soc工艺课件-ch7化学气相淀积

微电子制造工艺概论第7章化学气相淀积7.1CVD概述7.2CVD工艺原理7.3CVD工艺方法7.4二氧化硅薄膜的淀积7.5氮化硅薄膜淀积7.6多晶硅薄膜的淀积7.7CVD金属及金属化合物薄膜本章主要内容7.1CVD概述

化学气相淀积(ChemicalVaporDeposition,CVD)是将构成薄膜元素的气态反响剂或液态反响剂的蒸气以合理的流速通入反响室，通过化学反响在衬底上进行薄膜淀积的工艺方法。淀积的薄膜是非晶或多晶态，衬底不要求是单晶材料，只要是具有一定平整度，能够经受淀积温度即可。特点：附着性好；薄膜保形覆盖能力强；应用：绝缘介质薄膜，多晶硅半导体薄膜等薄膜制备方面；金属化系统中的钨、硅化物等金属、金属硅化物；深亚微米中的微小接触孔或高深宽比结构的衬底外表能够很好的覆盖薄膜。气压分类常压化学气相淀积〔APCVD,Atmosphericpressurechemicalvapordeposition〕低压化学气相淀积〔LPCVD,Lowpressurechemicalvapordeposition〕反响激活能分类等离子增强化学气相淀积〔PECVD,Plasmaenhancedchemicalvapordeposition〕金属有机物化学气相淀积〔MOCVD,Metal-Organicchemicalvapordeposition〕激光诱导化学气相淀积〔LCVD,Laserchemicalvapordeposition〕微波等离子体化学气相淀积〔MWCVD,Microwaveassistedchemicalvapordeposition〕温度分类低温CVD中温CVD高温CVD7.1CVD概述7.2CVD工艺原理(1)反响剂引入，在衬底外表附近形成“滞留层”(2)反响剂被吸附在硅片外表，并进行化学反响(3)在硅片外表成核、生长成薄膜(4)反响后的气相副产物排出反响室薄膜淀积过程多晶硅薄膜淀积为例，反响剂为用氢气稀释的硅烷，反响为SiH4→Si+2H2淀积过程分为5个根本步骤：氢气和硅烷混合物进入反响室；硅烷从主气流区以扩散方式穿过边界层到达衬底硅片外表；硅烷以及在气态分解的含硅原子团吸附在硅片外表，成为吸附原子；吸附的硅和含硅原子团发生外表化学反响，生成硅在衬底上聚集，连接成片、被后续硅原子覆盖成为淀积薄膜；反响副产物氢气和未反响的反响剂从衬底外表解析，扩散穿过边界层进入主气流区，被排出系统。与外延相似，由气相质量输运和外表化学反响两个过程完成。CVD反响室内的流体动力学反响室工作气体是常压或初真空度，分子平均自由程远小于反响室尺寸，主气流区是层流状态，气体有稳定流速。边界层：主气流区与硅片之间流速受到扰动的气体薄层。边界层厚度δ薄膜淀积过程立式反响器中浮力驱动的再循环流薄膜淀积过程CVD的设备立式反响器中浮力驱动的再循环流，边界层等同于气体流速趋于零的黏滞层〔或称为附面层〕，而源和气态副产物仍以扩散方式穿越黏滞层。CVD的化学反响条件CVD的外表淀积过程与气相外延不同，淀积工艺没有外延工艺要求严格，CVD淀积使硅生长为多晶硅的原因：衬底温度较外延低，硅原子在外表的迁移慢，未能全部迁移到结点位置上；淀积速率过快，未等硅原子全部迁移到结点位置就被其它硅原子所覆盖，成为薄膜中的硅原子；衬底外表可以不是单晶，如衬底硅片整个外表或局部外表已有氧化层；1969年建立的Grove模型认为控制薄膜淀积的两个步骤：一是气相质量输运过程，二是外表化学反响过程。