《薄膜工艺技术》PPT课件.ppt

薄膜工艺技术交流,CVD部分,一：概述 二：CVD沉积原理及特点 三：CVD沉积膜及其应用 四：CVD方法及设备 五：薄膜技术的发展,一：概述,基本上，集成电路是由数层材质不同的薄膜组成，而使这些薄膜覆盖在硅晶片上的技术，便是所谓的薄膜沉积及薄膜成长技术。 沉积： 成长： 薄膜沉积技术的发展，从早期的蒸镀开始至今，已经发展成为两个主要的方向：CVD和PVD,经过数十年的发展，CVD已经成为半导体生产过程中最重要的薄膜沉积方法。PVD的应用大都局限在金属膜的沉积上；而CVD几乎所有的半导体元件所需要的薄膜，不论是导体，半导体，或者介电材料，都可以沉积。 在目前的VLSI及ULSI生产过程中，除了某些材料因特殊原因还在用溅镀法之外，如铝硅铜合金及钛等，所有其他的薄膜均用CVD法来沉积。,二：CVD沉积原理及特点,A：定义：指使一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底发生化学反应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术 B：沉积原理：（误区 ）（画图） 用CVD法沉积硅薄膜实际上是从气相中生长晶体的复相物理化学过程，是一个比较复杂的过程。大致可分为以下几步： 反应物分子通过输运和扩散到衬底表面。 反应物分子吸附在衬底表面。 吸附分子间或吸附分子与气体分子间发生化学反应，形成晶核 晶核生长-晶粒聚结-缝道填补-沉积膜成长。,二：CVD沉积原理及特点,C：CVD工艺特点： 1）CVD成膜温度远低于体材料的熔点或软点。因 此减轻了衬底片的热形变，减少了玷污，抑制了缺 陷生成; 设备简单，重复性好； （2）薄膜的成分精确可控； （3）淀积速率一般高于PVD（如蒸发、溅射等） （4）淀积膜结构完整、致密，与衬底粘附性好。 （5）极佳的覆盖能力,二：CVD沉积原理及特点,D：薄膜的参数 厚度 均匀性/台阶覆盖性（画图说明） 表面平整度/粗糙度 自由应力 洁净度 完整性 影响薄膜质量和沉积速率的参数：反应气体流量，反应压力，腔室温度，是否参杂及参杂数量，RF频率和功率,三：CVD沉积膜及其应用,前面说过，CVD几乎可以沉积半导体元件所需要的所有薄膜。主要的介电材料有SiO2,SN，PSG，BPSG等；导体要W，Mo及多晶硅；半导体则有硅。 一：外延（EPI） 指在单晶衬底上生长一层新的单晶的技术。 同质： 异质： SICL4+2H2=SI+4HCL 过程非常复杂，不易控制。 实例：50000,三：CVD沉积膜及其应用,反应式及应用（见下表） 举例说明 补充：1：BPSG（参杂的二氧化硅） 作用：1，2，3 反应式：SIH4+2N2O=SIO2+H2+2N2 PH3+N2O= B2H6+N2O= 2：SN：LOCOS技术，FOX SIH2CL2+NH3= 钝化：SN对碱金属和水气极强的扩散阻挡能力,3 ：关于TEOS TEOS结构： 用TEOS代替普通SIO2原因：用于IMD，台阶覆盖性极好；热稳定性好；相对普通的二氧化硅，较致密 缺点：颗粒度 与TEOS相对应，BPSG可用TMB，TMPO来沉积。 SI（OC2H5）4，B（OC2H5）3，PO（OCH3）3 代替了由剧毒的B2H6和PH3。 4：Tungsten plug（画图） 用于上下金属层间的中间金属连接物，用钨的原因？基本上会用钨来作为半导体元件的金属内连线。原因？,四：CVD方法及设备,一般而言，任何CVD系统均包括一个反应腔室，一组气体传输系统，排气系统及工艺控制系统等。 APCVD（工作特点，缺点？） LPCVD（比较普遍的原因） PECVD（占CVD主流的原因：低压和低温） 下面主要介绍LPCVD和PECVD 1：LPCVD 结构(画图） 工作原理及压力 2：PECVD 工作原理：能够低温反应的原因 结构,3：LPCVD和PECVD沉积膜差别 一般的，PECVD主要用来沉积介电材料膜。而LPCVD则都可进行沉积（本公司也不例外）。 对于介电材料膜区别： SIO2：主要是台阶覆盖性区别（IMD）。 SN： LPCVD用SIH2CL2为主的反应物（因为以SIH4为主的反应物沉积的SN均匀性较差）；此法沉积的SN膜成分单纯，一般用在SIO2 层之刻蚀或FOX的掩模上。而PECVD 是以SIH4为主的反应物，成分不如LP的单纯。原因？ 应力：LPCVD法沉积的SN应力非常大，故LPCVD沉积的SN不宜超过一定的范围，以免发生龟裂。由于PECVD可以凭借RF功率的调整，来控制离子对沉积膜的轰击，使SN应力下降。所以用作保护层的SN可以沉积的比较厚（PECVD沉积的），以便抵挡外来的水气、碱金属离子及机械性的创伤。这可以说是以PECVD法进行薄膜沉积时除了反应温度的另外一个主要优点。,五：薄膜技术的发展和应用,随着集成电路的规模越来越大，尺寸越来越小，电路功能越来越强大，今后的CVD发展将集中在如何沉积新的材料，如何使用新的沉积技术以及如何改善沉积膜的阶梯覆盖能力。 当然，薄膜技术并不仅仅局限于