Fabrication de puces: nitrade en plasma DPN

In the sub-5nm chip manufacturing process, the thickness of the transistor gate dielectric layer has shrunk to less than 1 nanometer (about 5 atomic layers). At this time, conventional silica (SiO₂) acts like a thin veil of water leakage, and the leakage power consumption caused by electronic tunneling can account for up to 40% of the total power consommation .

The decoupled plasma nitriding (DPN) technology builds a "nano anti-theft net" by precisely injecting nitrogen atoms into the oxide layer, which not only blocks the channel of electronic leakage, but also opens up a new path for chip performance.

I,Quoi's DPN?

Le DPN (nitridation plasmatique découplée) est une technologie de traitement de surface du plasma à basse température, dont le principe central est d'injecter des atomes d'azote dans la couche d'oxyde de porte de manière contrôlée pour former une interface riche en azote . Contrairement au nitrade thermique traditionnelle, les caractéristiques de "découplage" de DP sont reflétées dans::

Découplage d'énergie: L'énergie du plasma est contrôlée indépendamment (généralement 100-500 w) pour empêcher les particules de haute énergie d'endommager le substrat de silicium .

Découplage spatial: Le plasma est confiné par un champ magnétique, de sorte que les atomes d'azote sont principalement enrichis sur la surface supérieure de la couche d'oxyde plutôt que par l'interface en silicium / oxyde, et la mobilité porteuse est protégé .

Indicateurs techniques clés:

Concentration d'azote: contrôle précis du pourcentage atomique 5-10 (plus de 15% provoqueront des défauts d'interface) .

Limite d'épaisseur: un traitement de film ultra-mince de moins ou égal à 10 angstroms (1 nm) peut être réalisé, ce qui est un processus nécessaire pour les nœuds sub-5} nm .

II .DPNProce

En prenant le processus HKMG (High K Metal Gate) à 28 nm, comme exemple, les étapes clés du DPN sont les suivantes: la couche d'oxyde se développe sur un substrat de silicium ISSG se développe une fine couche de dioxyde de silicium en tant que substrat de nitride .

Nitrade plasmatique

Atmosphère gazeuse: N₂ / Hn3 (gaz principal), AR (gaz dilué) sont introduits, et la pression est 35-70 mtorr . Activation du plasma: alimentation RF (200-600 W) ionize du gaz pour générer des ions azotés hautement réactifs (N⁺) .}} Nitrogen Perreatation: Nitrote couche de surface de Sio₂ et former une zone riche en azote à moins de 0 . 5 nm de la surface supérieure.

PNA
Un recuit rapide (600-800 degré) dans la même chambre à vide entraîne une diffusion uniforme des atomes d'azote, répare les dommages du réseau et réduit la densité de l'état interfacial .

0040-09094 Chambre 200mm

Iii .Il y a quatre rôles majeurs de DPN dans la nitrative de porte

1. Increasing the dielectric constant (k-value): When the nitrogen atom replaces the oxygen atom in SiO₂, it forms a Si-N bond (which is more polar than the Si-O bond), increasing the k-value from 3.9 to 4.5-7.0. Under the same capacitance, the physical thickness can be increased by 20%, which directly supprime l'effet de tunneling quantique.

Suppression du courant de fuite de grille: Dans la couche d'oxyde de 1 nm, le dopage d'azote DPN réduit le courant de fuite de 1000 a / cm² à 10 a / cm² (une réduction de 99%) . Le principe est que l'atome azote augmente la barrière d'énergie de la bande de conduction de Sio₂, et les électrons ont besoin d'énergie plus élevée pour tunnel .

3. Blocking Dopant Diffusion: Les atomes de bore de la porte PMOS pénètrent facilement le Sio₂, entraînant une dérive de tension de seuil . Le calque de nitrure agit comme un "filtre atomique", réduisant le coefficient de diffusion de bore {4}

4. Optimize the interfacial state: By controlling the peak position of nitrogen (0.3 nm from the interface>Pour éviter que les atomes d'azote détruisent la liaison de suspension en silicium, la mobilité des électrons est maintenue grande .