反响剂到达衬底外表的扩散流密度Jg为：Dg为反响剂气相扩散系数；Cg、Cs为主气流区和衬底外表的反响剂浓度；δ为边界层厚度；hg为气相质量传输系数，hg=Dg/δ。反响剂发生化学反响生成的薄膜物质的原子流密度Js为：ks为化学反响速率常熟；k0为与温度无关的常数；Ea为激活能；k为波尔兹曼常数；T为热力学温度。气体薄膜衬底CgCsJgJsGrove模型薄膜淀积速率及影响因素在稳态，两个流密度应相等，由Jg=Js=J，因此：薄膜淀积的速度G表示为：其中，CT为主气流区单位体积中的分子数；Y为反响剂的摩尔百分比，N表示单位体积薄膜中的原子数，多晶硅薄膜的N=5x1022atoms/cm3。淀积速率与反响剂的浓度成正比。反响剂稀释时，淀积速率与反响剂的摩尔百分比成正比。薄膜淀积速率及影响因素硅烷的气流速率较低时，多晶硅淀积速率和硅烷气流速率呈线性关系，而反响剂的浓度与气流速率成正比。浓度低时，薄膜淀积速率的表达式与试验相吻合。SiH4→poly-Si+2H2↑薄膜淀积速率及影响因素Y一定时，G由hg和ks中较小者决定如果hg>>ks，那么Cs≈Cg——外表化学反响速率控制过程，有如果hg<<ks，那么CS≈0——质量传输速率控制过程，有外表〔反响〕控制，对温度特别敏感。薄膜淀积速率及影响因素质量输运控制，对温度不敏感。温度的影响——两种极限情况ks>>hgG=CThgY/N1ks<<hgG=CTksY/N1薄膜淀积速率及影响因素外表反响控制，ks<<hgG∝ks∝exp(-EA/kT)薄膜淀积速率及影响因素温度较低时，淀积速率与温度是指数关系，温度升高，淀积速率加快。因为温度较低时，ks<<hg，淀积速率受ks限制，而ks随着温度的升高而变大。随着温度升高，淀积速率对温度的敏感程度不断下降。当温度高过某个值之后，淀积速率就由外表反响控制转为气相质量输运控制，也就是外表反响所需的反响剂数量高于到达外表的反响剂数量，外表反响不再限制淀积速率，这时淀积速率由反响及通过边界层输运到外表的速率所决定，而ks值对温度不敏感。质量传输控制，

ks>>hgG∝hg∝1/δGrove模型的指导作用和局限质量输运控制CVD中，反响剂浓度的均匀性很重要；对温度的控制不必很严格。外表化学反响控制CVD中，温度均匀性很重要；对反响剂浓度控制不必很严格。在反响剂浓度较低时Grove模型和实测结果吻合得较好，浓度较高那么不然。忽略了反响产物的解吸、流速影响；因为浓度高时，副产物数量增多，阻挡了反响及进入边界层和在基片外表的吸附；忽略了垂直于边界层方向存在的温度梯度对气相物质输运的影响；薄膜淀积速率及影响因素薄膜质量控制台阶覆盖特性薄膜中的应力薄膜的致密性薄膜厚度均匀性薄膜的附着性薄膜台阶的覆盖方式：保形覆盖：无论衬底外表有什么样的倾斜图形，在所有图形上面都能淀积有相同厚度的薄膜。非保形覆盖：衬底外表淀积的薄膜厚度不均匀。薄膜淀积速率由衬底温度和外表反响剂浓度决定。同一衬底不同位置的温度相同。反响剂是通过气相扩散穿过边界层到达衬底外表，所以外表反响剂的浓度与同一衬底不同位置的到达角和边界层厚度有关。薄膜质量控制——台阶覆盖特性一般到达角越大淀积速率越快到达角〔arrivalangle〕指反响剂能够从各方向到达外表的某一点，这全部方向就是该点的到达角。