第8章 薄膜淀积.pptVIP

第八章 薄膜淀积 淀积方法：中温（600-650℃）LPCVD 两种低压方法：一种是压强约为25-130Pa，使用100%的硅烷作为反应气体。 另一种是同样的总压强下，利用氮气作为稀释硅烷的气体，浓度控制在20-30%。 两种方法每次可淀积数百片的晶片，且厚度均匀（误差5%内）。 硅烷分压及温度对多晶硅淀积速率的影响 离子注入的电阻特性 低注入剂量时，晶粒边界处的载流子陷阱会引起大电阻 §5 金属化 金属化是指用于互连、欧姆接触、金属-半导体整流接触的金属膜的形成过程。 两种常用的金属化工艺：物理气相淀积（PVD）和化学气相淀积（CVD）。 PVD金属化 方法有：蒸发、电子束蒸发、等离子体喷射淀积及溅射。金属或合金(Ti、Al、Cu、TiN、TaN)均可利用PVD法淀积获得。 * * nMOS晶体管的各层膜 芯片中的金属 热氧化膜 电介质膜—绝缘层、掩膜、覆盖层或钝化层 外延层 多晶硅膜—MOS栅极、导电材料、接触材料 金属膜—低电阻内连、欧姆接触等 §1 外延生长技术 同质结外延层和异质结外延层 两种主要的外延技术—化学气相淀积（CVD）和分子束外延（MBE） 一、化学气相淀积（CVD） CVD化学过程 高温分解： 通常在无氧的条件下，通过加热化 合物分解（化学键断裂）； 光分解： 利用辐射使化合物的化学键断裂分解； 还原反应： 反应物分子和氢发生的反应； 氧化反应： 反应物原子或分子和氧发生的反应； 氧化还原反应：反应3与4的组合，反应后形成两 种新的化合物。 CVD反应步骤 1）气体传输至淀积区域； 2）膜先驱物的形成； 3）膜先驱物附着在硅片表面； 4）膜先驱物黏附； 5）膜先驱物扩散； 6）表面反应； 7）副产物从表面移除； 8）副产物从反应腔移除。 CVD 传输和反应步骤图 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） CVD工艺 CVD包括： APCVD LPCVD PECVD 硅CVD原理 ①四氯化硅（四氯硅烷）SiCl4 注意：上式反应是可逆的，利用这一反应特点可以在淀积之初先通入HCl对表层进行清洗 反应温度：约1200°C 伴随反应： ②硅烷SiH4 SiH4 Si+2H2 加热 优点：不需要第二种反应物，而且反应温度比四氯化硅低几百度 缺点：反应过程中会形成粉末状物质，污染反应室和晶片。 ③二氯硅烷SiH2Cl2 砷化镓CVD原理 As4是由砷烷分解 氯化镓是由下来反应而来 注意：①外延温度为650℃到850℃的范围。②必须有足够的砷的过蒸汽压，以防止衬底和生长层的热分解。 金属有机物CVD（MOCVD） MOCVD主要应用在生长III-V族和II-VI族化合物异质外延上。通常以热分解金属有机物的方法提供III-V族和II-VI族化合物中的金属。 注意：金属有机物通常毒性高，而且在空气中易自燃，因此要采取严格的安全措施 二、分子束外延（MBE） MBE是指在超高真空环境下（10-8Pa）一束或多束热原子或热分子和晶体表面反应的外延工艺。MBE能够非常精确地控制化学组成和参杂浓度。厚度只有原子层量级的单晶多层结构可用MBE制作。因此，MBE法可用来精确制作半导体异质结构，其薄膜层可从几分之一微米到单层原子。 加热器 电子枪 晶片衬底 液氮制冷低温板 加热线圈 泻流室 镓 掺杂剂 掺杂剂 砷 铝 超真空室 MBE工艺原理图 §2 外延层结构和缺陷 晶格匹配外延 应力外延 无应力外延 超晶格—两种具有不同晶格常数（a1a2）的半导体生长成为具有同一晶格常数b的人工一维周期结构材料（a1ba2）。 a2 a1 b 周期厚度约10nm，用MBE制作，可用于高速器件和光子器件。 （1）从衬底来的缺陷。 （2）从界面来的缺陷 （3）沉淀物或位错环。 （4）低角晶粒间界和孪晶。 （5）刃型位错。 外延层中的缺陷 §3 电介质淀积 三种主要的淀积方法：APCVD、LPCVD和等离子辅助CVD（PECVD） 二氧化硅淀积 低温淀积（300-500℃） 由于硅烷与氧气在低温反应使得此法特别适合于在铝膜上淀积二氧化硅。 中温淀积（500-800℃） 此法产生的二氧化硅台阶覆盖性良好，所以适