半導(dǎo)體工藝中應(yīng)力技術(shù)專利分析

紀(jì)金國

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，蘇州 215163）

溝道遷移率是指晶體管溝道區(qū)中的載流子的遷移率。載流子遷移率的提高可直接轉(zhuǎn)換成給定的設(shè)計電壓和選通脈沖寬度條件下的驅(qū)動電流的提高。載流子遷移率可通過使溝道區(qū)的硅晶格應(yīng)變來提高。

1 應(yīng)力技術(shù)專利現(xiàn)狀分析

為了研究應(yīng)力技術(shù)的專利發(fā)展?fàn)顩r，通過在專利檢索系統(tǒng)的不同數(shù)據(jù)庫的檢索和篩選，得出關(guān)于應(yīng)力技術(shù)的歷年專利申請的分布情況，并分別從全球?qū)＠植紶顩r、中國專利申請狀況進(jìn)行統(tǒng)計分析。

（1）全球?qū)＠姆植紶顩r

從國家以及區(qū)域的申請量分布情況來看，美國、日本、中國、臺灣的申請量分布趨于一致。其中，美國和日本是該領(lǐng)域重要的技術(shù)原創(chuàng)國，而臺灣則是對這一技術(shù)的傳承和發(fā)展，中國對這一技術(shù)的提升起到了關(guān)鍵性作用。從時間角度來看，在2003年之前，申請量無明顯增長；在2003年至2008年之間，專利申請量增長幅度較大，屬于技術(shù)的發(fā)展期；而在2009年以后，申請量再次迎來大幅增長，主要是由于國內(nèi)申請量的急劇上升。

（2）中國專利申請狀況

在國內(nèi)，關(guān)于這一領(lǐng)域的申請主要集中在2009年以后，特別是2011年至2015年，迎來了井噴式的發(fā)展。關(guān)于這一技術(shù)的國內(nèi)申請人的分布是非常不均衡的，其中中芯國際集成電路制造股份有限公司占據(jù)了絕對的申請量，其次主要是高校和研究所，說明在國內(nèi)，這一技術(shù)主要還是掌握在極少數(shù)的大公司以及部分的科研院所當(dāng)中，申請人分布很集中，這也說明這一技術(shù)在后期的發(fā)展階段，起點較高，投入的研發(fā)成本較高。

2 CMOS工藝下應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展路線

在晶體管的溝道內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力或拉應(yīng)力主要有三種方式，第一是通過外部機(jī)械的方法引入；第二種是采用可以增加遷移的特殊材料來構(gòu)成溝道區(qū)域；第三種為應(yīng)力記憶技術(shù)。

（1）外部機(jī)械的引入方式

在2001年，由日本的日立株式會社首次公開了（申請?zhí)枺篔P特原2001-342667）使用外部機(jī)械引入的方式，即通過在柵電極上方覆蓋應(yīng)力控制膜的方式實現(xiàn)性能的改善?；谙嗨频脑?，美國英特爾公司在2003年（US10/627509A）首次提出了通過彎曲襯底的方式，在器件溝道區(qū)實現(xiàn)張應(yīng)力或拉應(yīng)力，然而將機(jī)械應(yīng)力直接引入到微制造的FET或CMOS器件中是有一定的困難的，雖然通過簡單的彎折晶體管可實現(xiàn)性能的提升，單對于集成度越來越高的電路來說，是不適用的。

（2）溝道組分變化的引入方式

在1998年，日本松下電器株式會社（申請?zhí)枺篔P特原平10-333601）公開了在溝道區(qū)域內(nèi)，主要包括層疊結(jié)構(gòu)來形成溝道區(qū)，由于碳化硅層的晶格常數(shù)比硅層小，被激發(fā)的電子被限制在碳化硅層中，在溝道方向上移動，因此得到了遷移率極高的NMOS晶體管。2000年，韓國的三星電子柱式會社（申請?zhí)枺篕R10-2000-0075482），采用層疊的硅-硅鍺-硅的方式，利用硅鍺層與硅層之間的晶格常數(shù)差，從而在溝道區(qū)內(nèi)引入壓應(yīng)力，實現(xiàn)在溝道方向上的空穴遷移率的顯著提升。由此，也為在工藝兼容的情況下，提升CMOS器件的整體性能提供了技術(shù)發(fā)展的方向。

（3）應(yīng)力記憶的引入方式

應(yīng)力記憶技術(shù)，是基于非晶化后的重結(jié)晶技術(shù)，使得在退火過程中，在應(yīng)力層的作用下，晶體成長為受應(yīng)變的晶格形態(tài)，從而產(chǎn)生應(yīng)力。這種技術(shù)最早是在2003年由美國的國際商業(yè)機(jī)器公司 在其申請?zhí)枮閁S10/650400中提出。在2006年和2007年，由美國的先進(jìn)微裝置公司（申請?zhí)枺篣S11/550941）和臺灣的聯(lián)華電子股份有限公司（US11/681987）均公開了在不同的部分使用應(yīng)力記憶技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案，而作為具備兼容MOS工藝、應(yīng)力持久以及工藝難度適中的SMT技術(shù)，在2008年以后，出現(xiàn)了關(guān)于這一技術(shù)的較多申請，如美國英特爾公司（US12/316955）、美國德州儀器股份有限公司（US12/512814）、中芯國際集成電路制造有限公司（CN2009101962633、CN2009101962686、CN2009101975722、CN2009101978152）等。

3 結(jié)束語

通過上面的分析可以看出，在晶體管中使用應(yīng)力技術(shù)是隨著集成電路制造工藝的發(fā)展而不斷發(fā)展的，在不同的時期具有不同的工藝需求。這項技術(shù)主要起步于美國和日本。而臺灣在該技術(shù)領(lǐng)域的傳承和發(fā)展起到了重要的作用。而國內(nèi)在該技術(shù)的很多關(guān)鍵節(jié)點都有突破性的發(fā)展和延伸，這為我國集成電路的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。