接觸窗形成(Contact Formation)是製作垂直導電結構(接觸插塞),將矽電晶體的源極/汲極/閘極電極與上層金屬導線電氣連接的製程。此步驟位於FEOL(前段製程)與BEOL(後段內連線)的交界,對於發揮電晶體性能極為重要,降低接觸電阻已成為先進節點的主要技術課題之一。
接觸窗形成的標準步驟為:①層間介電層(ILD)沉積;②以光微影與乾式蝕刻開出接觸窗孔;③去除矽表面的原生氧化層(氫氟酸清洗等);④阻障金屬(TiN等)沉積;⑤以鎢(W)CVD填充;⑥CMP平坦化。鎢因熔點高且填充性優異,長期以來都是接觸插塞的標準材料。
接觸電阻(Rc)對電晶體的導通電阻貢獻很大,尤其取決於源極/汲極的雜質濃度,以及接觸介面金屬-矽系(矽化物)的特性。以SALICIDE製程形成的NiSi與TiSi有助於降低接觸電阻,但在3nm以下的節點,矽化物的薄膜化與局部變異成為問題。
在5nm以下的先進製程,接觸材料正由鎢改為釕(Ru)或鉬(Mo)。台積電的N3/N2製程與英特爾18A採用了電阻更低的接觸材料與新的介面處理技術。應用材料則提供以ALD(原子層沉積)為基礎的次世代接觸窗解決方案。
在GAA結構的奈米片電晶體中,接觸窗需要與多層堆疊的通道連接,因此需要立體的接觸窗形成技術。與埋入式電源軌(BPR:Buried Power Rail)技術結合後,接觸窗結構更加複雜,成為必須同時確保製程裕度(margin)並降低接觸電阻的前沿技術領域。