一、氮氧化硅（SiON）材料

氮氧化硅（Silicon Oxynitride，化学式SiON）是一种由硅（Si）、氧（O）和氮（N）组成的非晶态化合物。其性质介于二氧化硅（SiO₂，k=3.9）和氮化硅（Si₃N₄，k=7.5）之间，通过调节氮氧比例（N/O比），可灵活调控其介电常数（k=4.5–7.0）、折射率（1.6–2.1）。SiON的独特优势使其成为芯片制造中的多面手材料。

二、SiON的合成工艺与原料

SiON的制备方法主要包括化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）和热氮化工艺，不同工艺的原料及反应机理如下：

化学气相沉积（CVD）

• 前驱体组合

• 硅源：硅烷（SiH₄）、四乙氧基硅烷（TEOS）。
• 氮源：氨气（NH₃）、一氧化二氮（N₂O）。
• 氧源：氧气（O₂）、N₂O（兼具氮、氧源）。

原子层沉积（ALD）

• 前驱体组合

• 硅源：双(叔丁基氨基)硅烷（BTBAS）、三氯硅烷（SiHCl₃）。
• 氮/氧源：NH₃等离子体、O₂等离子体。

• 工艺步骤

• 硅前驱体脉冲：BTBAS吸附于衬底表面。
• 吹扫：移除未反应前驱体。
• 反应气体脉冲：通入NH₃或O₂等离子体，形成Si-N或Si-O键。
• 二次吹扫：完成单原子层沉积。

• 薄膜厚度控制精度达±0.1 nm，适合复杂三维结构（如FinFET栅极）。

热氮化工艺（SiO₂氮化）

三、SiON在芯片制造中的核心作用

光刻抗反射层（ARC）

图案转移硬掩膜层

• 在硅片上沉积100 nm SiON层。
• 涂覆光刻胶并曝光显影。
• 以光刻胶为掩膜，干法刻蚀SiON层（使用CF₄/CHF₃等离子体）。
• 以SiON为硬掩膜刻蚀下层材料（如多晶硅或金属）。

高k栅极介电层

• 替代传统SiO₂

  通过氮化工艺将栅氧化层（SiO₂）部分转化为SiON，介电常数提升至~5.0，降低等效氧化层厚度（EOT），增强栅控能力。

• 技术指标

  在28 nm制程中，SiON栅介质的EOT可达1.0 nm以下，漏电流降低1-2个数量级。

浅沟槽隔离（STI）的侧壁保护层

• 作用

  在STI刻蚀后，沉积SiON作为侧壁保护层，防止后续工艺中氧化物填充层（如HDP SiO₂）的损伤。