到达角越大，能够到达该点的反响剂分子数量就越多，该点淀积的薄膜就越厚。边界层厚度受气体压力和气流状态等因素影响。常压淀积时，孔洞或沟槽内部气体边界层比平坦部位厚，分子平均值自由程很小，外表反响剂气体浓度较低，该点淀积较薄，如图中C点。低压淀积时，反响剂气体分子自由程较长，分子碰撞概率降低，外表反响剂浓度与到达角有关外，还与遮蔽效应有关。遮蔽〔Shadowing〕效应——衬底外表上的图形对反响剂气体分子直线运动的阻挡作用。直接入射到D点的入射角θ远小于平面部位。深宽比越大，孔洞或沟槽内部D点的入射角θ越小，遮蔽效应就越严重。薄膜质量控制——台阶覆盖特性薄膜质量控制——台阶覆盖特性三种机制影响反响气体分子到衬底外表的特殊位置：入射；再发射；外表迁移。反响剂到达衬底外表可能未被吸附，存在再发射或外表迁移现象；再发射机制是决定保形覆盖的关键因素。如果反响剂外表黏滞力低，反响剂通过再发射或外表迁移进入孔洞或沟槽的底部角落位置，使得薄膜淀积厚度趋于均匀，增强了台阶覆盖的效果。薄膜沉积在衬底上，通常有应力存在，如果应力过大可能导致薄膜从衬底外表脱落，导致衬底弯曲，影响后面的光刻工艺。根据造成衬底弯曲形变方向区分，可分为拉应力(tensilestress)和压应力(compressivestress)。根据应力的成因分为：本征应力〔如工艺本身造成薄膜分子没有足够时间迁移到结点位置，通过高温退火释放〕和非本征应力〔如高温薄膜淀积，薄膜与衬底的热膨胀系数不同〕。薄膜质量控制——薄膜内应力7.3CVD工艺方法常压化学汽相淀积低压化学气相淀积等离子体的产生等离子增强化学气相淀积淀积工艺方法的进展常压化学气相淀积常压化学气相淀积(APCVD)是最早出现的CVD，淀积过程在大气压下进行。优点：操作简单，淀积速率较高，超过0.1um/min，适于介质薄膜的淀积。缺点：易于发生气相反响、产生微粒污染，造成外表形态差、密度低等一系列问题。APCVD工艺温度控制在气相质量输运限制区，可精确控制在单位时间内到达每个硅片外表及同一外表不同位置的反响剂数量——薄膜均匀性。CVD反响室热源CVD过程是在高于室温条件淀积的。反响室侧壁温度保持在Tw，放置硅片的基座温度恒定Ts。当Tw＝Ts，称热壁式CVD系统；——电阻加热法；Tw＜Ts称冷壁式CVD系统——电感或高频辐射灯加热；即使在冷壁系统中，其侧壁温度也高于室温。常压化学气相淀积三种APCVD系统原理图，采用射频线圈直接对基座加热，是冷壁式反响器。水平反响器：应用最早，用途最广的反响器。硅片平放在固定的基座上，气体平行于衬底外表流动，基座沿气流方向有一定的倾斜角度；垂直反响器〔立式反响器〕：硅片平放在旋转基座上，气体通过中央的管道流入石英钟罩，废气沿基座边缘流出，对薄膜厚度控制效果好；桶形反响器：基座由旋转平板排成一个桶形的多面体，硅片放在基座上，气流方向平行于衬底外表自上向下流动。装载硅片多，薄膜厚度易于控制。常压化学气相淀积APCVD工艺主要用于二氧化硅薄膜的制备。衬底硅片从硅片盒到传送带，连续的通过非淀积区和淀积区，再传送到另一个硅片盒。淀积区和非淀积区是通过流动的惰性气体隔离。反响剂为硅烷和氧气，衬底温度在240~250ºC。氧气和硅烷气体比例为3:1以上，氮气为稀释气体。连续式供片APCVD设备SiH4+O2=SiO2+2H2↑

