NMOS器件及工藝方法與流程詳解

雙層柵工藝上面介紹的工藝，都是用熱生長二氧化硅膜作為柵介質材料。用二氧化硅作為絕緣介質，具有它的獨特優點，它與硅有比較理想的界面接觸，絕緣性和介電性也比較好，故仍然是當前平面工藝中較為理想的絕緣保護層。NMOS工藝。但隨著對MOS電路要求的日益提高，就暴露出二氧化硅膜的不足之處。例如：

①二氧化硅膜內存在可動的鈉離子，當溫度升高時，會在一定的偏壓下發生漂移，使器件性能不穩定；

②二氧化硅膜抗輻射能力差，使MOS器件受輻射而影響溝道狀態和表面遷移率；

③二氧化硅中的正電荷會使硅表面感應負電荷，用二氧化硅作柵介質的N溝道MOS管容易耗盡，所以要做成增強型是十分困難的；

④二氧化硅本身多缺陷，并且與硅有相互作用。

為了克服以上缺點，提高電路性能，人們發現氮化硅（Si3N4）和三氧化二鋁（Al2O3）薄膜的某些特性比二氧化硅更為優越，因此利用二氧化硅和氮化硅、三氧化鋁的優點，組成了二氧化硅-氮化硅和二氧化硅-三氧化二鋁的雙層柵結構，制成了NMOS和MAOS器件，從而改善和提高了電路的性能。NMOS工藝。下面介紹兩種薄膜的性質及其在MOS電路中的應用。

一、NMOS工藝

1、Si3N4的優點

NMOS工藝是采用SiO2-Si3N4雙層結構作為MOS器件柵介質的工藝。這種工藝主要是基于氮化硅較二氧化硅優點更多，更為現想。

表6-1中分別列出了氮化硅和二氧化硅的性質。

從上表看出，采用Si3N4將有下列幾點好處；

①Si3N4介電常數大，表面電荷密度低，對于制造低閾值電壓增強型MOS器件是有利的，從而可與TTL電路相容，又因為有高的介電常數，可提高導電因子，有利于提高集成度。

②由于Si3N4的介電強度比SiO2大，有利于提高MOS絕緣柵的耐壓。

③在Si3N4中，鈉離子的遷移率是很低的，所以Si3N4可用來作為防止Na⁺侵入的掩膜；Si3N4的密度大，掩膜能力強，不但能掩蔽Na⁺，還可掩蔽多種雜質，而且化學穩定性好，有利提高器件的穩定性。

2、工藝流程

NMOS工藝，與常規MOS工藝相差不多，只是多了淀積Si3N4和腐蝕Si3N4兩個工藝程序。下面以P溝道增強型器件為例，說明雙層柵SiO2-Si3N4結構的工藝過程。

淀積Si3N4是在柵氧化以后進行的。NMOS工藝。Si3N4淀積以后，接著再淀積一層SiO2，作為腐蝕Si3N4的掩蔽膜?？涛g時，先腐蝕掉引線孔上的SiO2，然后再用摻有25%硝酸的磷酸混合液，在140℃~160℃的條件下將Si3N4腐蝕掉，最后再將剩余的SiO2腐蝕掉。如圖6-12所示。

如果采用1Ω·cm（100）面的P型Si襯底，絕緣層用SiO層（30nm）和Si3N4（180nm）

的雙層介質，柵用金屬A1，可以制成NMOS結構的N溝道增強型器件。

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