第十章 淀積.

1、10.1 10.1 簡介簡介 在集成電路制造工藝中，常常需要在硅片在集成電路制造工藝中，常常需要在硅片的表面淀積各種固體薄膜。的表面淀積各種固體薄膜。薄膜厚度一般在納薄膜厚度一般在納米到微米的數(shù)量級，薄膜材料可以是金屬、半米到微米的數(shù)量級，薄膜材料可以是金屬、半導(dǎo)體或絕緣體。導(dǎo)體或絕緣體。 淀積薄膜的主要方法有淀積薄膜的主要方法有 熱氧化（常壓熱氧化、低壓熱氧化、高壓熱氧化（常壓熱氧化、低壓熱氧化、高壓熱氧化等）熱氧化等） 物理淀積（真空蒸發(fā)、濺射鍍膜、分子束物理淀積（真空蒸發(fā)、濺射鍍膜、分子束外延等）外延等） 化學(xué)汽相淀積（化學(xué)汽相淀積（CVD）（常壓）（常壓CVD、低壓、低壓CVD、等離子

2、增強(qiáng)、等離子增強(qiáng)CVD、氣相外延等）、氣相外延等） 隨著電路尺寸的不斷縮小，開始通過增加淀隨著電路尺寸的不斷縮小，開始通過增加淀積層數(shù)的方法，在垂直方向上進(jìn)行拓展。在積層數(shù)的方法，在垂直方向上進(jìn)行拓展。在20 世紀(jì)世紀(jì)60年代，二極管器件已經(jīng)采用了化學(xué)氣相年代，二極管器件已經(jīng)采用了化學(xué)氣相淀積技術(shù)完成的雙層結(jié)構(gòu)，即外延層和頂部的淀積技術(shù)完成的雙層結(jié)構(gòu)，即外延層和頂部的二氧化硅鈍化層。參見下圖。二氧化硅鈍化層。參見下圖。20世紀(jì)世紀(jì)90年代，先進(jìn)的年代，先進(jìn)的MOS器件具有器件具有4層金層金屬內(nèi)部連接，需要許多淀積層。主要有淀積屬內(nèi)部連接，需要許多淀積層。主要有淀積摻雜的硅層，稱為摻雜的硅層，稱

3、為外延層外延層，金屬間的，金屬間的絕緣介絕緣介質(zhì)層質(zhì)層，金屬間的，金屬間的導(dǎo)電連線導(dǎo)電連線，金屬，金屬導(dǎo)體層導(dǎo)體層和最和最后的后的鈍化層鈍化層。本章主要介紹化學(xué)氣相淀積（本章主要介紹化學(xué)氣相淀積（CVD）在常壓和）在常壓和低壓技術(shù)中的實(shí)際運(yùn)用。低壓技術(shù)中的實(shí)際運(yùn)用。10.1.1 成膜技術(shù)相關(guān)術(shù)語成膜技術(shù)相關(guān)術(shù)語 多層金屬化多層金屬化：用來連接硅片上高密度堆積器件：用來連接硅片上高密度堆積器件的那些金屬層和絕緣介質(zhì)層的那些金屬層和絕緣介質(zhì)層 金屬層金屬層：鋁金屬化使用鋁合金作為互連線，工：鋁金屬化使用鋁合金作為互連線，工業(yè)界正在向銅金屬化過渡。每層金屬層被定義業(yè)界正在向銅金屬化過渡。每層金屬層被

4、定義為為Metal-1、 Metal-2，以此類推。，以此類推。 關(guān)鍵層關(guān)鍵層：線條寬度被刻蝕為器件特征尺寸的金：線條寬度被刻蝕為器件特征尺寸的金屬層。屬層。 介質(zhì)層介質(zhì)層：介于硅上有源器件和第一層金屬之間：介于硅上有源器件和第一層金屬之間的電絕緣層稱為第一層層間介質(zhì)（的電絕緣層稱為第一層層間介質(zhì)（ILD-1），），這一層也被稱為金屬前絕緣層（這一層也被稱為金屬前絕緣層（PMD）。典型）。典型的的ILD-1是一層摻雜的是一層摻雜的SiO2。 層間介質(zhì)層間介質(zhì)（interlayer dielectric,ILD），應(yīng)用），應(yīng)用于器件不同的金屬層之間。充當(dāng)兩層導(dǎo)電金屬于器件不同的金屬層之間。充當(dāng)兩