常压化学气相淀积传统的反响器中，硅烷和氧气的反响可能在气相发生，形成硅的氧化颗粒物，早晨淀积薄膜质量下降，如外表形态差、密度低等一系列问题。新型的可连续淀积CVD系统，反响剂和屏蔽气体N2同时从冷却喷嘴中注入，反响空间只有几毫米，可减少气相反响；喷嘴、传送带以及基座需要经常清理。常压化学气相淀积水平式反响器立式反响器通常LPCVD的反响室气压在在1~100Pa之间，主要用于淀积介质薄膜。与APCVD相比增加了真空系统，还使用了电阻加热方式。LPCVD水平反响器的衬底硅片放置在热壁式反响器内。优点：衬底的装载量可以大大增加，可到达几百片，适合大批量生产；气体用量减小，节约了材料；使用电阻加热器，降低了本钱。LPCVD的立式反响器的反响剂气体由喷头进入反响室，直接扩散到硅片外表。优点：硅片水平摆放有利于批量生产中机械手装卸硅片；有利于气体的均匀流动，淀积薄膜的均匀性好。淀积速率受外表反响控制，对温度非常敏感，对反响剂浓度的均匀性要求不高。电阻加热器的控制精度一般在±0.5ºC，高精度的可达±0.1ºC，完全满足对LPCVD对温度的精确控制。低压化学气相淀积气缺现象：气体从反响器的一端进入另一端排除，沿气流方向反响剂不断消耗．浓度降低，因此，衬底硅片上薄膜厚度也沿着气流方向变薄，这种现象称为气缺现象。气缺现象解决方法：在水平方向上逐渐提高温度来加快反响速度，从而提高淀积速率，补偿气缺效应的影响，减小各处淀积厚度差异。采用分布式的气体入口，就是反响剂气体通过一系列气体口注入列反响室中。需要特殊设计的淀积室来限制注入气体所产生的气流交叉效应。增加反响室中的气流速度，使更多的反响剂气体能够输运到下游。低压化学气相淀积等离子体的产生——直流气体辉光放电曲线a-b段是暗流区：极少量原子受到高能宇宙射线激发而电离；电流微弱，且不稳定；曲线b-c段是汤生放电区：随着电压升高，电子、离子的能量逐渐升高，气体分子和中性气体碰撞产生正离子和电子；曲线c-d-e-f段是辉光放电：气体放电击穿；负阻现象；阴极电流密度一定，有效放电面积随电流增加而增大；曲线e-f段是反常辉光放电：阴极全部成为有效放电区域，只有增加功率才可增加阴极电流密度；曲线f-g段是电弧放电：随电流增加，放电电压再次大幅下降；辉光放时，整个放电管将呈明暗相见的辉光强度暗区：相当于离子和电子从电场获取能量的加速区；辉光区：相当于不同离子发生碰撞、复合、电离的区域，这些区域有光子产生。负辉区：阴极附近，是最亮区域。是被加速的电子与气体分子发生碰撞使分子电离的区域。图7-15直流辉光放电各参量分布等离子体的产生——直流气体辉光放电等离子体〔Plasma〕是指具有一定导电能力的气体，它由正离子、电子、光子、原子、原子团、分子及它们的激发态所组成的混合气体，宏观上呈现电中性。辉光放电构成的等离子体中粒子能量、密度较低，放电电压较高。其特点是质量较大的重粒子，包括离子、中性原子和原子团的能量远远低于电子的能量，是一种非热平衡状态的等离子体。等离子体的产生——等离子体及其特点直流辉光放电等离子体：真空度为1Pa的气体，反常放电时等离子体中电子平均动能E为2eV，电子温度T=E/k约为23000K，电子的平均运动速度v=9.5*105m/s离子及中性原子处于低能状态，对应温度在T=300-500K；平均速度vAr=5*102m/s等离子鞘层：电子与离子具有不同速度，结果使形成所谓的等离子鞘层，即任何处于等离子中的物体相对于等离子体来讲都呈现出负电位，且在物体外表附近出现正电荷积累。