cvd工藝基礎(chǔ)級教育資料

CVD工藝基礎(chǔ)CVDProcess介紹ChemicalVaporDeposition化學(xué)汽相淀積化學(xué)材料在某種激勵條件下，在硅片表面成膜的過程。SiH4,TEOS,TEB,PH3,SiH2CL2???熱能;RF射頻電磁能;

光能???SiH4→Si＋H2例：WaferSiH4SiH4SiH4H2H2SiH2Si①②③④④①向硅片表面移動②在硅片表面被吸附③在硅片表面移動④副生成物脫離膜形成一些簡單的英文縮寫CVD－－－ChemicalVaporDepositionAPCVD－－－AtmospherePressureCVDLPCVD－－－LowPressureCVDPECVD－－－PlasmaEnhancedCVDSACVD－－－Sub-AtmosphereCVDNSG－－－None-dopedSiliconGlassBPSG－－－BoronPhosphinedopedSiliconGlassSOG－－－Spin-On-GlassHDP－－－HighDensityPlasmaRTP－－－RapidThermalProcessingAR－－－AspectRatioHSG－－－Hemi-SphericalGrainNPW－－－NoneProductionWaferDCS、TMP、TMB、TEOS、TEPO、TEBCVD的物理分類1.按照提供反應(yīng)的能量來源:熱能、等離子、光能2.按照反應(yīng)形成的物質(zhì)種類:絕緣膜:SiO2、SiN、SiON、PSG、BPSG

半導(dǎo)體膜:單結(jié)晶Si、多結(jié)晶Si、非晶硅導(dǎo)體膜:W、Wsi、Ti、TiNCVDProcess種類(產(chǎn)業(yè)分類)關(guān)于CVD的幾個基本概念①

Whatisstep-coverage?

②

Whatisaspec-ratio?

③Whatisgap-fillandvoid?

abStep-coverage=b/aabAR=a/bGoodgap-fillnovoidHavevoidgap-fillisnogoodAPCVD原理及其應(yīng)用成膜原理:

SiH4＋O2→SiO2+Byproducts↑TEOS＋O2/O3→NSG＋ByProducts↑TEOS＋O2/O3＋TMB(TEB)＋TMP(TEPO)

→BPSG＋ByProducts↑工藝條件:

常壓760Torr;溫度350℃～500℃工藝應(yīng)用:

層間絕緣膜;注入掩膜

BPSG膜具有良好的填孔性及在一定高溫下回流的特點(diǎn),與EtchBack

工程或者CMP工程構(gòu)成平坦化工藝。但其具有吸水性,膜質(zhì)也較疏松,

不宜用于金屬間的絕緣膜。主要工藝裝置:

WJ-1000H;CANONAPT-5850;AMATGigafill,ProducerSACVD:SubAtmosphericCVD(次常壓CVD)

工藝壓力200Ｔorr；溫度480℃APCVD設(shè)備APM:常壓氧化硅，主要用于注入掩膜、層間膜等。

SiH4＋O2→SiO2+Byproducts↑APT:常壓BPSG，NSG淀積，主要用于層間膜。

TEOS＋O2/O3→NSG＋ByProducts↑TEOS＋O2/O3＋TMB＋TMP→BPSG＋ByProducts↑

SAT:次常壓BPSG淀積，主要用于金屬配線前的層間膜。

TEOS＋O2/O3＋TEB＋TEPO→BPSG＋ByProducts↑APCVD主要工藝參數(shù)及其特點(diǎn)主要參數(shù):

溫度;氣體流量;排氣量;GAP(氣體噴頭到硅片的距離)壓力(SACVD)主要特點(diǎn):氣體分子的平均自由程λ小→淀積速率受氣體擴(kuò)散制約

氣體的消耗量大→粉塵多排氣量影響淀積速率及Particle裝置特點(diǎn):單片式、semi-batch、beltWJ-1000H排気WaferGasWhySACVD?①

工藝壓力低→淀積速率↑

②

工藝溫度高→B

高濃度化

提高填孔性提高生產(chǎn)性LPCVD原理及其應(yīng)用成膜原理:

