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化学机械平坦化（CMP）技术进展 || 高迁移率沟道材料的CMP加工

DOI：10.1016/b978-0-08-100165-3.00005-x 出版年份：2016 更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要： 由于进一步缩小和缩放工艺正接近物理极限，为保持未来互补金属氧化物半导体（CMOS）器件性能提升速度的替代方案是引入高迁移率沟道材料。这些替代材料的实施目标定位于10纳米及以下技术节点。为实现低功耗高性能逻辑器件，必须优化供电电压（Vdd）的缩放。这可通过采用极高迁移率材料来实现，例如用于p型金属氧化物半导体（pMOS）的锗（Ge）和用于n型金属氧化物半导体（nMOS）的III-V族材料（Skotnicki与Boeuf，2010）。制造实用器件时，需通过掺杂缓冲层或采用环绕栅极结构彻底消除漏电路径等方式，最小化缓冲层的栅极漏电流。迁移率最大化可通过定向材料掺杂以及调节沟道层的应变和缺陷密度实现。最具前景的材料候选者是pMOS器件的锗和nMOS器件的铟镓砷（InGaAs），因其分别具有高空穴迁移率和电子迁移率——块体锗层的空穴迁移率约为块体硅层的四倍，块体铟镓砷层的电子迁移率约为块体硅层的六倍?；谡嗟膒MOS器件高性能已在硅平台得到验证（Mitard等，2009）。但当前CMOS器件中硅层利用应变方法获得更高迁移率，因此实施锗材料时也需考虑应变应用问题。不过对于铟镓砷nMOS器件，应变不会提升性能，这反而可能成为优势——因为随着工艺进一步缩放，器件应变处理将更为困难。
作者： P. Ong，L. Teugels
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究将锗（Ge）和III-V族化合物等高迁移率沟道材料作为CMOS器件中硅（Si）的替代材料，以突破尺寸缩放的物理极限并提升器件性能。

研究成果

已证实锗（Ge）和III-V族材料可作为CMOS器件中高迁移率沟道材料使用。针对这些材料专门优化的化学机械抛光（CMP）工艺已开发完成，可降低表面粗糙度并去除多余沉积层。但该技术仍需进一步优化，且基于锗的器件成熟度较基于III-V族材料的器件更高。

研究不足

高迁移率材料的集成在不断发展的外延生长工艺中仍具挑战性。由于生长速率低和成本高，用于化学机械抛光（CMP）工艺开发的测试材料有限。在CMP等液相处理步骤中，特别是涉及III-V族材料时，存在环境、健康和安全方面的担忧。

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