接觸孔蝕刻終止層之影響

在應變矽技術，接觸孔蝕刻終止層 (Contact Etch Stop Layer，CESL)通 常會以氮化矽 (SiN)作為 CESL 層的材料，如圖 2-17 所示[14][16][17]。而 CESL 應力的傳遞會依通道長度之不同而有所改變。當電晶體具在長通道尺 寸時，此時的 CESL 應力會與元件通道所產生的應力相反；如圖 2-18，而在 短通道尺寸時，CESL 的應力會直接傳遞至元件通道中，故通道應力與 CESL 的作用方向是相同的。而圖 2-19 所示分別為三軸應力狀態對於 MOSFET 元 件之操作性能的影響；在 N 型電晶體元件的通道而言，通道長度 (即 x 軸方 向)須為拉伸應力；即通道寬度 (y 軸方向)須為拉伸應力而 z 軸方向(即通道 高度)須為壓縮應力，這些應力的產生對於載子遷移率會有大幅地提升效果。

在另一方面，P 型電晶體而言，通道長度 (即 x 軸方向)須為壓縮應力；通道 寬度 (即 y 軸方向)須為拉伸應力而通道高度 (即 z 軸方向)須為拉伸應力，

這些應力的產生對於載子遷移率會有大幅的提升。

圖 2-17 電晶體的 SEM 剖面圖[14]

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圖 2-18 CESL 在不同通道長度下對於元件通道應力狀態的影響[14]

圖 2-19 三軸方向之正向應力對於載子遷移率的影響[10]

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CESL 應力的傳遞依作用在元件結構上之位置大致上可以分成三大區域，

頂部 CESL、側壁 CESL 與底部 CESL；其示意圖分別如圖 2-20、圖 2-21、

以及圖 2-22 所示[15]。在頂部 CESL 的應力部份，主要影響於通道高度 (即 z 軸方向)對於元件具長通道而言是產生壓應力，但會隨著通道長度縮短而致 使所傳遞的壓應力跟著變小，是因為受力面積變小使得通道區域的應變跟著 縮小。再者，在側壁 CESL 的應力部份，對於長通道而言是產生壓應力的，

且會隨著通道長度變短而致使傳遞的壓應力會增加；分析其原因是因為通道 長度縮短而使得側壁的 CESL 應力集中作用於通道內。至於底部 CESL 的應 力部份，對於長通道而言是產生拉伸應力，然而隨著通道長度縮短而致使通 道之拉伸應力會增加。圖 2-23、圖 2-24、圖 2-25 所示其模擬各方向之應力 分佈圖。以總體而言，CESL 應力對於短通道的影響以 x 軸方向(即通道長度) 與 z 軸方向(即通道高度)最為明顯。在 x 軸主要是受到 CESL 直接應力的影 響(即底部 CESL)所產生出拉應力，而 y 軸主要是受到 CESL 間接應力(各個 部份的 CESL，如圖 2-26)的影響所產生的壓應力。

圖 2-20 CESL 頂部部分作用在電晶體元件結構之示意圖[15]

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圖 2-21 CESL 側壁部分作用在電晶體元件結構之示意圖[15]

圖 2-22 CESL 底部部分作用在電晶體元件結構之示意圖[15]

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圖 2-23 在不同應力區域與閘極長度對於通道在 X 方向之應力曲線圖[15]

圖 2-24 在不同應力區域與閘極長度對於通道在 Y 方向之應力曲線圖[15]

圖 2-25 在不同應力區域與閘極長度對於通道在 Z 方向之應力曲線圖[15]