 工艺制程中，SiON 被作为接触孔刻蚀阻挡层和防止 BPSG中的B、P析出向衬底扩散，为了有效利用该层薄膜的应力可以通过调整工艺条件把SiON 薄膜材料改为Si3N4薄膜材料。如2.1.5节所述，在淀积Si3N4薄膜的 PECVD工艺中，SiN4和NH3分别提供硅原子和氮原子，Si3N4薄膜中也会含有H 原子，它主要以Si-H和N-H的形式存在。通过改变H原子的含量可以调节Si3N4薄膜的应力，H原子的含量越高Si3N4薄膜的应力就越小，早期的工艺是通过控制气体的比例、高频电源功率和反应温度来调节H 原子的含量，但是随着工艺制程要求Si3N4薄膜的应力越来越高，更先进的工艺制程中引入紫外光照射条件，利用紫外光可以打断Si3N4薄膜中的Si-H和N-H 键，形成更强的Si-H键。利用紫外光照射的工艺主要是淀积张应力的Si3N4薄膜，它被用来提高 NMOS 的速度。

与淀积张应力的Si3N4薄膜不同，可以利用双频射频电源的PECVD淀积压应力的Si3N4薄膜，双频射频电源是指它包含高频射频电源和低频电源。淀积压应力的Si3N4薄膜的气体源除了包含SiN4和NH3外，还包含H2和Ar（或者N2）。利用高频射频电源可以电解重原子气体 Ar，形成Ar+等离子体（或者称为 Plasma），再利用低频电源加速 Ar+离子形成高能离子体，然后利用高能离子的体轰击效应，使得Si3N4薄膜更为致密，形成压应力。

图2-17所示为接触刻蚀阻挡层应变技术的工艺流程。