NMOS器件及工艺方法与流程详解

双层栅工艺上面介绍的工艺，都是用热生长二氧化硅膜作为栅介质材料。用二氧化硅作为绝缘介质，具有它的独特优点，它与硅有比较理想的界面接触，绝缘性和介电性也比较好，故仍然是当前平面工艺中较为理想的绝缘保护层。NMOS工艺。但随着对MOS电路要求的日益提高，就暴露出二氧化硅膜的不足之处。例如：

①二氧化硅膜内存在可动的钠离子，当温度升高时，会在一定的偏压下发生漂移，使器件性能不稳定；

②二氧化硅膜抗辐射能力差，使MOS器件受辐射而影响沟道状态和表面迁移率；

③二氧化硅中的正电荷会使硅表面感应负电荷，用二氧化硅作栅介质的N沟道MOS管容易耗尽，所以要做成增强型是十分困难的；

④二氧化硅本身多缺陷，并且与硅有相互作用。

为了克服以上缺点，提高电路性能，人们发现氮化硅（Si3N4）和三氧化二铝（Al2O3）薄膜的某些特性比二氧化硅更为优越，因此利用二氧化硅和氮化硅、三氧化铝的优点，组成了二氧化硅-氮化硅和二氧化硅-三氧化二铝的双层栅结构，制成了NMOS和MAOS器件，从而改善和提高了电路的性能。NMOS工艺。下面介绍两种薄膜的性质及其在MOS电路中的应用。

一、NMOS工艺

1、Si3N4的优点

NMOS工艺是采用SiO2-Si3N4双层结构作为MOS器件栅介质的工艺。这种工艺主要是基于氮化硅较二氧化硅优点更多，更为现想。

表6-1中分别列出了氮化硅和二氧化硅的性质。

从上表看出，采用Si3N4将有下列几点好处；

①Si3N4介电常数大，表面电荷密度低，对于制造低阈值电压增强型MOS器件是有利的，从而可与TTL电路相容，又因为有高的介电常数，可提高导电因子，有利于提高集成度。

②由于Si3N4的介电强度比SiO2大，有利于提高MOS绝缘栅的耐压。

③在Si3N4中，钠离子的迁移率是很低的，所以Si3N4可用来作为防止Na⁺侵入的掩膜；Si3N4的密度大，掩膜能力强，不但能掩蔽Na⁺，还可掩蔽多种杂质，而且化学稳定性好，有利提高器件的稳定性。

2、工艺流程

NMOS工艺，与常规MOS工艺相差不多，只是多了淀积Si3N4和腐蚀Si3N4两个工艺程序。下面以P沟道增强型器件为例，说明双层栅SiO2-Si3N4结构的工艺过程。

淀积Si3N4是在栅氧化以后进行的。NMOS工艺。Si3N4淀积以后，接着再淀积一层SiO2，作为腐蚀Si3N4的掩蔽膜。刻蚀时，先腐蚀掉引线孔上的SiO2，然后再用掺有25%硝酸的磷酸混合液，在140℃~160℃的条件下将Si3N4腐蚀掉，最后再将剩余的SiO2腐蚀掉。如图6-12所示。

如果采用1Ω·cm（100）面的P型Si衬底，绝缘层用SiO层（30nm）和Si3N4（180nm）

的双层介质，栅用金属A1，可以制成NMOS结构的N沟道增强型器件。

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