半導(dǎo)體工藝的淀積的工藝及設(shè)備技術(shù),職稱(chēng)論文

半導(dǎo)體工藝的淀積的工藝及設(shè)備技術(shù),職稱(chēng)論文內(nèi)容摘要：薄膜工藝是半導(dǎo)體工藝重要組成部分，較廣泛的采用物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積方式方法。通常把PECVD才直接稱(chēng)為淀積工藝，其工藝受多方面因素影響，通過(guò)工藝和設(shè)備技術(shù)的研究，提高工藝可靠性，減少設(shè)備故障。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：薄膜工藝；物理氣相沉積；化學(xué)氣相沉積；PECVD;淀積系統(tǒng)；0引言半導(dǎo)體工藝就是在晶片上執(zhí)行一系列復(fù)雜的化學(xué)或者物理操作，制作能實(shí)現(xiàn)各種需要的器件，如半導(dǎo)體激光器、二極管、三極管、集成電路等。這些工藝能夠分為4大基本類(lèi)：薄膜工藝、刻印工藝、刻蝕工藝和摻雜工藝。薄膜能夠是導(dǎo)體、絕緣物質(zhì)或者半導(dǎo)體材料，根據(jù)不同的用處和要求，制作薄膜的方式方法也得到了發(fā)展和應(yīng)用，以薄膜制作，十分是PECVD〔PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition〕淀積的工藝及其設(shè)備技術(shù)做研究和討論。1薄膜制作方式方法薄膜并不是平面膜，將半導(dǎo)體晶片放大后能夠看見(jiàn)有很多的凹槽和突起。填充晶片外表上很小的間隙和孔的能力成為最重要的薄膜特性。隨著高密度集成電路特征尺寸的不斷減小，對(duì)于高寬深比的間隙薄膜制作顯得至關(guān)重要，半導(dǎo)體晶片外表薄膜臺(tái)階覆蓋圖如此圖1所示。在薄膜工藝中通常用納米〔nm〕或?！睞觷〕做計(jì)量單位，圖1中臺(tái)階的深度和寬度的比值就是深寬比，如式〔1〕所示，需要在深寬比越大時(shí)，仍然能保證薄膜覆蓋均勻。圖1半導(dǎo)體晶片外表薄膜臺(tái)階覆蓋式中P---深寬比，mmD---臺(tái)階深度，mmW---臺(tái)階寬度，mm薄膜工藝在一種半導(dǎo)體光探測(cè)器件的應(yīng)用如此圖2所示，在晶片基底上先后生長(zhǎng)磷化銦、銦鎵砷、二氧化硅、金屬鋁和氮化硅等，在光刻和刻蝕等其它工藝的協(xié)助下構(gòu)建成需要的器件。圖2中的二氧化硅用作絕緣膜，氮化硅用作光學(xué)增透膜，電極為電信號(hào)金屬膜，其余為各介質(zhì)膜。當(dāng)前半導(dǎo)體薄膜制作較廣泛的采用物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積方式方法。物理氣相沉積又稱(chēng)PVD〔PhysicalVaporDeposition,物理氣相沉積〕,是利用物理經(jīng)過(guò)在真空環(huán)境采用加熱或高能粒子束轟擊的方式，將靶材蒸發(fā)成氣態(tài)使之淀積在工件外表成膜的方式。PVD技術(shù)有蒸發(fā)、濺射和離子束沉3大方向，表1為幾種PVD的基本原理和性能特點(diǎn)。圖2半導(dǎo)體器件剖面表1主要的物理氣相沉積方式方法化學(xué)氣相沉積又稱(chēng)CVD〔ChemicalVaporDeposition〕,是把含有薄膜元素的氣體通過(guò)氣體流量計(jì)輸送到反響腔晶片外表，利用加熱、等離子體、紫外光或激光等能源，使其互相反響沉積薄膜。CVD分類(lèi)方式方法較多，技術(shù)成熟又較為常用的有低壓化學(xué)氣相成積〔LowPressureChemicalVaporDeposition,LPCVD〕、金屬有機(jī)化合物氣相沉積〔Metal-OrganicChemicalVaporDeposition,MOCVD〕和等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積〔PECVD〕,表2為幾種CVD的基本原理和性能特點(diǎn)。半導(dǎo)體薄膜工藝根據(jù)可靠性、薄膜質(zhì)量、生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率選擇相應(yīng)的制作方式方法，通常把PECVD才直接稱(chēng)為淀積工藝。2PECVD淀積工藝等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD是一種化學(xué)氣相沉積方式方法，這種技術(shù)是在電場(chǎng)下利用輝光放電使稀薄氣體電離，將反響氣體離化，加強(qiáng)吸附在襯底材料上的氣體之間的化學(xué)反響進(jìn)而生成介質(zhì)薄膜，能夠?qū)崿F(xiàn)較低溫度下多種介質(zhì)薄膜的沉積。由電子、離子、原子、分子或者自由基團(tuán)等粒子組成的電離氣體為等離子體。薄膜的生長(zhǎng)經(jīng)過(guò)見(jiàn)圖3.表2主要的化學(xué)氣相沉積方式方法圖3薄膜的生長(zhǎng)經(jīng)過(guò)下載原圖首先電子在電場(chǎng)作用下促使反響氣體分解，構(gòu)成含有離子和活性基團(tuán)的混合物；然后向晶片外表擴(kuò)散輸運(yùn)，并伴隨次級(jí)反響；最后各種反響產(chǎn)物被外表吸附反響成膜，同時(shí)也會(huì)再放出氣相分子物。