5、層導(dǎo)電金屬或者相鄰金屬線條之間的隔離膜。常采用介電或者相鄰金屬線條之間的隔離膜。常采用介電常數(shù)為常數(shù)為3.9到到4.0的的SiO2。10.1.2 薄膜的參數(shù)薄膜的參數(shù)在半導(dǎo)體中薄膜需要滿足的一般標(biāo)準(zhǔn)包括在半導(dǎo)體中薄膜需要滿足的一般標(biāo)準(zhǔn)包括:1. 厚度厚度/均勻性均勻性 膜的厚度要膜的厚度要均勻均勻同時(shí)要同時(shí)要滿足電性能和機(jī)械滿足電性能和機(jī)械性能的要求性能的要求。淀積的膜必須。淀積的膜必須連續(xù)無空隙連續(xù)無空隙，以阻止雜質(zhì)的進(jìn)入和防止層間短路。以阻止雜質(zhì)的進(jìn)入和防止層間短路。 階梯部位的厚度維護(hù)。過薄的階梯部位的階梯部位的厚度維護(hù)。過薄的階梯部位的厚度可能導(dǎo)致器件短路或引入不需要的電厚度可能導(dǎo)致器

6、件短路或引入不需要的電荷，問題多出在窄而深的孔和溝槽處。稱荷，問題多出在窄而深的孔和溝槽處。稱這種情形為這種情形為高的深寬比（間隙的深度和寬高的深寬比（間隙的深度和寬度的比值）度的比值）模式。模式。高深寬比的間隙會使淀積厚度均勻的膜很困難，并高深寬比的間隙會使淀積厚度均勻的膜很困難，并且且會產(chǎn)生夾斷和空洞。隨著高密度集成電路特征尺寸會產(chǎn)生夾斷和空洞。隨著高密度集成電路特征尺寸的的不斷減小，對于高的深寬比的間隙可以均勻、無空不斷減小，對于高的深寬比的間隙可以均勻、無空洞的填充，淀積工藝顯得至關(guān)重要。洞的填充，淀積工藝顯得至關(guān)重要。2.表面平整度表面平整度/粗糙度粗糙度 粗糙度會對圖像的形成產(chǎn)生影

7、響，所以淀粗糙度會對圖像的形成產(chǎn)生影響，所以淀 積的膜必須平整、光滑。積的膜必須平整、光滑。3.組成組成/核粒尺寸核粒尺寸 在淀積過程中，薄膜材料趨向于聚集或成在淀積過程中，薄膜材料趨向于聚集或成 核。在相同的組成和厚度的薄膜中，核粒核。在相同的組成和厚度的薄膜中，核粒 尺寸上的變化會產(chǎn)生電性能和機(jī)械性能上尺寸上的變化會產(chǎn)生電性能和機(jī)械性能上 的差異。的差異。4.好的粘附性好的粘附性 為了避免薄膜分層和開裂，薄膜對襯底材為了避免薄膜分層和開裂，薄膜對襯底材料要有好的粘附性。薄膜表面的粘附性由表料要有好的粘附性。薄膜表面的粘附性由表面潔凈度、薄膜能、合金材料類型等因素決面潔凈度、薄膜能、合金材料

8、類型等因素決定。定。5.自由應(yīng)力自由應(yīng)力 淀積時(shí)附加額外應(yīng)力的薄膜將通過裂縫的淀積時(shí)附加額外應(yīng)力的薄膜將通過裂縫的形成而釋放出來。要求無應(yīng)力或低的膜應(yīng)力。形成而釋放出來。要求無應(yīng)力或低的膜應(yīng)力。6.純凈度和密度純凈度和密度 高純度意味著在薄膜中沒有那些會影響膜質(zhì)高純度意味著在薄膜中沒有那些會影響膜質(zhì)量的化學(xué)元素或分子。量的化學(xué)元素或分子。 膜密度也是膜質(zhì)量的重要指標(biāo)，顯示膜層中膜密度也是膜質(zhì)量的重要指標(biāo)，顯示膜層中針孔和空洞的多少。針孔和空洞的多少。7.好的電學(xué)特性好的電學(xué)特性 半導(dǎo)體中的金屬傳導(dǎo)層需要高傳導(dǎo)、低電阻半導(dǎo)體中的金屬傳導(dǎo)層需要高傳導(dǎo)、低電阻和低電容的材料；傳導(dǎo)層之間使用的絕緣介和