SiH4→

Si+Byproducts↑(Poly)SiH4＋PH3→DOPOS＋Byproducts↑(DOPOS)SiH4＋N2O→SiO2＋Byproducts↑(SiO2)TEOS→SiO2＋ByProducts(NSG)SiH2CL2＋NH3→SiN＋ByProducts(SiN)工藝條件:

壓力0.1～1Torr;溫度500℃～800℃工藝應(yīng)用:

Poly膜可用于器件的柵極;配線;電容極板

DOPOS又稱自攙雜多晶Si,其作用與Poly大致相同

TEOSNSG用于側(cè)壁保護(hù)膜

SiN具有阻擋氧氣及水氣的作用,可用于局部氧化工藝?也可用于側(cè)壁保護(hù)膜主要工藝裝置:

TELα8S立式爐LPCVD設(shè)備LPH:高溫氧化膜淀積、主要用于側(cè)壁保護(hù)膜。

SiH4＋N2O→SiO2＋Byproducts↑(SiO2)LPT:低壓TEOSNSG淀積、主要用于側(cè)壁保護(hù)膜。

TEOS→SiO2＋ByProducts(NSG)LPN:低壓SiN淀積、主要用于電容介質(zhì)、氧化掩膜。

SiH2CL2＋NH3→SiN＋ByProducts(SiN)LPP:低壓多晶硅淀積、主要用于柵極、配線和電阻。

SiH4→Si+Byproducts↑(Poly)LPC:低壓自摻雜多晶硅淀積、主要用于柵極、配線和電容極板。

SiH4＋PH3→DOPOS＋Byproducts↑(DOPOS)

LPCVD主要工藝參數(shù)及其特點(diǎn)主要參數(shù):

溫度;氣體流量;壓力;

回轉(zhuǎn)速;入出爐速度及溫度主要特點(diǎn):氣體分子的平均自由程λ大→淀積速率受溫度制約

氣體的消耗量小

由于爐內(nèi)氣體經(jīng)過的路線較長、存在氣體耗盡，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)正裝置特點(diǎn):

BATCH式可以同時處理100枚左右的制品裝置大致分為氣體控制系;溫度控制系;壓力控制系;傳輸系GasIn排気TC外管內(nèi)管BoatSidedummy參考片製品回転製品製品製品關(guān)于LPCVD的幾點(diǎn)問題①

Whycanusebatchmode?

②

Why回轉(zhuǎn)

and溫度補(bǔ)正?

目的:提高Throughput由于LPCVD是反應(yīng)律速,反應(yīng)速度決定于硅片的溫度,只要能控制好爐內(nèi)硅片的溫度均勻性,則能很好地控制成膜的均勻性。目的:提高成膜均勻性由于氣體存在耗盡,靠近氣源處DR高,采用溫度補(bǔ)正使?fàn)t內(nèi)上下位置的DR相同,采用回轉(zhuǎn)使氣體均勻地接觸硅片。③

Why臥式

→

立式

?

自動LoadUnload可能回轉(zhuǎn)可能溫度控制較好④

WhyDUMMY使用

?

消除進(jìn)氣側(cè)與排氣側(cè)氣體的影響消除兩端制品片的溫度不均勻性PECVD原理及其應(yīng)用成膜原理:

SiH4＋O2→SiO2＋Byproducts↑(SiO2)TEOS＋O2→SiO2＋Byproducts(NSG)SiH4＋NH3+N2O→

SiON＋Byproducts(SiON)工藝條件:

壓力1～4Torr;溫度350℃～400℃;RFpower;氣體流量工藝應(yīng)用:

氣體在RF的作用下形成等離子體,在較低的溫度下即可進(jìn)行成膜,因而可用于金屬布線后的層間膜。由于SiON膜既具有SiN的性質(zhì)對堿金屬離子具有阻擋作用,又具有SiO2膜的特性對水氣具有阻擋作用,因此可作為器件的鈍化膜。主要工藝裝置:

