本文介紹了單晶圓系統(tǒng)：多晶硅與氮化硅的沉積。

在半導體制造領域，單晶圓系統(tǒng)展現(xiàn)出獨特的工藝優(yōu)勢，它具備進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，便是能夠實現(xiàn)臨場的多晶硅和鎢硅化物沉積。在動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）芯片的制造過程中，由多晶硅 - 鎢硅化物構成的疊合型薄膜被廣泛應用于柵極、局部連線以及單元連線等關鍵部位。

傳統(tǒng)的高溫爐多晶硅沉積和化學氣相沉積（CVD）鎢硅化物工藝，在進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大量的時間和資源，而單晶圓系統(tǒng)的臨場沉積過程則直接規(guī)避了這些環(huán)節(jié)，使得整個生產(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，這對于追求高效生產(chǎn)的半導體產(chǎn)業(yè)而言，無疑具有重大意義。

從結構上看，單晶圓的多晶硅沉積反應室與單晶圓外延硅沉積反應室極為相似。如圖所示，這是一個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)的運作過程中，晶圓首先從裝載系統(tǒng)載入，隨后通過機械手臂將其從轉換室精準地送入多晶硅反應室。在完成多晶硅沉積后，晶圓又會被機械手臂從多晶硅反應室取出，經(jīng)過處于真空狀態(tài)的轉換室，轉送至鎢硅化物反應室進行沉積。當多晶硅化物沉積全部完成后，機械手臂再次發(fā)揮作用，將晶圓取出并送至冷卻室。在冷卻室內，氮氣會迅速帶走晶圓的熱量，使其溫度降低至合適范圍。最后，機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，為卸載做好準備。

對于先進的 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)揮關鍵作用。在最先進的 DRAM 芯片制造中，埋數(shù)據(jù)線（BWL）技術成為核心工藝。在這種技術中，TIN / W 堆積被應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。這些復雜而精確的材料堆積方式，共同構成了先進 DRAM 芯片高性能的基礎。

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

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用，其中最為突出的是作為擴散阻擋層。在硅局部氧化形成過程里，氮化硅發(fā)揮著阻擋氧氣擴散的關鍵遮蔽層作用。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，它又被用作化學機械研磨（CMP）的停止層。

不僅如此，氮化硅還可用于形成側壁空間層、作為氧化物側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，在進行金屬沉積之前，當電介質層（PMD）進行摻磷硅玻璃或硼磷玻璃沉積時，首先會沉積一層氮化硅作為摻雜物的擴散阻擋層。這是因為硼或磷等摻雜物在高溫過程中可能會穿過超薄柵氧化層進入硅襯底，從而對元器件造成損傷，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準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常可通過低壓化學氣相沉積（LPCVD）工藝來實現(xiàn)。然而，對于先進的 IC 芯片制造，由于需要考慮熱積存問題，等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）技術逐漸受到青睞。這是因為 PECVD 反應所需的溫度明顯低于 LPCVD。在一些先進的互補金屬氧化物半導體（CMOS）集成電路芯片制造中，氮化硅還被用于形成應變。具體而言，對于雙軸應變技術，采用 PECVD 氮化物的壓應力來形成 PMOS 溝道的壓縮應變，同時利用 LPCVD 的拉應力來形成 NMOS 的拉伸應變溝道。這種巧妙地利用氮化硅不同應力特性的方法，有助于進一步提升 CMOS 集成電路芯片的性能。