等离子体的产生——等离子体及其特点在辉光放电等离子体中，电子的能量、速率远高于离子能量和速率。电子是等离体导电过程的主要载流子，而且与其它粒子的碰撞是维持气体放电的主要微观机制。如果气体室友原子A、B组成的分子，在气体反常辉光放电中出现的过程有如下几种〔*表示离子具有较高的能量。〕：分子裂解：e*+AB↔A+B+e原子电离：e*+A(B)↔A-(B-)+e+e分子电离：e*+AB↔AB-+e+e原子激发：e*+A(B)↔A*(B*)+e分子激发：e*+AB↔AB*+e等离子体的产生——等离子体及其特点射频气体辉光放电频率较低时，气体辉光放电类似于直流的情况，放电外貌上是两个不同极性下放电外貌的叠加，发光强度是一个周期内的平均值。国际上采用的射频频率多为美国联邦通讯委员会(FCC)建议的13.56MHz。在一定气压条件下，在阴阳电极之间加交变电压频率在射频范围时，会产生稳定的射频辉光放电。等离子体的产生——射频气体辉光放电射频放电的激发源E型放电：高频电场直接激发；H型放电：高频磁场感应激发；射频辉光放电与直流放电很不相同：电场周期性改变方向，带电粒子不容易到达电极和器壁，减少了带电粒子的损失。在两极之间不断振荡运动的电子可从高频电场中获得足够能量，使气体分子电离，电场较低就可维持放电。阴极产生的二次电子发射不再是气体击穿必要条件。射频电场可由容抗或感抗耦合进淀积室。电极可以是导体，也可是绝缘体。等离子体的产生——射频气体辉光放电高密度等离子体〔highdensityPlasma,HDP〕技术是在上世纪80年代末90年代初开展起来的新一代等离子体技术。高密度等离子体是指其离子浓度超过1011ions/cm3。HDP系统一般都是在简单等离子体发生器上增设电场和磁场，用横向电场和磁场来增加电子在等离子体中的行程，从而使电子和原子〔或分子〕之间碰撞更加频繁，以增加等离子体中的离子和活性基团。分类：电感耦合HDP；磁控HDP；电子盘旋共振〔ECR〕HDP技术等离子体的产生——高密度等离子体等离子体增强化学相淀积〔PlasmaEnhancedCVD,PECVD〕是采用等离子体技术把电能耦合到气体中，激活并维持化学反响进行薄膜淀积的一种工艺。在较低温度下进行。原理：将淀积室抽真空。射频功率使反响器中低压气体非平衡辉光放电。衬底吸附等离子体内活泼的中性原子团与游离基，在外表发生化学反响生成薄膜物质，并不断受到离子和电子轰击，容易迁移、重排，使得淀积薄膜均匀性好，填充小尺寸结构能力强。淀积速率是外表反响控制，需要精确控制衬底温度，温度变化对薄膜厚度均匀性影响很大。等离子增强化学气相淀积等离子增强化学气相淀积电容耦合射频PECVD设备：反响气体从底部中央进入室内，相衬底流动。射频功率通过平板电极与气体耦合，产生等离子体。衬底放在可旋转、控温的下电极。影响PECVD薄膜淀积速率因素反响器的结构；射频功率的强度和频率；反响剂与稀释剂气体量；抽气速率；衬底温度。等离子增强化学气相淀积7.3.5CVD工艺方法的进展高密度等离子体化学气相淀积〔HDPCVD〕热丝化学气相淀积〔HWCVD〕激光诱导化学气相淀积〔LCVD〕金属有机物化学气相淀积(MOCVD)金属有机物气相淀积〔MOCVD〕MOCVD法是采用相当低的温度下能分解的金属有机化合物作初始反响物进行气相淀积。