???隨著半導體器件的精細化，晶體管柵極的尺寸逐漸縮小或微小結構越來越復雜。蝕刻過程中，蝕刻損傷會在加工表面產生，因此需要進行“損傷修復”。

隨著半導體器件的不斷精細化，新材料的開發和制造方法的改進成為當前研究的重點。在此背景下，降低半導體器件制造過程中的溫度需求變得尤為重要。此外，對于薄膜形成過程，開發在低溫下形成高質量薄膜的技術也在快速推進。

（MARORA設備）

在本文中，將介紹一種名為“MARORA”的等離子體選擇氧化裝置，該裝置專為處理金屬柵極電極而設計。

選擇氧化過程的技術挑戰及對策

隨著半導體器件的精細化，晶體管柵極的尺寸逐漸縮小，電極電阻逐漸增加。因此，在某些具有硅化物薄膜（相對于多晶硅而言是一種改進的電極材料）的器件中，開始采用鎢等金屬電極。在形成晶體管單元的過程中，從柵極電極的形成到柵絕緣膜的形成，蝕刻過程是連續進行的。在這個過程中，蝕刻損傷會在加工表面產生，因此需要進行“損傷修復氧化”。然而，金屬電極容易被氧化，形成的絕緣膜電阻比金屬電極高。因此，在損傷修復氧化過程中，需要選擇性氧化技術來選擇性地氧化硅而不氧化金屬電極。

選擇氧化技術面臨的主要技術挑戰包括：

1. 抑制“鳥嘴效應”（即抑制多晶硅電極邊緣界面的氧化）

2. 修復蝕刻損傷

3. 確保金屬電極與硅之間的選擇性

然而，在傳統的高溫氧化處理過程中（即850°C以上），已知多晶硅電極的邊緣界面會被氧化，導致柵氧化膜變厚，從而惡化半導體器件的特性。

（使用氧氣和氫氣，氧化Si還原W）

選擇性氧化

比如修復柵極的蝕刻損傷，為了在不氧化金屬電極的情況下氧化硅表面，利用了氫氣的還原功能。工藝氣體是含有氫氣的混合氣體，同時發生氧化和還原反應。要實現選擇性氧化，需要在硅上使氧化反應占主導地位，而在金屬上使還原反應占主導地位。這些條件會根據除氣體比例外的其他工藝條件（如射頻功率和溫度）而變化，因此必須通過實驗理解并優化工藝窗口。

(表面氮化)

表面氮化

一些高升寬比的多層材料刻蝕中，由于每層材料不一樣，比如下圖，有金屬鎢，多晶硅，氮化硅等疊層高升寬比柱。這時通過一道刻蝕會對不同材料有著不同損傷。為了修復這些損傷，可以使用NH3等離子氮化，從而加固和修復這些表面，提升芯片的結構的強度。

參考文獻：

“MARORA” — A Plasma Selective-oxidation Apparatus for Metal-gate Devices