9、低電容的材料；傳導(dǎo)層之間使用的絕緣介質(zhì)層需要高電容和高電阻的絕緣介質(zhì)。質(zhì)層需要高電容和高電阻的絕緣介質(zhì)。10.2 化學(xué)氣相淀積基礎(chǔ)化學(xué)氣相淀積基礎(chǔ) 化學(xué)氣相淀積（化學(xué)氣相淀積（Chemical Vapo Deposition）是指利用熱能、輝光放電、等離子體或其它形是指利用熱能、輝光放電、等離子體或其它形式的能源，使氣態(tài)物質(zhì)在固體的熱表面上發(fā)生式的能源，使氣態(tài)物質(zhì)在固體的熱表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并在該表面上淀積，形成穩(wěn)定的固態(tài)化學(xué)反應(yīng)并在該表面上淀積，形成穩(wěn)定的固態(tài)物質(zhì)的工藝過程。物質(zhì)的工藝過程。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng) 膜中的材料由外部提供膜中的材料由外部提供 反應(yīng)物為氣相形式反應(yīng)

10、物為氣相形式 樣品本身不參加反應(yīng)樣品本身不參加反應(yīng) 溫度比較低溫度比較低 淀積膜的厚度與時(shí)間成正比淀積膜的厚度與時(shí)間成正比 CVD薄膜分類薄膜分類半導(dǎo)體集成電路制造中所用的薄膜材料，包括介半導(dǎo)體集成電路制造中所用的薄膜材料，包括介質(zhì)膜、半導(dǎo)體膜、導(dǎo)體膜以及超導(dǎo)膜等，幾乎都質(zhì)膜、半導(dǎo)體膜、導(dǎo)體膜以及超導(dǎo)膜等，幾乎都能用能用CVD工藝來制備。工藝來制備。介質(zhì)膜：介質(zhì)膜：SiO2、Al2O3、TiO2、Fe2O3、 PSG、 BSG、Si3N4半導(dǎo)體半導(dǎo)體：Si、Ge、GaAs、GaP、AlN、InAs、V2O3導(dǎo)體導(dǎo)體：Al、Ni、Au、Pt、Ti、W、Mo、WSi2、摻雜多晶硅摻雜多晶硅超導(dǎo)體超

11、導(dǎo)體：Nb3Sn、NbN、Nb4N5 CVD工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)1、CVD成膜溫度遠(yuǎn)低于襯底材料的熔點(diǎn)或軟化成膜溫度遠(yuǎn)低于襯底材料的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)，因而減輕了襯底片的熱形變，減小了沾污，點(diǎn)，因而減輕了襯底片的熱形變，減小了沾污，抑制了缺陷生成，減輕了雜質(zhì)的再分布，適于抑制了缺陷生成，減輕了雜質(zhì)的再分布，適于制造淺結(jié)分立器件以及制造淺結(jié)分立器件以及VLSI電路；電路；2、薄膜的成分精確可控、配比范圍大，重復(fù)性、薄膜的成分精確可控、配比范圍大，重復(fù)性 好；好；3、淀積、淀積速率速率一般一般高于高于PVD（ 物理氣相淀積，如物理氣相淀積，如 蒸發(fā)、濺射等）；厚度范圍從幾百蒸發(fā)、濺射等）；厚度范圍從幾百至數(shù)

