可變高應力氮化硅薄膜的內應力研究

孫建潔，張可可，陳全勝

（無錫中微晶園電子有限公司，江蘇無錫 214035）

1 引言

在半導體制造業的快速發展期，尤其是近三十年以來，隨著芯片尺寸的不斷縮小，芯片的運行速度也在不斷提升，而硅材料一直起著至關重要的促進作用。但是，隨著芯片工藝技術的持續發展，人們對芯片的功能要求越來越高，硅材料物理性能方面的不足之處對芯片運行速度的進一步提升產生了一定的阻礙。為此，從20 世紀90 年代初開始，逐漸涌現出可以改善這種狀況的一系列新技術，如應變硅技術、硅晶絕緣體（SOI）技術等。

應變硅技術的工藝原理是將在金屬氧化物半導體（MOS）管的柵極下溝道處硅原子的間距進一步拉大，降低電子通行所受到的阻力，等同于把導通電阻降低。當MOS 管工作的時候，源極和漏極之間的載流子就會順利地沿著橫向拉伸方向自由通過，從而降低半導體器件的功耗及發熱量，對其運行速度的提升也有一定的推動作用。所以，實現該技術的關鍵點是找到一種成本較低、制備工藝簡單且可工業化生產的方法來擴大硅原子之間的相對間距。

2004 年IBM 和AMD 在IEDM 會議上報道了在金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）表面淀積SiN 薄膜形成應變硅的雙應力襯底（DSL）的新技術[1]。采用該技術研制的N 型和P 型MOSFET 的驅動電流均會得到一定程度的提升。

雖然SiN 致應變技術已經提出很久，但是實際工藝中在Si 表面實現高應力（大于2 GPa）SiN 薄膜非常困難。本文以低頻等離子體增強化學氣象沉積（PECVD）SiN 薄膜為基礎，在一定工藝下實現了張應力和壓應力的切換，且可以實現2 GPa 以上的高應力效果。……