《集成电路制造工艺与工程应用》第二十四讲.pptxVIP

第二十四讲：深亚微米工艺制程技术;内容;栅氧化层工艺

多晶硅栅工艺

;栅氧化层工艺：通过热氧化形成高质量的栅氧化层，它的热稳定性和界面态都非常好。它是CMOS工艺技术中最重要的工艺步骤，它直接影响器件的阈值电压、饱和电流、栅极漏电流、栅极击穿电压和器件的可靠性。

湿法刻蚀去除牺牲层氧化硅。利用HF和H2O（比例是50：1）去除牺牲层氧化硅。

清洗。将晶圆放入清洗槽中清洗，得到清洁的表面。因为后面一道工序是生长栅氧化层，对氧化膜的质量要求非常高，不能有缺陷，所以生长氧化硅前再过一道酸槽清除自然氧化层，热生长的栅氧化层厚度也会更精确。;生长厚栅氧化层。利用炉管热氧化生长一层厚的二氧化硅栅氧化层，温度为900℃左右。先用湿氧氧化法，通入H2和O2的混合气体，然后用干氧氧化法，通入高纯度的氧气使硅氧化。干氧生长的氧化物结构、质地和均匀性均比湿氧生长的氧化物好，但用湿氧形成的氧化物的TDDB比较长。TDDB是用于评估氧化物可靠性的参数。;厚栅氧光刻处理。通过微影技术将厚栅氧掩膜版上的图形转移到晶圆上，形成中压器件栅氧化层的图案，保留中压器件区域的光刻胶。AA作为低压器件栅氧光刻曝光对准。

量测厚栅氧光刻套刻。收集曝光之后的厚栅氧光刻与AA的套刻数据。

检查显影后的图形。;湿法刻蚀去除低压器件区域氧化层。通过湿法刻蚀去掉低压器件区域的氧化层，留下中压器件区域的栅氧。

去光刻胶。通过干法刻蚀和湿法刻蚀去除光刻胶。?

清洗。将晶圆放入清洗槽中，清洗槽的溶液是一定比例的NH4OH、H2O2和H2O，得到清洁的表面,防止表面的杂质在生长薄栅氧化层时影响氧化层的质量。

;生长薄栅氧化层。利用炉管热氧化生长一层薄的二氧化硅氧化层，温度为900℃左右，先用湿氧氧化法，通入H2和O2的混合气体，然后用干氧氧化法，通入高纯度的氧气使硅氧化。该步骤为低压器件的栅氧，中压器件的栅氧就是两次所生长的栅氧，但不是相加，因为有氧化层覆盖的区域和没有氧化层覆盖的区域栅氧的生长速率是不一样的。;SiON薄膜氮化工艺。

第一种方式是通过炉管氮化形成SiON薄膜。利用原位热处理氮化二氧化硅薄膜形成SiON薄膜，氮化的气体是N2O，NO和NH3中的一种或几种。工艺技术简单，缺点是掺杂氮的含量太少，对硼的阻挡作用有限，氮元素分布均匀，主要分布在靠近SiO2和Si衬底的界面，造成SiO2和Si衬底之间的界面缺陷，会导致沟道的载流子散射，降低载流子的迁移率。主要应用于工艺特征尺寸在0.11um及以上的工艺技术。

第二种方式是通过等离子氮化形成SiON薄膜。利用N2和惰性气体（如He或Ar）的混合气体，在电磁场感应下产生活性极强的氮等离子体，同时活性极强的氮等离子体会撞击SiO2薄膜表面，形成断裂的SiO键，活性极强的氮离子会取代部分断裂的SiO键中氧的位置，并在后续的热退火步骤中形成稳定的SiN键，从而使氮元素靠近上表面。工艺技术先进，掺杂氮的含量高，主要应用于工艺特征尺寸在90nm及以下的工艺技术。;多晶硅栅工艺：是指形成MOS器件的多晶硅栅极，栅极的作用是控制器件的关闭或者导通。淀积的多晶硅是未掺杂的，它是通过后续的源漏离子注入进行掺杂，PMOS的栅是p型掺杂，NMOS的栅是n型掺杂。多晶硅栅的费米能级会随掺杂的类型和杂质浓度而改变，导致多晶硅栅的功函数发生变化，从而改变器件的阈值电压，可以通过调节多晶硅栅的掺杂来调节MOS器件的阈值电压。

淀积多晶硅栅。利用LPCVD淀积一层厚度约3000?的非掺杂多晶硅，利用SiH4在630℃左右的温度下发生分解并淀积在加热的晶圆表面。在CMOS工艺中非掺杂多晶硅的掺杂可以由后续源漏离子注入来完成，通过掺杂多晶硅调节器件的阈值电压。

;淀积SiON。利用PECVD淀积一层厚度约200?~300?的SiON层，利用SiH4、N2O和He在400℃的温度下发生化学反应形成SiON淀积。SiON层作为光刻的底部抗反射层。

清洗。将晶圆放入清洗槽中清洗，得到清洁的表面。;;栅极刻蚀。利用干法刻蚀去除没有光刻胶覆盖的多晶硅形成器件的栅极。

刻蚀分两步：

第一步是利用CF4和CHF3去除SiON；

第二步是利用Cl2和HBr刻蚀多晶硅。刻蚀会停止氧化物上，因为当刻蚀到氧化物时，终点侦测器会侦查到硅的副产物的浓度减小，提示多晶硅刻蚀已经完成，为防止有多晶硅残留导致短路，还会刻蚀一段时间。

;去除光刻胶。利用干法刻蚀和湿法刻蚀去除光刻胶。

去除SiON。干法刻蚀利用CHF3和CF4等气体形成等离子体轰击去除栅极上的SiON。;谢谢