12、毫至數(shù)毫 米，生產(chǎn)量大；米，生產(chǎn)量大；4、淀積、淀積膜結(jié)構(gòu)膜結(jié)構(gòu)完整、致密，與襯底粘附性好，完整、致密，與襯底粘附性好， 臺階覆蓋性能好臺階覆蓋性能好發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)可分為發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)可分為4種類型種類型:1. 高溫分解：是僅受熱量驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)過高溫分解：是僅受熱量驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)過程程2. 還原反應(yīng)：是分子和氫氣的化學(xué)反應(yīng)過程還原反應(yīng)：是分子和氫氣的化學(xué)反應(yīng)過程3. 氧化反應(yīng)：是原子或分子和氧氣的化學(xué)反氧化反應(yīng)：是原子或分子和氧氣的化學(xué)反應(yīng)過程應(yīng)過程4. 氮化反應(yīng)：是形成氮化硅的化學(xué)工藝過程氮化反應(yīng)：是形成氮化硅的化學(xué)工藝過程薄膜生長薄膜生長10.2.1 CVD工藝工藝1.基本基本CVD系統(tǒng)

13、設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2. CVD的工藝步驟的工藝步驟步驟包括：步驟包括：預(yù)清洗，去除微粒和游離的金屬雜質(zhì)預(yù)清洗，去除微粒和游離的金屬雜質(zhì)淀積，以循環(huán)的方式進(jìn)行淀積，以循環(huán)的方式進(jìn)行評估，包括階梯覆蓋、純度、清潔度和化學(xué)評估，包括階梯覆蓋、純度、清潔度和化學(xué)組成組成10.3CVD系統(tǒng)分類系統(tǒng)分類 CVD系統(tǒng)主要分為兩種類型：常壓和低壓。系統(tǒng)主要分為兩種類型：常壓和低壓。 不同的是熱墻和冷墻。不同的是熱墻和冷墻。 冷墻系統(tǒng)：直接加熱晶圓托架或晶圓，加熱冷墻系統(tǒng)：直接加熱晶圓托架或晶圓，加熱采采用感應(yīng)或熱輻射方式，反應(yīng)室壁保持冷的狀用感應(yīng)或熱輻射方式，反應(yīng)室壁保持冷的狀態(tài)。態(tài)。 熱墻系統(tǒng)：加熱晶圓托架和反應(yīng)

14、室壁。熱墻系統(tǒng)：加熱晶圓托架和反應(yīng)室壁。 冷墻優(yōu)點(diǎn)冷墻優(yōu)點(diǎn):反應(yīng)僅在加熱的晶圓托架處進(jìn)行。反應(yīng)僅在加熱的晶圓托架處進(jìn)行。 熱墻缺點(diǎn)：反應(yīng)遍布整個(gè)反應(yīng)室，反應(yīng)物殘熱墻缺點(diǎn)：反應(yīng)遍布整個(gè)反應(yīng)室，反應(yīng)物殘留留 在反應(yīng)室的內(nèi)壁上，需要經(jīng)常清洗內(nèi)壁。在反應(yīng)室的內(nèi)壁上，需要經(jīng)常清洗內(nèi)壁。 CVD系統(tǒng)使用兩種能源供給源：系統(tǒng)使用兩種能源供給源：熱輻射熱輻射等離子體等離子體 氣相外延（氣相外延（VPE）:用于淀積組合膜的特殊用于淀積組合膜的特殊CVD系統(tǒng)系統(tǒng) 分子束外延（分子束外延（MBE）：是一種蒸發(fā)工藝，：是一種蒸發(fā)工藝，一次工藝步驟，可以在晶圓表面形成多個(gè)一次工藝步驟，可以在晶圓表面形成多個(gè)層的能力，優(yōu)

15、于層的能力，優(yōu)于CVD工藝工藝10.4 APCVD工藝化學(xué)反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，化學(xué)反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，APCVD常用于淀積二常用于淀積二氧化硅，特別是摻雜的氧化硅，特別是摻雜的SiO2 ，如磷硅玻璃，如磷硅玻璃（PSG）。）。APCVD特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1)、Si片水平放置，產(chǎn)量低，易被管壁掉渣污片水平放置，產(chǎn)量低，易被管壁掉渣污染；染；(2)、常用溫度、常用溫度700 900 ，沉淀速率由質(zhì)量轉(zhuǎn)，沉淀速率由質(zhì)量轉(zhuǎn)移和反應(yīng)速度決定移和反應(yīng)速度決定(3)、均勻性較差，易產(chǎn)生霧狀顆粒、粉末等。、均勻性較差，易產(chǎn)生霧狀顆粒、粉末等。為提高均勻性，須提高稀釋氣體流量，同時(shí)降低為提高均勻性，須提高稀釋氣體流量，