AMATCentura;NOVELLUSC-1,C-2;ASMEagle-10等PECVD設(shè)備PCO:等離子NSG、氧化硅、氮氧化硅淀積，主要用于金屬配線間的層間膜，抗反射膜。

TEOS＋O2→SiO2＋Byproducts(NSG)SiH4＋N2O＋N2→

SiON＋Byproducts(SiON)SiH4＋N2O→SiO2＋Byproducts(SiO2)PNS:等離子氮氧化硅淀積，主要用于芯片表面鈍化層。

SiH4＋NH3+N2O→SiON＋Byproducts(SiON)PHO:高密度等離子體氧化硅淀積，主要用于STI，IMD。SiH4＋O2→SiO2＋Byproducts↑(SiO2)*．相對于普通等離子CVD的等離子密度(1010／cm3)，高密度等離子CVD的等離子密度要高2個數(shù)量級。更低壓力(mTorder)，更高功率(kworder)PECVD主要工藝參數(shù)及其特點(diǎn)主要參數(shù):

溫度;氣體流量;壓力;

RF;GAP(反應(yīng)源到Wafer的距離)主要特點(diǎn):由于采用了RF，工藝可以在較低的溫度下（400℃以下)進(jìn)行。

RF通常分為HF和LFHF的頻率13.56MHz固定，LF數(shù)百KHz不等反應(yīng)的壓力較低由于使用了RF，RFDamage是裝置需要克服的裝置特點(diǎn):單片式?semi-batch式Plasma～RF電源IMD形成的幾種方法PECVDCap

↓SOGEB

↓FurnaceCure

↓SOG

↓PECVDliner

↓CMP

↓PECVDCAP

↓SA/APCVD

↓PECVDliner

↓CMP

↓HDPCVD

↓幾種工藝的比較Metal-CVD原理及其應(yīng)用成膜原理:

WF6+H2→W+HF↑

（WCVD）WF6+SiH2CL2→

WSi+byproducts（WSiCVD)TiCL4+H2→

Ti+HCL↑

（TiCVD）TiCL4+NH3→

TiN+HCL↑(TiNCVD）

工藝條件:壓力0.1～100Torr;溫度400℃～700℃;RFpower工藝應(yīng)用:

WSi因其具有耐高溫性,所以可以與

Poly一起構(gòu)成柵電極或布線;

WCVD主要應(yīng)用于W-Plug工藝,有時也作為布線;

Ti/TiNCVD主要用于高寬比大的W-Plug工藝的Barrier層。主要工藝裝置:

AMATCentura;NOVELLUS;TELMB2;TELUNITY等MCVD設(shè)備LPW:W膜淀積，用于Wplug和金屬配線。

WF6+SiH4→W+byproducts↑(成核)

WF6+H2→W+byproducts↑(體淀積)

用SiH4還原WF6作為成核反應(yīng)是為了消除主淀積對下地情況的依存性。LPG:Wsi膜淀積，用于柵極和下層配線。

WF6+SiH2CL2→WSi+byproducts↑CME:Ti/TiN膜淀積，用于金屬配線前的contactbarrier．

TiCL4+H2→Ti+HCL↑TiCL4+NH3→TiN+HCL↑

由于淀積溫度高于Al線熔解溫度，所以只適用于Al線前。

具有目前CVD工藝中最優(yōu)異的臺階覆蓋率。Ｍetal-CVD

主要工藝參數(shù)及其特點(diǎn)主要參數(shù):

溫度;氣體流量;壓力;

RF;GAP(反應(yīng)源到Wafer的距離)主要特點(diǎn):使用金屬CVD工藝的主要考慮是因?yàn)槠渚哂辛己玫呐_階覆蓋及填孔能力。CVDWSi比SPTWSi具有小的電阻率。W-Plug在多層布線工藝中被廣泛運(yùn)用。Ti/TiNCVD是最新的工藝技術(shù)，對于高寬比在10以上的孔也能有較好的Stepcoverage。裝置特點(diǎn):單片式與PECVD類似ReactorChamberAReactorChamberBReactorChamberDChF(Orientation)ChE(cooling)not-used用力室LoadlorkALoadlorkBSlitvalveMetalcassatteVacuumrobotBladeAMATCenturaIsolateValveThrottleValvePumpLidCoolingWaterGasfeedthroughBlockerplateFaceplateWaferShieldplatePumpingplateLiftpin(4本)HeaterEdgegas(Ar、H2)BacksideArSOG原理及其應(yīng)用成膜原理:

