精编制作化学气相沉积(中文版)2016PPT课件
60页1、化学气相沉积 CVD 化学气相沉积 CVD 概念 化学气相沉积 ChemicalVaporDeposition 气体或蒸气在晶圆表面产生化学反应 并形成固态薄膜的沉积方法 沉积制程 气源分子到达晶圆表面 气源分子在表面移动 气源分子在表面反应 成核作用 岛状物形成 沉积制程 岛状物成长 岛状物成长 横截面图 岛状物合并 连续薄膜 CVD制程 APCVD 常压化学气相沉积法LPCVD 低压化学气相沉积法PECVD 等离子体增强型化学气相沉积法 加热器 晶圆 N2 N2 制程气体 排气 晶圆 输送带 输送带清洁装置 APCVD反应器示意图 常压化学气相沉积法 APCVD APCVD制程发生在大气压力常压下 适合在开放环境下进行自动化连续生产 APCVD易于发生气相反应 沉积速率较快 可超过1000 min 适合沉积厚介质层 但由于反应速度较快 两种反应气体在还未到达硅片表面就已经发生化学反应而产生生成物颗粒 这些生成物颗粒落在硅片表面 影响硅片表面的薄膜生长过程 比较容易形成粗糙的多孔薄膜 使得薄膜的形貌变差 低压化学气相沉积法 LPCVD 低气压 133 3Pa 下的CVD较长的平均自由
2、路径可减少气相成核几率 减少颗粒 不需气体隔离 孔洞少 成膜质量好 但是反应速率较低 需要较高的衬底温度 低压化学气相沉积系统 加热线圈 石英管 至真空帮浦 压力计 制程气体入口 晶圆装载门 晶圆 中心区均温区 距离 温度 晶舟 等离子体增强型化学气相沉积 PECVD 射频在沉积气体中感应等离子体场以提高反应效率 因此 低温低压下有高的沉积速率 表面所吸附的原子不断受到离子与电子的轰击 容易迁移 使成膜均匀性好 台阶覆盖性好 制程反应室 制程反应室 副产品被泵浦抽走 加热板 晶圆 等离子体 RF功率产生器 等离子体增强型化学气相沉积 PECVD 保形覆盖是指无论衬底表面有什么样的倾斜图形 在所有图形的上面都能沉积有相同厚度的薄膜 保形覆盖 到达角度 A B C 270 90 180 薄膜的厚度正比于到达角的取值范围 阶梯覆盖性与保形性 a b c d 基片 结构 CVD薄膜 h w 严重时会形成空洞 金属 介电质 介电质 介电质 空洞 金属 金属 金属3 金属4 金属层间介电质3 金属层间介电质2 影响阶梯覆盖的因素 源材料的到达角度源材料的再发射源材料的表面迁移率 黏附系数 黏附系数
3、 源材料原子和基片表面产生一次碰撞的过程中 能与基片表面形成一个化学键并被表面吸附的机率 黏附系数 源材料 黏附系数 SiH 4 3x10 4至3x10 5 SiH 3 0 04至0 08 SiH 2 0 15 SiH 0 94 TEOS 10 3 WF 6 10 4 CVD源材料 硅烷 SiH4 四乙氧基硅烷 tetra ethyl oxy silane TEOS Si OC2H5 4 CVD源材料 硅烷 自燃性的 自己会燃烧 易爆的 以及有毒的打开没有彻底吹除净化的硅烷气体管路 可能引起火灾或是小爆炸 并形成微细的二氧化硅粒子使气体管路布满灰尘 H Si H H H Si H H H H 硅烷分子结构 CVD源材料吸附 硅烷 硅烷分子完全对称的四面体不会形成化学吸附或物理吸附但硅烷高温分解或等离子体分解的分子碎片 SiH3 SiH2 orSiH 很容易与基片表面形成化学键 黏附系数大表面迁移率低 通常会产生悬突和很差的阶梯覆盖 四乙氧基硅烷 TEOS 室温下为液态化学性能不活泼安全 CVD源材料吸附 四乙氧基硅烷 TEOS 四乙氧基硅烷 tetra ethyl oxy silane
4、 TEOS Si OC2H5 4 也称正硅酸四乙酯大型有机分子TEOS分子不是完整对称的可以与表面形成氢键并物理吸附在基片表面表面迁移率高好的阶梯覆盖 保形性与间隙填充广泛使用在氧化物的沉积上 因为TEOS比硅烷热分解产物的黏附系数小一个数量级 所以TEOS在表面的迁移能力与再发射能力都很强 台阶覆盖性较好 硅烷成本低 沉积速率较快 两种主要CVD源材料的主要特点 CVD工艺应用 多晶硅SiO2Si3N4W硅化钨TiN 多晶硅的特性与沉积方法 多晶硅薄膜是由小单晶 大约是100nm量级 的晶粒组成 因此存在大量的晶粒间界 多晶硅薄膜的沉积 通常主要是采用LPCVD工艺 在580 650下热分解硅烷实现的 SiH4 吸附 Si 固 2H2 气 在一般的掺杂浓度下 同样的掺杂浓度下 多晶硅的电阻率比单晶硅的电阻率高得多 主要是由于晶粒间界含有大量的悬挂键 可以俘获自由载流子 但在高掺杂情况下 多晶硅的电阻率比单晶硅的电阻相差不大 高掺杂多晶硅作为栅电极和短程互联线在MOS集成电路得到广泛应用 常常将钨 钛 钴 考虑到离子注入后的退火 这里只能用难熔金属 等硅化物做在多晶硅薄膜上 形成具有较
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