即把欲淀积膜层的一种或几种组分以金属烷基化合物的形式输送到反响区，而其它的组分可以氢化物的形式输送，金属烷基化合物与氢化物在气相或衬底基片上发生化学反响，生成淀积薄膜。特点：温度低，易控制薄膜成分；薄膜厚度均匀、结构致密、附着力良好。7.3.5CVD工艺方法的进展激光诱导化学气相淀积〔LCVD〕LCVD法是将激光应用与常规CVD的一种新技术，通过激光活化，使化学反响在较低温度进行，激光能转化为化学能。在这个意义上LCVD类似与PECVD。LCVD法是用激光束照射封闭于气室内的反响气体，诱发化学反响，生成物淀积衬底基片上。LCVD的最大优点在于淀积过程中，不直接加热衬底，可按需要进行淀积，空间选择性好，甚至可使薄膜生长限制在衬底的任意微区内；淀积速率快。7.3.5CVD工艺方法的进展7.4二氧化硅薄膜的淀积主要有CVDSiO2,PSG,BPSG薄膜，主要用于衬底无法采用热氧化方法生长，或衬底无法承受高温的二氧化硅薄膜工艺。主要用途：多层布线中多晶硅与金属，或金属层之间的绝缘层；MOS晶体管的栅极介质层；扩散和离子注入工艺中的掩膜；防止杂质外扩的覆盖层以及钝化层。CVD二氧化硅与热氧化的结构相同，但密度略低，硅氧的数量不是严格的化学计量比。高温淀积或高温退火后，可以使CVD的特性接近于热氧化。掺杂类型分类：未掺杂二氧化硅〔USG〕掺磷二氧化硅〔PSG〕掺硼和磷二氧化硅〔BPSG〕淀积的温度分类：高温CVD二氧化硅〔900ºC〕中温CVD二氧化硅〔650~750ºC〕低温CVD二氧化硅〔250~450ºC〕CVD的方法分类：APCVD-SiO2LPCVD-SiO2PECVD-SiO22特性与用途在淀积SiO2时，掺入含磷的杂质如磷烷〔PH3〕,生成含有P2O5的SiO2称为磷硅玻璃〔PSG〕；4PH3(g)+5O2(g)→P2O5(s)+6H2(g)PSG的特点：应力小，阶梯覆盖较好；可吸收碱性离子；P2O5遇水汽会水解为磷酸，因此对水汽阻挡能力差；软化温度低于未掺杂CVD-SiO2；衬底淀积PSG之后，通过软化温度的退火使PSG回流，使衬底外表趋于平坦；PSG浓度高时，有很强的吸潮性，磷控制在6~8wt%；CVD-PSG之后再高温退火回流，是超大规模集成电路工艺中一种重要的平坦化工艺技术；2特性与用途2特性与用途2特性与用途在淀积磷硅玻璃反响气中掺入硼源〔B2H6〕形成B2O3-P2O5-SiO2三元氧化物薄膜，即CVD-BPSG；BPSG回流平坦化温度为850℃，最低达750℃；硼的浓度每增加1%，回流温度降低约40℃。当浓度大于5wt%时，将发生结晶。BPSG中硼的浓度不超过5%。BPSG流动性取决于薄膜的组分、工艺温度、时间与环境气氛；可用作绝缘层、钝化层，外表平坦化；CVD-SiO2不同应用的特性要求：介质薄膜，介电特性很重要；掺杂掩蔽，抗腐蚀性很重要；保护膜，薄膜成分和稳定性很重要；低温淀积SiO2薄膜的密度低于热生长SiO2，其折射系数n约为1.44〔热氧化n=1.46〕。当n>1.46,薄膜富硅；当n<1.46,为低密度多孔薄膜。2特性与用途21.SiH4/O2淀积SiO2采用硅烷/O2系统低温淀积SiO2，一般反响温度在450~500℃。通入N2或Ar2将SiH4稀释很低的浓度，一般2%~10%，反响为：SH4(g)+O2(g)→SiO2(s)+2H2(g)温度在310~450℃时，淀积速率随着温度的升高而缓慢增加；温度升高到450℃时，衬底外表吸附或者气相扩散将限制淀积速率；低温淀积SiO2膜可在700-1000℃退火致密化，使SiO2膜的密度从2.1g/cm3增至2.2g/cm3，在HF溶液中的腐蚀速率也会降低。