薄膜工藝技術(shù)

1、薄膜工藝技術(shù)交流 CVD部分一：概述一：概述二：二：CVD沉積原理及特點沉積原理及特點三：三：CVD沉積膜及其應(yīng)用沉積膜及其應(yīng)用四：四：CVD方法及設(shè)備方法及設(shè)備五：薄膜技術(shù)的發(fā)展五：薄膜技術(shù)的發(fā)展一：概述一：概述 基本上，集成電路是由數(shù)層材質(zhì)不同的薄膜組成，而使這些薄膜覆蓋在硅晶片上的技術(shù)，便是所謂的薄膜沉積及薄膜成長技術(shù)。 沉積： 成長： 薄膜沉積技術(shù)的發(fā)展，從早期的蒸鍍開始至今，已經(jīng)發(fā)展成為兩個主要的方向：CVD和PVD 經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，CVD已經(jīng)成為半導體生產(chǎn)過程中最重要的薄膜沉積方法。PVD的應(yīng)用大都局限在金屬膜的沉積上；而CVD幾乎所有的半導體元件所需要的薄膜，不論是導體，半導體

2、，或者介電材料，都可以沉積。 在目前的VLSI及ULSI生產(chǎn)過程中，除了某些材料因特殊原因還在用濺鍍法之外，如鋁硅銅合金及鈦等，所有其他的薄膜均用CVD法來沉積。二：二：CVD沉積原理及特點沉積原理及特點A：定義：指使一種或數(shù)種物質(zhì)的氣體，以指使一種或數(shù)種物質(zhì)的氣體，以某種方式激活某種方式激活后，后，在襯底發(fā)生化學反應(yīng)，并淀積出所需固體薄膜的生長技在襯底發(fā)生化學反應(yīng)，并淀積出所需固體薄膜的生長技術(shù)術(shù)B：沉積原理：（誤區(qū)（誤區(qū) ）（畫圖）（畫圖） 用CVD法沉積硅薄膜實際上是從氣相中生長晶體的復相物理化學過程，是一個比較復雜的過程。大致可分為以下幾步：反應(yīng)物分子通過輸運和擴散到襯底表面。反應(yīng)物分

3、子吸附在襯底表面。吸附分子間或吸附分子與氣體分子間發(fā)生化學反應(yīng)，形成晶核 晶核生長-晶粒聚結(jié)-縫道填補-沉積膜成長。二：二：CVD沉積原理及特點沉積原理及特點C：CVD工藝特點： 1）CVD成膜溫度遠低于體材料的熔點或軟點。因 此減輕了襯底片的熱形變，減少了玷污，抑制了缺 陷生成; 設(shè)備簡單，重復性好；（2）薄膜的成分精確可控；（3）淀積速率一般高于PVD（如蒸發(fā)、濺射等） （4）淀積膜結(jié)構(gòu)完整、致密，與襯底粘附性好。 （5）極佳的覆蓋能力二：二：CVD沉積原理及特點沉積原理及特點D：薄膜的參數(shù)厚度均勻性/臺階覆蓋性（畫圖說明）表面平整度/粗糙度自由應(yīng)力潔凈度完整性影響薄膜質(zhì)量和沉積速率的參數(shù)

4、：反應(yīng)氣體流量，反應(yīng)壓力，腔室溫度，是否參雜及參雜數(shù)量，RF頻率和功率三：三：CVD沉積膜及其應(yīng)用沉積膜及其應(yīng)用 前面說過，CVD幾乎可以沉積半導體元件所需要的所有薄膜。主要的介電材料有SiO2,SN，PSG，BPSG等；導體要W，Mo及多晶硅；半導體則有硅。一：外延（EPI） 指在單晶襯底上生長一層新的單晶的技術(shù)。同質(zhì)：異質(zhì)：SICL4+2H2=SI+4HCL過程非常復雜，不易控制。實例：50000三：三：CVD沉積膜及其應(yīng)用沉積膜及其應(yīng)用反應(yīng)式及應(yīng)用（見下表）舉例說明補充：1：BPSG（參雜的二氧化硅） 作用：1，2，3 反應(yīng)式：SIH4+2N2O=SIO2+H2+2N2 PH3+N2O=

5、 B2H6+N2O= 2：SN：LOCOS技術(shù)，F(xiàn)OX SIH2CL2+NH3= 鈍化：SN對堿金屬和水氣極強的擴散阻擋能力 3 ：關(guān)于TEOS TEOS結(jié)構(gòu)： 用TEOS代替普通SIO2原因：用于IMD，臺階覆蓋性極好；熱穩(wěn)定性好；相對普通的二氧化硅，較致密 缺點：顆粒度 與TEOS相對應(yīng)，BPSG可用TMB，TMPO來沉積。 SI（OC2H5）4，B（OC2H5）3，PO（OCH3）3代替了由劇毒的B2H6和PH3。4：Tungsten plug（畫圖） 用于上下金屬層間的中間金屬連接物，用鎢的原因？基本上會用鎢來作為半導體元件的金屬內(nèi)連線。原因？四：四：CVD方法及設(shè)備方法及設(shè)備 一般而

6、言，任何CVD系統(tǒng)均包括一個反應(yīng)腔室，一組氣體傳輸系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)及工藝控制系統(tǒng)等。APCVD（工作特點，缺點？）LPCVD（比較普遍的原因）PECVD（占CVD主流的原因：低壓和低溫）下面主要介紹LPCVD和PECVD1：LPCVDu結(jié)構(gòu)(畫圖）u工作原理及壓力2：PECVDu工作原理：能夠低溫反應(yīng)的原因u結(jié)構(gòu) 3：LPCVD和PECVD沉積膜差別 一般的，PECVD主要用來沉積介電材料膜。而LPCVD則都可進行沉積（本公司也不例外）。對于介電材料膜區(qū)別：SIO2：主要是臺階覆蓋性區(qū)別（IMD）。SN：LPCVD用SIH2CL2為主的反應(yīng)物（因為以SIH4為主的反應(yīng)物沉積的SN均勻性較差）；此

7、法沉積的SN膜成分單純，一般用在SIO2 層之刻蝕或FOX的掩模上。而PECVD 是以SIH4為主的反應(yīng)物，成分不如LP的單純。原因？應(yīng)力：LPCVD法沉積的SN應(yīng)力非常大，故LPCVD沉積的SN不宜超過一定的范圍，以免發(fā)生龜裂。由于PECVD可以憑借RF功率的調(diào)整，來控制離子對沉積膜的轟擊，使SN應(yīng)力下降。所以用作保護層的SN可以沉積的比較厚（PECVD沉積的），以便抵擋外來的水氣、堿金屬離子及機械性的創(chuàng)傷。這可以說是以PECVD法進行薄膜沉積時除了反應(yīng)溫度的另外一個主要優(yōu)點。五：薄膜技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用五：薄膜技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 隨著集成電路的規(guī)模越來越大，尺寸越來越小，電路功能越來越強大，今后的CVD發(fā)展將集中在如何沉積新的材料，如何使用新的沉積技術(shù)以及如何改善沉積膜的階梯覆蓋能力。 當然，薄膜技術(shù)