以氮化硅薄膜為例，反響經(jīng)過(guò)如下。PECVD工藝受多方面因素影響，如腔室壓力、射頻功率、氣體流量比例和襯底溫度等。隨著淀積壓力的增大，等離子體的密度越大，淀積速率和薄膜折射率會(huì)因而增加；提高射頻電源功率能夠?yàn)榉错懱峁└嗟幕鶊F(tuán)或離子，促進(jìn)反響速度，提高了薄膜的沉積速率；薄膜的折射率是薄膜的成分及致密程度的綜合反映，是檢測(cè)薄膜質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，研究表示清楚，影響薄膜折射率的主要因素是氣體流量比；隨著基板溫度的提升，基板外表的化學(xué)反響會(huì)急速上升，所以薄膜的淀積速率會(huì)增加。3設(shè)備技術(shù)PECVD設(shè)備在計(jì)算機(jī)控制下主要由真空和壓力控制系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、傳送片系統(tǒng)和淀積系統(tǒng)等部分組成。設(shè)備構(gòu)造，如此圖4.真空和壓力控制系統(tǒng)由抽氣泵組、閥門(mén)和壓力控制傳感器等系統(tǒng)組成，主要功能為工藝反響提供所需真空。一般采用干泵和分子泵進(jìn)行抽氣，能夠避免油泵中的油氣進(jìn)入真空室污染基片。氣路系統(tǒng)主要由氣源箱、反響氣路、凈化與回填氣路組成，主要功能為工藝提供反響氣體、凈化氮?dú)夂突靥畹獨(dú)?，通常采用質(zhì)量流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)精到準(zhǔn)確控制。傳送片系統(tǒng)是晶片由外部進(jìn)出反響腔的中轉(zhuǎn)腔。工藝反響之前由機(jī)械手將晶片從中轉(zhuǎn)腔室放入反響腔，反響結(jié)束再取回，中轉(zhuǎn)腔室也是反響腔抽真空的前級(jí)準(zhǔn)備腔。圖4PECVD設(shè)備構(gòu)造框設(shè)備的核心是淀積系統(tǒng)，淀積系統(tǒng)也稱(chēng)為反響腔。反響腔由混氣室、噴淋頭、基板加熱器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和射頻匹配等組成。工藝氣體要在被真空抽走前充分反響，噴淋的構(gòu)造和其與晶片的位置都很重要。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是為了提高膜的均勻性及傳送片的需要。射頻匹配構(gòu)成等離子體輝光放電。反響腔在真空狀態(tài)下參加反響氣體，鼓勵(lì)電壓加在上下兩極板之間，就會(huì)產(chǎn)生輝光放電現(xiàn)象，構(gòu)成放電電流。電子在電場(chǎng)作用下被加速獲得了足夠的能量，當(dāng)它們與氣體分子互相作用時(shí)，就會(huì)激發(fā)氣體分子而發(fā)光。同時(shí)有些電子會(huì)繼續(xù)加速，電子的能量繼續(xù)增大，超過(guò)了分子激發(fā)所需能量的最大值，與氣體分子再發(fā)生作用時(shí)，就會(huì)使其分解、電離，構(gòu)成大量高速電子和離子。PECVD淀積通常用于絕緣膜制作，只能用射頻信號(hào)才能構(gòu)成電流回路。對(duì)于射頻鼓勵(lì)電源，輝光放電經(jīng)過(guò)中跟得上電場(chǎng)的變化的只要那些質(zhì)量非常小的電子。遠(yuǎn)大于電子質(zhì)量的離子基本上動(dòng)不了，在電場(chǎng)中，它們得到的能量非常少。由于正離子積累，在電極上出現(xiàn)一個(gè)負(fù)的自偏壓，進(jìn)一步減小轟擊薄膜外表的離子能量，進(jìn)而控制薄膜中的內(nèi)應(yīng)力，使膜的構(gòu)造發(fā)生改變，也有利于正離子擴(kuò)散和反響堆積成膜。對(duì)負(fù)偏壓的監(jiān)控能把握入射功率的大小及淀積質(zhì)量情況。PECVD淀積是一種薄膜制作設(shè)備，制作經(jīng)過(guò)中會(huì)在腔室內(nèi)部沉積不需要的廢料。這些廢料對(duì)設(shè)備造成影響，如加熱溫度漂移、降低設(shè)備真空、磨損移動(dòng)部件、堵塞氣體噴淋頭和電場(chǎng)控制不穩(wěn)定等。反響腔室需要定期清理，清理經(jīng)過(guò)中對(duì)移動(dòng)件不能加潤(rùn)滑油，所以需要視損耗情況定期更換備件。4結(jié)束語(yǔ)在半導(dǎo)體工藝中，PECVD被直接稱(chēng)為淀積工藝，制作二氧化硅和氮化硅等薄膜，作為光刻掩膜、光學(xué)增透、阻擋層、保衛(wèi)層或絕緣層。通過(guò)工藝和設(shè)備技術(shù)的研究，在實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)過(guò)中可保證工藝生產(chǎn)質(zhì)量，提高工藝可靠性和減少設(shè)備故障。以下為參考文獻(xiàn)[1]MichaelQuirk,韓鄭生，等譯。半導(dǎo)體制造技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.[2]胡昌義，李靖華?；瘜W(xué)氣相沉積技術(shù)與材料制備[J].