可作为多层金属铝布线之间的绝缘层；PSG在APCVD中的淀积速率2恒定温度时，增加O2对SH4的比率可提高淀积速率，增加到一定比例时，淀积速率开始下降。过量的O2阻止了SiH4的吸附和分解。对高浓度的氧气氛，O2:SiH4=30:1，淀积速率随温度升高急剧增加，外表反响速率限制；对低浓度的氧气氛，O2:SiH4=2.5:1，淀积速率随温度升高略有下降。2.TEOS(正硅酸四乙酯)/O3采用TEOS/O3为反响剂的APCVD是低温工艺，温度约为400℃，反响式为：Si(C2H5O)4+8O3→SiO2+10H2O+8CO2优点：TEOS与二氧化硅的黏滞系数低，外表再发射能力强，对高深宽比孔洞和沟槽等衬底的覆盖能力、填充能力优良，薄膜均匀性好；电学特性好，作为绝缘介质的薄膜，用来形成多层布线金属层之间绝缘层淀积〔PSG和BPSG〕；防止PECVD工艺对硅片外表的损伤；SiH4/O2和TEOS/O3方法结合：TEOS/O3能够改善薄膜的台阶覆盖特性；SiH4/O2减小在淀积厚膜是带来的张应力和减弱TEOS/O3对下面膜层的敏感度。22TEOS、TEOS/O2淀积SiO2中等温度工艺温度650-750℃，TEOS淀积的SiO2薄膜有更好的保形性；淀积温度:680-730℃,速率约25nm/min，反响式为：Si(OC2H5)4SiO2+4C2H4+2H2O参加足够O2能够改变淀积SiO2薄膜的内部应力；Si(OC2H5)4+12O2SiO2+8C2O2+10H2O比低温工艺淀积的SiO2薄膜致密度高；参加PH3增加淀积速率，对薄膜均匀性无影响；以硅烷类为硅源淀积SiO2与APCVD方法类似，采用SH4/O2；缺点：LPCVD是热壁反响器，而SiH4低温分解，在进入反响室之前SiH4发生气相反响产生颗粒，被消耗掉。LPCVD采用SiH4/O2淀积SiO2以及更很少使用了。7.4.4PECVD-SiO2特点：PECVD-SiO2薄膜应力小，不易开裂；保形性好，更均匀，真空也少：含有氢。2.当N2O:SiH4的比例比较低时，形成富硅薄膜;3.富硅薄膜的折射系数增加,n值接近1.46;4.稀释的HF溶液对SiO2的腐度速率可以非常精确的反映薄膜的配比和密度。SH4(g)+2N2O(g)→SiO2(s)+2N2(g)+2H2(g)Ar气为稀释气体，温度：200-400℃7.5氮化硅薄膜淀积氮化硅薄膜是非晶介质薄膜，Si3N4薄膜一般是采用CVD法制备，在二氧化硅不适合的场合作为介质薄膜使用。二氧化硅的抗钠性能差，薄膜内的正电荷会引起p型硅的反型、沟道漏电等现象；抗辐射能力差。氮化硅薄膜性质与用途氮化硅的特点：抗钠能力强，耐水汽能力强。薄膜硬度大，耐磨耐划，致密性好，针孔少。因此，作为钝化膜、保护膜有优势；化学稳定性好，耐酸、耐碱性强。室温下不与氢氟酸或氢氧化钾反响。作为集成电路浅沟隔离工艺技术的CMP的停止层；掩蔽能力强。SiO2对B、P、As、Sb有掩蔽作用，Si3N4还可以掩蔽Ga、In、ZnO。能作为多种杂质的掩蔽膜；介电常数大，为6-9。二氧化硅只有约4.2，可做电容的介质层；选择性氧化的掩膜。MOS器件的场区氧化(LOCOS)；抗氧化能力强，可作为选择性热氧化掩膜。晶格常数、热膨胀系数与硅失配率大，因此在Si3N4/Si界面硅缺陷大，成为载流子陷阱，或者复合中心，影响硅的载流子迁移率。7.5.2氮化硅工艺根据应用选择淀积Si3N4工艺条件：选择性氧化的掩膜或电容介质层