無機(jī)

有機(jī)工藝應(yīng)用:

主要用于局部平坦化及GAP-FILL工藝，材料有無機(jī)有機(jī)兩種,有機(jī)材料中由于含有CH基團(tuán),形成的薄膜中含有一定的C從而改變了抗裂性,但其存在脫水的問題,需要進(jìn)行EB工藝。無機(jī)不需要EB但由于抗裂性差,因而一次不能涂太厚的膜。不過隨著工藝的發(fā)展以及新材料的不斷開發(fā),材料的某些缺點(diǎn)正在被一點(diǎn)點(diǎn)克服。另外LOWk的SOG材料也在被逐漸應(yīng)用到0.25um以下的工藝中。主要材料供應(yīng)商:

東京應(yīng)化(日);住友化學(xué)(日);Honeywell(美)等主要設(shè)備供應(yīng)商:

TEL(日);DNS(日);SVG(美)等

OO－Si－OーSi－＋H2OOO

OHOH－Si－OH＋ーSi－OHOHOH加熱

OEt－Si－OEt＋H2O

OEt

OH－Si－OHOH加熱SOG主要工藝參數(shù)主要參數(shù):

SOG溫度;環(huán)境溫度;

旋轉(zhuǎn)速度;

藥液滴下量;排氣;后處理工藝

SOG對儲存溫度有嚴(yán)格的要求，同時也有嚴(yán)格的使用期限在藥液量足夠的情況下，涂布的厚度取決于旋轉(zhuǎn)速度，溫度與排氣也有一定的影響。需要注意的是制品上的藥液用量較參考片要多。后處理過程也很重要,一般采用溫度由低到高循序漸進(jìn)的方式,以避免激劇脫氣造成Mist生產(chǎn)工藝管理NPW對產(chǎn)品情況的模擬及產(chǎn)品上的直接測定顆粒管理(mechanicalparticleandin-filmparticle)膜厚管理(all-pointsmanagementandaverage-unif.management)膜質(zhì)管理

RefractiveIndex(n+ik)、stress、etchrate電阻率管理濃度管理長期的安定性管理(SPC、Cp、Cpk)CVD工藝主要成膜控制參數(shù)(1)

膜厚及其均一性(1)９點(diǎn)測定與４９點(diǎn)測定的算法(uniformity與standarddeviation)(2)面內(nèi)傾向與刻蝕或CMP的配合(3)測量中去邊大小的問題顆粒(1)氣相反應(yīng)產(chǎn)生的顆粒(2)排氣能力不足產(chǎn)生的顆粒(3)in-situclean不足產(chǎn)生的顆粒(4)部件劣化及維護(hù)頻度不足產(chǎn)生的顆粒(5)氣體間置換不足產(chǎn)生的顆粒CVD工藝主要成膜控制參數(shù)(2)濃度(BPSG?PSGB/P濃度;DOPOSP濃度;FSGF濃度)(1)BPSG中Ｂ、Ｐ濃度對填孔能力的影響(2)DOPOS表面濃度對HSG成長的影響及體濃度對體電阻率的影響(3)PSG中P濃度對吸雜效果的影響(4)FSG中F濃度對介電常數(shù)的影響方塊電阻(導(dǎo)電膜)(1)四探針法為破壞性測試、制品上應(yīng)用有限制(2)要注意電阻參數(shù)的監(jiān)控與膜厚參數(shù)監(jiān)控的一致性應(yīng)力(tensileorcompressive)(1)疊層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力匹配問題(2)硅片翹曲度與光刻機(jī)焦深的關(guān)系(3)硅片翹曲度對受熱的影響