16、同時(shí)降低淀積溫度。目前普遍采用淀積溫度。目前普遍采用LPCVD（常溫下低壓（常溫下低壓化學(xué)氣相淀積）化學(xué)氣相淀積）SiO2 和摻雜和摻雜SiO2 膜。膜。10.4.1 水平管水平管熱感應(yīng)式熱感應(yīng)式APCVD10.4.2桶式桶式輻射感應(yīng)加熱輻射感應(yīng)加熱APCVD10.4.3餅式熱感應(yīng)餅式熱感應(yīng)APCVD10.4.4連續(xù)傳導(dǎo)加熱連續(xù)傳導(dǎo)加熱APCVD10.4.5水平熱傳導(dǎo)水平熱傳導(dǎo)APCVD10.5 LPCVD工藝工藝用用APCVD系統(tǒng)淀積薄膜有不少缺點(diǎn)，主要是：系統(tǒng)淀積薄膜有不少缺點(diǎn)，主要是： 1.硅片硅片水平置于水平置于基座上，不僅使批量基座上，不僅使批量數(shù)目數(shù)目受管受管徑和徑和基座限制基座限

17、制，而且易于被管壁掉碴所，而且易于被管壁掉碴所污染污染，不得不采用高頻感應(yīng)爐加熱，從而使不得不采用高頻感應(yīng)爐加熱，從而使設(shè)備復(fù)設(shè)備復(fù)雜雜；2.常用反應(yīng)常用反應(yīng)溫度溫度為為(700900)，反應(yīng)氣體的，反應(yīng)氣體的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)與其表面反應(yīng)速率大小近乎處質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)與其表面反應(yīng)速率大小近乎處于同一數(shù)量級因此總的淀積速率不能單純于同一數(shù)量級因此總的淀積速率不能單純由表面反應(yīng)速率來決定由于質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)由表面反應(yīng)速率來決定由于質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)的大小與襯底上方的邊界層厚度有關(guān)的大小與襯底上方的邊界層厚度有關(guān) ，故故 反應(yīng)室的幾何尺寸反應(yīng)室的幾何尺寸，氣體流速氣體流速，基座形狀基座形狀與與放放置方式置方式都將對它

18、產(chǎn)生較大的都將對它產(chǎn)生較大的影響影響；3.淀積區(qū)內(nèi)淀積區(qū)內(nèi) 硅烷硅烷濃度濃度由前至后逐步由前至后逐步耗損耗損結(jié)結(jié)果使基座前后果使基座前后淀積速率淀積速率有明顯的有明顯的不同不同，使淀積的，使淀積的不均勻性不均勻性增加為了改善淀積的均勻性，將基座增加為了改善淀積的均勻性，將基座迎著氣流傾斜數(shù)度，使管的截面發(fā)生變化，結(jié)果迎著氣流傾斜數(shù)度，使管的截面發(fā)生變化，結(jié)果 氣流速度隨氣流速度隨X的增加而逐漸加大使反應(yīng)物朝襯底的增加而逐漸加大使反應(yīng)物朝襯底表面輸運(yùn)加快，以補(bǔ)償反應(yīng)氣體的消耗表面輸運(yùn)加快，以補(bǔ)償反應(yīng)氣體的消耗 LPCVD法則針對上述缺點(diǎn)從根本上作了改進(jìn)。法則針對上述缺點(diǎn)從根本上作了改進(jìn)。低壓化學(xué)

19、氣相淀積過程主要是低壓化學(xué)氣相淀積過程主要是表面反應(yīng)速率控表面反應(yīng)速率控制制由于表而反應(yīng)速由于表而反應(yīng)速 率主要與溫度相關(guān)，因而率主要與溫度相關(guān)，因而在在LPCVD系統(tǒng)中，我們可以把注意力主要放在系統(tǒng)中，我們可以把注意力主要放在溫度控制溫度控制上，而不必過多地顧及一些與質(zhì)量轉(zhuǎn)移上，而不必過多地顧及一些與質(zhì)量轉(zhuǎn)移過程有關(guān)的參變量而過程有關(guān)的參變量而精確精確地地抑制溫度抑制溫度，在工業(yè)，在工業(yè)上是比較上是比較容易實(shí)容易實(shí) 現(xiàn)現(xiàn)的實(shí)際應(yīng)用的的實(shí)際應(yīng)用的LPCVD系統(tǒng)系統(tǒng)溫度可以控制在溫度可以控制在1以內(nèi)以內(nèi)的精度因此的精度因此LPCVD淀積薄膜的淀積薄膜的均勻件和重復(fù)性均勻件和重復(fù)性與與APCVD系

