基于DPN技術(shù)CMOS絕緣柵的研究.pdf

1、眾所周知隨著CMOS關(guān)鍵尺寸的變小，傳統(tǒng)的二氧化硅柵氧介質(zhì)已經(jīng)不能滿足關(guān)鍵尺寸為0.35um以及以下的要求。所以必須改變傳統(tǒng)的柵極結(jié)構(gòu)或者提高柵極的介電常數(shù)。在0.13um至65nm工藝中一般采用向柵極摻氮的方法來(lái)滿足工藝要求，對(duì)于65nm及其以下工藝采用高介電常數(shù)的材料來(lái)制備絕緣柵。傳統(tǒng)的摻氮處理是采用一氧化氮或者二氧化氮進(jìn)行一定時(shí)間的退火達(dá)到氮的摻入。但由于0.13um及其以下工藝的氧化層較薄，柵的漏電流快速增長(zhǎng)，從而降低溝道內(nèi)載流

2、子電遷移率。為了抑制這種效應(yīng)，其中最常用的方法是在熱生長(zhǎng)氧化硅層上進(jìn)行解耦等離子體氮化(DPN，Decoupled Plasma Nitridation)。DPN技術(shù)是對(duì)薄的氧化層進(jìn)行氮化處理，只對(duì)氧化層的上表面進(jìn)行摻氮，而不會(huì)影響到硅和氧化層的界面。在DPN之前為了得到高質(zhì)量的SIO2，現(xiàn)在采用ISSG(In-SituSteam Generation內(nèi)部蒸汽氧化)技術(shù)來(lái)制備高質(zhì)量的SiO2，ISSG技術(shù)是指在高溫和低壓的情況下將氫氣和

3、氧氣按一定比例形成SIO2。影響ISSG生長(zhǎng)的因素主要有四個(gè)，怎樣將這些因素在相互制約的情況下讓采用ISSG工藝生長(zhǎng)的ISSG質(zhì)量最好是一個(gè)比較大的難點(diǎn)，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到最優(yōu)的平衡點(diǎn)。
　　DPN作為先進(jìn)的絕緣柵摻氮工藝，在制備過(guò)程中控制氮濃度的分布非常重要，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證摻氮條件的改變對(duì)氮在絕緣柵中深度和濃度的分布發(fā)現(xiàn)DPN制備條件的變化不會(huì)改變氮的分布，氮濃度的變化只受DPN輸出功率的影響，和制備壓力沒(méi)有關(guān)系。結(jié)合氮濃度的分

4、布探討在0.13um CMOS制造工藝中采用DPN進(jìn)行絕緣柵氮化工藝與采用擴(kuò)散爐熱方法摻氮工藝的比較，尤其是在閃爍噪聲1/f和NBTI(負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性)的對(duì)比，從而得出采用DPN方法摻氮可以減弱閃爍噪聲和減小NBTI效應(yīng)，也從中驗(yàn)證出通過(guò)DPN摻氮后氮的分布集中于二氧化硅的表層。本文也介紹了DPN之后的快速熱處理工藝，介紹了DPN之后快速熱處理選取一定比例氮氧氣體的原因是由于在不影響氮濃度的情況下對(duì)氧化層缺陷的修復(fù)最有效的。