化學(xué)氣相沉積二

第六章化學(xué)氣相沉積6.1CVD概述6.2CVD工藝原理6.3CVD工藝方法6.4二氧化硅薄膜的淀積6.5氮化硅薄膜淀積6.6多晶硅薄膜淀積6.7金屬及金屬化合物薄膜16.4二氧化硅薄膜淀積二氧化硅的用途6.4二氧化硅薄膜淀積二氧化硅薄膜的特性要求厚度均勻、結(jié)構(gòu)性能好，離子和化學(xué)玷污要低，與襯底之間有良好的黏附性，具有較小的應(yīng)力以防止碎裂，完整性要好以獲得較高的介質(zhì)擊穿電壓，較好的臺(tái)階覆蓋以滿足多層互聯(lián)的要求，針孔密度要低，較低的K值以獲得高性能器件和較高的產(chǎn)率。

衡量二氧化硅薄膜質(zhì)量指標(biāo)折射系數(shù)與熱氧化的折射系數(shù)1.46相比大于1.46，富硅小于1.46，低密度多孔薄膜6.4二氧化硅薄膜淀積CVDSiO2的方法低溫CVDSiO2

：低于500℃中溫LPCVDSiO2：500～800℃TEOS與臭氧混合源的SiO2淀積：低于500℃高溫LPCVD淀積6.4二氧化硅薄膜淀積低溫CVDSiO2LPCVDorAPCVD(250~450℃)低溫淀積生成的SiO2薄膜的密度低于熱生長(zhǎng)二氧化硅，折射系數(shù)為1.44，較易腐蝕。可在700~1000℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理，以實(shí)現(xiàn)致密化。致密化是一個(gè)減少SiO2玻璃體中H2O的成分，增加橋鍵氧數(shù)目的過(guò)程。6.4二氧化硅薄膜淀積低溫CVDSiO2PECVD（200~400℃）可用N2O：SiH4

的比值來(lái)控制生成物的成分稀釋的HF溶液對(duì)SiO2薄膜的腐蝕速率可以非常精確的反應(yīng)薄膜的配比和密度。高密度等離子體（HDP）CVD可在120℃的低溫下淀積質(zhì)量很好的SiO2薄膜。6.4二氧化硅薄膜淀積低溫CVDSiO2PECVD（250-425℃）

正硅酸四乙酯[Si(OC2H5)4]

TEOS+O2 SiO2+Products

淀積的薄膜具有更好的臺(tái)階覆蓋和間隙填充特性，淀積溫度低，可用來(lái)形成多層布線中金屬層之間的絕緣層淀積。可在淀積源中加入摻雜源進(jìn)行摻雜加硼酸三甲酯（TMB)可摻硼加磷酸三甲酯（TMP)可摻磷6.4二氧化硅薄膜淀積中溫CVDSiO2LPCVDTEOS(675~695℃) TEOSSiO2+ProductsTEOS代替SiH4安全淀積的薄膜具有更好的保形性原因：反應(yīng)物淀積后在臺(tái)階表面快速遷移應(yīng)用：金屬淀積之前的絕緣層（多晶硅和金屬層之間的絕緣層）；形成隔離層（MOSFETs的LDD）6.4二氧化硅薄膜淀積TEOS與臭氧混合源的SiO2淀積特點(diǎn)(APCVD或LPCVD)

：高的淀積速率很好的保形性淀積前先用PECVD法淀積薄層SiO2，保證相同的淀積速度易于與空氣中的水汽反應(yīng)，故最上層用PECVD法淀積SiO2層作為保護(hù)故TEOS/O3淀積的氧化層就像三明治一樣夾在由兩層PECVD的氧化層結(jié)構(gòu)。形成三層絕緣結(jié)構(gòu)。6.4二氧化硅薄膜淀積高溫LPCVDSiO2第六章化學(xué)氣相沉積6.1CVD概述6.2CVD工藝原理6.3CVD工藝方法6.4二氧化硅薄膜的淀積6.5氮化硅薄膜淀積6.6多晶硅薄膜淀積6.7金屬及金屬化合物薄膜126.5氮化硅薄膜淀積

應(yīng)用：鈍化層和機(jī)械保護(hù)層鈉和水汽在氮化硅中的擴(kuò)散速度非常慢，即擁有很強(qiáng)的掩蔽能力硅選擇性氧化的掩蔽膜氮化硅氧化速度非常慢二氧化硅緩沖層CVDSi3N46.5氮化硅薄膜淀積CVDSi3N4

