 在28nm及以下先进制程中，氧化层（SiO₂）已经不仅仅是一层绝缘介质，更承担着器件隔离、Gap Fill、CMP Buffer、Contact形成以及可靠性保证等重要功能。随着器件尺寸不断缩小，传统TEOS氧化层逐渐暴露出Gap Fill能力不足的问题，因此HARP（High Aspect Ratio Process）开始大量导入先进逻辑工艺。 很多工艺工程师刚接触BEOL或MOL工艺时都会产生一个疑问： 都是CVD Dep Oxide，为什么有TEOS，又有HARP？ 本文将从沉积机理、材料特性、Gap Fill能力以及CMP表现四个方面进行深入分析。 TEOS是什么？ TEOS（Tetraethyl Orthosilicate，正硅酸四乙酯）是一种经典的CVD氧化层沉积工艺。 其反应前驱物主要为： * TEOS * O₂ * O₃（臭氧） * Plasma（PECVD时） 反应后生成：SiO₂ + CO₂ + H₂O 等副产物 TEOS最大的优点就是： * 膜厚均匀 * 应力容易控制 * CMP性能稳定 * Film Density较高 * 工艺成熟 因此，在90nm、65nm甚至40nm时代，大部分ILD（Inter Layer Dielectric）都采用TEOS完成。 为什么TEOS越来越不够用了？ 随着工艺进入28nm以后，一个新的挑战出现：Pattern越来越密。 例如： Gate Pitch不断缩小 Contact Hole越来越深 Metal Pitch持续减小 Aspect Ratio（深宽比）不断增加。 例如： 40nm时代：Aspect Ratio≈2~3 到了28nm：Aspect Ratio≈5 甚至：7以上。 对于普通TEOS来说，沉积过程属于：Conformal Deposition（保形沉积） 什么意思？简单来说就是：顶部、侧壁、底部几乎同时生长。 例如一个深沟槽： 开始： │ │ │ │ │ │ TEOS沉积后： ██ ██ ██ ██ ██ ██ ██████ 由于侧壁不断长厚，最后顶部提前封口（Pinch Off）。 结果就是： ████████ ██ ██ ██ Void ██ ████████ 形成Void（空洞）。 这种Void后续经过CMP以后： 容易导致： * Contact Open * W Void * High Rc * TDDB下降 * EM可靠性下降 因此TEOS已经不能满足先进工艺要求。  LPCVD TEOS vs PE-TEOS HARP是什么？ HARP（High Aspect Ratio Process）顾名思义：就是专门针对高深宽比结构开发的氧化层沉积技术。 目前多数HARP属于：HDP-CVD演进技术或者Flowable CVD（FCVD）不同厂家实现方式略有区别，但目标一致：提升Gap Fill能力。 HARP最大的特点不是沉积速度，而是：Bottom-Up Fill（自下而上填充） 而不是TEOS那种：Top Closure。 示意如下： TEOS： ████████ ██ Void ██ ████████ HARP： ██ ██ ████████ ████████ ████████ 整个沟槽能够完全填满。 几乎没有Void。  Minimum STI feature sizes filled with HARP doi:10.1109/asmc.2006.1638726 为什么HARP能够填得更好？ 核心原因有三个。 第一：较好的流动性（Flowability） 部分HARP氧化层刚沉积时并不是完全致密。而是具有一定流动能力。 类似：“液体慢慢流进沟槽。” 随后再经过：Cure、Anneal致密化。 因此：深沟槽也能完全填满。 第二：Bottom-Up Growth 很多HARP工艺采用特殊气体配方。 例如：SiH₄、O₂、O₃或其它硅前驱物。 通过调节反应速率，让底部优先生长。这样顶部不会提前封口。避免形成Void。 第三：更低的Film Stress HARP通常内应力较低。对于大面积Pattern，可以减少： * Crack * Delamination * CMP Micro Scratch 整体可靠性更高。 28nm工艺为什么大量采用HARP？ 以28nm HKMG Gate Last工艺为例， 大量结构都属于High Aspect Ratio： * Contact Hole * Gate Trench * MOL Dielectric * Local Interconnect * Dense Dummy Region 如果仍采用TEOS，很容易出现： * Void * Seam * Contact Open * W Fill Failure * High Rc * CP大量TRANS Fail 而HARP能够有效提升Gap Fill质量，扩大工艺窗口，降低CMP后缺陷发生率，因此逐渐成为先进逻辑工艺ILD沉积的重要方案。 当然，HARP并非完全取代TEOS。在很多工艺平台中，两者常常配合使用：例如利用TEOS获得高质量表面膜层，再利用HARP完成高深宽比区域填充，以兼顾成本、可靠性和工艺整合。  从材料本质来看，TEOS与HARP并不是简单的“新旧替代”关系，而是针对不同器件结构和工艺挑战的两种解决方案。 TEOS代表的是成熟、稳定、均匀的传统CVD氧化层；HARP代表的是面向先进制程、高深宽比结构的Gap Fill优化技术。 随着28nm、16nm、7nm乃至更先进节点不断演进，器件结构越来越复杂，Gap Fill能力已经成为决定良率和可靠性的关键因素之一。未来，Flowable Oxide、HARP及其他先进介质沉积技术仍将持续发展，以满足更高深宽比、更小线宽以及三维结构集成的需求。   关注我, 带你用最通俗的方式看懂芯片测试良率分析与先进工艺背后的技术逻辑。 |
