半導(dǎo)體制造工藝-12薄膜沉積(上)課件

1、半導(dǎo)體薄膜：Si介質(zhì)薄膜：SiO2，Si3N4, BPSG，金屬薄膜：Al，Cu，W，Ti， 在集成電路制備中，很多薄膜材料由淀積工藝形成單晶薄膜：Si, SiGe（外延）多晶薄膜：poly-SiDeposition11）化學(xué)氣相淀積 Chemical Vapor Deposition (CVD)一種或數(shù)種物質(zhì)的氣體，以某種方式激活后，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并淀積出所需固體薄膜的生長技術(shù)。 例如：APCVD, LPCVD, PECVD, HDPCVD2）物理氣相淀積 Physical Vapor Deposition (PVD)利用某種物理過程實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，即將原子或分子轉(zhuǎn)移到襯底（硅）表

2、面上，并淀積成薄膜的技術(shù)。例如：蒸發(fā) evaporation，濺射sputtering兩類主要的淀積方式2除了CVD和PVD外，制備薄膜的方法還有:銅互連是由電鍍工藝制作旋涂Spin-on鍍/電鍍electroless plating/electroplating3外延：在單晶襯底上生長一層新的單晶層，晶向取決于襯底外延硅應(yīng)用舉例4CMOS柵電極材料；多層金屬化電極的導(dǎo)電材料多晶硅薄膜的應(yīng)用5對薄膜的要求組分正確，玷污少，電學(xué)和機(jī)械性能好 片內(nèi)及片間（每一硅片和硅片之間）均勻性好3. 臺(tái)階覆蓋性好（conformal coverage 保角覆蓋） 填充性好 平整性好 7化學(xué)氣相淀積（CVD）單

3、晶 (外延）、多晶、非晶（無定型）薄膜半導(dǎo)體、介質(zhì)、金屬薄膜常壓化學(xué)氣相淀積（APCVD），低壓CVD (LPCVD)，等離子體增強(qiáng)淀積（PECVD）等CVD反應(yīng)必須滿足三個(gè)揮發(fā)性標(biāo)準(zhǔn)在淀積溫度下,反應(yīng)劑必須具備足夠高的蒸汽壓除淀積物質(zhì)外,反應(yīng)產(chǎn)物必須是揮發(fā)性的淀積物本身必須具有足夠低的蒸氣壓8F1是反應(yīng)劑分子的粒子流密度F2代表在襯底表面化學(xué)反應(yīng)消耗的反應(yīng)劑分子流密度生長動(dòng)力學(xué)從簡單的生長模型出發(fā)，用動(dòng)力學(xué)方法研究化學(xué)氣相淀積推導(dǎo)出生長速率的表達(dá)式及其兩種極限情況與熱氧化生長稍有不同的是，沒有了在SiO2中的擴(kuò)散流10hG 是質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)（cm/sec） ks 是表面化學(xué)反應(yīng)系數(shù)（cm/se

4、c）在穩(wěn)態(tài)，兩類粒子流密度應(yīng)相等。這樣得到可得：11設(shè)則生長速率這里 Y 為在氣體中反應(yīng)劑分子的摩爾比值,CG為每cm3中反應(yīng)劑分子數(shù)，這里CT為在氣體中每cm3的所有分子總數(shù)PG 是反應(yīng)劑分子的分壓，PG1，PG1 PG2 PG3.等是系統(tǒng)中其它氣體的分壓N是形成薄膜的單位體積中的原子數(shù)。對硅外延N為51022 cm-3 12T對ks的影響較hG大許多，因此： hGks表面控制過程在較低溫度出現(xiàn)生長速率和溫度的關(guān)系硅外延：Ea=1.6 eV斜率與激活能Ea成正比hGconstant14以硅外延為例（1 atm，APCVD）hG 常數(shù)Ea 值相同外延硅淀積往往是在高溫下進(jìn)行，以確保所有硅原子淀

5、積時(shí)排列整齊，形成單晶層。為質(zhì)量輸運(yùn)控制過程。此時(shí)對溫度控制要求不是很高，但是對氣流要求高。多晶硅生長是在低溫進(jìn)行，是表面反應(yīng)控制，對溫度要求控制精度高。15單晶硅外延要采用圖中的臥式反應(yīng)設(shè)備，放置硅片的石墨舟為什么要有傾斜? 17這里界面層厚度s是x方向平板長度的函數(shù)。隨著x的增加，s(x)增加，hG下降。如果淀積受質(zhì)量傳輸控制，則淀積速度會(huì)下降沿支座方向反應(yīng)氣體濃度的減少, 同樣導(dǎo)致淀積速度會(huì)下降為氣體粘度為氣體密度U為氣體速度18因此，支座傾斜可以促使s(x)沿x變化減小原理：由于支座傾斜后，氣流的流過的截面積下降，導(dǎo)致氣流速度的增加，進(jìn)而導(dǎo)致s(x)沿x減小和hG的增加。從而用加大hG的方法來補(bǔ)償沿支座長度方向的氣源的耗盡而產(chǎn)生的淀積速率的下降。尤其對質(zhì)量傳輸控制的淀積至關(guān)重要，如APCVD法外延硅。19本節(jié)課主要內(nèi)容常用的淀積薄膜有哪些？舉例說明其用途。什么是CVD？描述它的工藝過程。CVD的控制有哪兩種極限狀態(tài)？分別控制什么參數(shù)是關(guān)鍵？單晶硅（外延）器件；多晶硅柵電極；SiO2互連介質(zhì)；Si3N4鈍化。金屬化學(xué)氣相淀積：反應(yīng)劑被激活后在襯底表面發(fā)生化