應(yīng)用：電容中的絕緣材料（高K介質(zhì)，7~9）

作為MOSFETs的側(cè)墻用于LDD結(jié)構(gòu)的側(cè)墻不能用于導(dǎo)體之間的絕緣層高的介電常數(shù)，會(huì)形成較大的寄生電容6.5氮化硅薄膜淀積中溫(700～800℃)的LPCVD作為選擇氧化的掩蔽膜DRAM中電容的介質(zhì)層優(yōu)點(diǎn)：薄膜密度比較高，比PECVDSi3N4有更好的化學(xué)配比，氫的含量比PECVDSi3N4低，臺(tái)階覆蓋性好缺點(diǎn)：溫度高、速率低（700℃時(shí)10nm/min）；氣缺現(xiàn)象DCS:二氯硅烷SiCl2H26.5氮化硅薄膜淀積低溫(300℃)的PECVD鈍化層，因Al的存在SiH4-NH3淀積速率高，薄膜擊穿電壓高，臺(tái)階覆蓋性好氫的含量高（無(wú)正確的化學(xué)組成比）SiH4-N2淀積速率低，薄膜擊穿電壓低，臺(tái)階覆蓋性差氫的含量低，薄膜致密第六章化學(xué)氣相沉積6.1CVD概述6.2CVD工藝原理6.3CVD工藝方法6.4二氧化硅薄膜的淀積6.5氮化硅薄膜淀積6.6多晶硅薄膜淀積6.7金屬及金屬化合物薄膜176.6多晶硅薄膜淀積多晶硅薄膜的性質(zhì)

物理結(jié)構(gòu)由小單晶組成，多晶界淀積薄膜為非晶或多晶（取決于工藝），非晶經(jīng)熱處理可轉(zhuǎn)為多晶。晶粒表面原子周期性排列受到破壞，所以晶粒間界具有高密度缺陷和懸掛鍵晶界處的擴(kuò)散系數(shù)明顯高于晶粒內(nèi)部的擴(kuò)散系數(shù)高溫時(shí)存在于晶粒內(nèi)的雜質(zhì)在低溫時(shí)由于分凝作用會(huì)運(yùn)動(dòng)到晶界6.6多晶硅薄膜淀積多晶硅薄膜的性質(zhì)

電學(xué)特性多晶硅的電阻率高于單晶硅的電阻率摻雜原子在熱處理過(guò)程中易到晶粒間界處，不能有效的貢獻(xiàn)自由載流子晶粒間界處的懸掛鍵俘獲自由載流子,由此降低載流子的濃度晶粒尺寸大的多晶硅的電阻率低，因?yàn)榫Яｉg界密度小多晶硅的優(yōu)點(diǎn)（Al的熔點(diǎn)為659℃）：多晶硅與隨后的高溫?zé)崽幚砉に囉泻芎玫募嫒菪耘cAl柵相比，多晶硅與熱生長(zhǎng)二氧化硅的接觸性能更好在陡峭的臺(tái)階上淀積多晶硅時(shí)能夠獲得很好的保形性應(yīng)用：柵電極互聯(lián)引線導(dǎo)體和電阻（高電阻值）填充介質(zhì)隔離技術(shù)中的深槽6.6多晶硅薄膜淀積6.6多晶硅薄膜淀積CVD多晶硅

一般用LPCVD，在580℃～650℃下熱分解硅烷SiH4發(fā)生氣相反應(yīng)，生成粗糙多孔硅層，不適合IC的要求。當(dāng)氣體中的Si的濃度較大，容易發(fā)生氣相反應(yīng)氣體稀釋硅烷，用H2、氮?dú)饣驓鍤饪梢砸种茪庀喾磻?yīng)LPCVD時(shí)的氣缺現(xiàn)象分布式入口的LPCVD反應(yīng)室6.6多晶硅薄膜淀積淀積條件對(duì)多晶硅結(jié)構(gòu)及淀積速率的影響溫度<580℃,非晶態(tài)>580℃,多晶~625℃<110>晶向的晶粒占主導(dǎo)~675℃<100>晶向的晶粒占主導(dǎo)更高溫度<110>晶向的晶粒占主導(dǎo)壓力、溫度溫度一定，壓力增大，淀積速率增大

壓力一定，溫度增大，淀積速率增大6.6多晶硅薄膜淀積多晶硅的摻雜技術(shù)多晶硅的摻雜技術(shù)擴(kuò)散摻雜在淀積完成之后在較高的溫度下進(jìn)行摻雜