20、統(tǒng)相比系統(tǒng)相比 有了很大的有了很大的改進(jìn)改進(jìn) 分子自由程是一個(gè)分子在反應(yīng)室內(nèi)與另一種分子自由程是一個(gè)分子在反應(yīng)室內(nèi)與另一種物質(zhì)或分子，或晶圓支架碰撞前移動(dòng)的平均物質(zhì)或分子，或晶圓支架碰撞前移動(dòng)的平均距離。碰撞改變了粒子的運(yùn)動(dòng)方向，自由程距離。碰撞改變了粒子的運(yùn)動(dòng)方向，自由程越長，薄膜淀積的均勻性越高越長，薄膜淀積的均勻性越高。 影響薄膜淀積的均勻性和階梯覆蓋性的因素影響薄膜淀積的均勻性和階梯覆蓋性的因素之一是反應(yīng)室內(nèi)分子的平均自由程。之一是反應(yīng)室內(nèi)分子的平均自由程。 決定自由程大小的主要因素是系統(tǒng)內(nèi)的壓力決定自由程大小的主要因素是系統(tǒng)內(nèi)的壓力所以，降低反應(yīng)室內(nèi)的壓力可以增加平均自所以，降低反應(yīng)

21、室內(nèi)的壓力可以增加平均自由程和薄膜的均勻性，也降低了淀積的溫由程和薄膜的均勻性，也降低了淀積的溫度。度。LPCVD的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn):1. 較低的化學(xué)反應(yīng)溫度較低的化學(xué)反應(yīng)溫度2. 良好的階梯覆蓋和均勻性良好的階梯覆蓋和均勻性3. 采用垂直方式的晶圓裝載，提高了生產(chǎn)率和降采用垂直方式的晶圓裝載，提高了生產(chǎn)率和降低了在微粒中的暴露低了在微粒中的暴露4. 對氣體流動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化依賴性低對氣體流動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化依賴性低5. 氣相反應(yīng)中微粒的形成時(shí)間較少氣相反應(yīng)中微粒的形成時(shí)間較少6. 反應(yīng)可在標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)爐內(nèi)完成反應(yīng)可在標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)爐內(nèi)完成10.6等離子體輔助等離子體輔助CVD等離子體輔助等離子體輔助CVD的優(yōu)點(diǎn)：

22、的優(yōu)點(diǎn)： 工藝溫度低（工藝溫度低（250 450） 高的深寬比填隙能力（高的深寬比填隙能力（ HDPCVD ） 淀積膜粘附性好淀積膜粘附性好 淀積速率高淀積速率高 膜針孔和空洞少膜針孔和空洞少 工藝溫度低，應(yīng)用廣。工藝溫度低，應(yīng)用廣。等離子體輔助等離子體輔助CVD分類分類 等離子體增強(qiáng)等離子體增強(qiáng)CVD（ PECVD ） 高密度等離子體高密度等離子體CVD（ HDPCVD ）10.6.1增強(qiáng)型等離子體增強(qiáng)型等離子體 PECVD的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn):淀積溫度低，冷壁等離子體反應(yīng)，產(chǎn)生顆粒淀積溫度低，冷壁等離子體反應(yīng)，產(chǎn)生顆粒少，需要少的清洗空間，低壓與低溫的結(jié)合提少，需要少的清洗空間，低壓與低溫的結(jié)合提

