少量文獻報道用含氮的氣體,如一氧化氮(N())和氧氣共同反應氧化單晶硅底材來形成氮氧化硅柵極氧化介電層。本節(jié)就對氮氧化硅柵極氧化介電層的制造工藝,表征方法及未來發(fā)展方向和挑戰(zhàn)作一簡單介紹。 JM38510/10701BXA氮氧化硅柵極氧化介電層的制造工藝

   氮氧化硅柵極氧化介電層主要是通過對預先形成的SiO2薄膜進行氮摻雜或氮化處理得到的,氮化的工藝主要有熱處理氮化(thermal nitridation)和化學或物理沉積(chemical orphysical dcposition)兩種。

  早期的氮氧化硅柵極氧化層的制備是用爐管或單一晶片的熱處理反應室來形成氧化膜,然后再對形成的二氧化硅進行原位或非原位的熱處理氮化,氮化的氣體為N20、NO或NH3中的一種或幾種[2]。這種氮化方法工藝簡單,可缺點是摻雜的氮含量太少,對硼元素的阻擋作用有限;并且摻雜的氮位置靠近⒏O2和硅底材之間,界面態(tài)不如純氧化硅,對載流子的遷移率、對器件的可靠性都有一定的影響。用熱處理氮化得到的氮氧化硅主要用于0.13um及以上的CMOS器件中柵極氧化介電層的制各。用化學或物理沉積(chemical or physical deposition)方式來形成SiON的方法很多,比如低能量的離子注人、噴射式蒸汽沉積、原子層沉積、等離子體氮化等,隨著CMOS進人90nm以下,柵極氧化介電層及多晶硅的厚度越來越薄,而源漏極及輕摻雜源漏極的摻雜濃度相對越來越高,這就要求作為柵極氧化層的氮氧化硅中,氮的含量越來越高,同時盡可能的靠近上表面。在這種情況下,等離子體氮化工藝就應運而生[3dJ。它主要是用氮氣或氮氣和惰性氣體(如氦氣或氬氣)的混合氣,在磁場和電場感應下產(chǎn)生等離子體,而形成的氮離子和含氮的活性分子/原子則通過表面勢擴散至預先形成的超薄氧化硅表面,取代部分斷裂的硅氧鍵中氧的位置,并在后續(xù)的熱退火步驟中將已經(jīng)形成較為穩(wěn)定的硅氮成鍵而固定下來。一個典型的等離子體氮氧化硅I藝示意圖,它具有工藝可控性和重現(xiàn)性好、形成的氮氧化硅氮含量高、均勻性好等優(yōu)點。等離子體氮化I藝的主要設各生產(chǎn)商有應用材料公司(Applicd Material)和東電電子(Tok四Electr°n)。需要特別指出的是,氮氧化硅I藝復雜,材料受外部環(huán)境影響較大,不僅前后工藝流程間要控制時間(如與前面的預清洗I藝間,與后面的多晶硅沉積工藝問),本身工藝步驟間也要控制時間間隔和環(huán)境條件,所以通常的等離子體氮化I藝設各會把形成⒏O2的腔體。