本文介紹了單晶圓系統(tǒng)：多晶硅與氮化硅的沉積。

在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，單晶圓系統(tǒng)展現(xiàn)出獨(dú)特的工藝優(yōu)勢(shì)，它具備進(jìn)行多晶硅沉積的能力。這種沉積方式所帶來的顯著益處之一，便是能夠?qū)崿F(xiàn)臨場(chǎng)的多晶硅和鎢硅化物沉積。在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）芯片的制造過程中，由多晶硅 - 鎢硅化物構(gòu)成的疊合型薄膜被廣泛應(yīng)用于柵極、局部連線以及單元連線等關(guān)鍵部位。

傳統(tǒng)的高溫爐多晶硅沉積和化學(xué)氣相沉積（CVD）鎢硅化物工藝，在進(jìn)行鎢硅化物沉積之前，必須執(zhí)行去除多晶硅層表面氧化層以及表面清洗等一系列繁瑣步驟。然而，臨場(chǎng)多晶硅 / 硅化物沉積過程卻能夠巧妙地省略這些步驟。這不僅簡(jiǎn)化了工藝流程，還極大地提升了生產(chǎn)效率。舉例來說，在傳統(tǒng)工藝中，去除表面氧化層和清洗步驟需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資源，而單晶圓系統(tǒng)的臨場(chǎng)沉積過程則直接規(guī)避了這些環(huán)節(jié)，使得整個(gè)生產(chǎn)流程更加緊湊高效。采用多晶硅 - 鎢硅化物整合系統(tǒng)，能夠顯著提高產(chǎn)量，這對(duì)于追求高效生產(chǎn)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言，無疑具有重大意義。

從結(jié)構(gòu)上看，單晶圓的多晶硅沉積反應(yīng)室與單晶圓外延硅沉積反應(yīng)室極為相似。如圖所示，這是一個(gè)整合了多晶硅和鎢硅化物的沉積系統(tǒng)，通常也被稱為多晶硅化物系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的運(yùn)作過程中，晶圓首先從裝載系統(tǒng)載入，隨后通過機(jī)械手臂將其從轉(zhuǎn)換室精準(zhǔn)地送入多晶硅反應(yīng)室。在完成多晶硅沉積后，晶圓又會(huì)被機(jī)械手臂從多晶硅反應(yīng)室取出，經(jīng)過處于真空狀態(tài)的轉(zhuǎn)換室，轉(zhuǎn)送至鎢硅化物反應(yīng)室進(jìn)行沉積。當(dāng)多晶硅化物沉積全部完成后，機(jī)械手臂再次發(fā)揮作用，將晶圓取出并送至冷卻室。在冷卻室內(nèi)，氮?dú)鈺?huì)迅速帶走晶圓的熱量，使其溫度降低至合適范圍。最后，機(jī)械手臂將冷卻后的晶圓放置在裝載系統(tǒng)中的塑膠晶圓盒內(nèi)，為卸載做好準(zhǔn)備。

對(duì)于先進(jìn)的 DRAM 芯片，其制造工藝涉及多種材料的精心堆積。多晶硅、硅化鎢、鎢氮化和鎢（多晶硅 / WSL / WN / W）的堆積方式常用于構(gòu)建柵 / 數(shù)據(jù)線；而鎢氮化物、鎢（WN / W）的堆積則在位線的形成中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在最先進(jìn)的 DRAM 芯片制造中，埋數(shù)據(jù)線（BWL）技術(shù)成為核心工藝。在這種技術(shù)中，TIN / W 堆積被應(yīng)用于陣列晶體管的柵極和數(shù)據(jù)線；多晶硅 / WSi“ / WN / W 則被放置在位線和外圍晶體管的柵電極處。這些復(fù)雜而精確的材料堆積方式，共同構(gòu)成了先進(jìn) DRAM 芯片高性能的基礎(chǔ)。

單晶圓的多晶硅沉積主要在 10 - 200 Torr 的低壓環(huán)境下，借助硅烷化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。在沉積過程中，溫度需嚴(yán)格控制在 550 - 750 攝氏度之間，在此條件下，沉積速率可高達(dá) 2000 ?/min。此外，為了確保反應(yīng)室的清潔，減少微粒物對(duì)沉積過程的干擾，干式清潔系統(tǒng)通常會(huì)使用 HCl 來移除沉積在反應(yīng)室內(nèi)壁上的多晶硅薄膜。這一措施對(duì)于維持多晶硅沉積的高質(zhì)量和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

接下來探討氮化硅沉積。氮化硅作為一種致密的材料，在集成電路（IC）芯片制造中有著廣泛的應(yīng)用，其中最為突出的是作為擴(kuò)散阻擋層。在硅局部氧化形成過程里，氮化硅發(fā)揮著阻擋氧氣擴(kuò)散的關(guān)鍵遮蔽層作用。由于氮化硅的研磨速率相較于未摻雜的硅玻璃更低，所以在淺槽隔離形成過程中，它又被用作化學(xué)機(jī)械研磨（CMP）的停止層。

不僅如此，氮化硅還可用于形成側(cè)壁空間層、作為氧化物側(cè)壁空間層的刻蝕停止層或空間層。在一般的 IC 芯片制造流程中，在進(jìn)行金屬沉積之前，當(dāng)電介質(zhì)層（PMD）進(jìn)行摻磷硅玻璃或硼磷玻璃沉積時(shí)，首先會(huì)沉積一層氮化硅作為摻雜物的擴(kuò)散阻擋層。這是因?yàn)榕鸹蛄椎葥诫s物在高溫過程中可能會(huì)穿過超薄柵氧化層進(jìn)入硅襯底，從而對(duì)元器件造成損傷，而氮化硅層能夠有效地阻止這一現(xiàn)象的發(fā)生。此外，氮化硅阻擋層在自對(duì)準(zhǔn)工藝中也扮演著刻蝕停止層的重要角色。

這些氮化物的形成通?？赏ㄟ^低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）工藝來實(shí)現(xiàn)。然而，對(duì)于先進(jìn)的 IC 芯片制造，由于需要考慮熱積存問題，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）技術(shù)逐漸受到青睞。這是因?yàn)?PECVD 反應(yīng)所需的溫度明顯低于 LPCVD。在一些先進(jìn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）集成電路芯片制造中，氮化硅還被用于形成應(yīng)變。具體而言，對(duì)于雙軸應(yīng)變技術(shù)，采用 PECVD 氮化物的壓應(yīng)力來形成 PMOS 溝道的壓縮應(yīng)變，同時(shí)利用 LPCVD 的拉應(yīng)力來形成 NMOS 的拉伸應(yīng)變溝道。這種巧妙地利用氮化硅不同應(yīng)力特性的方法，有助于進(jìn)一步提升 CMOS 集成電路芯片的性能。