《薄膜CVD技术》PPT课件.ppt

第十章 薄膜化学汽相淀积（CVD）技术 10.1. 化学汽相淀积（CVD）原理 10.1.1. 薄膜生长的基本过程(与外延相似) 外延是一特殊的薄膜生长 1)参加反应的气体混合物被输运到沉积区 2)反应物分子由主气流扩散到衬底表面 3)反应物分子吸附在衬底表面,4）吸附物分子间或吸附分子与气体分子间 发生化学反应，生成化学反应产物和副产物，并沉积在衬底表面（或原子迁移到晶格位置） 5）反应副产物分子从衬底表面解吸 6）副产物分子由衬底表面外扩散到主气流 中，然后排出沉积区 10.1.2. Grove模型 和质量附面层模型 Grove模型 : F1=hG(CG-CS) F2=kSCS G=F/m =kShG/(kS+hG)(CT/ m)Y,G=hG（CG/ m）为高温下的质量输运控制 G=kS（CG/ m）为较低温下的表面反应控制 质量附面层（速度界面层）模型:,可得： 所以：,CVD原理的特点？ 10.2. CVD反应室 气相沉积的反应控制模式主要为质量输运控制和表面反应控制。 质量输运控制：工艺容易控制；反应温度较高，生成膜的质量较好，但容易引入污染和外延时的自掺杂，可能存在工艺上的不兼容；设备简单；生长与气流有关，厚度均匀性不易控制。 表面反应控制：生长反应与气流无关，因而均匀性好，产量高；生长速率与温度有关，较难控制；生长温度低，污染小，但容易产生缺陷。 通过降低反应时的总气压，可以使DG（hG）增加，从而实现表面反应控制。在这种情况下，生长速率降低，即使在进一步降低反应温度，也能较好地控制厚度和缺陷。,10.2.1 常压CVD （APCVD）13.5 特点：温度高，不适宜生长某些钝化膜 应用：较厚的膜生长 生长速率：m/min,10.2.2 低压CVD （LPCVD） 通过降低反应时的总气压(0.252.0torr)，可以使DG（hG）增加，从而实现表面反应控制。在这种情况下，生长速率降低（nm/min） ，即使在进一步降低反应温度(500700C)，也能较好地控制厚度和缺陷。由于温度低，反应生成的原子、分子的迁移动能低，容易形成堆积缺陷；因而有些介质膜不宜用LPCVD技术。,10.2.3 PECVD 为了进一步提高成膜质量，进一步降低反应温度和提高生长速率，采用了等离子增强CVD。,10.3. 薄膜的性质及其生长 10.3.1. SiO2膜 CVD生长的SiO2膜的质量远不如热氧化SiO2膜。因而主要用于表面钝化和隔离介质膜工艺。而PSG已逐步成为主要的表面钝化表面钝化膜。 CVD生长的SiO2也用于化合物半导体器件。 目前在金属化之前主要采用TEOS-LPCVD，而在金属化后主要采用PECVD技术(?) 。,TEOS（tetraethoxysilane，or Tetraethyl OrthoSilicate）（Si(OC2H5)4）四乙基硅氧化膜的主要特点是台阶覆盖能力好，但生长温度较高，介电参数稍差。主要用于抗Al电迁移的“阻挡层”(?)和深槽的“间隙壁”。（page 145 表、146页图）,10.3.2. PSG和BPSG膜 在TEOS氧化中加入少量磷或磷硼源（如：TMPO、TEB等）可形成PSG和BPSG。 PSG和BPSG膜的特点： 金属离子吸除作用和低温热熔流特性,PSG具有比SiO2更好的低温熔流性而用于平坦化工艺，由于PSG的稳定性较差，且对Al有腐蚀作用，现多用BPSG。,10.3.3. 氮化硅（Si3N4）和SiOxNy膜 由于Si3N4非常稳定和杂质掩蔽性，在IC工艺中主要作为掩膜或外层保护膜。 1）SiO2膜刻蚀的掩蔽 2）离子注入掩蔽膜 3）掩蔽SiO2膜不能掩蔽的杂质，如：Ga、Zn 4）局部氧化（LOCOS）掩蔽膜 5）多层布线金属间的介质隔离膜 6）抗碱金属扩散 但Si3N4/Si界面的应力很大，不宜直接在Si上生长Si3N4膜。SiOxNy膜是解决这一问题的途径之一。,氮化硅有结晶化形和无定形两种 在器件中常希望无定形氮化硅（？） 用反应溅射法等物理方法和低温CVD法 可以制备无定形氮化硅膜，但以CVD为好。 （？） 常用PECVD法： 3SiH2Cl2+7NH3Si3N4+3NH4Cl+HCl+6H2 用SiH2Cl2比用SiH4生长的膜致密。,刻蚀：氢氟酸、磷酸、氟基等离子体,10.3.4. Al2O3膜 特点： 存在负电荷效应（可制Al2O3-SiO2复合栅结构MAOS）（？） 抗辐照能力强 抗碱金属迁移 耐腐蚀性好（包括NaOH） Al2O3膜也有结晶化形和无定形两种 CVD：2AlCl3+3CO2+3H2Al2O3+3CO+6HCl 腐蚀：磷酸、氟基等离子体,Al2O3膜的缺点：应力大、工艺稳定性差、 可光刻性差,10.3.4. 多晶硅膜Poly-Si 1）半绝缘多晶硅膜（SIPOS）的特性和器件工艺作用 是一种近于电中性的半导体材料； 与Si的界面上的界面态少； 有独特机理的表面钝化作用： a）表面离子沾污的静电屏蔽,b）提高器件的耐压水平 利用SIPOS膜的微弱导电性，p+区所加的负电位传到n区的表面；与SiO2膜中的正电荷作用相反，这种负电位使Si表面附近的电子浓度减少，从而使耗尽区的表面电场被削弱。 （功率器件的终端技术之一）,2）SIPOS膜的生长工艺 LPCVD：SiH4Si+2H2 600650C分解 a）工艺难点： 纯度的保证高阻半绝缘性106 cm 膜的均匀致密 b）生长时适当加入一定浓度的氧（15%），形成的O-SIPOS膜的电阻率可提高（ 108 cm） c）掺入氮（N-SIPOS）可提高抗金属离子和水汽的浸蚀 d）SIPOS膜的表面通常覆盖一层SiO2膜 e）加入PH4、AsH4和BH4等可生长出高电导的掺杂多晶硅,3）掺杂多晶硅在器件中的作用 a）MOS栅的自对准工艺 b）MOS感应栅可读写和闪存器件 10.3.5. 金属材料CVD 金属膜的生长以物理溅射为基本方法，但由于其方向性，使其台阶覆盖能力不好；合金膜和硅化物的组成配比较难控制。 1）金属硅化物的CVD 如LPCVD：2WF6+SiH42WSix+3SiF4+14H2 6TiCl4+NH36TiN+24HCl+N2,Dep-Etch-Dep Process,2）金属膜的CVD a）钨 钨插塞：多层金属布线间的互连 覆盖能力强、内应力小、附着力好 工艺： （阅读） b）铝 A