中温LPCVD,700-800℃,P：10-100Pa3SiH2Cl2(H2或N2)+4NH3→Si3N4+6HCl+6H2最终钝化层

低温PECVD，

200-400℃P：10-100Pa

SiH4(H2或N2)

+NH3(或N2)→SixNyHz+H2氮化硅工艺LPCVD氮化硅薄膜密度高〔2.9~3.1g/cm3〕；介电常数6；化学配比较好；耐HF腐蚀；H含量较PECVD氮化硅低；台阶覆盖性较好；较少的粒子污染；缺点是薄膜应力较大，易破裂；LPCVD以SiH2Cl2或SiCl4为硅源淀积Si3N4；注意：工艺过程中NH3〔氨气〕要充足，防止薄膜变为富硅型。

氮化硅薄膜PECVD氮化硅：采用SiH4/NH3作为反响剂来淀积氮化硅，一般NH3与SiH4的比例控制在5:1~20:1，淀积速率为20~50nm/min。衬底温度在300℃以下时，淀积的氮化硅中氢的含量可以到达18at%~22at%，造成MOS器件阈值电压漂移，腐蚀速率加快等现象。SiH4+NH3→SixNyHz+H2采用N2和SiH4作为反响剂，N2和SiH4的比例高达100:1~1000:1，因为N2的等离子化速率比SiH4慢的多；N2难以分解，薄膜淀积速率也比较慢；台阶覆盖差，击穿电压低;H含量较少，形成薄膜致密。SiH4+N2→SixNyHz+H2NH3含量和淀积温度对PECVD氮化硅的影响

氮化硅工艺7.6多晶硅薄膜淀积多晶硅的结构与特性结构特点：多晶硅薄膜是由无数微小单晶粒(约100nm)组成的薄膜，晶粒大小与制备工艺有关，在晶粒与晶粒之间是晶粒间界(称晶界，0.5-1nm宽)，晶界原子排列无序，多晶硅薄膜呈各向同性。晶界含大量悬挂键及高密度缺陷——晶粒间界不完整性及晶粒外表原子周期性排列受到破坏所引起。造成多晶硅的两个重要特性：〔1〕扩散系数——晶界处明显大于晶粒内部。〔2〕杂质分凝——高温时位于晶粒内部的杂质在低温时运动到晶界处，而高温时又返回晶粒内。多晶硅内每个单晶晶粒内的电学行为和单晶硅的电学行为相似7.6.1多晶硅薄膜的性质与用途Poly-Si电阻变化与掺杂浓度、晶粒尺寸之间关系：在同样掺杂浓度下晶粒尺寸大的薄膜有较低的电阻率；热处理过程中掺杂原子运动到晶界处，不能有效供给自由载流子；晶界处的悬挂键可俘获自由载流子；晶界内缺陷使载流子迁移率下降；晶粒尺寸的大小和掺杂浓度相互作用，决定着每一个晶粒的耗尽的程度；多晶硅的用途：高掺杂的多晶硅在MOS器件中作为栅电极；超大规模集成电路中电极的多层布线；在自对准工艺中利用多晶硅的耐高温特性作为扩散掩膜；低掺杂的多晶硅在SRAM中制作高值负载电阻；在双极工艺中，高掺杂的多晶硅薄膜也用来制作发射极；MEMS器件，如压力传感器的应变电阻；多晶硅薄膜工艺LPCVD，580-650℃，热分解硅烷实现淀积；T<580℃时，淀积薄膜根本为非晶Si硅烷热分解SiH4〔吸附〕SiH2〔吸附〕+H2(g)SiH2〔吸附〕Si〔s〕+H2(g)↑注意：〔1〕防止SiH4气相分解——应用稀释气体H2；〔2〕气缺现象——从反响室的入口到出口的30℃温度梯度；分布式入口LPCVD反响室在淀积Pol