???隨著半導(dǎo)體器件的精細(xì)化，晶體管柵極的尺寸逐漸縮小或微小結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜。蝕刻過(guò)程中，蝕刻損傷會(huì)在加工表面產(chǎn)生，因此需要進(jìn)行“損傷修復(fù)”。

隨著半導(dǎo)體器件的不斷精細(xì)化，新材料的開(kāi)發(fā)和制造方法的改進(jìn)成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。在此背景下，降低半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的溫度需求變得尤為重要。此外，對(duì)于薄膜形成過(guò)程，開(kāi)發(fā)在低溫下形成高質(zhì)量薄膜的技術(shù)也在快速推進(jìn)。

（MARORA設(shè)備）

在本文中，將介紹一種名為“MARORA”的等離子體選擇氧化裝置，該裝置專(zhuān)為處理金屬柵極電極而設(shè)計(jì)。

選擇氧化過(guò)程的技術(shù)挑戰(zhàn)及對(duì)策

隨著半導(dǎo)體器件的精細(xì)化，晶體管柵極的尺寸逐漸縮小，電極電阻逐漸增加。因此，在某些具有硅化物薄膜（相對(duì)于多晶硅而言是一種改進(jìn)的電極材料）的器件中，開(kāi)始采用鎢等金屬電極。在形成晶體管單元的過(guò)程中，從柵極電極的形成到柵絕緣膜的形成，蝕刻過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的。在這個(gè)過(guò)程中，蝕刻損傷會(huì)在加工表面產(chǎn)生，因此需要進(jìn)行“損傷修復(fù)氧化”。然而，金屬電極容易被氧化，形成的絕緣膜電阻比金屬電極高。因此，在損傷修復(fù)氧化過(guò)程中，需要選擇性氧化技術(shù)來(lái)選擇性地氧化硅而不氧化金屬電極。

選擇氧化技術(shù)面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括：

1. 抑制“鳥(niǎo)嘴效應(yīng)”（即抑制多晶硅電極邊緣界面的氧化）

2. 修復(fù)蝕刻損傷

3. 確保金屬電極與硅之間的選擇性

然而，在傳統(tǒng)的高溫氧化處理過(guò)程中（即850°C以上），已知多晶硅電極的邊緣界面會(huì)被氧化，導(dǎo)致柵氧化膜變厚，從而惡化半導(dǎo)體器件的特性。

（使用氧氣和氫氣，氧化Si還原W）

選擇性氧化

比如修復(fù)柵極的蝕刻損傷，為了在不氧化金屬電極的情況下氧化硅表面，利用了氫氣的還原功能。工藝氣體是含有氫氣的混合氣體，同時(shí)發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。要實(shí)現(xiàn)選擇性氧化，需要在硅上使氧化反應(yīng)占主導(dǎo)地位，而在金屬上使還原反應(yīng)占主導(dǎo)地位。這些條件會(huì)根據(jù)除氣體比例外的其他工藝條件（如射頻功率和溫度）而變化，因此必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)理解并優(yōu)化工藝窗口。

(表面氮化)

表面氮化

一些高升寬比的多層材料刻蝕中，由于每層材料不一樣，比如下圖，有金屬鎢，多晶硅，氮化硅等疊層高升寬比柱。這時(shí)通過(guò)一道刻蝕會(huì)對(duì)不同材料有著不同損傷。為了修復(fù)這些損傷，可以使用NH3等離子氮化，從而加固和修復(fù)這些表面，提升芯片的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

“MARORA” — A Plasma Selective-oxidation Apparatus for Metal-gate Devices