23、供了良好的薄膜均勻性和生產(chǎn)能力等。供了良好的薄膜均勻性和生產(chǎn)能力等。 缺點(diǎn)：填隙能力不足。缺點(diǎn)：填隙能力不足。10.6.2高密度等離子體高密度等離子體CVDHDPCVD具有更好的填隙能力，因而在具有更好的填隙能力，因而在0.25um及以后技術(shù)節(jié)點(diǎn)取代及以后技術(shù)節(jié)點(diǎn)取代PECVD。HDPCVD：等離子體在低壓下以高密度混合氣：等離子體在低壓下以高密度混合氣體體的形式直接接觸襯底表面反應(yīng)成膜。的形式直接接觸襯底表面反應(yīng)成膜。HDPCVD的優(yōu)點(diǎn)：的優(yōu)點(diǎn)：(1) 反應(yīng)溫度低；反應(yīng)溫度低；(2) 薄膜填充高縱橫比間隙能力強(qiáng)；薄膜填充高縱橫比間隙能力強(qiáng)；HDPCVD使用同步淀積和刻蝕，這是介質(zhì)填充使用同步

24、淀積和刻蝕，這是介質(zhì)填充高縱橫比間隙且無空洞的基礎(chǔ)。高縱橫比間隙且無空洞的基礎(chǔ)。10.7 氣相外延氣相外延10.8分子束外延分子束外延MBE系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 溫度低（溫度低（400-800） 在晶圓表面形成多個(gè)層在晶圓表面形成多個(gè)層 薄膜的薄膜的生長速率比較慢生長速率比較慢（60-600埃埃/分）分） 反應(yīng)室內(nèi)融合了薄膜生長和質(zhì)量分析儀反應(yīng)室內(nèi)融合了薄膜生長和質(zhì)量分析儀,使得晶使得晶圓之間的控制變得容易，形成均勻的薄膜。圓之間的控制變得容易，形成均勻的薄膜。10.9金屬有機(jī)物金屬有機(jī)物CVDMOCVD指半導(dǎo)體膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣指半導(dǎo)體膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積。是指用于相淀積。是指用

25、于VPE系統(tǒng)中的源系統(tǒng)中的源，使用，使用兩種化學(xué)物質(zhì)：鹵化物和金屬有機(jī)物。兩種化學(xué)物質(zhì)：鹵化物和金屬有機(jī)物。10.10 淀積膜淀積膜采用采用CVD技術(shù)淀積的薄膜，按電性能可分為半技術(shù)淀積的薄膜，按電性能可分為半導(dǎo)體膜、絕緣體膜和導(dǎo)體膜。導(dǎo)體膜、絕緣體膜和導(dǎo)體膜。10.10.1淀積的半導(dǎo)體膜淀積的半導(dǎo)體膜制造高質(zhì)量的器件和電路，批量晶圓的使用存制造高質(zhì)量的器件和電路，批量晶圓的使用存在著不足，比如說晶圓質(zhì)量、摻雜范圍的控在著不足，比如說晶圓質(zhì)量、摻雜范圍的控制，同時(shí)這些因素也限制了高性能雙極晶體管制，同時(shí)這些因素也限制了高性能雙極晶體管的制造。解決的方法就是硅淀積。稱為外的制造。解決的方法就是硅

26、淀積。稱為外延層。延層。10.10.2 多晶硅和非晶硅淀積多晶硅和非晶硅淀積多晶硅可以用作：多晶硅可以用作：多晶硅硅多晶硅硅電阻（多晶硅與難熔金屬如電阻（多晶硅與難熔金屬如Ti反應(yīng)形成反應(yīng)形成硅化物以減小電阻）硅化物以減小電阻） 溝槽填充溝槽填充 多層聚合物多層聚合物 接觸阻隔層接觸阻隔層 雙極器件的發(fā)射極雙極器件的發(fā)射極 硅化物金屬配置中的一部分硅化物金屬配置中的一部分 典型的多晶硅淀積工藝溫度在典型的多晶硅淀積工藝溫度在600650.在淀積的開始階段，溫度在在淀積的開始階段，溫度在575 以下，結(jié)構(gòu)以下，結(jié)構(gòu)是非晶態(tài)的，淀積工藝形成的多晶結(jié)構(gòu)由單晶是非晶態(tài)的，淀積工藝形成的多晶結(jié)構(gòu)由單晶硅

