薄膜工艺技术.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 2N2PH3 N2O B2H6 N2O 2 SN LOCOS技术 FOXSIH2CL2 NH3 钝化 SN对碱金属和水气极强的扩散阻挡能力 3 关于TEOSTEOS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 Tungstenplug 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PECVD1 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