優(yōu)點(diǎn)：能夠在多晶硅薄膜中摻入濃度很高的雜質(zhì)。同時(shí)完成摻雜和退火工藝

缺點(diǎn)：溫度較高、薄膜表面粗糙程度增加6.6多晶硅薄膜淀積多晶硅的摻雜技術(shù)多晶硅的摻雜技術(shù)離子注入（最常用）淀積后的離子注入和退火優(yōu)點(diǎn)：可精確控制摻入雜質(zhì)的數(shù)量，適合于不需要太高摻雜濃度的多晶硅薄膜特點(diǎn)：形成的高摻雜多晶硅電阻率約為擴(kuò)散形成的電阻率的10倍6.6多晶硅薄膜淀積多晶硅的摻雜技術(shù)多晶硅的摻雜技術(shù)原位摻雜（in-situ)邊淀積邊摻雜簡(jiǎn)單，但薄膜厚度、摻雜均勻性及淀積速率會(huì)隨著摻雜氣體的加入變得復(fù)雜較少采用第六章化學(xué)氣相沉積6.1CVD概述6.2CVD工藝原理6.3CVD工藝方法6.4二氧化硅薄膜的淀積6.5氮化硅薄膜淀積6.6多晶硅薄膜淀積6.7金屬及金屬化合物薄膜266.7金屬薄膜淀積W的CVD

鎢的用途

鎢插塞（plug）:更好的通孔填充能力局部互連材料短程互聯(lián)（電導(dǎo)率較低）全局互聯(lián)（Al、Cu）6.7金屬薄膜淀積W的CVD鎢廣泛用于互連的原因體電阻率小（7～12uQ.cm)熱穩(wěn)定性好（熔點(diǎn)最高）應(yīng)力低，保形性好；抗電遷移能力和抗腐蝕性強(qiáng)

缺點(diǎn)電阻率相對(duì)鋁高在氧化物和氮化物上附著力差鎢與硅在600℃以上接觸時(shí)，會(huì)形成鎢的硅化物熔點(diǎn)Al660℃Cu1083℃W3380℃Mo2600℃6.7金屬薄膜淀積W的CVD化學(xué)反應(yīng)（一般用LPCVD來(lái)淀積）鎢的淀積方法覆蓋式（過(guò)程復(fù)雜，費(fèi)用高，但比較成熟）選擇式（存在問(wèn)題，如選擇性差、橫向擴(kuò)展、空洞形成）6.7金屬薄膜淀積W的CVD覆蓋式化學(xué)氣相淀積鎢與回刻表面原位預(yù)清潔去掉接觸孔及鋁通孔內(nèi)的氧化層淀積接觸層與TiN相比Ti與硅襯底的接觸電阻比較小淀積附著層/阻擋層TiNTiN與鎢及其它介質(zhì)層的附著性能好6.7金屬薄膜淀積W的CVD覆蓋式化學(xué)氣相淀積鎢與回刻淀積鎢，分成兩步去掉接觸孔及鋁通孔內(nèi)的氧化層形成一薄層鎢，大約幾十nm臺(tái)階覆蓋性不是很好然后，氫氣還原反應(yīng)淀積剩余厚度的鎢膜氫氣還原反應(yīng)淀積W不能在TiN上穩(wěn)定地凝聚回刻附著層/阻擋層的刻蝕326.7金屬薄膜淀積6.7金屬薄膜淀積W的CVD

CVD鎢膜的應(yīng)力鎢栓應(yīng)力不必考慮互聯(lián)鎢層應(yīng)力必須考慮鎢栓的電阻對(duì)于深亞微米工藝，鎢栓電阻對(duì)總電阻影響過(guò)大，考慮用鋁栓或銅栓代替。6.7金屬薄膜淀積W的CVD硅化物L(fēng)PCVD（300～400℃）增大SiH4的流量，才能保證淀積的是WSix而不是W。當(dāng)x>2.0時(shí)在淀積的硅化鎢薄膜中將含有過(guò)量的硅，可以避免薄膜碎裂剝離。WSix薄膜中含有較高濃度的氟，當(dāng)該薄膜用到厚度低于20nm的柵氧上的時(shí)候，會(huì)使柵氧擊穿電壓降低和較明顯的閾值電壓漂移。6.7金屬薄膜淀積W的CVD硅化物L(fēng)PCVD(570~600℃)氟的含量比使用硅烷反應(yīng)生成的薄膜要低的多，并且氯的含量很低。DCS的階梯覆蓋性要比硅烷好。生成的硅化鎢薄膜的碎裂剝落不太嚴(yán)重。DCS代替硅烷CVDWSix。6.7金屬薄膜淀積Al的CVDAL的優(yōu)點(diǎn)（適用于0.25um以下工藝）對(duì)接觸孔填充性好電阻率低一次完成填充和互連采用有機(jī)金屬化合物源（TMA;DMAH;DMEAA)

鋁生產(chǎn)中的問(wèn)題安全保持穩(wěn)定性CVD鋁抗電遷移能力較差37小結(jié)：CVD和PVD薄膜淀積

二氧化硅薄膜：APCVD,LPCVD,氮化硅薄膜：LPCVD,PECVD多晶硅薄膜：LPCVD金屬及金屬化合物薄膜：CVD,PVDAl，Cu，Ag，Au…W，WSix，TiN,38