27、的小核組成硅的小核組成。 多晶硅的淀積主要采用低壓化學(xué)汽相淀積多晶硅的淀積主要采用低壓化學(xué)汽相淀積(LPCVD)的方法。的方法。 而摻雜則有離子注入，化學(xué)汽相淀積和而摻雜則有離子注入，化學(xué)汽相淀積和擴(kuò)散等三種方法多晶硅晶粒大小，密切依擴(kuò)散等三種方法多晶硅晶粒大小，密切依賴于淀積和摻雜條件。賴于淀積和摻雜條件。 淀積過程中的氣相摻雜對多晶硅淀積率是淀積過程中的氣相摻雜對多晶硅淀積率是有影響的有影響的 大量實(shí)驗(yàn)工作表明，在氣相淀積多大量實(shí)驗(yàn)工作表明，在氣相淀積多晶硅時(shí)，加入磷烷晶硅時(shí)，加入磷烷 、砷烷和硼烷等摻雜劑，將、砷烷和硼烷等摻雜劑，將會顯著影響會顯著影響 多晶硅的淀積率如圖所示當(dāng)摻多晶硅的

28、淀積率如圖所示當(dāng)摻入磷、砷時(shí)，多晶硅的入磷、砷時(shí)，多晶硅的 淀積率減小而摻入硼淀積率減小而摻入硼時(shí)則增加時(shí)則增加 10.10.3絕緣體和絕緣介質(zhì)絕緣體和絕緣介質(zhì)1.二氧化硅二氧化硅當(dāng)用常壓當(dāng)用常壓CVD工藝在工藝在Si表面淀積表面淀積SiO2膜時(shí)，與膜時(shí)，與熱氧化工藝的不同之處有：熱氧化工藝的不同之處有： CVD法法SiO2膜中的硅來自外加的反應(yīng)氣體，而膜中的硅來自外加的反應(yīng)氣體，而熱氧化法熱氧化法SiO2膜中的硅來自硅襯底本身，氧化膜中的硅來自硅襯底本身，氧化過程中要消耗掉一部分襯底中的硅；過程中要消耗掉一部分襯底中的硅； CVD法的反應(yīng)發(fā)生在法的反應(yīng)發(fā)生在SiO2膜的表面，膜厚膜的表面，膜

29、厚與時(shí)間始終成線性關(guān)系。而在熱氧化法中，與時(shí)間始終成線性關(guān)系。而在熱氧化法中，一旦一旦SiO2膜形成以后，反應(yīng)劑必須穿過膜形成以后，反應(yīng)劑必須穿過SiO2膜，反應(yīng)發(fā)生在膜，反應(yīng)發(fā)生在SiO2 /Si界面上；界面上； CVD法的溫度較低，但膜的質(zhì)量較差，通法的溫度較低，但膜的質(zhì)量較差，通常需經(jīng)增密處理。而熱氧化法的溫度高，常需經(jīng)增密處理。而熱氧化法的溫度高， SiO2結(jié)構(gòu)致密，掩蔽性能良好。結(jié)構(gòu)致密，掩蔽性能良好。（1）稀釋的）稀釋的SiH4同過量同過量O2 反應(yīng)在熱襯底上生長反應(yīng)在熱襯底上生長SiO2 ： 生成的薄膜質(zhì)量較差，不適用于高級的器生成的薄膜質(zhì)量較差，不適用于高級的器件設(shè)計(jì)和較大的晶圓件設(shè)計(jì)和較大的晶圓。（2）在高溫（）在高溫（900）LPCVD中采用氯化硅中采用氯化硅與二氧化氮反應(yīng)形成二氧化硅：與二氧化氮反應(yīng)形成二氧化硅： SiCl2 + 2NO2 SiO2 +2N2+ HCl （3）用）用TEOS(正硅酸乙酯）正硅酸乙酯）-臭氧方法淀積臭氧方法淀積SiO2 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：a、低溫淀積；、低溫淀積； b、高的深寬比填隙能力；、高的深寬比填隙能力； c、避免硅片表面和邊角損傷；、避免硅片表面和邊角損傷； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： a、SiO2膜多孔；膜多孔； b、需要用回流來去潮氣和增密；、需要用回流來去潮氣和增密； c、膜厚時(shí)應(yīng)力較大，需要和其它、膜厚時(shí)應(yīng)力較大