第六章薄膜淀积资料.ppt

第六章 薄膜淀积;CMOS晶体管的各层膜;引 言;ULSI硅片上的多层金属化;芯片中的金属层;薄膜淀积 半导体器件工艺中的“薄膜”是一种固态薄膜。 薄膜淀积是指任何在硅片衬底上物理淀积一层膜的工艺，属于薄膜制造的一种工艺，所淀积的薄膜可以是导体、绝缘材料或者半导体材料。比如二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）、多晶硅以及金属（Cu、W）.;固态薄膜;薄膜特性;膜对台阶的覆盖;高的深宽比间隙可以用深宽比来描述一个小间隙（如槽或孔），深宽比定义为间隙的深度和宽度的比值(见下图);高的深宽比间隙;薄膜生长的步骤;膜淀积技术;化学气相淀积;化学气相淀积的设备;CVD 化学过程; 例如，用硅烷和氧气通过氧化反应淀积SiO2膜。反应生成物SiO2淀积在硅片表面，副产物事是氢。 SiH4 + O2 SiO2 + 2H2;CVD 反应;CVD 传输和反应步骤图; 在化学气相淀积中，气体先驱物传输到硅片表面进行吸附作用和反应。列入下面的三个反应。反应1）显示硅烷首先分解成SiH2先驱物。 SiH2先驱物再和硅烷反应形成Si2H6。在中间CVD反应中， SiH2随着Si2H6被吸附在硅片表面。然后Si2H6分解形成最终需要的固态硅膜。 SiH4(气态) SiH2(气态) + H2(气态) （高温分解） SiH4(气态) + SiH2(气态) Si2H6(气态) （反应半成品形成） Si2H6(气态) 2Si (固态) + 3H2(气态) （最终产品形成） 以上实例是硅气相外延的一个反应过程;速度限制阶段 在实际大批量生产中，CVD反应的时间长短很重要。温度升高会促使表面反应速度增加。基于CVD反应的有序性，最慢的反应阶段会成为整个工艺的瓶颈。换言之，反应速度最慢的阶段将决定整个淀积过程的速度。 CVD的反应速度取决于质量传输和表面反应两个因素。在质量传输阶段淀积工艺对温度不敏感，这意味着无论温度如何，传输到硅片表面加速反应的反应气体的量都不足。在此情况下，CVD工艺通常是受质量传输所限制的。 ; 在更低的反应温度和压力下，由于只有更少的能量来驱动表面反应，表面反应速度会降低。最终反应物达到硅片表面的速??将超过表面化学反应的速度。在这种情况下。淀积速度是受化学反应速度限制的，此时称表面反应控制限制。 CVD 气流动力学 CVD气流动力学对淀积出均匀的膜很重要。所谓气体流动，指的是反应气体输送到硅片表面的反应区域（见下图）。CVD气体流动的主要因素包括，反应气体从主气流中到硅片表面的输送以及在表面的化学反应速度。;CVD 中的气流;硅片表面的气流;CVD 反应中的压力 如果CVD发生在低压下，反应气体通过边界层达到表面的扩散作用会显著增加。这会增加反应物到衬底的输运。在CVD反应中低压的作用就是使反应物更快地到达衬底表面。在这种情况下，速度限制将受约于表面反应，即在较低压下CVD工艺是反应速度限制的。 CVD 过程中的掺杂 CVD淀积过程中，在SiO2中掺入杂质对硅片加工来说也是很重要。例如，在淀积SiO2的过程中，反应气体中加入PH3后，会形成磷硅玻璃。化学反应方程如下： SiH4(气)+2PH3(气)+O2(气) SiO2(固)+2P(固)+5H2(气);CVD 淀积系统;CVD 反应器类型;各种类型 CVD 反应器及其主要特点;连续加工的APCVD 反应炉;APCVD TEOS-O3改善后的台阶覆盖;用TEOS－O3淀积SiO2 TEOS是正硅酸乙脂。分子式为Si(C2H5O4)，是一种液体。臭氧（O3）包含三个氧原子，比氧气有更强的反应活性，因此，这步工艺可以不用等离子体，在低温下（如400℃）进行，因为不需要等离子体，O3就能是TEOS分解，因此反应可以在常压（APCVD,760托）或者亚常压(SACVD，600托)下。淀积的二氧化硅薄膜改善了台阶覆盖轮廓，均匀性好，具有作为绝缘介质优异的电学特性。 优点：对于高的深宽比槽有良好的覆盖填充能力。 缺点：SiO2膜多孔，因而通常需要回流来去掉潮气并增加膜密度。;PSG 回流后平坦化的表面;LPCVD;硅片表面的边界层;LPCVD Reaction Chamber for Deposition of Oxid